土壤的来源
如果不了解土壤常识，你很难相信，脚下那细碎的泥土和坚硬巨大的岩石原来曾是一体。大自然用了什么鬼斧神工，把坚硬的岩石变成了柔软的土壤？科学家们发现，地壳表面的岩石，在外界环境的影响下逐渐发生破碎和分解现象。大的石头变成了小块，小块再变成了细粒。在变化的过程中，不仅仅是体积变小变细了，而且还使岩石改变了基本的性能，形成了成土母质。这个过程就叫做风化过程。
在整个风化过程中，风化作用是多种因素交错进行的，很难截然分开。但按其基本性质，大致可以分成三种类型：
物理风化作用。这是指岩石受物理因素作用而逐渐崩解破碎的过程。引起物理风化作用的，主要是地球表面温度的变化。地球四季与昼夜均有显著的温度变化。一年四季中的变化可达40～50℃，在干旱沙漠地区昼夜温差可高达60～70℃。岩石是不良导体，热的传播速度很慢。裸露在表层的岩石，白天烈日曝晒，温度升高，表面体积膨胀。而岩石内部受热少，膨胀慢。夜晚降温后，岩石表面迅速散热变凉，而内部高热却很难散失。这样寒来暑往，日久天长，会使岩石内部裂纹纵横交错，并发生层状性的剥落。除温度外，水滴石穿、冰冻、风蚀都会引起岩石的破碎。这就大大增加了母质面与空气的接触，为化学的风化提供了条件。
化学风化作用。化学风化作用包括水溶、水解、水化、氧化作用。就像铁钉生锈一样，氧化作用是无时无刻在人们不知不觉中进行的。水是大自然中分布最广的溶剂，而岩石主要成分是无机盐类，在水中都能溶解。化学风化使岩石进一步分解，并从根本上改变了矿物的组成成分，使其有了吸附能力，出现了毛管现象，产生了一定的蓄水能力。
生物风化作用。当母质能够蓄水，初步提供营养时，就会有一些低等的细菌和植物在母体上诞生。而植物根系的发育穿插和小动物打洞造穴的行为，会进一步促进岩石的破裂。生物的活动，还能分泌出各种无机酸，进一步促进了化学风化的过程。
经过长期的风化，岩石变成了土壤母质。但母质并不是土壤，因为它还缺乏完整的肥力，不能让营养在母质中累积和集中。母质将和气候、生物、地形、时间共同作用，形成土壤生成的五大基本因素。
科学家们发现，不同的母质是形成不同土壤的基础，这就是黄土、红土、砂土、黏土等多种土壤形成的内因之一。
气候对土壤形成有重要的影响，其中温度和湿度对成土作用的影响很大。高寒地带植物生长缓慢，有机物积累很少，母质化学作用也慢。科学家们发现，温度每升高10℃，化学反应速率可增加2～4倍。气候影响可使不同地带上同种母质发育的土壤有巨大的差异。比如在温带，自西向东大气温度递减，依次出现的是棕漠土、灰漠土、棕钙土、栗钙土、黑钙土和黑土。在东部湿润区，由北向南热量递增，土壤依次分布为暗棕壤、棕壤、黄棕壤、黄壤、红壤、砖红壤。
生物是影响土壤生成的最活跃因素。生物包括地上和地下的植物、动物和微生物。生物是土壤有机质的制造者。前苏联土壤学家威廉斯认为生物因素是土壤形成的主导因素。特别是高等绿色植物，能把分散在母质、水体、大气中的营养元素选择性地吸收起来，利用太阳能合成有机质，从而改造了母质，提高了土壤肥力。
地形虽然不能提供任何物质和能量，但地表形态、坡度、高度、坡向等差异，都会引起热量和水分的重新分布，使相同母质产生的土壤有差异。比如我国天山托木尔峰南坡属温带大陆性半干旱荒漠和草原景观，由山脚向上3 000米的土壤依次为棕漠土、棕钙土、栗钙土、亚高山草原土；而北坡属温带半湿润气候，由山脚向上3 000米的土壤依次为黑钙土、灰褐土、亚高山草甸土。一座山就有这么多种土壤类型，足见地形对土壤形成的影响有多大了。
时间是土壤发育和演化的必要条件。随着时间的推移，土壤从无到有，不断发生、发展和演变。
在五大成土因素之外，不可漠视人为活动对土壤形成发展的作用。精耕细作，合理灌溉，可以使土壤肥力增加；反之，过度开垦，粗放耕作，大水漫灌，会导致土壤肥力的下降，土壤板结，水土流失严重。近年来，随着土壤环境的恶化，人们开始注意研究不合理的人类活动对土壤加速退化所产生的恶果。毁林开荒使水蚀严重，造成频频发作的泥石流；灌溉不当使大面积土壤出现次生盐碱化，使产量锐减甚至绝收；过度开垦引起风蚀严重，使持续不断的沙尘暴频频席卷中国的北方。
随着土壤科学的发展，学者们认为火山的活动、地震、新构造运动都是土壤形成的深层次因素。比如在第三世纪末隆起的青藏高原，就以她平均海拔4 000米的身躯和万千条“血脉”冰川，挡住了肆虐的季风，沃育了下游的良田，使中国东部地区湿润丰饶，而有别于同纬度地带欧亚大陆内陆那干旱少雨的沙漠戈壁。
植物在土中生长
有了合适的水分条件，植物就可以很好地生长了吗？不行。经验告诉我们，植物的生长还需要有土壤。我国是最早意识到植物对土壤的依赖的国家，素有“万物土中生”之说。早在距今二三千年以前，我国就设立了专门的官员，他们的职责就是仔细考察辨别各种土壤的特性和适宜的作物，以作为指导农业生产的依据。
土壤对植物的影响为什么那么大呢？科学依据是什么呢？
1699年，英国人伍德沃特做了一个试验，他分别用雨水、河水、山泉水以及加了土的水培养薄荷，结果发现，植物在加土的水中生长得远比在单纯水中好。据此，他下结论说，植物不仅需要水，也需要土壤中的一些特殊物质。
1804年，瑞士的索修尔也做了一个有趣的实验：它将植物的种子浸在蒸馏水中，种子也会萌发，但生长出来的植株不久就会死亡，而且其总的含灰量一点儿也没有增加；但同样用蒸馏水，若将正常植物燃烧后所留下的灰分加入到其中，植物便可以正常生长。他的实验证明，在植物燃烧后的灰分中，有些物质对植物生长是非常必要的。
1840年，德国的李比西吸取了前人的成果，经过研究建立了矿质营养学说。什么是矿质呢？将植物烘干，充分燃烧，植物身体中的许多东西化作气体跑掉了，余下的一些不能挥发的残烬称为灰分，那就是矿质。由于矿质元素大多以氧化物的形式存在于灰分中，所以这些元素又称为灰分元素。植物体中的氮元素在燃烧中会散失，不会存在于灰分中，所以氮不是矿质元素。但植物中的氮大多数和矿质元素一样，是植物从土壤中吸取的，所以科学家就把氮和矿质元素放到一起研究。
正如植物的含水量变化幅度很大一样，植物的灰分含量也受到许多因素的影响，例如植物的种类、植物的环境、植物所处的不同的年龄阶段等都会影响植物的灰分含量。一般水生植物含灰量只有干重的1％左右，大多数中生植物约含5％～15％，盐生植物最高，有时可以达到45％以上；植物不同的器官、不同的组织所含灰分是不同的，如草本植物的茎和根为4％～5％，叶子则能达到10％～15％，木材约为1％，种子能达到3％；植物的老年植株灰分含量要大于幼年植株，老细胞灰分含量要大于幼细胞灰分。
虽然灰分含量一般只占植物体干重的百分之几，但其成分却是非常复杂的。现在，人们在植物体中发现了至少60种元素，其中比较普遍而且含量多的只有十多种，在这几十种元素中，有些在植物体中大量积累，需要量比较大一些；有些元素在植物体内虽然相对较少，却是植物绝对必需的，没有了它植物就不能正常发育。
怎样才能确定哪些元素是植物所必需的、哪些不是必需的呢？科学家们采用了两个比较巧妙的办法，一个就是溶液培养法（或水培法），就是在含有全部或部分营养元素的溶液中栽培植物；另一个叫做矿基培养法（或砂培法），是用洗净的石英砂或玻璃球等，加入含有全部或部分营养元素的溶液来栽培植物。这样，人们就可以在人工配制成的混合营养液中试着加入或不加这种元素，然后再观察植物的生长发育和生理状况的变化。如果除去培养液中某种元素后植物仍能够正常发育，说明这种元素不是该植物生长所必需的；如果除去某种元素后植物生长发育就不正常，而补充该元素后植物又可以恢复到正常状态，那就可以断定这种元素是该植物生长发育所必需的。
借助于溶液法和砂基培养法，科学家们很早就已经证明钾、钙、镁，铁、磷、硫，氮等7种矿质元素是植物所必需的，加上空气中的二氧化碳和水中的氢、氧等3种元素，植物必需的元素共有10种。后来，随着技术的改进和化学药品更加纯净，人们又证明锰、硼、锌、铜、钼和氯等6种元素同样是植物生长发育所不可或缺的，这样，植物生长发育所必需的元素就扩大到了16种。由于植物对铁、硼、锰、锌、铜、钼和氯这7种元素需要量极微，而且这些元素在周围环境中的含量稍多就会给植物造成毒害，因此这七种元素被称为微量元素；另外9种元素（碳、氢、氧、磷、钾、钙、镁、氮、硫）植物的需要量相对较大，因此人们称它们为大量元素。
世界上的大多数土壤中都存在植物所需的这些矿质元素，所以植物在生长时不会遇到“饥荒”，但也有特殊情况，土壤中某些矿质元素的含量不够或缺乏，这时植物就会生病。
那么，植物为什么需要这些元素呢？这些必需元素在植物体内究竟起什么样的作用呢？原来，在这些必需元素中，一部分元素是构成植物的细胞所必需的，是植物细胞的组成成分；一部分对植物的生命活动起着调节的作用，许多酶的活动需要它们的参与；还有的这两者兼而有之。例如，氮是构成蛋白质的主要成分，而在细胞质和细胞核中都含有蛋白质，由于氮在植物的生命活动中占有首要地位，因此又被称为生命元素。植物缺氮时病症常遍布整个植株，植株浅绿、基部叶片变黄、干燥时呈褐色、茎短而细；再如铁，它是酶的重要的组成部分和合成叶绿素所必需的，是叶绿素合成的先决条件，华北果树曾经出现的“黄叶病”就是植物缺铁所致，植物缺铁时首先损害到的是幼嫩的叶子，因为铁进入植物体后变为固定状态，不易转移，老叶中含有铁，不会轻易受害，所以会保持绿色，但是老叶中的铁无法传递到新叶中，所以新叶便会缺铁，叶绿素的合成受到抑制，使得嫩叶变黄；镁是一种活化剂，它可以活化植物呼吸作用过程中的一些酶的活性。没有镁，这些酶就没有催化活性，这将导致植物体出现各种各样的症状。此外，镁也是叶绿素的组分之一，缺乏镁，叶绿素就不能合成，结果将导致绿色植物叶子叶脉之间的部分变黄，有时还会出现红紫色；若缺镁严重时，则会形成褐斑坏死；植物如果缺之必需元素钙时，其顶芽会坏死，嫩叶产生变形，开始时呈弯钩状，后来从叶尖和叶的边缘逐渐向内坏死等等。
既然矿质元素缺乏会导致植物生病，那就多多给它们供应这些元素，行吗？不行，因为如果矿质元素过多，也会产生毒害，从而使植物生病，出现人们经常听说的“烧苗”现象，反而会使作物的产量下降，甚至使作物大面积死亡。
土壤还是大多数植物的生存方式所必需的。我们知道，陆生植物绝大多数要把它的枝叶伸向空中，以便充分利用空气和阳光，而植物要想站立起来，就必须使自己扎根于土壤、深植于大地上。另外，植物没有腿，自己不会走，是不能自主选择生存地域的生物，如果不能利用扎根的方式使自己定植，它就很容易被风吹走、被水冲走，转移到并不是很适合自己生存的地方。
土壤不但是提供给植物矿质营养的载体，也是提供给植物水分的介质，又是植物生存方式的必需，看来，土壤对自然界的绝大多数植物来说还真是必不可少的呢！
光合作用
地球上的大气中，约含有21%的氧气。氧气是一切动植物和人类生活所不能缺少的东西。那么，氧气是从哪里来的？
人们从地质、化学、天体物理的研究和理论上的推断，得知几十亿年前，地球上的大气层里有氮气、氢气、水蒸气和二氧化碳等，惟独没有氧气。即使由于太阳光的紫外线辐射，产生一些氧气，也很快被用掉，贮存不起来。地球上这么多的氧气，究竟是怎么来的呢？人们继续研究，知道原始的生物是靠着发酵作用而生活的，它们逐渐演化，大约20多亿年前，才出现了能进行光合作用的植物，即利用叶绿素吸收阳光，分解水而放出氧气，同时还原二氧化碳合成有机物。开始是小量的、局部的，逐步地发展扩大，大气层里的氧气也逐步积累增多。到了大约6亿年前，氧气的浓度达到了现在的1％；大约4亿年前，氧气的浓度达到了现在的10％；随着多细胞生物、陆生植物的飞速发展，氧气也迅速增加，到了约3亿年前，就已达到现在的水平。这样，高等动物才逐渐演化出现。动物和细菌是消耗氧气的，刚好与光合作用相反，它们吸入氧气，呼出二氧化碳。另外，还有岩石的氧化、海洋的缓冲，都促使大气中的含氧量逐渐稳定下来。这样，两个矛盾过程的对立统一，就出现了相对的平衡。
