土壤孔隙、水、肥料的关系与养分循环
土壤中孔隙的分布非常重要。孔隙被定义为两种类型：小孔隙和大孔隙。小孔隙一般被称为“毛管孔隙”。在砂质土壤中，孔隙度持久并稳定，在粘性土壤中，孔隙度随土壤湿度的变化而变化。
土壤持水力受土壤质地和土壤类型的影响。比如：在偏砂性土壤中，15%的土壤含水量可以满足作物正常生长的需要，而中性土壤中同样的含水量只处于作物需水临界点，粘性土壤中则不能满足作物生存的需要。
水被固定在土壤孔隙中，与周围的土壤颗粒表面形成水膜。当土壤由于渗透、蒸发和根系吸收而变干时，大孔隙中的水首先被吸收，同时小孔隙中的水也被吸收。当作物需水时，首先从大孔隙中吸收水分。
土壤颗粒的保水机制主要基于颗粒表面的保水性。砂粒、粉粒和粘粒相互粘结和聚集，形成土壤结构。良好的土壤结构比紧实的结构具有更多的土壤空隙和更好的保水性。
壤土具有更好的持水性（它由很多的小颗粒组成，具有更大的表面积）。偏砂性土壤持水性较弱（其主要由大颗粒组成，表面积较小）。
土壤结构在两个方面影响灌溉方案：
·它决定了土壤吸水的快慢。因为其影响了滴头流量的选择和滴头间距的确定，因此在滴灌系统设计前就要了解。
·它决定了根区蓄水量的多少，以及可供给作物吸收的有效水数量。
养分循环
土壤养分循环是“土壤圈”物质循环的重要组成部分。也是陆地生态系统中维持生物生命周期的必要条件。
土壤植物营养的研究证实，生物体中含有的90余种元素，其中已被肯定的植物生长发育的必要元素16种。其中碳、氢和氧主要来自大气和水，其余元素则主要来自土壤。来自土壤的元素通常可以反复的再循环和利用。
典型的再循环过程包括：
①生物从土壤中吸收养分；
②生物的残体归还土壤；
③在土壤微生物的作用下，分解生物残体，释放养分；
④养分再次被生物吸收。
可见土壤养分循环是在生物参于下，营养元素从土壤到生物，再从生物回到土壤的循环，是一个复杂的生物地球化学过程。由于不同养分元素的化学、生物化学性质不同，循环过程各有特点。
碳素循环
你知道一个碳原子的旅程吗？据Garrels等（1975)计算：在大气圈中停留4年；在生物圈中停留11年；在海洋上层水域停留385年；在深海中停留10万年；在地壳中停留3.42×108年。碳素循环是地球上最重要的循环过程。土壤有机质也是全球碳平衡过程中非常重要的碳库。据估计全球土壤有机质的总碳量在14-15×1017g，大约是陆地生物总碳量（5.6×1017g）的2.5-3倍。而每年因土壤有机物质生物分解释放到大气的总碳量为68 ×1015g，全球每年因焚烧燃料释放到大气的碳远低得多，仅为6×1015g，是土壤呼吸作用释放碳的8-9%。可见，土壤有机质的损失对地球自然环境具有重大影响。从全球来看，土壤有机碳水平的不断下降，对全球气候变化的影响将不亚于人类活动向大气排放的影响。
氮素循环
我们美丽的蓝色星球上存在着许多循环系统，例如大气循环，水循环，生态系统的物质循环。当然还包括农田碳、氮、磷、硫等养分的循环，这些养分的循环是极其重要的，因为它们决定了土壤质量以及农田生态系统的生产力和可持续特性。氮在自然界中的循环转化过程，是生物圈内基本的物质循环之一。土壤中通过氮的获取和损失进行着反覆循环。大气中的氮经微生物等作用而进入土壤，为动植物所利用，最终又在微生物的参与下返回大气中。植物利用根系从土壤中吸收硝酸根离子或铵离子以获取氮素。在无氧（低氧）条件下，厌氧细菌最终将硝酸中氮的成分还原成氮气归还到大气中去。
土壤氮的循环过程是氮素不断进行生物、生物化学、化学、物理、物理化学变化的过程，也是不断进行氮素形态变化的过程。在农田土壤系统中，氮循环是物质循环的基础并影响和控制其它物质或养分循环过程。因此，目前氮素在土壤中的转化和去向已成为科学研究的焦点之一。
磷素循环
磷是生物不可缺少的成分。它是细胞遗传信息携带者DNA的构成元素，在能量贮存、利用和转化方面起着关键作用。它还制约着生态系统，尤其是水域生态系统的光合生产力。
另外，磷还是动物骨骼和牙齿的主要成分。所以，没有磷就没有生命，也就不会有生态系统中的能量流动。陆地生态系统中的磷除小部分来自干湿沉降外，大多数来自土壤母质。磷与土壤矿物质紧密结合，除了随土壤侵蚀通过地表迳流流失损失外，土壤中磷的淋失损失几乎可以忽略不计。
磷循环主要在土壤、植物和微生物中进行，其过程为植物吸收土壤有效态磷，动植物残体磷返回土壤再循环；湖泊、河流的富营养化与地球磷素循环的失衡有密切的关系。由于磷元素的匮乏和农业生产的需要，磷的循环愈加受人类的关注。
硫素循环
土壤硫的主要来源有: ①大气无机硫(SO2)的干湿沉降。大气中的SO2来自火山爆发、土壤和湿地排放、海洋排放和人为排放。特别值得一提的是燃煤、燃油、矿治等造成的SO2酸沉降。SO2溶于水形成硫酸,即酸雨。②含硫矿物质和生物有机质，矿物质肥包括过磷酸钙、硫酸铵、硫酸钾、硫酸镁、石膏。含硫的生物有机质包括各种动植物残体，经过矿化作用释放出无机硫。土壤硫主要是除以硫酸根形态被植物根部吸收外,叶片也能少量吸收SO2,植物吸收SO42-直接参于体内的代谢作用。
此外，因硫酸根带负电荷，不易被吸附在带负电荷的土壤胶体表面，容易淋失。土壤在还原条件下形成的硫化氢（H2S）易挥发损失。
作为新型肥料就有必要通过一定的措施来解决这些问题：能够直接或间接地为作物提供必需的营养成分；调节土壤酸碱度、改良土壤结构、改善土壤理化性质和生物学性质；调节或改善作物的生长机制；改善肥料品质和性质或能提高肥料的利用率。要做到这些，就需要根据作物对肥料的需求和土壤中的养分结构来进行合理施肥，要求肥料的生产不断细化，农民进行作物施肥的时候也需要对土壤中的养分结构有所了解，从而缺什么施什么、缺多少施多少。（
作为新型肥料就有必要通过一定的措施来解决这些问题：能够直接或间接地为作物提供必需的营养成分；调节土壤酸碱度、改良土壤结构、改善土壤理化性质和生物学性质；调节或改善作物的生长机制；改善肥料品质和性质或能提高肥料的利用率。要做到这些，就需要根据作物对肥料的需求和土壤中的养分结构来进行合理施肥，要求肥料的生产不断细化，农民进行作物施肥的时候也需要对土壤中的养分结构有所了解，从而缺什么施什么、缺多少施多少。（来源：新型肥料服务平台）