有效的生態(tài)土壤管理的第一步是對(duì)土壤這一復(fù)雜的生物系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。要了解土壤，就要意識(shí)到一切都是如何影響和受其影響的。我們都是土壤生態(tài)系統(tǒng)的一部分。
土壤肥力可以描述為其培育健康植物的能力?？沙掷m(xù)農(nóng)業(yè)旨在保護(hù)土壤在不依賴“農(nóng)場(chǎng)外”肥料的情況下收獲作物時(shí)再生失去的養(yǎng)分的能力。這種再生能力反過(guò)來(lái)取決于土壤中生存、生長(zhǎng)、繁殖和死亡的生物的多樣性、健康和活力。通過(guò)土壤微生物的活動(dòng)，每克健康表層土中的微生物數(shù)量可達(dá)數(shù)十億，植物所需的基本原料可以在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間、以適當(dāng)?shù)男问胶蛿?shù)量提供。
生態(tài)土壤管理的基本目標(biāo)是為土壤中的生命提供適宜的條件。
你的農(nóng)場(chǎng)既是土壤的產(chǎn)物，也是土壤的生產(chǎn)者。將您的農(nóng)場(chǎng)視為一個(gè)活的有機(jī)體，當(dāng)其自然循環(huán)和過(guò)程得到增強(qiáng)時(shí)，它將實(shí)現(xiàn)最大的長(zhǎng)期生產(chǎn)力?？s短這些周期以獲得短期控制或經(jīng)濟(jì)收益，最終將證明生態(tài)格言：“戰(zhàn)勝環(huán)境的生物會(huì)自我毀滅?！?div style="height:15px;">
開(kāi)始的地方是你現(xiàn)在的位置。數(shù)以千計(jì)的土壤類型已經(jīng)被命名、分類和描述。知道他們的名字可以告訴你很多關(guān)于他們的一般特征；但是，就像任何生物一樣，每個(gè)個(gè)體都是獨(dú)一無(wú)二的。了解你所在地區(qū)的土壤，土壤科學(xué)家如何對(duì)其進(jìn)行分類和描述，以及與你自己觀察到的土壤進(jìn)行比較。
土壤分類方案根據(jù)土壤的不同性質(zhì)、所含礦物質(zhì)的種類、形成方式和各種物理特性來(lái)組織土壤。任何土壤的個(gè)體特征都是由其特定地理區(qū)域固有的因素組合而成的（見(jiàn)表1）。
表1土壤環(huán)境影響
氣候溫度和降水會(huì)影響有機(jī)質(zhì)的積累速率和可溶性土壤礦物的存在。例如，由于溫度較低，分解速度較慢的地方會(huì)積累更多的有機(jī)物，而高降雨量則會(huì)從表層土中瀝濾礦物養(yǎng)分。
原生植被。草地、森林和過(guò)渡帶都以不同的方式影響土壤發(fā)育。例如，松林中的落葉會(huì)增加土壤酸度。在草原下發(fā)育的土壤顆粒通常通過(guò)在那里發(fā)現(xiàn)的大量微生物和根的活動(dòng)而結(jié)合成穩(wěn)定的團(tuán)聚體。
母材。其形成的下伏巖石類型決定了土壤的礦物含量和基本質(zhì)地。例如，石灰?guī)r基巖有助于抵消土壤酸度。紅壤表明，母質(zhì)和衍生土壤富含鐵?；鹕交易罱K會(huì)產(chǎn)生大量無(wú)定形粘土。
地形土壤可能會(huì)被山坡侵蝕并沉積在低地。尼羅河等河谷的傳說(shuō)中的肥沃是由高地?cái)y帶的豐富沉積物造成的，而全世界的山區(qū)農(nóng)民都很難留住寶貴的表層土。
時(shí)間土壤中礦物質(zhì)的可用性和腐殖質(zhì)的發(fā)育程度也受原生巖石風(fēng)化時(shí)間的影響。年輕的土壤，如夏威夷和其他火山活動(dòng)地區(qū)的土壤，可能含有少量粘土，這是由于風(fēng)化作用對(duì)母巖的化學(xué)作用而產(chǎn)生的。
冰川作用和地質(zhì)活動(dòng)。在北溫帶地區(qū)，冰川的進(jìn)退，最近一次發(fā)生在12000年前，對(duì)土壤的形成和質(zhì)量產(chǎn)生了重大影響?；鹕交顒?dòng)在許多地區(qū)留下了營(yíng)養(yǎng)豐富的熔巖沉積物。
世界各地的土壤被分為十大類（見(jiàn)表2）。在潮濕的溫帶地區(qū)，如美國(guó)東北部，森林是主要的天然植被，孢子土的土壤順序是最常見(jiàn)的。這些土壤通常由質(zhì)地粗糙的母體材料形成，并且往往酸性很強(qiáng)，礦物質(zhì)含量很低。草原土壤是在降雨量適中的平坦草地上形成的，屬于松軟土。它們是最具自然生產(chǎn)力的土壤之一，具有高的天然有機(jī)質(zhì)和礦物質(zhì)含量。在季節(jié)性降雨量非常高的熱帶地區(qū)，嚴(yán)重淋溶的多土壤也趨于酸性。撒哈拉沙漠、戈壁沙漠和突厥斯坦沙漠，以及澳大利亞南部和中部以及美國(guó)西南部大部分由干旱地區(qū)組成。如果灌溉，它們可以生產(chǎn)，但必須非常小心地防止可溶性鹽的有毒積累。
每個(gè)目進(jìn)一步細(xì)分為亞目、大群和子群。除此之外，土壤以家族、協(xié)會(huì)和系列的形式進(jìn)行描述，這提供了有關(guān)其植物生長(zhǎng)特征、有機(jī)物和礦物質(zhì)含量、結(jié)構(gòu)、排水和顏色的更多信息。系列通常以其所在的城鎮(zhèn)、河流或縣命名。
您當(dāng)?shù)氐耐茝V或土壤保護(hù)服務(wù)辦公室可能會(huì)為您的土地提供土壤地圖。他們還可以向您展示您所在縣的土壤調(diào)查，該調(diào)查提供了有關(guān)當(dāng)?shù)赝寥兰捌渥罴延猛镜脑敿?xì)信息，以及有用的氣候數(shù)據(jù)。
表2土壤十大綱
Entisols:
新成土（幾乎沒(méi)有剖面發(fā)育）
最近形成的礦物土壤，幾乎沒(méi)有地層形成的跡象。發(fā)現(xiàn)于廣泛的氣候區(qū)，包括落基山脈、撒哈拉沙漠、西伯利亞和西藏。可能產(chǎn)量很高，但大多數(shù)都相對(duì)貧瘠。
Vertisols:
變性土（深色的、膨脹開(kāi)裂的黏土）
膨脹型粘土含量高的礦物土，在干燥季節(jié)會(huì)導(dǎo)致土壤產(chǎn)生深層裂縫。發(fā)現(xiàn)于美國(guó)南部、印度、蘇丹和澳大利亞?wèn)|部的一些地區(qū)。它們的物理財(cái)產(chǎn)使它們難以耕種。
Inceptisols:
始成土（幾乎沒(méi)有診斷特征：B 層的開(kāi)始）
具有有限層位的年輕土壤?？赡軙?huì)非常高產(chǎn)，因?yàn)榛鹕交倚纬傻哪切０l(fā)現(xiàn)于太平洋西北部（美國(guó)）、亞馬遜河和恒河沿岸、北非和中國(guó)東部。
Aridisols:
干旱土（干旱的土壤）
主要在干燥氣候中發(fā)現(xiàn)的礦物土壤。只有在灌溉的情況下才能生產(chǎn)，并且可能變成鹽水。發(fā)現(xiàn)于美國(guó)西南部、非洲、澳大利亞和中東。
Mollisols:
軟土（深色柔軟的草地土壤）
其特點(diǎn)是表層厚而暗，是世界上最富生產(chǎn)力的土壤之一，具有較高的自然肥力和耕作能力。通常在草原植被下發(fā)現(xiàn)，如大平原（美國(guó)）、烏克蘭、蒙古部分地區(qū)、中國(guó)北部和拉丁美洲南部。
Spodosols:
灰土（高度淋洗、酸性、含砂的森林土）
具有不同層位的礦物土壤，包括地下有機(jī)質(zhì)和鋁，有時(shí)是氧化鐵。質(zhì)地粗糙，易浸出，易呈酸性，多發(fā)生在潮濕、寒冷的溫帶氣候中，通常在森林中。如果施肥得當(dāng)，會(huì)非常高產(chǎn)。
Alfisols:
淋溶土（具有黏化層或堿化層，適度淋洗）
含高堿狀態(tài)和硅酸鹽粘土的潮濕礦物土壤。主要發(fā)現(xiàn)于落葉林或草地下的潮濕地區(qū)，包括美國(guó)中西部、北歐、非洲南部和東南亞的部分地區(qū)。高產(chǎn)、營(yíng)養(yǎng)水平和質(zhì)地良好。
Ultisols:
老成土（淀積黏化層、高度淋洗）
在溫暖至熱帶氣候條件下形成的潮濕土壤。高度風(fēng)化，酸性，地下層為紅色或黃色。發(fā)現(xiàn)于潮濕的美國(guó)東南部、東南亞和巴西南部。生產(chǎn)效率高，可加工性好。
Oxisols:
氧化土（氧化層、高度風(fēng)化）
風(fēng)化程度最高的土壤，地下深處含有鐵和鋁氧化物。粘土含量高，通常缺乏磷表面。由于不太適應(yīng)機(jī)械化耕作，它們的研究很少。
Histosols:
有機(jī)土（非永凍地帶的有機(jī)質(zhì)土壤）
在水飽和環(huán)境中形成的有機(jī)土壤，有機(jī)含量至少為20%。如果排水，特別是對(duì)于蔬菜作物，可能會(huì)非常高產(chǎn)。
來(lái)源：改編自Nyle Brady，《土壤的本質(zhì)和性狀》，第10版。
有機(jī)質(zhì)和腐殖質(zhì)
土壤健康和腐殖質(zhì)是不可分割的：健康是土壤生活人口的活力，而腐殖質(zhì)是其活動(dòng)的象征。腐殖質(zhì)是土壤生態(tài)系統(tǒng)的基石，它影響著土壤的各個(gè)方面，也受到土壤的影響。建筑土壤腐殖質(zhì)可以改善其物理和化學(xué)財(cái)產(chǎn)以及生物健康。
所有的腐殖質(zhì)都是有機(jī)質(zhì)，但并非所有的有機(jī)質(zhì)都是腐殖質(zhì)。未經(jīng)處理的有機(jī)物由尚未分解的有機(jī)物的廢物或殘余物組成。腐殖質(zhì)是一種經(jīng)過(guò)一定程度分解的有機(jī)物質(zhì)。沒(méi)有硬性的分界線，而是一個(gè)連續(xù)體，一端是新鮮的、未分解的有機(jī)材料——糞肥、鋸末、玉米茬、廚余垃圾或昆蟲(chóng)尸體，另一端是穩(wěn)定的腐殖質(zhì)，這些腐殖質(zhì)可能會(huì)抵抗數(shù)百年的分解。表3總結(jié)了不同類型有機(jī)質(zhì)和腐殖質(zhì)的屬性。
腐殖質(zhì)呈深棕色，多孔，海綿狀，有點(diǎn)黏糊糊，有一種令人愉悅的泥土香味。從化學(xué)上講，它是一種復(fù)雜化合物的混合物，其中一些是不易分解的植物殘留物，如蠟和木質(zhì)素。其余的是由土壤生物（主要是細(xì)菌和真菌）在消耗有機(jī)碎屑時(shí)合成的膠質(zhì)和淀粉。腐殖質(zhì)的組成是高度可變的，這取決于原始材料的性質(zhì)及其分解條件。
“腐殖質(zhì) ”實(shí)際上是一個(gè)通用術(shù)語(yǔ)，而不是一個(gè)精確的術(shù)語(yǔ)。它的品質(zhì)將反映出不同的起源和組成。正如葡萄酒的質(zhì)量千差萬(wàn)別，腐殖質(zhì)也是如此。而且，正如不同的葡萄酒適合不同的烹飪用途一樣，腐殖質(zhì)的種類也具有不同的土壤功能。
提出了幾種腐殖質(zhì)分類方案。關(guān)于它是如何形成的，為什么它會(huì)如此，以及應(yīng)該如何衡量，理論各不相同。仍能輕易分解的腐殖質(zhì)被稱為有效或活性腐殖質(zhì)。它由高比例的簡(jiǎn)單有機(jī)酸（黃腐酸）組成，這些酸會(huì)溶解在酸或堿中。這種類型的腐殖質(zhì)是植物養(yǎng)分的極好來(lái)源，隨著土壤生物進(jìn)一步分解而釋放，但對(duì)土壤結(jié)構(gòu)和長(zhǎng)期耕作影響不大。這種腐殖質(zhì)主要來(lái)源于有機(jī)物質(zhì)的糖、淀粉和蛋白質(zhì)部分。
腐殖酸溶于堿而不溶于酸，是更穩(wěn)定或被動(dòng)的腐殖質(zhì)；腐殖質(zhì)是最穩(wěn)定的腐殖質(zhì)的主要成分，它高度不溶，與粘土顆粒緊密結(jié)合，微生物無(wú)法穿透。因?yàn)榉€(wěn)定的腐殖質(zhì)能抵抗分解，所以它幾乎不能為土壤系統(tǒng)添加養(yǎng)分，但它對(duì)改善土壤的物理質(zhì)量至關(guān)重要。碳-14測(cè)年表明，非常穩(wěn)定的腐殖質(zhì)復(fù)合體可能會(huì)在數(shù)千年內(nèi)保持不變。穩(wěn)定的腐殖質(zhì)來(lái)源于木質(zhì)植物殘留物，其中含有大量纖維素和木質(zhì)素。
土壤有機(jī)質(zhì)和腐殖質(zhì)的狀態(tài)是一個(gè)動(dòng)態(tài)的狀態(tài)，通過(guò)生活在那里的所有生物的活動(dòng)不斷變化。理想情況下，在任何時(shí)候，不同種類的腐殖質(zhì)之間都應(yīng)該有一個(gè)大致的平衡，當(dāng)植物營(yíng)養(yǎng)需求最高時(shí)，活性較高的部分占主導(dǎo)地位，然后在收獲后或植物休眠時(shí)，讓位于更穩(wěn)定的形式。在涼爽潮濕的條件下，真菌和放線菌比細(xì)菌分解菌更豐富，它們?cè)诜€(wěn)定腐殖質(zhì)的形成中也更重要。
在土壤生物活性的最佳條件下，變化最快，必須不斷添加新鮮的有機(jī)原料，以保持循環(huán)。任何傷害或擾亂土壤群落成員的行為都可能導(dǎo)致土壤中的“消化不良”。例如，如果大量硝酸鹽肥料涌入土壤系統(tǒng)，負(fù)責(zé)將蛋白質(zhì)片段轉(zhuǎn)化為硝酸鹽的細(xì)菌將被抑制，從而“支持”整個(gè)有機(jī)分解過(guò)程。它們會(huì)在一段時(shí)間后恢復(fù)，但如果這一過(guò)程年復(fù)一年地重復(fù)，土壤消化新鮮有機(jī)物的能力將嚴(yán)重受損。
有機(jī)質(zhì)和腐殖質(zhì)在土壤中分解的過(guò)程稱為礦化。雖然腐殖質(zhì)是有機(jī)物礦化的產(chǎn)物，但它也可以在適當(dāng)?shù)臈l件下礦化。第3章討論的有機(jī)物管理要求您了解什么條件會(huì)加速或減緩礦化。
當(dāng)條件適合細(xì)菌繁殖時(shí)，礦化會(huì)迅速發(fā)生：高通氣、充足的水分、良好的pH值和平衡的礦物質(zhì)營(yíng)養(yǎng)。耕作通過(guò)引入空氣來(lái)加快速度；如果土壤干燥，灌溉也會(huì)刺激礦化。用深色覆蓋物或行覆蓋物提高土壤溫度，或者在溫室床上加熱土壤，也會(huì)促使養(yǎng)分更快地釋放到植物體內(nèi)。
正如施肥一樣，當(dāng)你選擇刺激礦化時(shí)，理解“足夠”的概念很重要。有機(jī)物質(zhì)中養(yǎng)分釋放過(guò)快會(huì)導(dǎo)致問(wèn)題，這與過(guò)度施肥的問(wèn)題類似：植物硝酸鹽攝入過(guò)多或養(yǎng)分可能滲入地下水。通過(guò)確保添加足夠的有機(jī)物來(lái)補(bǔ)充礦化的物質(zhì)，避免“燃燒”重要的、穩(wěn)定的腐殖質(zhì)儲(chǔ)量也是很重要的。
腐殖質(zhì)往往在不利于礦化的條件下積累最快：低溫、低pH值和通風(fēng)不良。雖然在某種程度上這是可取的，但過(guò)分的極端例子是泥炭沼澤，它幾乎由純腐殖質(zhì)組成。這里的關(guān)鍵是平衡：一個(gè)活躍、健康的生物種群將在腐殖質(zhì)形成的同時(shí)不斷礦化腐殖質(zhì)。當(dāng)你適應(yīng)了土壤中的生物活動(dòng)和健康跡象，以及作物的生長(zhǎng)和休息節(jié)奏時(shí)，你會(huì)在腐殖質(zhì)形成和腐爛時(shí)產(chǎn)生更好的“足夠”感。
腐殖質(zhì)的益處
·腐殖質(zhì)可以保持相當(dāng)于其重量的80%至90%的土壤水分，因此富含腐殖質(zhì)的土壤更耐旱。
·腐殖質(zhì)輕盈蓬松，使空氣易于流通，使土壤易于耕作。
·微生物在形成腐殖質(zhì)時(shí)分泌的粘性膠質(zhì)將土壤顆粒聚集在一起，形成理想的碎屑結(jié)構(gòu)。
·腐殖質(zhì)非常有效地保持礦物營(yíng)養(yǎng)素，使其不會(huì)在雨水或灌溉水中被沖走，并且以植物容易獲得的形式存在。充足的腐殖質(zhì)儲(chǔ)備也在需要時(shí)提供額外的植物養(yǎng)分。
·腐殖質(zhì)由于其生物化學(xué)結(jié)構(gòu)，能夠緩和土壤中過(guò)量的酸性或堿性條件，這一特性被稱為緩沖。
·許多有毒重金屬可以被土壤腐殖質(zhì)固定，防止植物或其他土壤生物獲得。
·盡管腐殖質(zhì)的顏色可能不同，但它通常是深棕色或黑色，這有助于在春季迅速溫暖寒冷的土壤。
表3有機(jī)物質(zhì)和腐殖質(zhì)的性質(zhì)和功能
原始有機(jī)物料
有效腐殖質(zhì)
穩(wěn)定腐殖質(zhì)
本質(zhì)
來(lái)源
活生物體的廢物、殘留物和殘留物。
分解的原始有機(jī)物。
分解的原始有機(jī)物或有效的腐殖質(zhì)。
組分
復(fù)雜的有機(jī)化合物，如蛋白質(zhì)、纖維素、木質(zhì)素、脂肪、淀粉和糖。
以高比率的黃腐酸（小的可溶性分子）為特征。
大部分是長(zhǎng)鏈腐殖酸，或與粘土顆粒結(jié)合的腐殖質(zhì)
特性
不均勻、粗糙、塊狀材料。
膠體，質(zhì)地和顏色更均勻
均質(zhì)，耐化學(xué)作用
功能
物理
改善通風(fēng)、排水和保濕?！袄采w物”保護(hù)土壤免受風(fēng)化。如果過(guò)于粗糙和豐富，可能會(huì)阻礙種子準(zhǔn)備。
創(chuàng)建“碎屑結(jié)構(gòu)”-海綿狀。多孔、粘稠，是一種極好的土壤調(diào)理劑。
深棕色提高了土壤的保溫性。
與有效腐殖質(zhì)相同。
化學(xué)
提供一些可溶性營(yíng)養(yǎng)素，特別是肥料。
在土壤中留下養(yǎng)分的儲(chǔ)備。
土壤中的流動(dòng)性；容易向植物釋放養(yǎng)分。
以植物可用的形式保持營(yíng)養(yǎng)陰離子，而不會(huì)被浸出。
增加陽(yáng)離子交換能力。
提供長(zhǎng)期營(yíng)養(yǎng)儲(chǔ)存并保持良好的陽(yáng)離子交換能力。有毒物質(zhì)（以及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)）可以被螯合，防止其進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)。
生物
分解時(shí)釋放大量二氧化碳。
為微生物分解者提供食物。然而，如果碳含量太高，會(huì)過(guò)度刺激微生物并鎖住可用的硝酸鹽。
分解時(shí)為微生物提供營(yíng)養(yǎng)。
釋放維生素、激素、抗生素和其他生物物質(zhì)。
提供微生物棲息地和健康生物活動(dòng)的證據(jù)。
物理因素：土壤結(jié)構(gòu)和耕作
耕田之于土壤，猶如健康之于人。良好耕作的土壤具有良好的物理?xiàng)l件，可以維持土壤的生命。良好的耕作也意味著土壤疏松，易于耕作，因此工具和植物根都可以很容易地挖進(jìn)去。水分和通氣是土壤的關(guān)鍵物理性質(zhì)。土壤保持水分而不變得潮濕的能力，以及允許空氣滲透到植物根部和其他土壤生物的能力，對(duì)肥力的各個(gè)方面都至關(guān)重要。土壤的傾斜度是其質(zhì)地、結(jié)構(gòu)、聚集度、密度、排水量和持水能力的綜合。無(wú)論你從哪種土壤開(kāi)始，大部分這些品質(zhì)都可以通過(guò)增加其有機(jī)質(zhì)和腐殖質(zhì)含量來(lái)改善。
土壤成分
良好的壤土的一半體積是孔隙空間，即空氣和水可以滲透的顆粒之間的區(qū)域。孔隙空間通常是等體積的空氣和水，附著在土壤顆粒表面。不要忽視孔隙空間的重要性。世界上所有的肥料都無(wú)法解決因孔隙空間不足而造成的密實(shí)土壤問(wèn)題。
圖1。土壤顆粒和孔隙空間，顯示覆蓋每個(gè)顆粒的水薄膜。（Timothy Rice繪制）
在土壤的固體一半中，約90%由形成土壤的少量巖石和礦物以及母巖風(fēng)化產(chǎn)生的粘土組成。剩下的10%是有機(jī)部分。這一小部分土壤對(duì)其支持植物生長(zhǎng)的能力的影響是巨大的。
土壤中的沙子和粘土成分在很大程度上是不可改變的，你沒(méi)辦法改變它們。但是你如何管理你的土壤會(huì)對(duì)它所含的有機(jī)物質(zhì)的數(shù)量和質(zhì)量產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。土壤的有機(jī)部分是一種動(dòng)態(tài)物質(zhì)，不斷發(fā)生變化。它由活生物體組成，包括植物根和細(xì)菌，以及死亡的植物殘?jiān)推渌麖U物。在一英畝土壤的頂部六英寸處，活生物體的總重量可以從5000磅到20000磅不等。
基本素質(zhì)
每一種土壤都有其獨(dú)特的物理特征，這取決于它是如何形成的。這些品質(zhì)中的一些可以通過(guò)適當(dāng)?shù)墓芾韥?lái)改善，或者通過(guò)濫用而變得更糟，但其他品質(zhì)必須簡(jiǎn)單地被視為你必須與之合作的基本出發(fā)點(diǎn)。要改變基巖或地下水位的深度，或者消除陡峭的斜坡，你沒(méi)什么辦法。你可以從非常堅(jiān)硬的土壤中挑選巖石，但在寒冷的氣候下，每年春天，凍脹只會(huì)把更多的巖石帶到地表。
土壤質(zhì)地就是這樣一種內(nèi)在品質(zhì)。質(zhì)地可以是非常細(xì)的，主要是粘土顆粒，也可以是粗的和礫石顆粒。任何極端都是不可取的：理想的壤土質(zhì)地是細(xì)粘土和淤泥與粗砂的平衡。土壤的質(zhì)地會(huì)影響其營(yíng)養(yǎng)狀況、可操作性、通風(fēng)和排水。粘土很好地保持水分和養(yǎng)分，但排水不良，很難工作。當(dāng)它們變干時(shí)，它們會(huì)形成堅(jiān)硬的團(tuán)塊，并具有混凝土的稠度。沙質(zhì)土壤通常易于耕作，排水良好，但養(yǎng)分和持水能力較差。它們的高通氣性意味著有機(jī)物質(zhì)分解太快，幾乎沒(méi)有形成穩(wěn)定的腐殖質(zhì)。（有關(guān)評(píng)估土壤質(zhì)地和其他物理性質(zhì)的說(shuō)明，請(qǐng)參閱第3章。）
結(jié)構(gòu)和聚合
良好的耕作與其說(shuō)取決于土壤的組成，不如說(shuō)取決于它如何保持在一起。土壤顆粒形成穩(wěn)定骨料的能力，使其具有易碎的、蛋糕狀的稠度，決定了其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。理想的碎屑結(jié)構(gòu)，如下圖所示，在很大程度上是生物活動(dòng)的產(chǎn)物。腐殖質(zhì)在土壤團(tuán)聚體的形成中起著核心作用，但許多土壤生物，尤其是蚯蚓，都會(huì)分泌黏糊糊的樹(shù)膠，這對(duì)將土壤顆粒保持在一起至關(guān)重要。通過(guò)增加腐殖質(zhì)含量和刺激土壤生物活性，可以顯著改善結(jié)構(gòu)和聚集性。
圖2。良好的碎屑狀土壤結(jié)構(gòu)（左）與較差的塊狀結(jié)構(gòu)（右）的比較。（Stewart Hoyt繪制）
良好的碎屑結(jié)構(gòu)意味著土壤通氣良好，因?yàn)轭w粒之間會(huì)有大量孔隙空間。結(jié)構(gòu)對(duì)于土壤將土壤水分向上引導(dǎo)到植物根部的能力也是至關(guān)重要的。這一特性被稱為毛細(xì)作用，其工作方式與油被吸進(jìn)燈芯的方式大致相同。如果土壤結(jié)構(gòu)良好，表面可能會(huì)變干，但水分仍會(huì)從更深的土壤層到達(dá)根部。充足的土壤水分不僅對(duì)補(bǔ)充植物葉片蒸騰所損失的水分至關(guān)重要，而且因?yàn)橹参锔等芙庠诟采w土壤顆粒的水薄膜中時(shí)吸收了大部分養(yǎng)分。
圖3。水分通過(guò)毛細(xì)作用在土壤中向上移動(dòng)。（Timothy Rice繪制）
表4土壤物理性質(zhì)
屬性和定義
土壤中的重要性
有機(jī)物的影響
堆積密度：干燥土壤的單位體積重量，包括孔隙空間。以克/立方厘米（gm/cm3）表示
指示土壤的密度以及空氣、水和植物根的滲透程度。（壓實(shí)底土的最佳范圍：1.0-1.8 gm/cm3）。
有機(jī)質(zhì)的增加會(huì)導(dǎo)致堆積密度的降低，因?yàn)橛袡C(jī)質(zhì)的密度低于土壤礦物，分解過(guò)程中會(huì)釋放氣體。
孔隙空間：每單位體積土壤中空氣和水所占的部分。以體積百分比表示。
說(shuō)明具體的通風(fēng)和排水質(zhì)量（最佳范圍：表層土35-60%；壓實(shí)底土25-30%）
有機(jī)物的增加導(dǎo)致孔隙空間的增加。土壤生物也通過(guò)挖洞和進(jìn)食來(lái)增加孔隙空間。
結(jié)構(gòu)和聚集：指土壤顆粒的排列、形狀、大小和穩(wěn)定性。
最能促進(jìn)植物生長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)是粒狀的：圓形的聚集體粘在一起，但很容易散開(kāi)。特別是多孔顆粒被稱為“碎屑”
生物活性對(duì)于適當(dāng)?shù)脑炝缀跏潜夭豢缮俚?。腐殖質(zhì)提供了完美的碎屑結(jié)構(gòu)，可抵抗壓實(shí)。
氧氣擴(kuò)散速率：當(dāng)氧氣被呼吸的生物體使用時(shí)，氧氣可以被補(bǔ)充的速率。以克/立方厘米/分鐘（gm/cm3/min）表示。
指示土壤的通氣狀態(tài)。除了空氣進(jìn)入的孔隙空間外，還必須有新鮮空氣不斷擴(kuò)散到土壤中，以氧氣代替二氧化碳。（根生長(zhǎng)的最低水平為10 x 10-8gm/cm3/min）
有機(jī)物的增加導(dǎo)致氧擴(kuò)散速率的增加。分解有機(jī)物（尤其是植物根）和移動(dòng)的土壤生物在土壤中形成空氣通道。
場(chǎng)地容量：在完全飽和的場(chǎng)地排水24小時(shí)后，孔隙空間中的水量。以體積百分比表示。
表示土壤的排水質(zhì)量。油田容量低意味著水流出過(guò)快；在高場(chǎng)容量的情況下，水在孔隙空間中停留的時(shí)間太長(zhǎng)。（細(xì)砂壤土的田間容量約為15%。）
通過(guò)改善土壤結(jié)構(gòu)，有機(jī)質(zhì)調(diào)節(jié)土壤的田間容量，否則土壤會(huì)變得太濕或太干。
化學(xué)因素：營(yíng)養(yǎng)循環(huán)和平衡
傳統(tǒng)的土壤管理方法被標(biāo)記為“化學(xué)”，而“有機(jī)”方法則拒絕使用合成、石化肥料和殺蟲(chóng)劑。化學(xué)方法認(rèn)為植物根部需要某些化學(xué)營(yíng)養(yǎng)素，但這些營(yíng)養(yǎng)素如何到達(dá)根部以及它們來(lái)自何處無(wú)關(guān)緊要。營(yíng)養(yǎng)元素必須以可溶的無(wú)機(jī)形式存在，植物才能利用它們。
生態(tài)學(xué)觀點(diǎn)認(rèn)為，肥料對(duì)土壤生物和環(huán)境的影響與其作為植物食物的價(jià)值同等重要?！拔雇寥?，而不是植物，”有機(jī)種植者堅(jiān)持說(shuō)，土壤生物將為作物提供均衡的飲食。高度可溶的化學(xué)物質(zhì)，雖然很容易被植物吸收，但可以抑制或殺死土壤微生物，并且可以被沖走污染地下水。此外，植物還能夠吸收和受益于復(fù)雜的生物化學(xué)物質(zhì)，如維生素和抗生素，而這些物質(zhì)在人工合成的肥料中是不存在的。
公眾對(duì)硝酸鹽肥料以及其他農(nóng)用化學(xué)品污染地下水的擔(dān)憂，激發(fā)了人們對(duì)不依賴高可溶性物質(zhì)的土壤管理實(shí)踐的興趣。
土壤化學(xué)簡(jiǎn)化
無(wú)論你堅(jiān)持化學(xué)或有機(jī)方法，土壤化學(xué)的基本原理都是一樣的。在土壤或其他任何地方，大多數(shù)化學(xué)相互作用都發(fā)生在溶解在水中時(shí)攜帶正電荷或負(fù)電荷的顆粒之間。帶正電荷的粒子稱為陽(yáng)離子（讀作“CAT離子”），而陰離子（“AN離子”）帶負(fù)電荷。這些顆?？梢允菃我辉?，例如鈣（Ca2+），或化合物，例如硝酸鹽（NO3-）。土壤生態(tài)系統(tǒng)中養(yǎng)分的行為取決于它們是以陽(yáng)離子還是陰離子的形式存在。
圖4。陽(yáng)離子交換容量（CEC）。CEC越高，植物可獲得的養(yǎng)分就越多，但不會(huì)被淋失。交換位點(diǎn)上的陽(yáng)離子被稱為被吸收。
陽(yáng)離子基礎(chǔ)知識(shí)
陽(yáng)離子營(yíng)養(yǎng)素往往是金屬礦物元素，作為酶的組成部分，對(duì)植物和微生物營(yíng)養(yǎng)都很重要。它們通常是水溶性的，通過(guò)有機(jī)物質(zhì)的循環(huán)或通過(guò)添加石灰石等礦物營(yíng)養(yǎng)源進(jìn)入土壤。陽(yáng)離子被稱為堿元素，因?yàn)樗鼈冊(cè)谌芤褐行纬蓧A。在潮濕的氣候中，每年降水量超過(guò)30英寸，如果陽(yáng)離子被粘土和腐殖質(zhì)等土壤膠體儲(chǔ)存，則其從表層土中浸出的速度會(huì)更慢。相反，干旱氣候下的土壤通常富含礦物質(zhì)，因此灌溉時(shí)產(chǎn)量極高。
主要的陽(yáng)離子營(yíng)養(yǎng)素包括鈣、鎂和鉀；它們的功能總結(jié)在下表中。微量營(yíng)養(yǎng)素的討論中描述了微量所需的其他陽(yáng)離子營(yíng)養(yǎng)素。
表5主要營(yíng)養(yǎng)素
營(yíng)養(yǎng)成分
天然來(lái)源
土壤中的形態(tài)
植物中的功能
缺乏癥狀
鈣
Calcium（Ca2+）
白云石、方解石、磷灰石、鈣長(zhǎng)石、石膏
大多數(shù)以Ca2+離子的形式存在于陽(yáng)離子交換位點(diǎn)或土壤溶液中．
在高pH值下，鈣與磷和一些微量營(yíng)養(yǎng)素形成不溶性沉淀物。
對(duì)氮吸收和蛋白質(zhì)合成至關(guān)重要。
在酶激活和細(xì)胞繁殖中也有作用
根系生長(zhǎng)受阻，頂芽未發(fā)育，葉片卷曲。
胡蘿卜中的坑腐，番茄中的開(kāi)花端腐。
鎂Magnesium（Mg2+）
云母、角閃石、白云石、蛇紋石、某些粘土。
在陽(yáng)離子交換位點(diǎn)或土壤溶液中以Mg2+離子的形式存在。
葉綠素分子的基本部分。磷代謝和酶激活所必需的。通常集中在種子中。
下部葉變黃，綠色葉脈減少產(chǎn)量
鉀
Potassium (K+)
長(zhǎng)石、云母、花崗巖，某些粘土。
在陽(yáng)離子交換位點(diǎn)或土壤溶液中可用作K+。（可用形式的土壤K+總量不到1%。）
對(duì)碳水化合物代謝和細(xì)胞分裂至關(guān)重要。調(diào)節(jié)鈣、鈉和氮的吸收。
莖變?nèi)酰~片邊緣燒焦，壞死斑點(diǎn)，生長(zhǎng)發(fā)育遲緩，易感染疾病。
陽(yáng)離子交換容量
陽(yáng)離子交換容量（CEC）是衡量給定土壤中粘土和腐殖質(zhì)膠體顆粒上陽(yáng)離子養(yǎng)分儲(chǔ)存量的重要指標(biāo)。膠體在其表面有大量帶負(fù)電的位點(diǎn)。帶正電荷的陽(yáng)離子被保留在這些位置上，基本上被保護(hù)以免在水中浸出，但仍可用于植物根部。當(dāng)植物釋放出氫離子（一種也帶正電的廢物）時(shí)，它被交換為所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，如鈣、鎂和鉀。膠體交換位點(diǎn)中的營(yíng)養(yǎng)素可能不會(huì)在土壤測(cè)試中出現(xiàn)，因?yàn)樗鼈儾蝗苡谒?，但它們?nèi)匀豢梢酝ㄟ^(guò)根和土壤膠體之間的直接接觸而被植物利用。這個(gè)過(guò)程被稱為吸附。
粘土和腐殖質(zhì)含量高的土壤將具有最高的CEC，這是通過(guò)100克干燥土壤可容納千分之幾克稱為毫當(dāng)量的氫來(lái)衡量的。不同種類的粘土的CEC從10到100，而純腐殖質(zhì)的CEC可以接近200。非常沙質(zhì)土壤的CEC為5或更低。
把土壤的CEC看作是一種營(yíng)養(yǎng)儲(chǔ)蓄賬戶。由于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)被“提取”，無(wú)論是通過(guò)移除作物還是通過(guò)水的長(zhǎng)期作用，重要的是更換它們以保持你的儲(chǔ)備。在植物能夠利用這些儲(chǔ)量之前，這些儲(chǔ)量必須儲(chǔ)備充足，因此，與同樣耗盡但低CEC的土壤相比，具有高CEC但耗盡養(yǎng)分的土壤需要更多的礦物養(yǎng)分來(lái)恢復(fù)其肥力。與具有相同pH值的低CEC土壤相比，具有酸性pH值的高CEC土壤需要更大量的鈣（以石灰石的形式）來(lái)糾正。了解土壤的CEC將有助于更好地理解和解釋土壤測(cè)試建議，如第3章所述。
膠體
腐殖質(zhì)最重要的特征之一是其膠體性質(zhì)。膠體是由許多懸浮在凝膠狀物質(zhì)中的微小顆粒組成的物質(zhì)，它們的表面積與重量成正比。構(gòu)成所有活細(xì)胞的蛋白質(zhì)是一種膠體。膠體的其他例子有牛奶、蛋黃醬、橡膠和明膠。粘土也是一種膠體，土壤中的粘土成分表現(xiàn)與腐殖質(zhì)相似。在物理上，膠體往往是粘性和吸收性的。
膠體在化學(xué)上很重要，因?yàn)樗鼈儽粠ж?fù)電的粒子覆蓋。這使得它們能夠抓住帶正電的化學(xué)顆粒，其中許多是重要的土壤養(yǎng)分。所有的土壤化學(xué)相互作用都受土壤的粘土腐殖質(zhì)膠體含量的影響。
陽(yáng)離子、pH值和肥力
當(dāng)土壤中的陽(yáng)離子或堿性營(yíng)養(yǎng)素缺乏時(shí)，就會(huì)變成酸性。pH（代表“潛在氫”）是衡量土壤酸堿度的指標(biāo)，由水或鹽溶液中氫離子的濃度決定。酸度由pH低于7.0表示，pH為中性；pH值超過(guò)7.0表示堿性。
隨著氫離子取代土壤膠體儲(chǔ)備中的陽(yáng)離子營(yíng)養(yǎng)素，土壤pH值降低。大多數(shù)營(yíng)養(yǎng)素的溶解度和對(duì)植物的有效性在微酸pH值為6.3至6.8時(shí)最高。這也是大多數(shù)土壤細(xì)菌功能最有利的范圍，盡管真菌可以耐受更寬的pH范圍。在低于5.5的低pH值下，大多數(shù)主要營(yíng)養(yǎng)素和一些微量營(yíng)養(yǎng)素呈不溶形式。磷在低pH值和高pH值下都會(huì)發(fā)生化學(xué)固定化，需要6.0至7.0之間的范圍才能獲得最大的可用性。
許多陽(yáng)離子微量營(yíng)養(yǎng)素，包括鐵、錳、鋅、銅和鈷，在低pH下變得更易溶解，但在堿性條件下不可用。在某些情況下，酸性條件會(huì)導(dǎo)致這些元素的毒性。某些重金屬也是如此，最明顯的是鋁，它自然存在于大多數(shù)土壤中，而鉛有時(shí)也是一種污染物。中和pH值也可以中和重金屬危害。
在糾正土壤酸度時(shí)，與其說(shuō)是中和pH值，不如說(shuō)是補(bǔ)充適當(dāng)?shù)年?yáng)離子營(yíng)養(yǎng)素——通常是鈣，有時(shí)是石灰石形式的鎂。施用其他堿性物質(zhì)，如碳酸氫鈉，可以中和pH值，但不會(huì)改善土壤肥力。
“酸性土壤綜合征”是高降水地區(qū)的一個(gè)常見(jiàn)問(wèn)題，在這些地區(qū)，可溶性土壤堿容易滲入底土。與酸性土壤相關(guān)的一些問(wèn)題包括：
·干擾植物養(yǎng)分的有效性。
·鐵、錳、尤其是鋁的溶解度增加到不期望的水平。
·細(xì)菌活性降低，特別是固氮根瘤菌的活性降低，有機(jī)物質(zhì)中所含營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的釋放減慢。
·降低總CEC，這進(jìn)一步增加了養(yǎng)分的可瀝濾性。
堿性土壤甚至更難糾正。與酸性土壤中添加石灰石相比，添加硫磺等酸性礦物更為昂貴和暫時(shí)。在許多土壤自然呈堿性的地方，不當(dāng)?shù)墓喔却胧┛赡軙?huì)導(dǎo)致表層鹽的積累，這種情況被稱為鹽堿化。當(dāng)富含營(yíng)養(yǎng)的水通過(guò)毛細(xì)作用上升到地表，然后蒸發(fā)，留下礦物質(zhì)時(shí)，就會(huì)發(fā)生這種情況。干旱地區(qū)的一些土壤是天然含鹽的。要扭轉(zhuǎn)這些影響既困難又代價(jià)高昂，通常需要用大量淡水對(duì)該地區(qū)進(jìn)行浸取，而在受影響地區(qū)，淡水通常是短缺的。
與堿性土壤相關(guān)的問(wèn)題包括：
·缺乏許多營(yíng)養(yǎng)素，尤其是大多數(shù)微量營(yíng)養(yǎng)素。
·鹽分滲透，導(dǎo)致土壤結(jié)皮。
·鈉、硒和其他礦物質(zhì)的毒性水平。
·有機(jī)物質(zhì)的化學(xué)破壞。
土壤陰離子及其循環(huán)
陰離子營(yíng)養(yǎng)素不同于陽(yáng)離子，因?yàn)樗鼈儾槐煌寥滥z體化學(xué)儲(chǔ)存，并在溶液中形成酸。陰離子營(yíng)養(yǎng)素的儲(chǔ)量保存在土壤的有機(jī)部分，并通過(guò)有機(jī)物質(zhì)的衰變或通過(guò)空氣和水釋放給植物。根據(jù)土壤生物的狀態(tài)和衰變周期，土壤陰離子的形式和數(shù)量不斷變化。作為蛋白質(zhì)和碳水化合物的主要組成部分，陰離子的需求量比陽(yáng)離子營(yíng)養(yǎng)素的需求量更大。把陰離子想象成大的、軟的、形狀可變的，而陽(yáng)離子則是小的、硬的、耐用的，這是很有幫助的。
當(dāng)作為可溶性肥料添加到土壤中時(shí)，陰離子養(yǎng)分可能會(huì)流失，因?yàn)樗鼈儠?huì)揮發(fā)到大氣中，瀝濾掉，或恢復(fù)為更穩(wěn)定、不溶的形式。這些可溶性肥料可能會(huì)形成酸，或?qū)ν寥郎镉泻Α．?dāng)用富含有機(jī)物質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)源替代時(shí)，它們可以被比作一種上癮：需要更高的劑量來(lái)替代以前由土壤生態(tài)系統(tǒng)自然提供的營(yíng)養(yǎng)。
·氮以其最穩(wěn)定和最豐富的形式自然地趨向氣態(tài)。硝酸鹽形式存在于土壤溶液中，是非常短暫的，每天甚至在一天的不同時(shí)間都會(huì)大幅波動(dòng)。盡管植物不能直接利用大氣中的氮，但某些土壤微生物，尤其是生活在豆科植物根部的根瘤菌，能夠從空氣中捕獲氮，并將其轉(zhuǎn)化為生物有用的形式。固氮細(xì)菌和梭狀芽胞桿菌等自由生活的土壤細(xì)菌對(duì)固氮作用更為重要。還有一些細(xì)菌將氮從銨轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽，然后轉(zhuǎn)化為硝酸鹽；自然氮循環(huán)中的每一步對(duì)植物營(yíng)養(yǎng)都至關(guān)重要。
圖5。氮?dú)庋h(huán)。植物不能以氣態(tài)形式利用氮。為了從大氣傳遞到植物（然后傳遞到動(dòng)物和人），氮必須首先由土壤微生物固定。為了制造合成肥料，大氣中的氮是通過(guò)使用大量的天然氣人工固定的。（生產(chǎn)一噸氨需要33000至40000立方英尺的天然氣。）
·碳是植物（和動(dòng)物）組織的主要成分，比任何礦物質(zhì)都更真實(shí)地是植物消耗的“食物”。盡管碳在土壤的有機(jī)部分中含量豐富，但植物幾乎完全從大氣中吸收碳，如二氧化碳。接近地面的二氧化碳濃度可以通過(guò)活性腐爛有機(jī)物質(zhì)的存在而顯著富集，這直接刺激植物生長(zhǎng)。在溫室中，二氧化碳的缺乏可能是一個(gè)問(wèn)題，必須人工維持空氣循環(huán)。室內(nèi)堆肥堆可以為溫室環(huán)境增加二氧化碳和額外熱量。
圖6。碳循環(huán)。氣態(tài)二氧化碳被植物轉(zhuǎn)化為活組織。碳水化合物、蛋白質(zhì)和脂肪被土壤生物分解，從而補(bǔ)充大氣中的二氧化碳。
·磷經(jīng)歷了土壤肥力所有元素中最復(fù)雜的化學(xué)相互作用。由于其與鈣和其他礦物質(zhì)形成不溶性化合物的傾向，它很容易固定在土壤中。在接近中性的pH值下，即使是高度可溶的磷肥也會(huì)很快恢復(fù)到與制造它們的“天然”石粉無(wú)法區(qū)分的形式。一旦添加到土壤中，固定化的磷就會(huì)在那里停留很長(zhǎng)時(shí)間；許多土壤，特別是中西部的土壤，由于政府鼓勵(lì)過(guò)度施肥而產(chǎn)生了磷儲(chǔ)量。
表6主要?jiǎng)游餇I(yíng)養(yǎng)素
元素
自然來(lái)源
土壤中的形態(tài)
植物上的功能
缺失癥狀
鈣
(C)`
有機(jī)質(zhì)、土壤生物呼吸
有機(jī)化合物、空氣中的二氧化碳?xì)怏w和弱碳酸。
所有活細(xì)胞的基本成分。
如果大氣中的二氧化碳有限，植物的生長(zhǎng)就會(huì)減緩。
氮
(N)
有機(jī)物，由微生物固定的大氣氮，少量溶解在雨水中。
有機(jī)化合物、亞硝酸鹽、硝酸鹽和銨（可溶形式）。
蛋白質(zhì)和遺傳物質(zhì)的基本成分。
細(xì)莖；葉片變黃（黃化），從下部葉片開(kāi)始；增長(zhǎng)放緩。
磷
(P)
有機(jī)物、礦粉和一些母體材料。
有機(jī)化合物；可溶性磷酸鹽；鐵、鋁、錳、鎂和鈣的不溶性化合物。
對(duì)遺傳物質(zhì)、膜形成和能量傳遞至關(guān)重要。
葉子的褶皺，從下側(cè)開(kāi)始；根發(fā)育不良；增長(zhǎng)放緩。
硫
(S)
有機(jī)物、微生物固定的大氣硫、雨水中的污染物。
有機(jī)化合物；可溶性硫酸鹽、亞硫酸鹽和硫化物。
蛋白質(zhì)和某些維生素的重要成分
缺乏很難檢測(cè)到，但類似于氮缺乏，整個(gè)植株都變黃。
當(dāng)通過(guò)有機(jī)物質(zhì)的分解逐漸釋放時(shí)，植物最容易獲得磷。它的相對(duì)固定性意味著磷在整個(gè)土壤中的分布只能通過(guò)蚯蚓和其他土壤生物的移動(dòng)來(lái)完成。否則，植物可以通過(guò)土壤微生物的活動(dòng)獲得不溶性土壤磷儲(chǔ)量。
·硫是蛋白質(zhì)和脂肪的重要成分，在土壤生態(tài)系統(tǒng)中的作用與氮非常相似，對(duì)固氮微生物尤為重要。一組特殊的微生物將有機(jī)硫轉(zhuǎn)化為植物利用的硫酸鹽形式。硫缺乏很少是一個(gè)問(wèn)題，特別是在保持足夠的土壤有機(jī)質(zhì)水平的情況下?？諝馕廴疽矊?duì)順風(fēng)土壤的硫含量產(chǎn)生了意想不到的有益影響。隨著高濃度磷酸鹽和硝酸鹽肥料的使用增加，這種肥料缺乏低品位的硫雜質(zhì)。硫通常被用作堿性土壤的養(yǎng)分和酸化劑。
微量營(yíng)養(yǎng)素
微量營(yíng)養(yǎng)素是對(duì)生物系統(tǒng)正常運(yùn)行非常少量的重要元素。有時(shí)被稱為“微量元素”，其中十幾種已被確定為植物、動(dòng)物或微生物酶功能所必需的微量元素。大多數(shù)重要的微量營(yíng)養(yǎng)素，如鐵、鋅、銅和錳，都是陽(yáng)離子；硼和鉬是最重要的陰離子微量元素。
微量營(yíng)養(yǎng)素存在于細(xì)胞和土壤中，作為螯合形式的大型復(fù)雜有機(jī)分子的一部分。螯合（讀作“KEE late”）一詞來(lái)自希臘語(yǔ)中的“爪”，表示單個(gè)營(yíng)養(yǎng)離子是如何保持在較大分子的中心的。微量營(yíng)養(yǎng)素之間微妙平衡的相互作用是復(fù)雜的，尚未完全理解。我們知道平衡是至關(guān)重要的；任何微量營(yíng)養(yǎng)素，如果過(guò)量存在，都會(huì)成為一種毒藥，而某些有毒元素，如氯，也是必不可少的微量營(yíng)養(yǎng)素。
因此，微量營(yíng)養(yǎng)素的天然有機(jī)來(lái)源是向土壤提供微量營(yíng)養(yǎng)素最好的方式：它們以平衡的數(shù)量存在，不易因錯(cuò)誤或無(wú)知而過(guò)量施用。當(dāng)以天然螯合形式使用時(shí)，多余的微量營(yíng)養(yǎng)素將被鎖住，防止破壞土壤平衡。土壤腐殖質(zhì)儲(chǔ)備還用于螯合多余的金屬營(yíng)養(yǎng)素和毒素。除非通過(guò)土壤測(cè)試診斷出特定的微量營(yíng)養(yǎng)素缺乏，否則提供充足供應(yīng)的最佳方式是建立有機(jī)物質(zhì)，并使用平衡的礦物質(zhì)來(lái)源，如石粉和海藻。有關(guān)微量營(yíng)養(yǎng)素肥料的更多信息，請(qǐng)參見(jiàn)第4章。
圖7。葉綠素分子說(shuō)明的螯合作用。
表7一些重要的微量營(yíng)養(yǎng)素
元素
理想的土壤含量 (ppm)*
植物上的功能
缺失的癥狀
鐵
(Fe)
25000
葉綠素的合成、氧化、各種酶和蛋白質(zhì)的組成。
褪綠（變黃），較大的靜脈保持綠色；短而細(xì)長(zhǎng)的莖。
錳
(Mn)
2500
葉綠素和幾種維生素的合成，碳水化合物和氮代謝。
葉子呈黃色斑點(diǎn)，整體顏色蒼白，成熟度和品質(zhì)較差。
鋅
(Zn)
100
生長(zhǎng)激素的形成、蛋白質(zhì)合成、種子和谷物的生產(chǎn)和成熟。
夏末樹(shù)葉斑駁。果樹(shù)的早期落葉
銅
(Cu)
50
酶和葉綠素合成、呼吸、碳水化合物和蛋白質(zhì)代謝的催化劑。
葉子變黃和伸長(zhǎng)。洋蔥是軟的，有淡黃色的鱗片。
硼
(B)
50
蛋白質(zhì)合成、淀粉和糖運(yùn)輸、根系發(fā)育、果實(shí)和種子形成、水分吸收和運(yùn)輸。
生長(zhǎng)的尖端會(huì)消失。根莖類作物的心腐病，蘋果的軟木芯，豆類固氮能力差。
鉬
(Mo)
2
對(duì)共生固氮和蛋白質(zhì)合成至關(guān)重要。
蒼白、扭曲、狹窄的葉片、卷葉、固氮能力差。
平衡法案
平衡是理解化學(xué)養(yǎng)分與土壤肥力之間關(guān)系的關(guān)鍵概念。生育不僅需要足夠數(shù)量的營(yíng)養(yǎng)素，還需要它們以平衡的形式存在。在許多情況下，一種營(yíng)養(yǎng)素過(guò)多會(huì)阻礙或干擾另一種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收。磷是典型的例子；它將在低pH下被高濃度的鋅和鐵固定，而在高pH下被過(guò)多的鈣固定。當(dāng)鉀和鎂過(guò)量存在時(shí)，它們都會(huì)干擾另一種的可用性。在碳和氮的情況下，過(guò)多的碳會(huì)刺激土壤微生物生長(zhǎng)并吸收所有可用的土壤氮，導(dǎo)致暫時(shí)缺乏，直到微生物死亡并將其養(yǎng)分釋放到土壤系統(tǒng)。
表8營(yíng)養(yǎng)交互作用
元素
缺失可能因?yàn)橄铝性氐倪^(guò)量
過(guò)量可能導(dǎo)致下列元素的缺失
陽(yáng)離子
鈣
鋁
鎂、鉀、鐵、錳、鋅
鎂
鈣、鉀、銨
鉀、鋅、硼、錳
鉀
鎂、鈣、銨
鎂、硼
鐵
磷（高pH）、錳（低pH）、鈣、銅、鋁、鋅
鋅、錳
錳
鐵、銅、鋅、鈣、鎂
鐵
鋅
磷、氮、鎂、鐵、銅、鈣、鋁
鐵、銅、錳
銅
磷、鋅、氮
鐵、鋅、錳
陰離子
碳
硫、氮、磷
硫、氮、磷。
氮
碳、磷
磷
磷
鈣、氮、鐵、鋁、錳
鋅、銅、氮
硫
碳、氮
硼
鈣、鉀
鉬
硫、銅
鐵、銅
陽(yáng)離子平衡得到了大量的科學(xué)關(guān)注。堿飽和是指除氫或鋁以外的堿陽(yáng)離子占據(jù)土壤CEC的百分比。
已經(jīng)做出了一些努力來(lái)找到“理想的”陽(yáng)離子平衡或堿飽和比。一位非常有影響力的科學(xué)家是威廉·阿爾布雷希特博士，他于20世紀(jì)40年代在密蘇里大學(xué)進(jìn)行研究。阿爾布雷希特的主要貢獻(xiàn)是指出了鈣作為肥力的主要成分的重要性，認(rèn)為是石灰石中的鈣，而不是其中和酸的能力，使其成為重要的肥料。他還開(kāi)發(fā)了一個(gè)最佳堿飽和比的公式，強(qiáng)調(diào)鈣，許多土壤實(shí)驗(yàn)室都使用鈣來(lái)評(píng)估礦物平衡。雖然這是一個(gè)有用的指導(dǎo)原則，但阿爾布雷希特的比率并不是普遍準(zhǔn)確的，不應(yīng)該僅僅依靠它來(lái)確定肥料需求。
陰離子營(yíng)養(yǎng)素的理想比例是腐殖質(zhì)中通常存在的平衡：100份碳比10份氮比1份磷比1份硫。碳氮比的重要性已在前面描述；然而，氮磷比對(duì)植物的營(yíng)養(yǎng)也很重要，因?yàn)榈蛔銜?huì)減緩根系的生長(zhǎng)，從而降低它們獲取磷供應(yīng)的能力。微量營(yíng)養(yǎng)素問(wèn)題常常是失衡和絕對(duì)缺乏的結(jié)果。關(guān)于土壤生態(tài)系統(tǒng)中主要和次要養(yǎng)分之間以前未知的相互作用，新的信息不斷被發(fā)現(xiàn)。這就是為什么土壤化學(xué)的“食譜”方法會(huì)讓你陷入困境；最好的營(yíng)養(yǎng)來(lái)源是那些自然平衡的。該圖表將為您提供已知營(yíng)養(yǎng)相互作用的復(fù)雜性的一些指示。
生物因素：土壤生物群落
允許養(yǎng)分從土壤流向植物的循環(huán)都是相互依存的，只有在構(gòu)成土壤群落的活生物體的幫助下才能進(jìn)行。土壤微生物是礦物儲(chǔ)量和植物生長(zhǎng)之間的重要聯(lián)系。動(dòng)物和人也是這個(gè)社區(qū)的一部分。除非為了生活在那里的生物的利益，將它們的廢物送回土壤，否則整個(gè)生命維持過(guò)程將受到破壞。
從細(xì)菌和真菌到原生動(dòng)物和線蟲(chóng)，再到螨蟲(chóng)、彈簧尾和蚯蚓，土壤生物都執(zhí)行著大量的肥力維持任務(wù)。生態(tài)土壤管理旨在幫助這些生物工作，而不是用簡(jiǎn)化的化學(xué)系統(tǒng)為植物提供養(yǎng)分。因?yàn)?，一旦被過(guò)度使用可溶性肥料破壞，恢復(fù)健康的土壤生態(tài)系統(tǒng)可能是一個(gè)漫長(zhǎng)而昂貴的過(guò)程。
土壤居民
微小的植物和動(dòng)物構(gòu)成了土壤食物網(wǎng)的基礎(chǔ)。大多數(shù)直接有助于腐殖質(zhì)的形成和有機(jī)物質(zhì)中養(yǎng)分的釋放。事實(shí)上，穩(wěn)定的腐殖質(zhì)主要由微生物殘留物組成。在涼爽潮濕的氣候中，真菌和霉菌對(duì)腐殖質(zhì)的發(fā)育比細(xì)菌更重要。除了對(duì)土壤健康的重要性之外，這些微生物分解者對(duì)地球上的所有生命都至關(guān)重要，因?yàn)樗麄儙缀踟?fù)責(zé)所有有機(jī)廢物的回收。
其他生物，無(wú)論是微觀的還是可見(jiàn)的，都對(duì)土壤健康做出了重要貢獻(xiàn)，尤其是蚯蚓。植物根系本身是土壤生態(tài)系統(tǒng)的主要參與者，并對(duì)維持它們的環(huán)境產(chǎn)生重大影響。一旦你意識(shí)到在每克健康表層土中數(shù)十億的每一小塊土壤中不斷生長(zhǎng)、繁殖和死亡的生命形式的數(shù)量和多樣性，拿起一把土就不可能不感到敬畏。每種生物在土壤生態(tài)系統(tǒng)中都發(fā)揮著作用：
·生產(chǎn)者幾乎總是通過(guò)光合作用從陽(yáng)光中獲取能量，從簡(jiǎn)單的營(yíng)養(yǎng)元素中產(chǎn)生碳水化合物和蛋白質(zhì)。包括藍(lán)綠藻在內(nèi)的綠色植物是土壤的生產(chǎn)者。一些被稱為自養(yǎng)生物的特殊細(xì)菌也能夠利用土壤中的二氧化碳和礦物質(zhì)元素合成自己的食物。
·消費(fèi)者和其他人一樣，他們都依賴綠色植物創(chuàng)造的食物來(lái)獲取營(yíng)養(yǎng)。一級(jí)消費(fèi)者直接食用植物，而二級(jí)和三級(jí)消費(fèi)者則以其他消費(fèi)者為食。所有動(dòng)物，從簡(jiǎn)單的原生動(dòng)物到人類，以及非光合成植物，如酵母和某些其他真菌，都屬于這一類。
·分解器發(fā)揮關(guān)鍵作用，將基本化學(xué)營(yíng)養(yǎng)素從消費(fèi)者帶回生產(chǎn)者。它們都是細(xì)菌或真菌，幾乎只存在于土壤中；微生物分解者占土壤總代謝的60%至80%。如果沒(méi)有它們，我們的生活就會(huì)陷入停滯，因?yàn)槲覀冊(cè)谧约旱膹U物中窒息而死。
他們需要什么
如果改善土壤肥力的最可靠途徑是為土壤生命提供最適宜的條件，那么了解土壤生物的基本需求是第一步。成功的堆肥需要同樣的知識(shí)：為土壤動(dòng)物提供充足的食物、空氣和水，并取決于其他環(huán)境因素，如溫度，它們會(huì)茁壯成長(zhǎng)。
表9土壤有機(jī)物
生物種類
土壤中的群體量
特殊需求
營(yíng)養(yǎng)來(lái)源
生態(tài)系統(tǒng)中的作用
微植物
真菌：酵母、霉菌、105-106菌根。
105-106 /克
可耐受寬pH值和溫度范圍。
植物根中的有機(jī)物質(zhì)或營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。
腐殖質(zhì)形成和聚集體穩(wěn)定產(chǎn)生抗生素，引起植物病害，使磷可用。
放線菌屬
107-108 /克
需要通風(fēng)、水分和pH 6.0-7.5
有機(jī)物質(zhì)。
腐殖質(zhì)形成。
細(xì)菌 自養(yǎng)菌：
固氮菌、根瘤菌、
硝化菌。
異氧生物
腐爛的生物
108-109 /克
大多數(shù)需要空氣（需氧菌）和可交換的鈣。
溫度70-100F，pH6-8。
自養(yǎng)生物消耗土壤和空氣中的簡(jiǎn)單營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。
異養(yǎng)生物分解有機(jī)物質(zhì)
自養(yǎng)生物是固氮?jiǎng)?、硫氧化劑、硝化劑。有些?huì)導(dǎo)致疾病。
異養(yǎng)生物是分解者。
藻類：綠藻、藍(lán)綠藻
104-105 /克
光合作用
向土壤中添加有機(jī)物。有些固定氮。
微動(dòng)物
線蟲(chóng)
10-100 /克
有機(jī)物、其他微生物、植物根。
第二消費(fèi)者，有些是害蟲(chóng)和寄生蟲(chóng)。
原生動(dòng)物，輪蟲(chóng)。
104-105 /克
昆蟲(chóng)和軟體動(dòng)物
螨蟲(chóng)、彈尾蟲(chóng)、蜘蛛、sowbugs、螞蟻、甲蟲(chóng)、蜈蚣、千足蟲(chóng)、蛞蝓、蝸牛。
103-105 /平方米
微生物群、微型動(dòng)物、其他昆蟲(chóng)、植物根和殘留物、線蟲(chóng)、軟體動(dòng)物、碎屑（廢物）、有機(jī)物、脆弱植物。
對(duì)土壤進(jìn)行通風(fēng)和混合。剩下的是去作曲家。剔除虛弱或患病的植物。
蚯蚓
蚯蚓
30-300 /立方米
原始有機(jī)物
對(duì)土壤進(jìn)行通風(fēng)和混合。
留下?tīng)I(yíng)養(yǎng)豐富的蚯蚓糞
哺乳動(dòng)物
鼴鼠、老鼠、土撥鼠。
變化的
蚯蚓、昆蟲(chóng)、軟體動(dòng)物。
混合并粉碎土壤。留下廢物。
植物根系
根系
100-6000磅/英畝
光合作用、營(yíng)養(yǎng)鐵和分子
去除水分和養(yǎng)分；留下殘留物和滲出物。
土壤和堆肥生物都需要相同的食物：碳與氮的平衡比例約為25或30比1的生有機(jī)物。碳水化合物形式的碳實(shí)際上是土壤生物的主要食物：它們?cè)跀z入大量的碳后會(huì)迅速生長(zhǎng)，并從土壤系統(tǒng)中清除每一個(gè)氮碎片。這就是為什么向土壤中添加大量高碳物質(zhì)會(huì)導(dǎo)致植物缺氮的原因。然而，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，碳是所有土壤生物活動(dòng)的最終燃料，因此對(duì)腐殖質(zhì)形成和植物生產(chǎn)力至關(guān)重要。礦物質(zhì)營(yíng)養(yǎng)素的均衡供應(yīng)對(duì)土壤動(dòng)物也是必不可少的，微量營(yíng)養(yǎng)素是許多細(xì)菌酶參與其生化轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵。平衡的營(yíng)養(yǎng)素也提供了良好的pH值，盡管不同的生物對(duì)酸性或堿性條件更敏感。
空氣對(duì)土壤健康也至關(guān)重要，盡管某些細(xì)菌可以在沒(méi)有空氣的情況下生存（見(jiàn)方框“細(xì)菌和呼吸”）。事實(shí)上，土壤管理中的許多努力都是為了改善土壤通氣性：再多的施肥也無(wú)法彌補(bǔ)空氣的不足，因?yàn)槿绻参锔抵舷?，就無(wú)法充分利用可用的養(yǎng)分。
嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，水也是必不可少的，但水并不能排出空氣。理想的生物環(huán)境由附著在每一個(gè)土壤顆粒上的一層薄薄的水分組成，其間有大量的空氣循環(huán)。當(dāng)然，雨水和灌溉在增加所需的土壤水分方面起著核心作用，但也需要良好的結(jié)構(gòu)將水分從下層土壤中的儲(chǔ)量向上引導(dǎo)（見(jiàn)圖3）。
盡管溫度對(duì)生物活動(dòng)有關(guān)鍵影響，但每一個(gè)特定的土壤群落都在進(jìn)化，以適應(yīng)其環(huán)境中的自然氣候變化。你在調(diào)節(jié)溫度方面的唯一作用可能是通過(guò)覆蓋來(lái)緩和冬季嚴(yán)寒或夏季炎熱，或者用季節(jié)延長(zhǎng)裝置來(lái)加熱小區(qū)域。
土壤超級(jí)明星
盡管已經(jīng)有許多關(guān)于土壤生物學(xué)的著作，但對(duì)土壤中的生物種類及其相互作用的了解極其有限。盡管一些科學(xué)家試圖通過(guò)研究土壤的生存種群來(lái)進(jìn)行生物測(cè)定，以確定土壤的特征和需求，但此類測(cè)試仍極其復(fù)雜，難以準(zhǔn)確解釋。
表9總結(jié)了土壤生命形式的主要類型。以下是一些較為熟悉和知名的土壤居民的肖像，按大小排序：
細(xì)菌：細(xì)菌是土壤中數(shù)量最多、種類最多的生物，每克土壤中的細(xì)菌數(shù)量從數(shù)億到三十億不等。在適當(dāng)?shù)臈l件下，他們可以每小時(shí)使人口增加一倍。最上面六到八英寸的土壤每英畝可能含有幾百磅到兩噸的活細(xì)菌。
細(xì)菌對(duì)空氣的需求各不相同，但最有益的細(xì)菌需要空氣（見(jiàn)方框“細(xì)菌和呼吸”）。如果有足夠的水分和食物，細(xì)菌在70°至100°F（21°至38°C）的溫度和接近中性的pH值下表現(xiàn)最好。充足的鈣是至關(guān)重要的，微量營(yíng)養(yǎng)素的平衡也是至關(guān)重要的，而微量營(yíng)養(yǎng)素是細(xì)菌用來(lái)執(zhí)行其關(guān)鍵生化任務(wù)的酶所必需的。
不利的條件很少能完全殺死細(xì)菌；它們要么停止生長(zhǎng)并形成孢子以等待更好的時(shí)間，要么適應(yīng)基因突變迅速傳播到新一代的變化條件。然而，當(dāng)有問(wèn)題的生物體導(dǎo)致植物疾病時(shí)，這種適應(yīng)性會(huì)對(duì)你不利。如果任何土壤養(yǎng)分供應(yīng)有限，細(xì)菌將首先消耗；然后，植物必須等待參與，直到微生物死亡并分解。
圖8。重要的土壤生物。（蒂莫西·賴斯繪圖）
細(xì)菌和呼吸
土壤微宇宙分為兩種細(xì)菌：需要空氣的細(xì)菌和不需要空氣的。因此，空氣的可用性決定了哪種細(xì)菌會(huì)蓬勃生長(zhǎng)，以及它們的生長(zhǎng)速度。
·Aerobes需要空氣才能生存。介導(dǎo)土壤氮和硫循環(huán)的細(xì)菌以及許多重要的分解者都是需氧菌。所有其他土壤生物也是需氧的，包括植物根。有些細(xì)菌可以在需氧或厭氧條件下生存，但只有在有空氣的情況下才能生長(zhǎng)和茁壯成長(zhǎng)。
·厭氧菌可以在沒(méi)有空氣的情況下快樂(lè)地生活，事實(shí)上，如果暴露在空氣中可能會(huì)被殺死。導(dǎo)致肉毒桿菌和破傷風(fēng)等疾病的細(xì)菌就是著名的例子。有許多厭氧分解器，它們經(jīng)常產(chǎn)生一些惡臭的廢物，如硫化氫，厭氧分解過(guò)程的常用術(shù)語(yǔ)是腐敗。厭氧細(xì)菌還可以產(chǎn)生有用的副產(chǎn)品，如甲烷氣體，有時(shí)也被用作能源。
細(xì)菌實(shí)際上壟斷了對(duì)高等植物至關(guān)重要的三種基本土壤過(guò)程：硝化作用、硫氧化作用和固氮作用。硝化細(xì)菌將蛋白質(zhì)分解產(chǎn)物銨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為植物最易獲得的硝酸鹽。硫氧化過(guò)程類似于硝化。固氮細(xì)菌能夠?qū)⒋髿庵械脑氐D(zhuǎn)化為蛋白質(zhì)，并最終將其提供給其他生物——這是人類以高能源成本模仿的過(guò)程。它們可能與植物根共生，如根瘤菌科的成員，也可能是自由生活的土壤生物，如固氮菌。
真菌：酵母菌、霉菌和蘑菇都是真菌，只有酵母菌在土壤中很少存在。雖然它們是植物，但不含葉綠素，因此必須依賴其他植物來(lái)獲取營(yíng)養(yǎng)。霉菌可能和土壤中的細(xì)菌一樣多，在通風(fēng)不良、低溫和酸性條件下，霉菌的數(shù)量會(huì)超過(guò)細(xì)菌，因?yàn)樗鼈兏菀兹淌?。盡管許多植物病害是由土壤中的霉菌如鐮刀菌和曲霉菌引起的，但青霉菌家族中的霉菌是眾所周知的疾病防治者。霉菌對(duì)腐殖質(zhì)的形成尤其重要，在富含腐殖質(zhì)的酸性森林土壤中占主導(dǎo)地位。
圖9。菌根感染植物根并從巖石顆粒中提取養(yǎng)分。（Timothy Rice繪制）
一個(gè)極其重要的真菌群被稱為菌根，一個(gè)術(shù)語(yǔ)的意思是“真菌根”。這些蘑菇與許多種類的植物根形成共生關(guān)系，被認(rèn)為對(duì)松樹(shù)和樺樹(shù)等樹(shù)木的健康至關(guān)重要。真菌能夠?qū)⑵渌蝗艿臓I(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，尤其是磷，轉(zhuǎn)化為生物形式，進(jìn)而從宿主植物中獲取碳水化合物。眾所周知，許多作物植物都會(huì)加入菌根，但它們對(duì)生長(zhǎng)在貧瘠土壤上的植物最為重要，因?yàn)檎婢鷱膸r石顆粒中提取養(yǎng)分的能力對(duì)宿主植物的營(yíng)養(yǎng)至關(guān)重要。
放線菌：這些微生物就像細(xì)菌和真菌的雜交體，是繼細(xì)菌之后數(shù)量最多的土壤生物。新耕土壤的特征香氣是由放線菌引起的，放線菌在有機(jī)物分解和腐殖質(zhì)形成中起著關(guān)鍵作用。它們需要充足的空氣和6.0至7.5之間的pH值，但比干燥條件下的細(xì)菌或真菌更耐受。它們對(duì)低pH值的耐受性可用于預(yù)防馬鈴薯赤霉病，這是一種由放線菌引起的疾病。糞便中特別富含放線菌，這就是為什么許多人認(rèn)為糞便是制作高質(zhì)量堆肥的必要條件。
藻類：藻類是單細(xì)胞植物，通常含有葉綠素，在土壤中的數(shù)量略少于真菌。藍(lán)綠藻在許多土壤中都很常見(jiàn)，但在水稻栽培中尤為重要，因?yàn)樗鼈儗?duì)高濕度的耐受性和固定大氣氮的能力。所有藻類的生長(zhǎng)都受到農(nóng)家肥的極大刺激。
微型動(dòng)物：微觀土壤動(dòng)物，包括線蟲(chóng)、原生動(dòng)物和輪蟲(chóng)。線蟲(chóng)，通常稱為線蟲(chóng)或線蟲(chóng)，在大多數(shù)土壤中分布極廣，數(shù)量眾多。
植物-微生物共生
植物根和土壤微生物之間的互利關(guān)系是復(fù)雜而廣泛的。這些安排中的一些是眾所周知的，但許多仍然是神秘的。隨著我們進(jìn)一步了解這些微生物的工作原理，它們無(wú)疑將被更廣泛地用于提高作物產(chǎn)量。
少數(shù)細(xì)菌能夠?qū)⒖諝庵械牡獨(dú)廪D(zhuǎn)化為植物根部所能使用的形式。例如，根瘤菌在豆科植物的根部形成可見(jiàn)的結(jié)節(jié)，固定在那里的氮大大促進(jìn)了它們的生長(zhǎng)。當(dāng)豆類返回土壤時(shí)，如綠肥作物，根瘤菌固定的氮可用于后續(xù)作物（見(jiàn)表17）。當(dāng)一種豆科植物與另一種作物（例如草或谷物）聯(lián)合種植時(shí)，當(dāng)兩者同時(shí)生長(zhǎng)時(shí)，根瘤菌固定的氮可用于相關(guān)作物。因?yàn)椴⒎撬型寥蓝己羞@些理想的固氮細(xì)菌，當(dāng)農(nóng)民種植豆類時(shí)，他們通常會(huì)在土壤或種子中接種含有根瘤菌的制劑。
其他土壤生物，如放線菌Frankia、固氮細(xì)菌和一些藍(lán)綠藻，同樣能夠在有或無(wú)宿主物種的情況下固定氮。
據(jù)估計(jì)，80%以上的植物與真菌菌根有共生關(guān)系，真菌菌根的絲狀體擴(kuò)展了植物根在土壤中的延伸范圍，通常提高了植物根吸收養(yǎng)分的能力。其中一些菌根是相對(duì)非特異性的，能夠穿透不同生態(tài)系統(tǒng)中許多不同種類植物的根部。另一些是非常特殊的，在一種土壤中只有一種植物的根部。
盡管它們通常被認(rèn)為是麻煩的植物害蟲(chóng)，但最常見(jiàn)的種類有助于分解有機(jī)物或捕食細(xì)菌、藻類或其他土壤動(dòng)物。一些寄生線蟲(chóng)被用作土壤害蟲(chóng)的生物防治劑，如白菜根蛆。原生動(dòng)物是比細(xì)菌更大的單細(xì)胞動(dòng)物，通常將它們作為食物來(lái)源。輪蟲(chóng)在潮濕的土壤中很常見(jiàn)，它們通過(guò)旋轉(zhuǎn)并將食物顆粒掃進(jìn)嘴里來(lái)覓食
蚯蚓和其他大型動(dòng)物：在眾多在土壤中安家的動(dòng)物中，從小型蜘蛛到草原犬，蚯蚓是與土壤健康關(guān)系最密切的動(dòng)物（見(jiàn)方框“高貴的蚯蚓”）。其他小型土壤動(dòng)物包括螨蟲(chóng)和蜘蛛、甲蟲(chóng)、彈尾蟲(chóng)、蒼蠅、白蟻、螞蟻、蜈蚣和蛞蝓，以及許多蝴蝶和飛蛾的幼蟲(chóng)。其中許多生物在將有機(jī)物質(zhì)分解成更小的碎片和更簡(jiǎn)單的化合物方面發(fā)揮著重要作用；有些是重要的植物害蟲(chóng)。哺乳動(dòng)物，如鼴鼠、田鼠、地鼠和其他穴居動(dòng)物，當(dāng)它們決定你的花椰菜對(duì)它們來(lái)說(shuō)很好看時(shí)，有時(shí)會(huì)成為一種麻煩；然而，它們也通過(guò)控制害蟲(chóng)種群、混合土壤和沉積糞便來(lái)促進(jìn)土壤生態(tài)系統(tǒng)。
農(nóng)場(chǎng)動(dòng)物：農(nóng)場(chǎng)動(dòng)物對(duì)土壤肥力的重要性有時(shí)被忽視。盡管現(xiàn)代“工廠化養(yǎng)殖”將太多動(dòng)物集中在小面積，但理想的養(yǎng)殖系統(tǒng)應(yīng)該包括一些動(dòng)物。除了提供寶貴的糞便外，農(nóng)場(chǎng)動(dòng)物對(duì)許多生態(tài)土壤建設(shè)實(shí)踐也很重要：
·土壤建設(shè)輪作需要草皮作物和豆類作物，這些作物通常只有在用作動(dòng)物飼料時(shí)才經(jīng)濟(jì)可行。
·動(dòng)物通常是在過(guò)于潮濕、陡坡或多石無(wú)法耕種的土壤上收獲作物（除了樹(shù)木）的唯一手段。
·豬和雞可以通過(guò)充當(dāng)活旋耕機(jī)，在種植作物之前對(duì)一塊地進(jìn)行刮擦和通氣來(lái)改善土壤。它們還吃雜草和地面害蟲(chóng)。
高貴的蚯蚓
良好的蚯蚓種群被普遍認(rèn)為是土壤健康的標(biāo)志。蚯蚓與土壤挖掘機(jī)相比無(wú)與倫比，它一生都在攝取、磨碎、消化和排泄土壤：一年中每英畝有多達(dá)15噸的土壤通過(guò)蚯蚓的身體。蚯蚓糞便中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和細(xì)菌比周圍的土壤更豐富，在耕地中每英畝可添加多達(dá)8噸的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。它們對(duì)排水和通風(fēng)、土壤聚集和底土養(yǎng)分輸送的貢獻(xiàn)也很重要。查爾斯·達(dá)爾文將蚯蚓譽(yù)為“土壤之腸”，這是有充分理由的
在大約200種已知的蚯蚓中，地龍是最常見(jiàn)的：有趣的是，地龍并非原產(chǎn)于北美，而是伴隨著歐洲人而來(lái)的，結(jié)果證明它比其原生的前身更適合于耕作條件。蚯蚓與用于堆肥的蚯蚓不同，更喜歡涼爽的溫度，大約50°F（10°C）是最佳溫度。它們需要良好的通風(fēng)和足夠但不太多的水分。盡管有些物種可以耐受相當(dāng)酸性的土壤，但大多數(shù)物種需要充足的鈣供應(yīng)，因此需要更中性的pH值。它們對(duì)許多有毒的害蟲(chóng)和雜草控制化學(xué)品以及高鹽指數(shù)的肥料也很敏感。
根區(qū)的生活
植物根系本身在土壤生態(tài)中起著重要作用。數(shù)量和種類最多的生物分布在土壤的最上層，靠近空氣、水和食物的新鮮來(lái)源。的確，一些生物活動(dòng)甚至發(fā)生在相當(dāng)深的地方，特別是蚯蚓和其他動(dòng)物在洞穴中，以及深根植物生長(zhǎng)的地方。然而，在植物根周圍的區(qū)域，即根際，土壤中的生物濃度是其他地方的十倍到一百倍。在永久性草皮下發(fā)現(xiàn)的土壤，完全被纖維狀的根團(tuán)滲透，與干凈種植的行作物相比，不可避免地會(huì)有更健康、更健壯的微生物種群。
大多數(shù)重要的土壤生物轉(zhuǎn)化發(fā)生在根際，特別是固氮和菌根結(jié)合。生長(zhǎng)的根尖的外層被稱為粘液，是一種迷人的物質(zhì)，是根及其周圍微群落的產(chǎn)物。粘液是根分泌的膠狀物質(zhì)，是大量微生物和化學(xué)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，將植物直接與土壤生命聯(lián)系起來(lái)。
植物根系與其他土壤群落相互作用的一些方式包括：
·根可以通過(guò)稱為吸附的過(guò)程直接從土壤顆粒上的交換位點(diǎn)吸收陽(yáng)離子養(yǎng)分，以交換氫（見(jiàn)陽(yáng)離子交換容量）。
·植物根在呼吸過(guò)程中釋放二氧化碳，就像動(dòng)物一樣。與上述氫氣的釋放一起，這在根際創(chuàng)造了更多的酸性條件，因?yàn)槎趸既芙庠谒袝r(shí)會(huì)形成弱酸。這種輕微的酸度有助于使原本不溶的磷和微量營(yíng)養(yǎng)素更容易獲得。
圖10。根際，約3mm寬的區(qū)域，是土壤、根和微生物相互作用的生物和化學(xué)活性最高的區(qū)域。粘液是一種圍繞在根周圍的膠狀物質(zhì)，既是根-土壤微生物群落的媒介物也是產(chǎn)物。（Timothy Rice繪制）
·根會(huì)釋放出某些稱為滲出物的生化化合物，有時(shí)會(huì)作為植物毒素，即競(jìng)爭(zhēng)植物物種的化學(xué)抑制劑，這一過(guò)程稱為化感作用。例如，冬季黑麥會(huì)釋放出抑制沙發(fā)草生長(zhǎng)的分泌物。
·生長(zhǎng)的根不斷脫落的死亡組織是微生物的絕佳食物。綠肥作物根部的有機(jī)貢獻(xiàn)通常比表面上方的部分更大。
·植物根能夠吸收許多復(fù)雜的有機(jī)化合物，如激素、維生素、抗生素和腐殖質(zhì)部分，以及殺蟲(chóng)劑和除草劑等有毒物質(zhì)。這是對(duì)植物營(yíng)養(yǎng)素來(lái)源（無(wú)論是化肥還是堆肥）與植物健康無(wú)關(guān)這一論點(diǎn)的重要反駁。
土壤與文明
所有陸地動(dòng)物，包括人類，都是土壤群落的成員。人類社會(huì)無(wú)視這一事實(shí)，后果自負(fù)：歷史上，土壤肥力一直被浪費(fèi)，以犧牲子孫后代為代價(jià)，讓少數(shù)人立即致富。文化價(jià)值觀、倫理、美學(xué)和精神信仰對(duì)土壤的處理方式有著深遠(yuǎn)的影響。
不僅農(nóng)場(chǎng)本身，它所屬的社會(huì)也必須被視為土壤生態(tài)系統(tǒng)的組成部分，因?yàn)樗腥硕枷嗷ブС趾途S護(hù)，任何人都不可能獨(dú)立存在。例如，如果附近沒(méi)有一個(gè)規(guī)模龐大的非農(nóng)業(yè)社區(qū)，市場(chǎng)營(yíng)銷就成了農(nóng)民的問(wèn)題；然而，太大的非農(nóng)業(yè)社區(qū)施加了將生產(chǎn)性農(nóng)田轉(zhuǎn)化為其他用途的壓力?？梢詫懸徽緯?shū)，講述政治和經(jīng)濟(jì)壓力對(duì)土壤肥力的影響，尤其是在“第三世界”，農(nóng)民被迫生產(chǎn)出口作物以換取外匯，而不是為家庭提供糧食。
1992年聯(lián)合國(guó)地球問(wèn)題首腦會(huì)議承認(rèn)可持續(xù)農(nóng)業(yè)作為扭轉(zhuǎn)全球環(huán)境退化的一種手段的重要性。執(zhí)行其建議需要廣泛提高公眾意識(shí)。政治和社會(huì)行動(dòng)主義比以往任何時(shí)候都更清楚地成為土壤管理的重要組成部分。
