從地球系統(tǒng)物質循環(huán)的觀點來看，土壤肥力的發(fā)生與發(fā)展是自然界物質的地質大循環(huán)與生物小循環(huán)相互作用的結果。地質大循環(huán)是指礦物質養(yǎng)分在陸地和海洋之間循環(huán)變化的過程。陸地上的巖石經風化作用產生的風化產物，通過各種外力作用的淋溶、剝蝕、搬運，最終沉積在低洼的湖泊和海洋中，并經過固結成巖作用形成各種沉積巖；經過漫長的地質年代，這些湖泊、海洋底層的沉積巖隨著地殼運動重新隆起成為陸地巖石，再次經受風化作用。這種物質循環(huán)的周期大約在10000000～100000000年。其中以巖石的風化過程和風化產物的淋溶過程與土壤形成的關系最為密切。風化過程在土壤形成中的作用主要表現(xiàn)為原生礦物的分解和次生粘土礦物的合成。前者使礦物分解為較簡單的組分，并產生可溶性物質，釋放出養(yǎng)分元素，為綠色植物的出現(xiàn)準備了條件；后者使風化殼中增加了活躍的新組分，從而具有一定的養(yǎng)分和水分的吸收保蓄能力，為土壤的形成奠定了無機物質的基礎�？梢姡L化過程對土壤來說，是一種物質輸入過程。淋溶過程使有效養(yǎng)分向土壤下層和土體以外移動，而不是集中在表層，具有促進土壤物質更新和土壤剖面發(fā)育的作用。對于土壤來說，它是一種物質轉移和輸出過程。
生物小循環(huán)又稱為養(yǎng)分循環(huán)，指營養(yǎng)元素在生物體和土壤之間循環(huán)變化的過程。植物從母質和土壤中選擇吸收所需的可溶性養(yǎng)分，通過光合作用合成有機體；植物被動物食用后變成動物有機體；植物、動物有機體死亡后歸還土壤，經微生物分解與合成轉化為植物可以吸收的可溶性養(yǎng)分和腐殖質，腐殖質經過緩慢的礦質化，也為植物提供養(yǎng)分。這種物質循環(huán)的周期較短，一般為1～102年。其中有機質的累積、分解和腐殖質的合成促進了植物營養(yǎng)元素在土壤表層的集中和積累，成為土壤肥力形成與發(fā)展的關鍵。
從地球發(fā)展史來看，生物的出現(xiàn)較晚，因此，生物小循環(huán)是在地質大循環(huán)基礎上發(fā)展起來的，是疊加在地質大循環(huán)上的較小時間尺度的次級物質循環(huán)。從對于土壤形成的作用上看，地質大循環(huán)的總趨勢是陸地物質的流失，造成土壤系統(tǒng)養(yǎng)分的淋溶分散，而生物小循環(huán)的總趨勢是使流失中的物質保存和集中在地表，并不斷在土壤與生物之間循環(huán)利用。一般來說，如果風化作用和有機質的累積、分解與腐殖質合成作用較強，而淋溶作用較弱，土壤中養(yǎng)分保存多，肥力水平將逐漸提高；如果風化作用和有機質的累積、分解與腐殖質合成作用較弱，而淋溶作用較強，土壤中養(yǎng)分保存少，肥力水平將逐漸降低；當兩種作用勢均力敵時，土壤肥力的發(fā)展處于動態(tài)平衡狀態(tài)。此外，人類的各種生產活動如砍伐森林、耕墾草原、圍湖圍海造田、開采礦產、城市建設等都會對地質大循環(huán)和生物小循環(huán)產生干擾，從而影響一個地方土壤肥力的發(fā)展方向與平衡。
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