在明代，利玛窦与徐光启的合作为小站稻种植奠定了坚实基础。早在宋辽对峙时期，何承矩就提出了在津南地区屯田种稻的想法，并受到了宋太宗的支持。元代也继续进行了屯田工作，而到了明代，这一活动得到了更大的发展。
明永乐二年，成祖朱棣派遣亲兵大批移民到津南开垦荒地。弘治元年，丘浚提出华北滨海平原可广行水利化斥卤为良田。万历二十五年春，户部奏称天津沿海地区因胶河水淡，可种植嘉禾，因此设立印照鼓励军民开垦荒地，并允许收税后三年的成熟作物。
汪应蛟任天津海防巡抚时，对于葛沽、白塘口等地荒废土地进行了调查，他认为只要有水，就可以化斥卤为良田。在万历二十八年，他成功地实行军垦民种5000余亩，其中2000亩是水田，每亩最高收获四五石。此后陆续开发了津南各处。
他们采用的是江南围田耕作方法，以“求、仁、诚、足、愚、食、力、古、所、贵”10个字命名，即“十字围”。这种围田格局是一面滨河、三面开渠，与河水通，有深广各一丈五尺的主干渠，以及高厚各七尺的堤防和中间沟渠之制。这使得土壤盐分降低，便于灌溉和排涝，是适用于低洼及地表水丰沛地区的一种农耕方式。
清代诗人华长卿曾经赞美过“十字围”，他写道：“河水澄清红稻肥，田间燕子双双飞。葛沽遥接贺家口，土人相传十字围。”这些经验对后来的小站稻发展起到了重要作用。
杰出的科学家徐光启因为修《历书》而被朝臣不满，所以他避居天津，从万历四十一年至天启元年（1613～1621），先后四次参与屯田工作，并将自己的心得总结于《农政全书》中。他见到许多荒废的土地，但仍然看好其潜力，因为它们位于近海但洗碱不足，可以改造成良好的农业用地。他引入优良稻种并采用“十字围”的技术，不仅提高产量，还能够节约用水和改善土质，使得这片区域成为生产粮食的大本营之一。
他的研究还包括如何利用不同类型的地形和气候条件来改造盐碱土壤，并总结出因地施肥对于农业生产至关重要的事实。他分析，如果初期不够洗净，那么即便是靠近海岸线的地方，也可能无法立即开始培养粮食，因为需要时间去除大量盐分。但经过几年的努力，他最终成功实现了从南方带来的优质糯米在北方生长的情况，这对于当时来说是一个巨大的创新成就。此外，他还提出了一个节省劳力的轮作制度，让同一块土地可以既能栽培棉花又能播種糯米，从而加速土壤肥沃程度提高过程，同时减少病虫害和杂草问题，为今后的农业提供了一套有效解决方案。在新中国成立之后，这些理念依然得到应用，不仅增加了粮食产量，还帮助解决了以往的问题，如节约用水、高效治理盐碱性土壤等。
