土壤水分、养分、空气和温度，称为土壤肥力四大因素。土壤肥力的高低，不只是受每个肥力因素数量适当与否的影响，而主要取决于水、肥、气、热之间在一定条件下协调程度的左右。因此，必须研究掌握土壤各个肥力因素状况和它们的相互关系。

（1）土壤水分状况

    “水利是农业的命脉”，首先，作物的生长发育需要大量的水。这是因为：一般作物要获得一分产量，必须消耗500—1000分的水，这些水都是从土壤中供给;作物吸收的养分也需要溶于水后才能被利用；土壤微生物的活动以及土壤养分的分解和转化都需要水。其次，水分直接对土壤空气与热量状况起着制约的作用，同时还影响着土壤的胀缩性、粘着性、粘结性和耕性等性质。这表明，土壤水分不仅为作物生长发育之必需，而且还可以通过控制土壤水分状况来使肥、气、热关系协调。

①土壤水分类型：

    土壤水分按其受作用力的不同，一般分为三种：

    A、束缚水：这是在土粒表面引力作用下，紧紧地束缚在土粒周围的水分而称之。这种水在土壤中移动极慢，且有一部份在土粒表面不移动，所以很难被作物吸收利用。当土壤含水量达到仅有束缚水量时，作物就出现凋萎现象。由于土粒愈细，吸住的水分愈多，所以粘土的束缚水量大于砂土。

    B、毛管水：这是在土壤毛细管引力作用下，保持在曲折微细的土壤孔隙里的水而称之。这种水能沿着毛细管孔隙向上下左右的各个方向移动。其移动规律是从湿度大的土层移向湿度小的土层。它是土壤中最适于作物吸收利用的水分。由于水中溶有各种作物的养分，所以又为作物提供了营养物质。油砂土、潮砂土，出现的“回潮”或“回润”现象，就是毛管水的上升运动，把地下水引到耕层的缘故。但是毛管水运动会带来地表蒸发不断发生，造成土壤水分损失，所以生产中常采取中耕松土，这有切断土壤毛细管，减少土壤水分蒸发的作用。

    C、重力水：这是在土壤水分含量超过土壤毛管力的作用范围时，过多的水受重力的影响向下渗漏，这种渗漏水称为重力水。它是水稻最有效的水分。尽管渗漏作用有造成漏水漏肥的现象，但不论对水田还是旱土，适当的渗漏是必要的，它有利于土壤空气的更新及有害还原物质的向下移动和淋失。

②水稻土壤水分状况：

   水稻土壤在淹水时期，耕作层水分呈现过饱和状态，由于重力作用,不断地垂直渗漏。根据水分的垂直渗漏特点，水稻土分成三个类型。

    A、地下水型：这类水稻土，地下水位高（地下水位距地表在60厘米以内），排水不良，灌溉水层和地下水相连，通透性能差，泥温低，如冷浸田、滂泥田和深脚鸭屎泥土属之。

    B、地表水型：这类水稻土，地下水位很深（超过150厘米），灌溉水下渗不能达到地下水层，排水虽良好，但不耐干旱。如高岸田、天水田和大部份梯田属之。

    C、良水型：这类水稻土，地下水位在60—150厘米之间，灌溉水层与地下水位不相连接，但土壤毛管水可以上下流通，这类田一般分布在垅田上面或一排、二排田属之。

    三种类型水稻土，以良水型的土壤肥力最好，一般是高产稳产稻田。适当渗漏对水稻土是必要的，它有助于土壤空气的更新和有毒物质的排除。当然也不可过大，以免造成养分淋失。一般在灌1寸水能保存三天为限，即渗漏量为0.5—1.0厘米/24小时最适当。

（2）土壤空气状况

    土壤空气对土壤微生物活动和养分转化有密切关系，对作物根系发育亦有影响。作物生长发育各个时期对土壤空气都有一定的要求。

①土壤空气的成分：

    土壤中的空气，一部份是由大气进入；一部份是由土壤中生物化学过程所产生。由于土壤中生物（作物根系和微生物）生命活动的影响和有机质的分解作用，不断地消耗氧气和产生二氧化碳及其它气体，致使土壤空气与大气的成分有显著的区别：土壤空气中氧气含量低于大气，而二氧化碳的含量则高于大气；另外土壤空气经常为水汽所饱和，大气湿度一般只达50—90%；土壤空气有时还含有少量的还原性气体，如甲烷、氢气、氨和硫化氢。

②水稻土空气状况的特点：

   水稻土壤由于季节性或常年淹水，土壤空气与大气之间的气体交换被水层隔绝，常处于还原状态。作物生命活动消耗的氧，只能靠作物茎叶的输氧组织将大气中的氧输入根部，由根再将氧分秘出来，造成根际微域氧化环境，防止稻根被周围还原性物质的毒害。这正是水稻能在缺氧环境中生长的秘密所在。所以水田土壤空气状况的特点具有明显的层次性和微域性。在耕作层表面数毫米至1厘米处为氧化层，因铁成高价化合物状况，土色呈黄褐或黄棕色。在氧化层以下的耕作层为还原层，铁成低价化合物状况，土色呈青灰或兰灰色。但在靠近根际周围的土壤，常因水稻根群的泌氧作用而出现锈斑和锈纹。

③土壤空气在土壤肥力中的地位：

   土壤空气供给作物根系呼吸作用所需要的氧。如缺氧，根系发育受到影响，吸水吸肥机能减弱，甚至死亡。尤其种子发芽期及幼苗期更加如此。水稻虽具通气组织，土壤也应具有一定的通气性能，以利稻根生长。另外，土壤空气状况影响土壤微生物的活动和养分的转化。缺氧微生物活动以嫌气性为主，使有机质分解缓慢，造成养分不足，甚至引起氮素损失，同时，还产生不利于作物营养的还原性有毒物质，如乙酸、丁酸、硫化氢等。此外，土壤通气不良，有利于病菌滋生，引起作物感染病害，影响作物生长，降低产量。因此，稻田常采用排水露田和晒田进行调节。

（3）土壤温热状况

    土壤温度对作物生育和土壤中微生物活动以及各种养分的转化、土壤水分蒸发和运动都有很大影响。作物从播种到成熟都需要一定的温度条件，如大麦、小麦在1—2℃时就能发芽，而水稻、棉花要在10—12℃时才发芽。所以不同作物的适时播种，就是由土壤温度来决定的。一般土壤微生物生活，以土温25℃—37℃为适宜，最低是5℃，最高不超过45℃—50℃。土温过低，微生物活动减弱，甚至完全停止，有机质难于分解，有效养分缺乏。冷浸田就是如此，所以要排除冷浸水，增施猪牛栏粪、石灰、草木灰和火土灰，以提高土温。

①影响土壤温度的因素：

    温度是热的表现。土壤热量主要来源于太阳辐射热，其次是微生物对有机质的分解作用，放出一定的热量，使土温增高。

    影响土壤温度变化的因素很多，有纬度、海拨高度、地形和坡向。但主要是土壤本身的土壤热特性，如土壤热容量、导热性、吸热性和散热性等。尤其是热容量和导热性是决定土温最重要的内因。

    A、土壤热容量：每1立方厘米的干土增温1℃时所需的热量卡数（卡/立方厘米/度），称为土壤热容量。水的热容量为1；空气为0.0003；土粒介于二者之间，约为0.5—0.6。由于土壤固体部分变化很小，因此，土壤热容量的大小主要决定于土壤水分和空气的数量，凡水多气少的土壤，热容量就大，增温慢，冷却也慢，温度变化小；反之，土温变化就大。所以稻田管理，早春白天排水增温，夜间灌水保温；夏季运用深灌降温。

    B、土壤导热性：土壤导热是指从温度较高的土层向温度较低的土层传导热量的性能。其大小与土壤固、液、气三相组成比例有关。土壤矿物质的导热性为空气的100倍;水为空气的25倍；有机质为空气的5倍；空气几乎不传热。由此可知，土壤导热性的大小取决于空气和水分之间的相对比例。因此，中耕松土有减小土壤导热性，使表土温度不易向下传递，深土温度不易向上散失。土壤温度随气象因子的影响而经常变化，为了满足作物生长发育的需要，必须围绕早春增加土温，夏季降低土温，秋冬保持土温的目标，采取行之有效的措施。

    A、合理灌溉：早春寒潮期间多灌水、灌深水，避免土温骤然下降，增强幼苗抵御低温能力；一般天气期间采用浅水间灌，升温通气，促进作物生长。夏季以增强土壤散热性为主，采取短期灌深水和经常性的灌水露田相结合，达到散热、通气、供水的目的，促进作物生长发育。秋冬时节，一般结合施肥，推行霜前灌水，以减轻作物冻害。

    B、合理施肥：在保证施足肥的前提下，增施有机肥，如顺时针海洋生物肥、火土灰、腐熟的猪牛栏淤等等，笔者建议最好使用海洋生物肥，因为海洋生物肥的原料都是纯天然的，弱碱性偏中性，并提高土壤温度。其一，加深土色，增加土壤吸热力；其二，分解中放出热量；其三，土壤疏松，增加空气容量，降低土壤热容量。此外，还直接提高作物的营养。

    C、实行覆盖：早春和秋冬低温季节，运用草木灰、切碎的草子（紫云英）、干（湿）牛粪、苔藓、塑料薄膜等覆盖地面，能提高土壤吸热，减少散热，有保温防冻作用；夏秋高温干旱期间，采用稻草或其它作物秸秆覆盖地面，有遮荫防晒，降低土温的作用，同时，还能减少水分蒸发和消灭杂草。

    D、中耕松土：这有利于土壤空气容量增加，减少表土热量向下传导和下层土温上升的作用。因此，早春，对粘重紧实土壤进行中耕松土来提高土温，加快种子萌芽;夏季中耕松土，缓和根系活动层土温过高，促进作物根系生长。

此外，利用风障、防风林、熏烟及施用化学增温剂等，均可调节土壤温度，可以因地制宜进行应用。

（4）土壤养分状况

    作物需要的养分绝大部份来自土壤，但是，土壤里的养分绝大部份存在于难溶性的矿物质中和有机质中，为迟效性，作物难以吸收利用。而能被当季作物吸收利用的离子态速效养分，只占土重0.005—0.1%，存在于水溶液中和被吸附在土壤胶体表面上。不过，这种迟效养分和速效养分在一定条件下能够相互转化。

①有机碳化合物的转化：

    土壤中的纤维素、淀粉、双糖、单糖以及脂肪等有机物，都不含氮。它们在土壤中转化有两种情况：一是通气良好时，受好气性细菌和真菌作用，迅速分解，最后产生CO2和H2O，并放出大量的热。这种热是土壤生物化学作用的原动力和土壤微生物生命活动所需能量的来源。CO2是作物进行光合作用的重要原料。二是通气不良时，受嫌气性细菌作用，缓慢分解，只是放出少量的热和CO2，而累积大量的有机酸（乙酸、丁酸）、甲烷、氢等还原性物质，障碍作物生长发育。如水稻“翻秋”或“溶蔸”现象，就是丁酸所害。因此，水田翻压绿肥，结合施石灰，就是为了中和有机酸，消除稻田毒害。

②土壤中氮素的转化：

    土壤中有机态氮占99%以上，无机态氮不足1%;水田的全氮含量约为0.1—0.2%，无机态氮更少。作物从土壤中吸收的氮素，绝大部份由有机氮转化而来。其转化形成主要有四种：

   A、氨化作用：土壤中含氮的有机物，如蛋白质、尿素和壳糖（几丁质）等在氨化细菌作用下，逐渐分解释放出氨，称之氨化作用。不论通气好坏，此过程都能进行。氨与土壤中的酸根结合成铵盐，为作物吸收利用，或被土壤胶体吸附保存。

   B、硝化作用：氨或铵盐在通气良好的条件下，经亚硝酸细菌、硝酸细菌等的作用，转化成硝酸的过程，称为硝化作用。由于这种作用是在通气良好的情况下进行，所以NO3-N存在于旱土中，而水田中很少见。NO3-N是作物良好的有效态养分，但不能被土壤胶体吸附，易于随水流失，故深耕松土，保持土壤湿润，有利硝化作用和防止土壤中氨的散失。

   C、反硝化作用：当土壤通气不良，并含有大量新鲜有机质和硝酸盐的土壤中，在反硝化细菌的作用下，将硝酸盐还原成作物不能利用的氮气而损失，这个过程称为反硝化作用。这种作用对作物吸收养分和生长带来不利，务必加以阻止。稻田采用浅水间灌，露田通气和施用铵态氮肥，旱土雨后中耕松土，均可防止反硝化作用的发生。

    D、生物夺氮作用：土壤中的无机态氮（如铵盐、硝酸盐）部份被微生物、杂草、土壤动物吸收利用，合成生物机体，使土壤有效态氮减少，称生物夺氮作用。尤以微生物夺氮最突出，当土壤中施用大量新鲜的、含纤维素多的有机肥和其它环境条件又适宜，微生物就大量活动与繁殖，消耗掉土壤中有效氮素，从而导致作物氮素养分缺乏或严重不足。因此，凡秸秆还田或施用大量未腐熟的含纤维多的有机肥料，必须配合施用适当的速效氮肥，以补充土壤有效氮素，供作物吸收。

    但是生物夺氮作用是暂时的，直到有机肥分解就会停止，同时，微生物死亡后，氮素仍就归还给土壤，让作物吸收利用。所以这与反硝化作用造成的氮素损失是完全不同的。

③土壤中磷素的转化：

   一般土壤中磷酸总量（以P2O5计算）约在0.05—0.2%之间。红黄壤仅为0.06%左右，就按此计算，这些磷也够供作物若干年丰收所需要。但是，土壤中能为作物很好吸收利用的水溶性磷（如Na、K、NH4等磷酸盐及磷酸一钙）和弱酸溶性磷（如磷酸二钙）很少；而多数为难溶性磷（磷酸二钙）和极难溶性磷（如磷酸铁、磷酸铝）以及有机态磷。它们需经各种转化，才能被作物吸收利用。

    土壤无机磷的转化，主要受土壤反应的影响。在强酸性土壤中，磷与铁、铝离子化合生成难溶性的磷酸铁、磷酸铝沉淀而被土壤固定；在石灰性土壤中，磷则成为磷酸三钙被土壤固定。只有当土壤反应处于中性或接近中性（PH值为6.5—7.5）的条件，磷的有效性才提高。

    土壤有机磷的转化。土壤中，有机磷化合物主要有核蛋白、核酸、卵磷脂、植素以及植物体内其他含磷化合物。它们是在土壤微生物的作用下，进行水解释放出磷酸。这种磷酸和水解性磷一样，在土壤中再进行着各种转化，变成有效磷酸盐供作物吸收利用。 

④土壤中钾素的转化：

    土壤中钾的含量与成土母质、土壤质地和有机肥料的施用关系极大。据有关资料记载，发育于紫色土、花岗岩的土壤，全钾量为2.5—5.0%;发育于第四纪红色粘土的红壤，全钾量为0.8—1.8%；而发育于石灰岩的土壤，全钾量仅0.68—1.12%。粘质土壤含钾量比砂质土壤高。

    土壤中的钾，根据对作物有效性的高低，分为四大类：一是水溶性钾。如KNO3、KCl、KHCO3等，可以被作物直接吸收，但土壤中的含量却极少；二是代换性钾。系土壤胶体上吸附的钾，作物亦可以直接利用，但土壤中含量也少，仅占土壤全钾量的0.15—0.5%。通常说的有效钾，是指水溶性钾与代换性钾的总和。但它只占土壤总钾量的1—2%；三是微生物活体钾。这类钾存在微生物活体内，但在微生物死亡分解后，可被作物吸收利用；四是矿物钾。系指矿石（钾云母、正长石）中含的钾，是矿物在钾细菌和各种酸的作用下，释放出的水溶性钾。这类钾在土壤中含量最多，占土壤含钾总量98%以上。不过，土壤中的钾和氮、磷一样，并不能满足作物生活的需要，亦须依靠施肥来补充。

    土壤中各种类型的钾，在一定的条件下，也可相互转化。难溶性含钾矿物，在各种酸类或钾细菌的作用下，可以释放出水溶性钾。但在含粘粒多的土壤中，由于粘土具有湿胀干缩的特性，在土壤干湿交替频繁中，土壤中的水溶性钾或代换性钾被粘土矿物固定起来，成为一种不能移动的钾，使作物根系无法吸收。为避免这一现象，钾肥宜施在干湿变化较少的土层内，即适当深施，或采用集中穴（条）施，最好是叶面喷施。