单施和复合施肥是评估给定生态系统中养分相互作用的常用工具。虽然这些实验可以将系统分为养分相互作用类别，例如同时共同限制或单一资源响应，但这种分类本身可能对如何数学地表达养分相互作用敏感。为此，我们基于计算植物需求与土壤供应之间每种养分比率的理论分析，探讨了氮（N）和磷（P）施肥实验中的两种数学相互作用形式：李比希最小定律（LM）和多重限制假说（MH）。对于每个相互作用形式，我们定义了需要满足的条件（以N和P的供应和需求为基础），以使每个养分相互作用类别中的生态系统处于何种状态。值得注意的是，我们发现即使在使用LM形式的情况下，在某些条件下也可能发生协同共同限制。然后，我们将我们的框架应用于全球土壤养分供应和作物养分需求的地图，以实现潜在产量。这是为了研究选择相互作用形式如何影响养分相互作用类别的发生。MH预测全球约40％的玉米种植区域存在真正的共同限制，而LM则预测其他养分相互作用类别，特别是单一资源P限制（其确切发生情况对施肥实验中施加的P量非常敏感）。我们的研究表明，在真实施肥实验中需要选择LM或MH以最佳代表农田中的养分相互作用。