黑土豆是高产作物，需要肥料较多。肥料充足时植株可达最高生长量，相应块茎产量也高。试验表明，每生产500公斤块茎，需从土壤中吸收氮2．5--3．0公斤；磷0．5—1．5公斤；钾5．6—6．5公斤。在氮、磷、钾三要素中黑土豆需钾肥最多，氮肥次之，磷肥最少。氮对产量增加效果明显，并维持到很高的施用量水平。因为氮肥对马铃薯植株茎的伸长和叶面积增大有重要作用。适量施氮，黑土豆枝叶繁茂、叶色浓绿，有利于光合作用和养分的积累，对提高块茎产量和蛋白质含量有很大作用。但氮肥过多。特别是生长后期迫施氮肥，易引起植株徒长，延迟结薯而影响产量。枝叶徒长造成枝叶柔嫩，易感染病害。氮肥施用量宁可基肥、种肥少施，苗期追氮，切忌基肥、种肥氮素过多。在全氮含量为0.136％—0.161％、碱解氮含量为0.0111％—0．012％的高产田，不宜增施氮肥，否则会显著减产。而在全氮含量小于0．1％、碱解氮含量为0.0069％--0.0097％的一般田块，增施氮会显著增产。磷肥虽然在马铃薯生长过程中需求量少，但确是植株生长发育不可缺少的肥料；磷能促进根系的发育，磷肥充足时幼苗发育健壮，还可促进早熟、增进块茎品质和提高耐贮性作用。磷肥不足时，导致马铃薯植株生长缓慢、茎杆矮小、叶面积小光合作用差，影响黑土豆产量。缺磷时，块茎内薯肉出现褐色锈斑，缺磷越严重，锈斑相应扩大，蒸煮时，锈斑处不烂发脆，影响商品品质。
钾元素是黑土豆生长发育的重要元素，尤其苗期，钾肥充足植株健壮，茎杆坚实，叶片增厚，抗病力强。钾对光合作用和淀粉形成具有重要作用。钾元素可以延缓叶片的衰老，促进体内蛋白质、淀粉、纤维素及糖类的合成，虽使成熟期延长，但块茎大，产量高。植株缺钾表现为生长缓慢、节间变短、叶片变小，叶片后期出现古铜色病斑，叶缘向下弯曲，叶面缩小，叶脉下陷，叶尖及叶缘由绿色变为暗绿，继而变黄，最后呈古铜色。颜色的变化由叶尖的边缘逐渐扩展到全叶，有时叶面出现紫纹，植株基部的叶片同时枯死，而新叶则呈正常状态。植株易受寄主病菌的侵害。块茎变小，品质变劣，块茎内部呈灰色状。
除氮、磷、钾三要素之外，在黑土豆生长发育中还需硼、钙、镁、锌、硫、铜、铁、锰等微量元素。在发棵与开始旺盛结薯交替的时候，硼和铜对提高净光合生产率有特别的作用。铜是含铜氧化酶的重要组成成分，有增强呼吸的作用，提高蛋白质含量，对增加叶绿素含量、延缓叶片衰老、增强抗病能力有良好作用。所以，马铃薯是喜铜作物，在花期喷铜和硼的混合液，有增产作用，并兼收防病和治病的效果。植株缺钙时，幼叶变小，颜色淡绿，叶缘卷起，逐渐枯死，侧芽死亡，块茎短缩、变形、失去经济价值。块茎内呈现褐色分散斑点即坏死斑。缺镁时，基部老叶的叶尖及叶缘发生失绿现象，逐渐沿叶脉间扩展；最后叶脉间的组织填满褐色坏死斑向上卷起，叶脉间部分突出且厚而脆，病叶最后死亡脱落。病症以基部叶片最重，逐渐向上部发展。缺硼时，生长点或顶芽枯死，侧芽迅速生长，节间缩短，从而使植株呈矮丛状，叶片增厚，叶缘上卷，叶子中积累大量淀粉。如果长期缺硼，则根部短粗且呈褐色，根尖死亡，块茎变小，表皮有裂痕。因绝大多数土壤中这些微量元素不缺乏，如发现有缺素症状，一般叶片喷洒微量元素肥料给予补充。