有了实验室化肥施用成功案例的激励后，研究人员开始将注意力从实验室转移到了土地上，通过大量田间实践，他们的视野和经验得到了进一步扩展，其中一个非常重要的发现是，化学科学应用到农业系统中是具有局限性的。即通过化学分析表明土壤养分的匮乏并不能完全靠施用人工肥料得到补偿，作物生长的问题也不能仅仅靠人工化学方式来解决，接下来土壤的物理结构开始予以考虑。

      希尔加德（Hilgard)和金（King)开始在美国进行开拓性试验，土壤物理学孕育而生。巴斯德（Pasteur)对发酵和相关问题进行了研究，描绘出土壤是细菌和其它生命的栖息地，向人们展示了一个全新的土壤世界。而达尔文（Charles Darwin）对蚯蚓的有趣研究，则让人们认识到土壤具有复杂的生命活动。维诺格雷斯基（Winogradsky）发现了与有机质硝化过程相关的生物并且确定了其在纯培养基中保持活性的必需条件。这样，农业科学的又一个新的分支－土壤微生物学出现了。

      就在土壤生物学和土壤物理学被广泛研究时，一个新的土壤科学学派在俄罗斯兴起了，土壤开始被认为具有独立的自然发育过程，它因气候、植被、地质成因不同而有不同的形态和结构。后来，基于土壤剖面的土壤分类系统和相应的系统命名方法被广泛接受，一个新的土壤科学分支－土壤发生学出现了。

     李比希的土壤肥力的概念被逐步扩大，最开始是化学，然后是物理学、细菌学、地质学...

      20世纪初，研究人员开始更多关注影响作物产量的主要因素即植物本身。

      科伦斯（Correns）对孟德尔（Mendel）定律的重新发现，约翰森（Johannsen)对物种概念以及选育良种重要性的认识，均直接引发了对栽培农作物的近代研究。以俄罗斯为代表，世界范围内的遍寻各种各样的种质原材料的研究活动开始了，其研究领域也不断扩大，包括根系系统、根系与土壤关系、植物抗病性以及植物内在遗传特性等。植物科学应用于农业取得的实践成果逐渐硕果累累：

     加拿大桑德斯（Saunders)的工人们培育出了马奎斯（Marquis）早熟的矮秆小麦品种，很快便在加拿大和英联邦临近州的12140万亩土地上广泛种植，成为当时最成功的小麦杂交品种。在澳大利亚，法拉（Farrer）培育的新小麦品种也很快被广泛种植。在英格兰，剑桥大学培育的新的杂交品种在小麦种植区大量推广。在印度，普萨小麦生长在上千万亩的土地上，到1925年小麦新品种种植面积已达到15175万亩。与这些育种研究投入成本相比，农作物产出增加很明显要高出最成功的工业企业收益的许多倍。由比文（Beaven）培育的啤酒大麦新品种，多年来一直是英国乡村的一大特色品种；在印度南部的哥印拜陀，由巴伯（Barber）培育的甘蔗新品种很快取代了印度北部的甘蔗本地品种。与此同时，棉花、黄麻、水稻、牧草、苜蓿和其他学多作物新品种也已经培育出来，开始逐步取代旧品种，尽管如此，通过改变品种对农作物产量增加的贡献还是没有理想中那么大。因为这些新品种都需要精耕细作，以及观察、思考并实践如何以更好地方式实现新品种和肥沃土壤的结合。如果不这样做的话，新品种的价值只能是短暂的，增加产量将只能通过不断消耗土地资本（肥力）为代价，植物育种者的辛勤努力也将很快化为泡影。

                                               艾尔伯特.霍华德《农业圣典》p181-182