土壤肥力（Soil fertility）是土壤各種基本性質的綜合表現，是其區別于成土母質和其他自然體的最本質特征。這一特征使得土壤成為重要的自然資源和農業生產資料，同時也是衡量土壤能夠提供作物生長所需各種養分的能力的重要指標。土壤肥力反映了土壤為植物生長供應和協調養分、水分、空氣和熱量的能力，體現了土壤的基本屬性和本質特征。土壤肥力的評價方法包括土樣分析、全量分析、田間試驗、物理化學測定和儀器分析。
影響土壤肥力的因素主要包括氣候、土壤質地、結構和水分保持能力等。肥沃的土壤能為植物提供必要的宏量和微量元素，促進根系伸展和吸收，調節水分平衡。活躍的微生物活動增強有機物分解和養分循環，提高土壤健康。良好的土壤肥力增強作物抗病蟲害能力和抗逆性，提高產量和質量。此外，健康的土壤系統具有良好的碳儲存能力，能夠減少大氣中的二氧化碳濃度，緩解氣候變化。因此，為了有效管理和改善土壤肥力，必須進行全面的評價和檢測。土壤肥力的評價主要針對有機質、礦物質、pH值、養分、肥料、農藥殘留、微生物指標、重金屬元素等進行檢測，常用的方法包括主成分分析法、模糊數學法、土樣分析法、全量分析法等。
通過科學管理和保持土壤肥力，可以減少對化肥的依賴，降低環境污染，實現農業的可持續發展。同時，保持和提高土壤肥力還能減少土壤侵蝕、沙化和鹽堿化，維護生態環境和生物多樣性。綜上所述，土壤肥力不僅是農業生產的關鍵因素，也是生態系統健康和可持續發展的重要保障。
定義與特征
土壤肥力是反映土壤肥沃程度的一個重要指標，但是關于土壤肥力的定義及其指標仍不統一。在歐美等國家土壤肥力是指衡量土壤能夠提供作物生長所需的各種養分的能力。中國學者侯光炯認為，肥力是土壤的生理機能的表現，并取決于兩方面因素：一是土壤固有，來自于土壤中無機化合物、有機、微生物和酶復合體；二是外源，來自太陽的熱能，后者通過調節前者的活性而起作用。
土壤肥力水平的高低，表現在“內、外三穩”。“內三穩”是指土層內部腐殖質含量和品質的穩定、表土中有益微生物區系組成和數量的穩定以及土壤微結構的數量和品質的穩定。“外三穩”是指大氣層、植被層和土壤內部結構的水平——垂直方向范圍內水、熱周期性動態變化的穩定。
因此，歸納可將土壤肥力定義為：是土壤的基本屬性和本質特征，是土壤為植物生長供應和協調養分、水分、空氣和熱量等因子的能力，也是土壤物理、化學和生物學性質的綜合反應。
評價指標
土壤綜合肥力指標值 ( Integrated Fertility Index, IFI) 是一個反映土壤養分肥力狀況的指標值, 其大小表示土壤綜合肥力的等級。但由不同國家在土壤分類方面存在著強烈的思想分歧，目前在土壤肥力標準中實現全球土壤分類標準化方面存在較大挑戰，從而導致建立了各自獨立的土壤分類系統，如美國、FAO和IUSS等都建立了不同的分類系統。
對于中國目前土壤肥力的評價指標標準化，裴小龍等通過文獻計量方法對CNKI庫中相關文獻進行統計分析，總結了國內學者對土壤肥力質量評價所選用的主要指標。其評價標準主要包括土壤化學性狀、土壤物理性狀和土壤生物學性狀三個方面。
物理性質指標
土壤的物理性質是土壤質量最基礎的屬性,其性狀的差異在一定程度上反映著土壤肥力的優劣。土壤肥力評價指標體系選取了土壤含水率、田間持水量、土壤質地、容重、總孔隙度、毛管孔隙度、土壤厚度、坡度、地下水埋深、土壤溫度和水穩性團聚體11個土壤物理指標。
化學性質指標
土壤的化學性質是土壤肥力的重要表征。土壤肥力評價指標體系選取了有機質、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、速效磷、速效鉀、有效鈣、有效鎂、有效硫、有效鐵、有效錳、有效銅、有效鋅、有效硼、有效、酸堿度、電導率和陽離子交換量19個土壤化學指標。
生物性質指標
土壤中的生物性質可以敏感地反映土壤質量變化,是土壤肥力評價不可或缺的重要的指標。土壤肥力評價指標體系選取了脲酶、酸性磷酸酶、轉化酶、過氧化氫酶、微生物量碳、微生物量氮、真菌、細菌、放線菌、呼吸強度、代謝和微生物熵12個土壤生物指標。
來源與分類
按照肥力因素的有效性
由于受土壤性質、環境條件和管理水平的限制，土壤肥力往往只有部分表現出來，這部分肥力稱為“有效肥力”，又稱“經濟肥力”，即指在當季生產上發揮出來并產生經濟效果的那一部分肥力。
是土壤中暫時不能被植物利用，但在一定條件下可以轉化為有效養分的部分。這種肥力主要來自土壤礦物質和有機質的緩慢分解或溶解過程，具有長期供給養分的潛力。其中有效肥力和潛在肥力是可以相互轉化的，兩者之間沒有截然的界限。
按照肥力來源
指由自然過程形成的土壤肥力，包括土壤中天然存在的礦物質、有機質和微生物活動等，如森林土壤、草原土壤等。該肥力主要依靠自然界的循環和更新，反映了土壤自身的肥力水平。
通過人類活動（如施肥、灌溉、耕作等）增加的土壤肥力。該肥力主要依靠外部投入，如化學肥料、有機肥料和微生物肥料等，以提高土壤養分水平和改良土壤結構。
按照土壤生物活性分類
土壤生物肥力是指生活在土壤中的微生物、動物、植物根系等有機體為植物生長發育所需的營養和物理化學條件做出的貢獻。豐富的生物活動能夠促進有機質分解，增加土壤養分供應，改善土壤結構。
影響因素
土壤水分、養分、空氣和溫度（稱為土壤肥力四大因素）同時存在、相互聯系和相互制約。土壤肥力的高低，不只是受每個肥力因素數量適當與否的影響，而主要取決于水、肥、氣、熱之間在一定條件下的協調程度。土壤肥力受到多種因素的影響，主要包括物理因素、化學因素和生物因素。其中根據中國學者對CNKI庫中相關文獻的統計分析，影響土壤肥力的土壤化學性狀、土壤物理性狀和土壤生物學性狀三方面因素也是對土壤肥力質量評價所選用的主要指標。
物理因素
氣候是指一個地區長期存在的天氣條件。氣溫和降雨量是影響土壤肥力的關鍵氣候因素。溫度和降雨量對作物產量有直接影響。溫室氣體對氣候有重大影響，從而影響溫度和降雨量。溫度升高和降雨量減少對土壤有負面影響，會導致干旱。降雨量過多會導致地表徑流和洪澇，對作物生產不利，減少土壤肥力。
溫度影響土壤中有機化合物的存在及微生物的活動。溫度較高的地方有機物含量較低，微生物活動減少，從而降低土壤肥力。
土壤中的空氣成分如氮（N）、氧（O）和二氧化碳（CO2）對于作物生長、微生物活動和養分轉化至關重要。土壤空氣狀況影響著作物根系的呼吸作用，微生物活動和養分的轉化。氧氣供給植物根系和土壤微生物呼吸，缺氧也會使微生物活動減緩，養分轉化不足，并產生對作物不利的有毒物質。二氧化碳是光合作用的原料，氮氣通過固氮微生物轉化為植物可利用的形式。因此，合理調節土壤空氣狀況對于保持土壤肥力至關重要。
土壤質地是指土壤樣品中顆粒大小的分布，根據其大小分為砂粒、粉粒和黏粒。土壤質地影響孔隙的存在、有機化合物的分解速度、土壤堅實度、陽離子交換容量、滲透性、養分和水分的保持能力。因此，土壤質地在考慮土壤肥力時非常重要。
土壤結構由穩定的土壤顆粒聚集體組成，這些聚集體通過強力結合在一起，形成更大的塊狀物。土壤結構受有機物和耕作方式的影響，良好的有機肥料和微生物活動有助于改善土壤結構。土壤結構影響水和空氣在土壤中的移動，以及土壤的穩定性。良好的土壤結構使土壤更加穩定，不易被侵蝕，有助于提高土壤肥力。
水分保持能力是指土壤在重力作用下保持水分的能力。土壤肥力中的水分至關重要，作物生長、養分吸收和土壤微生物活動都依賴于水分。它也是土壤肥力的重要指標，影響植物根系的深度和灌溉管理。土壤水分還直接影響土壤的物理性質，如通氣性和保水性，同時也參與土壤化學和生物過程。土壤的有機化合物含量、質地和結構都會影響其水分保持能力。砂質土壤的水分保持能力較低，而黏質土壤的水分保持能力較高。通過合理管理水分，可以協調土壤的肥、氣、熱關系，為作物提供良好的生長環境。
電導率是土壤中總鹽濃度的測量，通常以分米每米（ds/m）為單位。鹽堿土壤的電導率高于4 ds/m，而堿性土壤的電導率低于4 ds/m。土壤中鹽濃度的高低會影響植被生長，過高的鹽濃度會降低土壤肥力。
容重是土壤緊實度的衡量標準，通過土壤干重與其體積的比值來計算，單位為克每立方厘米（g/cm3）。砂質土壤的容重大，黏質土壤的容重小。容重較高的土壤通氣性差，水分滲透性差，根系穿透性差，影響土壤肥力。
化學因素
土壤pH值是土壤酸堿度的指標，范圍為0-14，pH值為7表示中性，小于7表示酸性，大于7表示堿性。多數植物在pH值為5.5-6.5的土壤中生長良好。酸性土壤中大多數礦物和養分的溶解度較高，而在中性或堿性土壤中較低。強酸性土壤中，鈣、鎂、鉀、磷、氮、硫等大中量元素的有效性降低，而微量元素如鐵、錳、鋅、銅、鈷的有效性增加，所以，土壤酸堿度與土壤肥力關系密切。此外，酸堿度會影響土壤中的微生物群落結構和酶活性，從而影響土壤肥力，土壤的pH值越低，土壤的細菌豐度也會降低。土壤酸堿度還與土壤的物理結構關系密切，一般認為土壤酸化會導致土壤板結，不能形成良好的土壤團粒結構。
陽離子交換容量是土壤可以吸附的總交換性陽離子的總和，是土壤肥力、養分保持能力和保護地下水免受陽離子污染的指標。CEC由土壤中的粘土和有機質提供，CEC值越高，土壤的肥力越高。
植物需要水、空氣、光、適宜的溫度和18種必需養分來生存。氮、磷、鉀等宏量元素和鋅、鐵、銅、錳等微量元素是植物生長必需的，這些養分的含量和有效性直接決定土壤肥力。植物殘留物分解增加土壤有機質，改善土壤結構，增強保水保肥能力和微生物活動。植物根系促進土壤顆粒團聚和減少水土流失，防止土壤侵蝕。根系分泌物為微生物提供營養，促進微生物活動，加速有機質分解和養分循環。一些植物與根瘤菌或菌根真菌共生，固定氮或增強養分吸收。此外，根系分泌物改變土壤pH值，影響養分可用性和微生物活性，適宜的pH有助于養分溶解和吸收。通過吸收和釋放養分，植物形成養分循環，保持土壤養分平衡和持續供應，維持土壤肥力。
大量元素分為兩類：主要元素（氮、磷、鉀）和次要元素（鈣、鎂、硫）。氮可以促進植物生長和蛋白質合成。磷有助于根系發育和能量轉移。鉀可以增強植物的抗病能力和水分調節。主要元素在作物施肥過程中需求量較大，而次要元素需求量相對較少。農作物產量的高低和生長狀況的好壞，常受這三種主要元素影響，因此要經常用施肥的辦法補充給土壤以提升肥力，供給作物吸收利用。
微量元素需求量較少，但同樣重要，包括鐵、錳、硼、鋅、銅、鉬、氯、鈉、、硅、鈷、等。缺少土壤微量元素會降低土壤肥力，導致土壤貧瘠，不僅能影響植物正常的生長和發育，還能進一步影響作物的品質和產量。
生物因素
有機質由動植物殘體、真菌、昆蟲等組成，土壤中約含有5%的有機質。有機質改善土壤質地和表面結構，分解過程中釋放出氮、磷、鐵等重要元素，提高土壤肥力。其中，有機質又分為有機碳和腐殖質。
土壤中存在大量的微生物，包括細菌、放線菌、真菌、原生動物等。這些微生物參與有機質分解、養分循環和土壤結構改良。固氮微生物可以將大氣中的氮轉化為植物可利用的氮素。解磷微生物可以將土壤中難溶性的磷轉化為植物可吸收的形式。其中，細菌數量最多，參與氮、磷、碳等主要礦物質的循環，增強土壤肥力。真菌與植物形成共生關系，促進養分吸收。地衣作為生物指示物，也有助于土壤質量評估。
營養元素如氮、磷、碳等不能直接被植物吸收，需通過微生物和營養循環轉化為標準形式。主要的營養循環包括碳循環、氮循環、硫循環和磷循環，這些循環過程有助于土壤養分的更新和肥力的維持。
土壤中的礦物質含量對土壤肥力有重要影響。土壤礦物質包括原生礦物和次生礦物。原生礦物，如石英、長石、云母等，可以提供植物必需的微量元素。次生礦物，如黏土礦物、白陶土等，具有良好的養分吸附能力和離子交換容量。此外，火山噴發地區土壤肥力較高，黏質礦物土壤有較高的有機質含量，從而提高土壤肥力。不同元素的氧化物也能提高土壤肥力。
評價與檢測方法
土壤肥力的評價與檢測主要針對土壤的有機質、礦物質、pH值、養分、肥力、肥料、農藥殘留、微生物指標、重金屬元素、放射性元素、全成分、理化性質等物質進行檢測，常用的方法有主成分分析法、模糊數學法、土樣分析法、全量分析法、田間試驗法、理化測定法和儀器分析法、養分含量的測定、視覺分類法、聚類分析法、因子分析法、指數和法、判別分析法以及因子加權綜合法等。
主成分分析法通過提取綜合指標，簡化了土壤肥力評價，是傳統統計方法。主成分分析法是一種統計方法，用于將多個相關指標簡化為少數幾個綜合指標，從而簡化土壤肥力的評價。具體步驟包括：提取特征值大于1的主成分，通常提取4個主成分，這些主成分的累積方差貢獻率達到81.9%，基本反映土壤肥力質量。再通過分析各主成分的因子負荷，確定權重較大的指標，如主成分1中的pH、有機質、速效鉀（K）、有效鐵（Fe）和有效錳（Mn）。基于因子負荷和標準化的養分含量數據計算土壤養分水平得分，最終將得分乘以貢獻率后累加，得到每個土壤樣品的綜合肥力評價得分，并根據此得分對土壤肥力狀況進行分級評價。
該方法是一種基于模糊數學中的隸屬度理論，對多指標制約的土壤肥力進行總體評價的方法。具體步驟如下：首先，根據各養分指標的含量水平計算其隸屬度值。再根據各養分指標對土壤肥力的貢獻水平確定各養分的權重系數，權重系數的確定可采用相關系數法，即計算各養分指標間相關系數絕對值的平均值，作為該養分指標的權重系數。最后，根據各養分指標的隸屬度值和權重系數，計算出反映土壤肥力的土壤養分綜合指數。數學模糊法可將定性的土壤肥力評價轉化為定量的綜合指數，為土壤肥力的客觀評價提供了一種有效的方法。
通過對土壤的粒度分布、有機質含量和其他特征進行分析和分類。土壤的粒度分布可以根據不同的粒徑范圍將土壤分類為黏土、壤土、松軟土等不同的類型。該方法可提供關于土壤肥力的詳細信息，包括土壤的物理、化學和生物性質。
該方法對土壤樣品進行全面分析，包括粒度分布、有機質含量、可提取的養分含量等多個方面來評估土壤特性的方法。這種方法可以幫助研究人員和農民更全面地了解土壤的養分狀況和其他重要特性，從而指導土壤管理和施肥措施。
在土壤研究中，田間試驗法是一種常用的方法，用于評估土壤的養分含量和其他重要特性。通過在田間設置試驗區域，進行施肥試驗、作物生長觀測等操作，可以更真實地了解土壤對作物生長的影響和土壤養分的變化情況。
理化測定法和儀器分析法在土壤研究中是常用的方法。該方法使用各種儀器和設備來測定土壤的各種屬性，如pH值、有機質含量、全氮、無機氮含量、全磷、有效磷、全鉀、有效鉀以及土壤的其他理化性質。研究人員可以更全面地了解土壤的特性，為作物種植和土壤改良提供科學依據。
通過使用氨基酸、氯化銨、氫氟酸等提取劑提取土壤中的養分含量，如氮（N）、磷（P）、鉀（K）等，并使用原子吸收光譜法、火焰光度法、鉬藍法等分析技術進行測定。
土壤肥力的視覺分類法主要基于土壤的特性是否存在來進行分類。這些分類通常遵循Soil 生物分類學中的標準，并使用FCC（Formative Elements, Classes, and Clans）單位來描述土壤類型和底層類型。
管理與調控方法
土壤肥力的合理管理和調控原則旨在通過綜合運用多種措施，提高養分利用效率和作物生產力，同時減少對環境的負面影響。中國政府一直將提升耕地質量視為保障國家糧食安全的戰略任務，并通過實施增加糧食生產能力規劃和科技創新工程等措施來加強農田地力培育和土壤質量提升。
科學施肥需要化學肥料和有機肥料的進行合理配比，基于土壤測試結果和作物需求，精確施用氮、磷、鉀等化學肥料，同時補充有機肥料，以提高土壤的養分含量和肥力。
通過改良植物根系結構、根系分泌物以及植物內的養分代謝，以培育出從土壤中更強獲取養分能力的作物品種。例如，利用遺傳變異來增強土壤磷的溶解度和動員，提高磷的利用效率。
優化灌溉技術，提高水分利用效率，以便減少因淋溶造成的養分流失，確保養分在土壤中的有效利用。
采用精確施肥技術，如使用先進的施肥模型，如QUEFTS模型，可以幫助量化養分需求，合理施用微量元素肥料避免過量施肥，減少養分流失與環境污染。
通過種植豆科作物如糧食豆類、綠肥、牧草和樹木組成的農林系統，利用其固氮能力減少商業氮肥的使用，提升土壤肥力。豆科植物的根瘤菌可以從空氣中固定氮，這對提高土壤中的氮含量至關重要。
利用同位素技術（如N-15和P-32）追蹤標記肥料在土壤和作物中的移動，評估肥料利用效率和殘留影響，以制定更科學的施肥策略。
作用
保持土壤肥力在農業生產與環境保護中至關重要，綜合土壤肥力管理方案對于提高耕作系統中的糧食安全和環境可持續性具有顯著性作用。
通過合理管理土壤肥力，確保作物獲得充足的養分，提升農產品的產量和質量，進而提高農業的經濟效益滿足不斷增長的人口需求。
科學施肥和高效利用養分，減少養分流失和對水體、土壤的污染，保護生態環境。推廣使用環保型肥料和改良施肥技術，減少環境負擔。
通過綜合管理措施，維持土壤生態系統的平衡，保護土壤生物多樣性，促進可持續農業發展。利用生物技術和同位素技術評估和優化土壤管理策略，確保土壤肥力的長期可持續性。
增加土壤有機質含量，提升土壤碳匯功能，減緩氣候變化的影響。利用同位素技術識別土壤有機質的來源和不同作物對土壤有機質的貢獻，制定有針對性的土壤管理措施。
相關研究
上溯至19世紀中葉，西方發達國家就已開始開展土壤肥料長期定位試驗研究。根據相關文獻可知世界上歷史最悠久的長期定位試驗站當屬J.B. Lawes 和J.H. Gilbert于1843年在英國洛桑建立的土壤肥力長期定位試驗站（Rothamsted Experimental Station），至今為止已有170 年的歷史，該站先后設置了20 個長期定位試驗，對土壤肥力保育和合理施肥展開了長期、系統的定位研究，這些“洛桑經典試驗”為農學、土壤學、植物營養學、生態學以及環境科學的發展做出了重要貢獻。
其后，特別是在化肥工業興起之后，歐美許多國家也都先后布置了包括土壤養分平衡、施肥對土壤肥力動態變化的影響、農作物對肥料投入的響應等在內的長期土壤肥力定位試驗，但由于種種原因大多數試驗都沒能堅持下來。至今仍然保留下來時間在50 年以上的“經典試驗”包括美國伊利諾伊州立大學的Morrow 輪作-肥料試驗（1875 年）、Morrow 磷礦石粉肥料試驗（1900年）；德國哥廷根市農業研究所的E-Field輪作下的肥料試驗（1873 年）和黑麥草肥料試驗（1873 年），林布爾格羅夫農業研究站的化肥對作物產量及產品質量影響試驗（1938 年）；法國貴格納國立農業研究所的Deherain 小麥、甜菜肥料試驗（1876年），小麥連作肥料試驗（1876 年）以及芬蘭、荷蘭、丹麥、加拿大和澳大利亞等國家的相似試驗等。而亞洲最早開展且持續至今的土壤肥料長期定位試驗是日本鴻巢縣中央農業試驗站的水稻連作肥料試驗（1926年）。
以中國來說，現存的長期定位試驗主要建立于20世紀70 年代后期，而始建于1987年的“國家土壤肥力與肥料效益監測站網”當屬目前國內最為完整、覆蓋面最大、具有網絡試驗特征的大型長期土壤肥料試驗群。
參考資料 >
基本土壤知識.三明市農業農村局.2024-05-20
Soilfertility:improvingcropyieldthroughnucleartechniques.IAEA.2024-06-12
土壤酸堿度與植物生長.重慶市農業農村委員會.2024-06-12
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黃河流域五大灌區沿河耕地土壤肥力評價與改良措施.地球環境學報.2024-06-12
提高土壤肥力.國際原子能機構.2024-06-19
全國第二次土壤普查農田肥力數據庫(1980-1996年).國家科技基礎條件平臺-國家地球系統科學數據中心-土壤分中心.2024-05-20