高粱对土壤适应性广，吸肥力强，在有机质丰富、肥力较高的砂质壤土上种植，较易获高产，在瘦瘠旱地，缺磷低钾，必须增施肥料，才能得到好的收成。高粱苗期植株小，需肥量不多，但较为严格。拔节至开花期，植株生长旺盛，营养物质的分配中心，从拔节开始也相应地由茎叶转向幼穗，最后贮存于穗中，形成籽粒。因此此时保证充足的营养供应，是高产的基础。开花至成熟期，氮磷钾的营养供应直接影响高粱的灌浆和成熟，适量氮素供应，可以加速灌浆，提高籽粒中蛋白质含量，但过多过迟也会引起贪青迟熟，降低产量与品质。一般要求亩施有机肥2000至3000公斤，过磷酸钙15至25公斤，钾肥10至20公斤等作基肥，基肥施用有撒施和条施两种方法，撒施多在播前结合耕耙田地，撒施基肥。条施则在播种前后起垄开沟施用。另外播种时亩施腐熟稀粪水1000公斤或少量氮素化肥作种肥，有利全苗壮苗。追肥以速效氮肥为主，主要施拔节肥和孕穗肥。高粱最佳追肥期在拔节期与大喇叭口期，促进穗分化和减少小花退化，实现穗大粒多。当追施尿素每亩超过15公斤时应分期追施。高粱追肥以前重后轻为好，重施拔节肥(拔节期)，轻施孕穗肥(孕穗期)，一般在有三分之二的叶片全展时亩施钾肥5至8公斤，碳铵40公斤。开沟条施，穴施或撒施，撒施时须配以深中耕或浇水，以利肥效发挥。生育后期可适当根外追肥，在抽穗和灌浆初期喷施磷酸二氢钾(百分之零点一的浓度)或尿素(百分之二的浓度)，以促进早熟和增加产量。在高粱生产上必须注意平衡施肥，特别是氮磷配合施用，可以避免养分供应失调，能够显著提高肥效。低产地块上，土壤本来就缺氮少磷，单施一种肥料，常常由于氮磷比例失调，不能很好发挥作用，造成肥料浪费，增产效果不大。据试验研究，氮磷配合施用作种肥可以促进生育，苗期生长快，叶片增多，生长势强，增强了植株代谢机能，可以提高植株吸收能力，显著提高肥效，穗重增加，增产幅度大，可以成倍增加产量。因此在低产土壤上合理搭配，均衡施肥是一项经济施肥的有效措施。
