土壤簡介

一、土壤之形成
(一)土壤是什麼?
  我們天天踩在土壤上，可是有多少人去珍惜土壤，更別說去了解土壤。再看看農民，其所生產之農產品可說大都依賴土壤，可是有多少農友覺得需要去認識土壤？土壤是活的還是死的哪?英語中soil一詞除了土壤的意思外，更用作弄髒(dirt)的意思。還好我們中文雖然常用單字「土」表示土壤，也常把跟不上時代表示土，可是這土字也常帶有親切的意思。
有許多學者針對土壤的意義做了許多的定義與說明。中國諺語中說「有土斯有財」，土壤是萬物之母。西方學者對土壤有一些比較明確的定義，綜合起來:土壤是地殼陸地表面一層鬆軟含有無機礦物及有機物的混合物質，各地土壤的形成因母質、氣候、地形、生物及時間五大因素所影響。
更詳細以土壤利用不同對土壤的認識除土壤科學家Bulter(l958)所提由三個土壤方向看土壤，即農業學上的土壤(受土壤條件影響的土壤，The edaphic concept)、土壤分類學上的土壤(The pedologic concept)及地理學上的土壤(The geographic concept)外加上工程上(The engineering concept)的土壤。

1.農業學上土壤
  這方面主要是討論土壤之天然條件下植物的生長潛力，將土壤視為植物生長的介質及養分的來源，因此主要涉及到土壤肥力及適合植物生長條件並延伸至土壤管理，這部分是一般農耕及植林時所最重視者，也是一般農藝及園藝學家應用土壤時所看到的層次，而一般農民所需要土壤有關知識亦在此方面土壤科學。
    例如高pH土壤就不要種植喜歡酸性土壤之作物，如鳳梨;而強酸性土壤要種植喜歡鈣質土壤之作物時，植前就要先施用石灰作土壤pH改良及提供作物鈣養分。各種土壤物理性、化學性及生物性之意義及應用即在此部分論述範圍。

2.土壤分類學上的土壤
這方面主要在討論土壤的生成，把土壤視為一自然體，每一土壤有其特有的形態(Morphology)，其特有形態是由母質、氣候、地形、生物及在其存在時間內交互作用的綜合表徵。土壤分類學家所看土壤，強調其整個土壤剖面(soil profile) 。所謂土壤剖面是土壤在岩石層上之鬆軟部分，會因其土壤成土作用強弱及前面所提五種因子影響深度而有不同層次(圖一)，國際上一般分為三個主要土層:表土層(A)、底土層(B)及母質層(C)，每一土層再依其生成物理及化學特性用不同英文字母表示其意思。未受人為影響的土壤剖面和已經受人為影響的土壤剖面往往亦有所不同，人類耕種過之土壤往往有所謂耕犁層(Ap)顯現在土壤剖面最上一層緊接著有一較密實土壤層稱為犁底層，若長期種過水稻則犁底層底下往往有一層含灰斑及鐵銹斑的土層。犁底層是土壤水分往下移動(排水)的限制層，往往致使大雨後作物根部膣息而死亡。

3.地理學上的土壤
這方面主要在討論土壤在地圖上的分佈，土壤的形成地形也是五大影響因子之一。不同地區會有不同土壤出現，土壤地理是利用地理上知識幫助土壤學家判斷各種土壤的分佈界限，有助土壤圖之建立及土壤圖應用價值。
土壤地理有助於專家、學者、農民或工程人員在選擇某類土壤時之判斷及評估，或規劃地區發展或選種作物之依據。

4.工程土壤
土壤在工程上亦非常重要，一切工程之本身及工程上之載物皆受土壤本身物理性及化學性所影響。工程上將土壤視為在地殼上一堆由岩石風化或其它自然力搬運而來鬆散岩屑(regolith)到硬盤層之物質，同時需要了解整個土壤剖面中各土層之性質。
土壤上要建排水溝或建溫室等，甚至是否能用大型機械耕犁等都概括在工程土壤學上。例如含有膨脹性礦物之土壤若要建設工程經過其上，則需要換土否則經過幾次乾濕變化則所建工程可能要龜裂，甚至倒塌。

(二)土壤如何形成?
大多數土壤都是礦質土壤(mineral soils)，主要成分為矽酸鹽及其他氧化物等鬆散無機物質，來自於岩石風化或由其他地區因風力或水力運搬而來。內含活的或死的生物，包括微生動物及植物，也含有已經腐質化之有機質，其比率相當低，大多低於5%的重量。其它為黏粒、砏粒、砂粒、或較粗之石礫或岩塊。部分土壤稱為有機質土壤(Organic soil)，此類土壤如泥碳土，為最典型有機質土壤，其形成係由於植物質死後積存於死水中，分解速率慢所形成;又如溫帶高雨量地區森林最表層土壤也含高量土壤有機質而稱為有機質土壤。其生成的主要條件是每年加入之有機物質量高於其分解量，經長期累積而成。

1.母質和土壤形成
前面已經說過土壤是陸地岩床上一層鬆軟自然體，再受其他因子共同作用而呈現目前所見的各種特性土壤。鬆軟物質即母質(parent materials)的存在可說是土壤形成的開始，而這鬆軟物質的來源可能來自：
(1)岩石風化
    岩石風化速率依岩石種類差異大，最不容易風化者如花崗岩，在適當條件下要累積1公分深度土壤需約100-250年。
(2)風積
    由風帶來而沉積形成者，風不僅可侵蝕土壤及岩石，也可以攜帶土壤而沉積在他處。
(3)沖積由水沖蝕搬運沉積者
    台灣大多數土壤屬於此種土壤母質，如一般沖積平原。
(4)火山爆發
    台北陽明山地區之大屯山區土壤大都來自早期火山爆發噴出之火山灰，台東花蓮地區亦少部分土壤來自火成岩。
(5)冰積
    冰川運動之堆積土，台灣高山所存冰積土已經相當罕見。
(6)崩積
    台灣地震頻繁，造成山崩，也形成許多崩塌地。
  母質在現地存在後，土壤形成步驟就開始，有了水微生物便可能開始入侵，而其他植物和動物也可能相繼入侵，使母質開始累積有機質並繼績加深母質的風化及在母質存在位置形成特有土壤，若成土作用強，則母質所含礦物有些容易被風化，也可能形成次生礦物，終致土壤母質成分所佔重要性變小。若母質受成土作用淺，則母質本身特性影響土壤性質極巨。
  台灣地區土壤母質也相當複雜有安山岩、片岩、砂岩、粘板岩、頁岩、泥岩、玄武岩、石灰岩等母岩，加上各母岩有可能經沖積，崩積或混合堆積而成母質，因此土壤性質變化也相當大。母岩是指母質礦物組成的來源即其原岩石類別。
  例如南投縣土壤主要土壤母岩有砂岩、頁岩及粘板岩，少部分有泥岩。土壤的質地受母岩所佔比率影響，如砂岩比率較高則砂粒含量比率高若頁岩比率較高，則砏粒含量較高，而粘板岩比率高者其粘粒比率較高。泥岩比率高者其土壤物理性及化學性都相當不良。南投縣中寮鄉部分土壤含有泥岩，其土壤pH相當高，作物及林木生長較差。

2.氣候和土壤形成
  氣候對土壤形成的影響，隨著時間推移，其影響越大。新形成土壤初期受母岩影饗較大，漸漸受氣候影響較大，因為氣候不僅影響岩石風化，也影響土壤的繼續風化，更影響生物因子而影響土壤風化。影響土壤形成的主要氣候因子是溫度和雨量。
  高溫多雨氣候下，土壤風化速率較快，若排水又好，則容易形成酸性土壤，這也顯示在南投縣大部分土壤屬極強酸性土壤的主要原因。雨量少於蒸發量地區，許多離子會聚集在表土層而形成鹼性土壤、鈣質土壤、甚至海邊形成鹽土。

3.生物和土壤形成
  動植物都會影響土壤的形成，動物對土壤的攪動如蚯蚓對土壤形成也相當重要。植物小至微生物大至喬木的演變受氣候及母質等因子影響，而植物影響土壤有機質的累積及分解然後影響土壤的形成。
  雨量充足地區，若不受人為破壞，林木或草成長及死後植體留在土壤表面有一層有機殘體層，此枯枝落葉含有許多有機質及植物養分，所以通常表土層最肥沃原因也在此，也因此大家必須保護土壤表土，避免天地孕育精華損失之原因。有機質在分解過程會釋出二氧化碳，二氧化碳溶於水形成碳酸因此會促進岩石及土粒的風化。動植物有機殘體分解同時釋出有機酸也會促進土壤風化作用;若雨量多，雨水向下移動同時有機酸會促進無機鹽的向下移動。阿里山森林區常可看到最上層累積深厚一層分解程度不一的有機質層，其下常有一白色層白色層下有一層相當粘且顏色較暗的土壤，這是最典型說明植物對土壤形成的影響。

4.地形和土壤形成
  地形影響土壤形成常由於其影響氣候因子，如氣溫及雨量，又影響地表水及地內水移動的影響。如一般坡頂植被生長較好，土壤沖蝕較少土層會較深，而且土壤較酸。坡度大的坡，常因雨水截流少，植被少表土又容易被沖刷，所以土層較薄，有機質含量較少，土壤pH也較坡頂高。在坡底(山腳)土壤，常沉積由上沖下之有機質及表土，所以一般較肥沃，但是若排水不良，則可能因有機質分解慢，若累積量多時常形成泥炭土。南投縣部分地區有泥炭土即由此原因形成。中部地區最典型泥炭土形成地區在八卦山下快官一帶。
  地形和土壤形成的知識提供農民開發坡地時，必須注意保護肥沃土層，不能簡單的把坡地拉平，必要時需先把較肥沃土保留，不要用不肥沃土蓋過肥沃土，而致影響作物栽培的成功性及投資成本。

5.時間和土壤形成
前面所提各種因子對土壤形成的影響程度必須看影響時間的長短。例如前面曾提崩積土，若崩積土來自原來有機質含量多的土壤，其土壤顏色較深，但有機質會漸漸分解，因此同是崩積土，年代較久的其顏色會較淡。
土壤形成常看其土壤剖面的發展(development)，高溫多雨森林土壤剖面形成較快。中至砂質地緩坡地土壤剖面形成亦較快。土壤從母質發育到可辨識出土壤剖面，在最理想狀況下的約需200年(Miller及Gardiner, 1998)，有些狀況則需幾千年的時間。

二、土壤的成分
土壤的成分相當複雜，前一節所說土壤可概分為無機物質成分及有機質二大類，這是一個最簡單的分法，然而無論無機或有機物質其土壤中的成分已經相當多，加上此三大類物質在土壤中又常交結在一起，更增添其複雜性，更甚者其有機物質又包括了有生命物質及無生命物質也就更讓一般科學家望而怯步。然而人類的食物可說直接或間接來自於土壤所供應的。土壤科學家經多年的努力，從幾方面探討以了解土壤的成分。正常狀況下，土壤同時含有固體、氣體及液體物質，本節以農用目的來探討土壤中此三態物質的成分及重要性。土壤的基本結構是固態物質，而液態及氣態則互相競爭固體物間的孔隙部分，三者間的比率影響作物的生長，一般認為理想土壤所含此三部分之比率分別為50%、25%、25%。
(一)土壤的固體物質
  已經說過土壤固體物質是土壤的主要結構，要了解土壤固態物質需從物理形態及化學成分兩方面探討。
1.土壤固體物質的粒徑
  土壤科學家所指土壤通常指粒徑小於2豪米(mm)顆粒者，然而土地中固態物質尚包括粒徑較大的石礫、石塊或岩石。直徑小於2mm之顆粒進一部細分為砂、砏粒(0.05-0.002mm)及粘粒(<0.002mm)。在土壤科學家的研究中，砂更細分為極粗砂(2.0-1.0mm)、粗砂(1.0-0.5mm)、中砂(0.5-0.25mm)、細砂(0.25-0.10mm)及極細砂(0.10-0.05mm)，粘粒中更細到小於0.0002mm者已達膠體狀態。
  我們一般稱土壤質地(soil texture)粗或細，較或重主要是受砂、砏粒及粘粒三種類顆粒的百分比決定。砂比率高者土壤較粗也常稱輕質地土壤，其稱呼來自於此種土壤耕犁時較輕，而粘粒較高土壤較細，耕犁時較費力而稱粘重土壤。土壤質地土壤科學家用三角座標描述砂砏粒及粘粒的比率分佈(圖二)。

圖二  土壤質地三角座標圖

  如一土壤經粒徑分析其砂、砏粒及粘粒分別佔20、20及60%時由圖2可查為粘土(C)，若是65、25及10%時稱砂質壤土(SL)，若是40、40及20%時稱為壤土(L)，餘者類推。
  眾所皆知壤土因三種粒徑顆粒分配較適當，此種土壤不僅排水較好，肥力也不錯，種一般作物都很適當。砂質土壤雖然土壤排水性好或排水過量，種植不耐浸作物如西瓜、黃瓜、蕃茄、花生等相當好，然而此種土壤因粘粒含量少，保肥力不好比較浪費肥料，而且施肥必須嚴守少量多次，作物才能得高產量。相對的粘土土壤雖然因土粒細保肥方較大，但是通氣性及排水不良而一般旱作作物都較危險。所以砂土及粘土都要多施堆肥 用提高土壤有機質的方法改良之。

2.土壤固體物質的化學組成
  土壤固態物質的化學組成在本文中無法詳細說明，僅就其礦物部分及有機部分分開簡述。
(1)礦物部分(minerals)
  地殼的所有成分中矽(si)和氧(O)分別佔47及27%，可說是最多 的兩個元素，而且幾乎所有礦物皆含此二元素。礦物可能是結晶物質，也可能是無定形物質及非結晶物質。
  結晶物質是其礦物組成原子或離子或分子依一定的順序結合在一起者，如許多矽酸鹽礦物(silicate minerals)主要由矽及氧結合成主要架構，不同矽酸鹽其氧和矽的結合或加入不同元素而改變性質。如花崗岩和安山岩就有許多性質不同，土壤中有許多非結晶性礦物，其離子間的結合未能依一定順序。
a.非粘土礦物(nonclay minerals)初生礦物(initial minerals)
  i.矽酸鹽礦物是矽和氧結合成不同結構的一系列礦物，矽和氧可形成單矽酸鹽結構如橄欖石(olivine)，單鍵矽酸鹽結構如輝石(Augite)，雙鏈結構如角閃石(Hornblencle)或立體結構如石英(quartz)、長石(feldspars)。
  ii.非矽酸鹽礦物(nonsilicate minerals)有碳酸鹽如碳酸鈣、硫酸鹽如石膏、及磷酸鹽如磷礦石等，尤其前二類岩石在許多地區分布極廣。
b.粘土礦物(clay minerals)次生礦物(secondary minerals)
  大部分粘土礦物都是鋁矽酸鹽(Aluminosilicates)並形成層狀結構。由於粘土礦物形成過程中常有電價不平衡的情形發生，而至大多數粘土礦物表面帶有負電荷，此負電荷使他吸附陽離子，這是陽離子養分在土壤中比陰離子不容易流失的重要原因。非矽酸鹽粘土礦物主要是各種鐵、鋁及其它金屬元素的氧化物或氫氧化物。
  i.矽酸鹽粘土礦物主成分是矽、氧、鋁的層狀化合物，其層狀結構有兩種，一種是氧化矽層(又稱四面體層)，另一種是氫氧化鋁層(又稱八面體層)，此層依礦物種類不同亦常含有鐵、錳或鎂等離子。各種矽酸鹽粘土礦物是從這兩種層狀結構為主架構，有的是由一層四面體層和一層八面體層疊聚而成，如高嶺土和水化高嶺土。這兩種礦物是製作陶瓷的主要成分，若此兩種粘土礦物純度越高， 所製作的瓷器會越純白，品質會更好。
  矽酸粘土礦物由二層四面體層和一層八面體層結合者相當多包括雲母類(mica)、伊萊石類(illite)蒙特石類(montmorillonite)，蛭石(Vermiculite);有雲母類礦物土壤會有閃光，且土壤含鉀量高，含伊萊石土壤因會固定鉀而需多施鉀肥，蒙特石及蛭石兩大類粘土礦物遇水會膨脹，其陽離子交換容量(CEC, Cation exchangeable capacity)大，但因為會受土壤的乾濕作用而膨脹收縮，因此對地上建構物，如棚架及溫室等造成不穩。
  由二層四面體層和二層八面體層結合者為綠泥石(chlorite)，含此類礦物土壤，其鎂含量相當豐富。
  ii.非矽酸鹽粘土礦物，此類礦物為不含矽酸之結晶良好、結晶不良或完全非結晶礦物。
  碳酸鹽類有方解石(calcite)、白雲石(dolomite)等;硫酸鹽類有石膏(Gypsum);磷酸鹽有磷酸一鈣、磷酸二鈣、磷酸三鈣等;硫化物(在浸水土壤)有黃鐵礦(Pyrite);氧化物及氫氧化物有水鋁氧(Gibbsite)、赤鐵礦(Hematite)、磁鐵礦(Magnetite)及針鐵礦(Goethite)等。
(2)有機質部分
  土壤中的有機質有活生物體及死生物體，死的動植物體有未被分解的，有部分分解的，也有完全被轉換成土壤有機質特有結構者。其詳細討論非本文所能概括，在後面章節將作概要性說明。土壤有機質是土壤養分的寶庫，也是土壤良好品質的關鍵。其鍵鏈常有利土壤粒團的形成，許多化學的官能基使其陽離子或陰離子交換容量大於一般粘土礦物。土壤學家大略將土壤分成黃酸(fulvic acids)，腐質酸(humic acids)及腐質素(humin)。
(二)土壤空氣(soil air)
  土壤空氣的成分會影響到土壤的化學性質，更會影響土壤中生物的存活與否及新種作物的生長,相對的土壤中的生物活性也會影響土壤空氣。所有作物都需要氧氣行呼吸作用，作物的根及大部分好氧微生物都是，而土壤中的動物更是非氧不能活。
  在正常狀況下土壤空氣和地表空氣最大的不同有1.土壤空氣的溼度都近100%，2.土壤空氣中的氧濃度低於大氣中，3.土壤空氣中二氧化碳濃度遠高於大氣中。不耐浸作物如玉米，其土壤中氧濃度降到10%以下時便抑制其生長。一般土壤空氣中的二氧化碳濃度約0.5%，而一般大氣濃度為0.03%。土壤若水分太多或通氣不良或有新鮮有機質添入而致微生物活性太強，常致有低分子有機化合物或氨濃度增加，有時會有氫氣、氧化氮、硫化氫、甲烷等成分。而且也可以由土壤空氣成分了解土壤的通氣性是否適合作物的生長。
(三)土壤溶液(soil solution)
  植物所吸收養分除少部分是直接和土壤顆粒接觸式之吸收，大部分都是經由土壤溶液而來。土壤溶液中各種化合物之種類及濃度皆會影響作物之生長，一般土壤溶液中所含養分狀況於土壤化學性質章節時再談。
三、土壤物理性
1.質地(Texture)和構造(Structure)
  土壤質地可由幾個方面影響土壤肥力。一般所稱輕質地之砂土(Sandy soils)，孔隙大水的入滲速率高，保水力差，排水過度，在水源無法充裕供應的情況下作物生長及其產量自然受限制。砂土粘粒含量少比表面積和離子交換容量都低，對養分的保持力也就很低。本身保有之作物養分低是為貧瘠之土，施入肥料後，其保持力又弱，是故若非肥料大量之供應，其生產力不良。反觀粘粒含量較高之粘重土壤如粘土，其比表面積和離子交換容量大，本身養分含量高，保肥力強，然而若無良好土壤構造，則土壤密實，水分入滲慢，排水及通氣不良等不利因子部可能成為限制土壤肥力發揮而限制土壤生產力。中質地土壤如壤土的一般性質如保水、保肥、通氣、及排水之狀況較適合作物生長。中質地土壤其砂粒、砏粒、和粘粒的混合比率較適當只要有適量的膠結物質如有機質，就容易形成良好的土壤構造。有良好土壤構造對作物根系生長較不會受不良土壤物理條件影響。
  對砂(粗)質地土壤可由加入較細質地土壤，粘(細)質土壤可由加入砂質地土壤之方法，使土壤質地混成中質地土壤。然而此法需耗費大量人力及物力，並非上策。如果適量拖入有機質，有機質較大的保肥及保水能力可改善砂質地土壤之缺點，有機質促使粘重土壤粒團作用，形成良好構造改善其排水及通氣不良的潛在不良因素。當然有機質亦必須經過適當的選擇，才不至未蒙其利先受其害。把不同質地土壤視為不同有利資源來看時，只要適度改善不利因子即可發揮不同質地土壤在自然生態之意義及人類所求之利益。陳氏(1988)調查資料題示台灣西部乎原玉米產量看作以表土中質地底土粗質地產量最高，秋作以表土中質地底土細質地最高，此可能春作因雨水充足而排水成為限制因子，秋作乾旱而以保水力成限制因子。
2.土壤水(Soil water)
  土壤水和空氣共同存在於土壤的孔隙，水含量太多時，空氣量少，空氣流通慢可能限制作物生長。但土壤水太少時，則供應作物生長所需之水可能不足也可能限制作物生長。如何使二者達到一作物所需的適合點，便有賴了解土壤的特性和作物的需求。
  土壤抗重力所保留的水扣掉作物無法吸收者是為有效水。更精確的說能供應作物吸收利用之水是為有效水。粗質地土壤所能保留的總水量及有效水都低。細質地土壤保留的總水量最高，但有效水的保持量以中質地土壤較高。
  土壤水的狀態以水勢(water potential)表示，水勢是指土壤水和在一大氣壓，一定高度下，純水被移去之難易狀態。土壤水勢之總勢受基勢(matrix potential)，滲透壓(osmotic potential)，重力勢(gravity Potential)，氣壓勢(gas pressure potential)及過重勢(overburden potential)等的左右。土壤空氣中相對濕度及蒸氣壓則由基勢和滲透勢所決定。基勢和土壤質地及粘粒種類有關，滲透勢決定於土壤溶液中鹽類的含量及種類。離子濃度可用電導度(Electric conductivity)估算，滲透壓(OF，osmotic pressure)亦可用電導度估算
OP(atm)=0.30 x EC(mmho/cm)  (Finkl,Jnr., 1984)。
  土壤水份管理的合理化可兼顧水資源的有效利用及土壤溶液中鹽分含量之控制。土壤有效水份需考量有效土層中的土壤有效水份含量，並且需了解土壤剖面中各土層的狀況，例如具犁底層之土壤，其水份之上下移動都可能受阻。土層間土壤質地相差太多，毛細管水無法連通時亦會影響土壤水分之排水及供應等問題。土壤水份管理可改變大部份土壤物理性的影響潛能。例如土壤水份管理可以改良土壤排水狀況而控制土壤氧化還原電位。
3.土壤通氣(aeration)
  植物根部吸收養分大都需要能量，必須有足夠的氧氣供應根部呼吸，由呼吸作用提供大部份能量才能進行。此可由某些土壤因浸水而通氣不良時常可看出養分缺乏症狀做為佐証。
  土壤通氣不良使土壤變成還原狀態時，可能使硝酸態氮還原及脫氮作用發生，硫酸化合物還原成為難溶解的硫化物，鐵錳離子成為易溶解的二價離子(Fe²⁺，Mn²⁺)流失或因濃度高達毒害程度。花蓮地區即有因底層的鐵錳聚集層影響作物生產的例子，土壤在還原狀態時旱作根容易腐爛，水稻根生長亦較不健康(白色)。土壤通氣之好壞可由測定土壤中氧氣濃度，方可由土壤氧化還原電位(Redox, mv)判別。Patrick和Mahapatra(1968)利用土壤氧化還原電位將土壤通氣性分為四級:(1)通氣良好土壤，+700mv一+400mv,(2)中度還原土壤 +400mv--+100mv,(3)還原土壤，+100mv---100mv,(4)極還原土壤 -100mv---300mv。一般土壤氧化還原電位在+340mv左右時氧氣尚足，至+225mv時硝酸根開始還原，+200mv時錳離子開始還原，+120mv時鐵離子開始還原，而-150mv時硫酸根開始還原。
4.溫度(Temperature)
  土壤溫度可直接影響作物生理活性和生長。亦影響無機成分之溶解度和土壤有機質的礦化速率等土壤供應養分能力而間接影響作物生長。人為管理改善不適合植物生長之溫度亦可保証土壤肥力之發揮。例如寒流來時適當的灌溉，或遮擋，或敷蓋皆可降低霜害，適當施用有機肥亦有提高土溫之功效。
四、土壤化學性
  土壤肥力的狹隘意思即指土壤養分狀態。養分狀態也就是各種養分在土壤中的有效性(availability)或有效養分濃度。然而影響作物吸收養分最直接的是在於各種養分在土壤溶液中的濃度和活度。
各養分的相對濃度或濃度比值，關係到植物吸收養分時，各離子間的競爭或相成作用而影響其吸收作用及生物有效性(bioavailability)。因此在土壤肥力不僅需注意到養分的有效濃度，同時也要注意各養分間的平衡現象和各化合物或離子在土壤中的移動性。土壤養分的有效性往往不能只由土壤中的總含量判斷，此關係到各化合物本身的特性及其溶解性。土壤中的養分成份能否供給作物吸收是決定於其溶解度及濃度的強度因子(intensity factor)，而供給量的多寡則決定於各種有效化合物量的大小等容量因子(capacity factor)、溶解速率及移動速率能否滿足作物吸收速率等動力式因子(dynamic factor)。以下依土壤母質、土壤有機質、土壤溶液、土壤鹽度、土壤反應、及養分平衡等方向討論之:
1.土壤母質及礦物(Parent material and clay minerals)
  土壤的主要基質是無機礦物，了解土壤母質之特性有助於掌握土壤肥力之管理。台灣之地質變化複雜，尤其東部地區更複雜，需要了解土壤特性。如片岩沖積土往往因砏粒含量偏高，土壤幾無構造，而有必要提高土壤有機質以改善之。又如石灰性土壤在氮肥使用上可使用容易使土壤酸化之銨態氮，但須注意施用方法。酸性土壤則需注意避免土壤繼續酸化，並依作物需求適度提高土壤pH。土壤成土作用左右其粘土礦物種類，而影響土壤肥力及管理。含蒙特石類及蛭石類膨脹性礦物土壤其保肥保水力較優，但土壤水份狀況影響機械操作的現象更密切。高嶺石含量高土壤一般風化作用較強，土壤pH較低，土壤肥力亦較低，但是一般土壤構造及排水等土壤物理性較好，如紅壤。
2.土壤有機質
  土壤有機質一詞是指在土壤中形成或加入之動植物物質而無關於這些物質之分解狀態。因此土壤有機質包括了高度分解之成份如腐植質(humus)及尚未被分解的原有生物體。腐植質部份才是一般土壤學家公認和土壤性質及作物生產有關的部份。幾乎所有土壤中的生物皆賴土壤有機質以獲得能源和養分。我國在西周時期即知使用野生綠肥，西晉時已知人工栽種綠肥(吳聰賢，1990)可見有機質對食物生咬產以致影響人類文明之進展。
  有機質的成分其不同來源間之差異相當廣泛。有機質在土壤中的分解，各種成分各自獨立，其總分解速率是餓部分分解速率之總和。土壤有機質大部分是不溶性。有機質進到土壤後大部分易分解者(如纖維素、半纖維素)被微生物分解以提供微生物碳及能量來源，因此土壤有機質含較多不易被微生物分解成分(如木質素)。部分蛋白質成分可能由於容易和粘土礦物結合而不易被微生物分解，其在土壤中的相對含量亦提高，可見於表一(Foth, 1978)。木質素因有環狀構造，可抗酵素之分解而留存。然而土壤中木質素的化學特性多少已經受改變。

表一、植體和土壤有機質之比較

成    分	植體	土壤有機質
	%	%
纖維素	20-50	2-10
半纖維素	10-30	0-2
木質素	10-30	35-50
蛋白質	1-15	28-35
脂肪、臘質	1-8	1-8

  腐植質之一更重要之特性是具高的陽離子交換容量(CEC)，土壤有機質之CEC質受pH影響。一般有機質每100克之毫當量(me/100g)約100-300。黃酸之CEC(900-1400)高於腐植酸(400-870)之CEC(Stevenson, 1984)。土壤膠體在土壤性質上具有強的影響力。其高的水合作用，如腐植質之吸水量可近本身重量之一倍，而體積更可達2-6倍之特性可增加土壤之保水力。無機膠體如膨脹性礦物亦可增加幾倍之吸水量，因此在土壤水分之保持上具重要之地位。土壤膠體之高比表面積及高陽離子吸附能力在土壤化學上有其重要影響，而土壤中的主要化學反應亦受土壤膠體部分的成分所控制。土壤有機和無機膠體的結合對土壤中微生物相及土壤酵素的保護亦有舉足輕重的作用。
  腐植質之氮含量和其特性有關，大多數腐植質的氮含量在3至6%，主要視其有機質來源及土壤環境因素而定。土壤有機質的碳氮平均比值(C/N債)約10左右，因土壤而異。土壤腐植質除為氮的主要儲藏庫外，亦為磷及硫的主要儲藏庫。一般腐植質所含碳氮磷硫之比值C:N:P:S約100-120:10:1:1(Foth,1978)。
  假設一土壤表土有機質含量4%，有機質氮含量5%，一期作中有機質分解率2%，則土壤有機質供應之氮可達8Okg/ha，此供應量几可滿足大部份作物之需求量。假設土壤有機質之CEC值為200me/l00g 則該土壤有機質對土壤CEC可提供8me/l00g，依世界糧農組織(FAO, 1979)之推薦，此值為希望作物得到相當滿意程度產量時之最低值。
  台灣地區位於熱帶及亞熱帶，全年土壤溫度皆不至太低，土壤有機質分解較快，至一般耕地土壤有機質含量偏低。在明瞭土壤有機質之重要性下，如何管理如施有機質肥料或改變耕作制度，以提高土壤有機質含量，是當今農業經營上一重要主題。
  當考慮實施近代所謂完全只施有機肥料之有機農業時，則有機肥料之成分需同時考慮磷、鉀、鈣、鎂、硫及其他微量元素之成份量與比率。英國Rothamsted的一百五十幾年試驗証明單施農場廠肥之小麥及大麥生產量高於單施化學肥料處理(Rothamsted experimental station,1991)。
3.土壤溶液(Soil solution)
  土壤溶液含有各種溶解的溶質和氣體。溶質包括各種陽離子、陰離子及有機和無機化合物。經常也會帶有微細的有機膠體及無機膠體等懸浮粒子。主要的陰陽離子為Ca²⁺，Mg²⁺，K⁺,Cl^-,NO₃^-，SO₄^-2，H₂PO₄^-,HPO₄^2-，和HCO₃^-。其他離子如H⁺，Na⁺,NH₄⁺,Mn²⁺ Fe²⁺，和Al³⁺則因土壤不同差異性大。如酸性土壤H⁺及Al³⁺之相對含量急劇提高。海邊及鹽基湖邊土壤Na⁺含量較高。施銨態氮後土壤NH₄⁺突然增高，而浸水土壤中Mn²⁺含量亦明顯提高。各種離子在土壤中的濃度範圍可由圖三(Singer&Munns,1987)示之。


  植物由根部吸收之養分幾乎全部藉由土壤溶液進入植物根部，只有極小部份是由直接接觸吸收者。土壤溶液中各種離子之成份組 成影響養分吸收至鉅，各種離子之相對離子濃度或活度亦因離子間的拮抗作用及增強作用而言接間接的影響養分吸收。
4.土壤鹽度(Soil salinity)
  土壤溶液中鹽類成份影響作物生長，溶液中的鹽份來自土壤本身所含鹽類之溶解及肥料以及灌溉水所帶人之鹽基成份。由於土壤溶液成份濃度亦受土壤水份含量高低影響，一般試驗室以土壤飽和水的電導度(ECe)來評估土壤鹽度及對作物的影響。ECe之單位傳統上使用mmhos/cm(millimho per centimeter)，世界統一標準單位用s/m(siemen per meter)。1mmho/cm=lds/m。以下討論ECe值和植物關係採用mmho/cm(U.S. salinity laboratory staff,1954):
    (1)0--1時，鹽基之影響大都可忽略。
    (2)2--4時，只有敏感作物之生長會受抑制。
    (3)4--8時，大都數作物之生長會受抑制。
    (4)8--16時，只有耐鹽性作物尚有滿意的生長狀況。
    (5)>16時，僅少數耐鹽性作物能有滿意的生長狀況。
  土壤的淋洗作用決定灌溉水的電導度(ECw)和土壤飽和電導度(ECe)值的關係，當淋洗率低則ECe值遠比ECw值大，當淋洗率大時則ECe值和ECw值相當。敏感性作物有梅、李、桃、蘋果、葡萄及檸檬等。耐鹽性作物有甜菜、苜蓿、唐菖蒲、洋蔥、甘藍、萵苣及胡蘿蔔等。
5.土壤反應(Soil reaction)
  土壤反應是指土壤之酸鹼性，即一般經常所說之pH值。土壤pH值對土壤及植物之意義，有如動物體溫對醫生而言，可用以判定土壤的某些基本特性及作物生長不良之可能原因。例如一土壤上作物葉片呈淡綠色，若土壤pH在8.0左右時土壤溶液中鐵的溶解度相當低。若pH在5.5或更低，因為在此酸性下，鐵化合物的溶解度高，不致造成作物缺鐵，故葉片變成淡綠色，在此土壤可能由於其他原因造成，較不可能是來自鐵之缺乏。
  (1)土壤反應之緩衝機制
  土壤溶液之pH是指水溶液中自由氫離子的活度，此部份的氫離子是由複雜有機及無機酸鹼官能機解離出來者，且所佔比率甚低。此等酸鹼官能基對土壤及土壤溶液pH具緩衝作用，以下簡述幾種土壤成份之緩衝機制(Bache,1984):
     a.有機酸，土壤有機質含有之黃酸和腐質酸具各種官能基，如酸基(pK=5.5土1.7)和酚基(pK在7.8--9.8)為主要之官能基。
     b.鋁離子，鋁離子和鋁氫氧化離子是酸性土壤，尤其pH<5.2土壤之主要交換性離子。
     c.另外鋁矽無定形化合物(amorphous aluminosilicates)如Allophane在pH5-8之範圍亦有強的緩衝作用。
     d.土壤氣休中二氧化碳分壓、碳酸鹽、及土壤陽離子含量及種類不同時皆有不同之緩衝作用。
  (2)土壤pH和作物生長的關係
  英國Rothamsted試驗場近一百五十年之試驗發現長期施用銨態氮致土壤pH降至3--4而未校正時，其草生種類較少，土壤中微生物種類亦較少，可見在偏低pH下，能存活之植物種類較少(Rothamsted experimental station,1991)。
  植物在進化過程中為了適應各所在地之特性而發展出其特性，現今科學文明已盡可能收集各種人類喜好的作物而栽培之。在栽培之過程若能了解作物之特性自可事半功倍，土壤pH影響各種作物所需養分之溶解度和有效性，由圖四示意(郭，1983)可明顯看出不同元素成份和土壤pH之關係有其特異性，而有機質土和礦質土間亦稍有不同的表現。
  示意圖之寬窄代表該元素在不同土壤pH值下的不同有效性或溶解度。寬處表示有效性大，若處表示有效性低。以哪為例，在pH5-7之間最寬，表示在此土壤pH範圍，若土壤缺硼，只要把硼酸化合物施入土壤，因有效性高，作物容易吸收。然若土壤pH在7--8之間時，若植物缺硼並不一定土壤中硼含量少，而是有效性低所致。因此若硼酸鹽直接施入土壤並混合後，作物亦不易吸收，在此情況下可能需配合其他方法，如施用酸性肥料，施用點靠近作物，或採用葉面施肥等步驟。有機質對礦物養分雖然具保持作用，但若土壤礦物養分含量偏低，有機質含量偏高(有機質土)則將因其高吸附力造成作物有養分缺乏之危機。此亦表示對作物施肥之觀念上不僅需了解作吻本身特性，尚須了解土壤中之化學作用。
(3)土壤pH之改良
由圖二可知一般土壤pH在6-7之間時(有學者認為pH6.5)大都數的植物需要養分在土壤中的有效性較無偏低者，因此對pH太高或太低土壤在需要時可做適當調整如下:                         
a.酸性土壤可施用石灰、白雲石、爐渣、煙灰、及中鹼性有機質或堆肥以提高pH，在調pH之過程同時需要注意其他成分。如缺鎂土壤使用自雲石可能優於石灰。且一次不可把土壤pH調升差距太大，以免使環境生態不穩定。施爐渣和煙灰時要注意重金屬含量，以免太多重金屬的引入而造成污染之危害。
b.鹼性土壤可使用硫磺、石膏、有機質等物質改良，亦可偏用銨態氮及液態磷酸等肥料之選擇，一面降低pH並注意各種養分之平衡，以免因調整pH而帶入其他副作用。
6.養分平衡
植物吸收土壤中養分之能力不僅受養分種類強度和養分容量影響。不同養分間具拮抗作用(Antagonises action)及增強作用(Enhances action)因此各養份間之濃度比亦左右植物吸收養份之能力及土壤肥力之顯現。茲舉Ca:Mg比及K:Mg比(表二(a)(b),Landon，1984)以示作物栽培管理不可忽視各種養份間有效成份比。   
表二、陽離子間之比值和作物之一般關係
(a) Ca：Mg

≧5：1	Ca愈多，Mg之有效性愈低；倘土壤pH值也高的話，則磷之有效性亦愈低。
3：1～ 4：1	對多數作物言，此比值乃最理想之範圍。
﹤3：1	磷的吸收將受阻。
1：1	可接受之最低比值，再低時鈣之有效性降低。

(b) K：Mg

﹥2：1   鎂的吸收可能受阻

推薦之K：Mg比

對一般作物﹤3：2

對蔬菜﹤1：1

對果樹﹤3：5

五、土壤生物性質
  土壤是個有生命的系統，他是土壤中微生物(microorganisms)及小動物的住所，而這些生物大則對整個地球物質及能量循環有關，小則和土壤中各種養分及物理結構都有密切相關。土壤的物理性及化學性質也會直接影響土壤生物的變化，尤其其食物來源(植物或動物屍體)和土壤通氣性影響其族群的變化。雖然有些土壤微生物及小動物會侵害植物甚至一般動物及人類，幸運的是它們大部分是有益的，依Martin及Focht的資料顯示一般土壤中的微生物以一克土壤中平均含量計細菌(Bacteria)有3百萬至5億個，放射菌(Actinomycetes)l百萬到2千萬，真菌(Fungi)5千到90萬，酵母菌(Yeasts)l千到l0萬 藻類(Algae)l千到50萬，原生動物(Protozoa)l千到50萬 線虫(Nematodes)50到200個 除這些外有些不易計算的如粘菌(Myxomycetes)，病毒(Viruses)，嗜菌體(Phages of bacteria)，昆虫(insects)，節肢動物(arthropods)，蚯蚓(earthworms)，菌植體(mycoplasmas)及其他生物體。Clack(1967)指出土壤中的活生物在表土(0-15公分)中約0.4到5公噸/公頃。以個數計細菌雖然多於真菌，若以重量計可能真菌最多。一般土壤微生物學家(soil microbiologists)都偏重土壤中的微生植物(microflora)，然而有些土壤中微生動物(microfauna)及大動物(macrofauna)的生物體重和微生植物相當(Timonin,1965)，因此亦不可忽視。筆者發現有許多農田因大量使用未發酵雞糞而整塊田表面覆蓋一層節肢動物之現象，可見土壤管理也不可忽視對土壤動物的影響，及其對作物的影響。
  土壤中的生物無論植物(如雜草)、動物(如蚯蚓)、和微生物(如根瘤菌)對種植於該土壤之作物皆可能產生有益(beneficial)或有害(harmful)、或不影響(neutral)等的互動關係。雜草會和主作物競爭光、養分、水及空間，甚至可能分泌有毒物質，成為病蟲害之中間寄主，造成不利之微氣候等，至不利主作物生長之環境等。然而雜草並非完全一無是處，坡地及果園選擇適當雜草及做好管理，可減少水土及養分流矢，避免土壤密實等正面影響作用。英國Rothamsted試驗場的近150年長期試驗結果顯示輪作及休耕可降低作物的病害發生(Rothamsted experimental station,1991)。
  土壤中許多養分保留在土壤有機質，而有機質需經過微生物分解釋出礦物性養分以供作物吸收，沒有微生物則土壤有機質之功能角色即無法顯現。許多土壤性病蟲害，可由加入不同有機質增加微生物歧異度(diversity)以抑制病蟲害之為害。某些土壤微生物可行共生(Rhizobium)或非共生(Azotobacter)之生物固氮作用及進行無機成份的轉化作用，如銨態氮的硝化作用，硫的氧化作用等，對養分在環境中的循環現象有關，而影響土壤肥力之表現。
(一)土壤中的生物族群
1.細菌
  土壤中的細菌可分為自營性菌(autotrophic)，及異營性菌(heterophic)。自營性菌又分為化學自營性菌(chemoautotrophs)，可從無機化學反應的氧化作用(Oxidation)中獲得能量，如S、H₂S、NH₃、NO₂^-、Fe²⁺及Mn²⁺(Stanier等，1970)等化學物質的氧化，而這和土壤的肥力、作物生長及環境品質有很密切關聯。另一為濕土中有少許的光合自營性菌(Photoautotrophic)。以對氧氣之利用性來分，土壤中細菌可分為好氣性菌(aerobic)需要氧氣才能存活，及嫌氣性菌(anaerobic)不需氧氣，另有些兼性嫌氣性(facultative)細菌在有氧及無氧氣皆可存活者(靠氧化物做電子或氫的接受者)。異營性菌主要以有機碳做為能量來源，如Arthobacter、Bacillus、Clostridium、 Pseudomonas、Nitrobacter、Rhizobium及Azotobacter等。土壤異營性菌以土壤有機質、動植物及細菌屍體及根圈分泌之有機物或根剝離物為能量來源，因此和土壤耕作制度有關。如Rovira和McDouga1(1967)發現土壤中細菌及真菌數在未施肥土壤分別有1千3百萬及2萬4千個，施硝酸鈣肥者提高到1千8百萬及4萬8千個，冬季有覆蓋作物者為1千9百萬及4萬6千個，而施肥又種作物覆蓋下為3千5百萬及6萬9千個。Johnson和Guenzi(l963)的數據指出一般土壤細菌數當土壤pH在3.4到7.5間時，pH愈高菌數也由每克土壤l百萬逐漸升高到9千5百萬，直菌數的變化較小，以土壤pH4.7最高(每克土97萬)，pH上升及下降都使真菌數下降，如pH3.4時為20萬而pH7.5土壤只18萬個。
2.放射性菌
  從生理性及遺傳性看放射性菌較接近細菌(格蘭氏陽性菌)，雖然其外觀較近真菌。所以其菌數在土壤中的起伏和細菌較近似，不過其比率在高溫、乾燥、及高鹽狀況下相對會提高。對有機物之分解及產生抗生素(antibiotic)上有許多功效  尤其諾卡氏(Nocardia)及鏈霉菌(Streptomyces)(Kuster11967;Wang及Griffin,1974;Waksman11961)。
3.真菌
  前面已經談過真菌數在土壤中雖不及細菌，但重量往往超過細菌。真菌的菌絲表面細胞皆可吸收有機及無機養分(Ainsworth等，1965)，細胞壁含有幾丁質(chitin)、幾丁素(chitosan)或纖維素(cellulose)。土壤中的真菌種類相當多，較熟悉的有Penicillium、 Rhizopus、Fusarium、Aspergilhis及Rhizoctenia等。不同種類間之消長受土壤有機物種類、土壤通氣、水分及pH等因子影響。
4.粘菌
  粘菌英文名Myxcomycetes又稱Slimemold(粘霉)常存在濕的林地及草地的腐生微生物(saprophytic)(Ainsworth等，1965)。他們有兩個型態有時像變形虫(amoeba)體型，可移動，有時長成像真菌體。
5.酵母菌
  酵母菌較近於真菌，在某些情況下可產生菌絲(mycelium)。大多數酵母菌以簡單的有機物如蔗糖做為碳及能源，在植物的葉、莖及果實上都有，但在土壤中的競爭性較弱。
6.藻類
  藻類是土壤中最多的光合成菌，有些在一般水中及土壤中皆可發現，也有一些只在土壤才有的種類。雖然它們受重視的程度較少，但有些研究者認同它們的固氮作用及在形成土壤有機質的功能上相當重要(Fogg等，1973)。大多數土壤藻類屬於藍綠藻(bule-green,cyanophyca)、綠藻(green Chlorophyceae)及硅藻(diatoms,Bacillariophyceae)。藍綠藻沒有葉綠體在原生質中，含有葉綠素(chloraphyl)、類胡蘿蔔素(carotenoids)及藻青蛋白(phycocyanin)。土壤pH5.2以下則相當少見。綠藻之葉綠體中含有葉綠素、葉黃素(xanthophyll)及胡蘿蔔素(carotene)，可耐較酸性土壤。藻類主要生長在表土2至4公分(Shield及Durre11,1964)，某些種類也可行異營性生活，有些則不能。藍綠藻有些可耐極溫，所以在極地冰上及熱溫泉中也可發現，其所需養分除N、P、K、S、Fe、Mg及Ca外有些需要Na及Ca，而哇藻需要Si。
7.地衣(Lichens)
  地衣是真菌和藻類的共生體。其主要真菌有囊子菌(ascomycetes)，也有擔子菌(basidiomycetes)。藻類有藍綠藻。它們的共生作用為藻類供應真菌光合產物(碳水化合物)，而真菌供應藻類礦物養分，因此可在一些極地中發現地衣，且地衣是荒地的先驅生物(Ahmadjlan和Hale，1973)。
8.病毒
  病毒雖然不能獨立存活，但是幾乎所有土壤中的微生植物及動物皆是其寄主,因此其分布及擴散能力可想而知。
9.菌植體
  菌植體是一種無細胞壁的原生生物(primitive organisms)具球形或多形體(Pleomorphic)。其為腐生種類，可生長在pH 0.96到3.5及溫度45到62℃範圍，也是許多植物及動物的病源(Smith,1971)。
10.原生動物
  原生動物是土壤中最多最簡單的土壤動物，在某些情況下，它在土壤中的重量可能超過細菌。主要是異營性，在土壤中有纖毛虫(ciliates)、鞭毛虫(flagellates)、變形虫及有殼虫(testacea) (Kevan,l955)。可生長在土壤pH3到10的範圍，最適pH為6到8，最適溫度為18到32°C。在不良環境及缺乏養分時會形成休眠體或胞囊(cyst)。
11.線虫
  土壤中的線虫約有2000多種，其中約一半是植物根的寄生線虫，可食土壤中的有機物質、細菌、真菌、藻類、原生動物及線虫。在土壤中的密度每1平方公分土壤中約有5到l千萬個，甚至高到3千萬個以上。近年也發現有莖線虫。
12.蚯蚓
  土壤中蚯蚓種類超過1800種，土壤中之數目和其食物量及土壤水分含量關係密切。土壤太乾時無法鑽動，土壤pH4.0以下時很少發現，只有相當耐酸種類可存活(Kevan,1955)。
13.節肢動物
  土壤中節肢動物有樹虱(woodlice)、蠍(scorpions)、蜘蛛!spiders)、瞞(mites)、馬陸(millipedes)、娛蚣(centipedes)、躍尾虫(springtails)、蠢生(silverfish)、小娛蚣(earwigs)、及許多昆蟲之幼蟲(larvae)。雖然目前沒有詳細研究節肢動物對土壤有機質作用之報告，但由一旦有新鮮有機殘體進入土壤而引發多種此種動物活動看，其影響亦需注意，然而個人覺得我們必須注意的是此等動物對農作物的影響，如傳播病害及毒素病及咬傷作物等危害。
(二)土壤生物的重要活動
1.分解有機殘體
  土壤生物最重要的功能應該是分解動植物殘體，使其所含礦物養分能再循環利用。如大氣中的二氧化碳(CO₂)每年有25分之1被光合作用利用而其中70%被微生物分解而再回到大氣中。有機殘體中之簡單糖類、胺基酸、脂肪酸、某些蛋白質及某些聚糖分解相當快，有時可在幾天或幾小時內全部被分解。木質素、酚酸化合物、和蠟質分解較慢(Haider等，1974)，而已經腐質化之土壤有機質則每年只分解2到5%。一般有機殘體其有機碳在2到3個月內分解掉60-85%(Jenchson,1971)。
2.形成土壤腐植質
  土壤腐植質的主要構造是酚酸單位和胺基酸、胺糖、及其他有機單元結合及再連結的複雜聚合物質。這些酚酸單元主要來自植物及微生物的木質素，當易分解物被分解同時產生各種生化反應並由土壤粘粒或微生物促進其聚合而形成。土壤中若無土壤生物，尤其土壤微生物則土壤腐植質不易形成。
3.改善土壤物理性
  土壤微生物分泌黏性化合物及促進土壤腐植質的形成，因此可直接間接的促進土壤粒團作用而改善土壤物理性。土壤動物如蚯蚓之鑽孔作用及其消化土壤及其團粒化糞便都有利土壤物理性及化學性的變化。
4.促進無機養分的釋出
  土壤微生物的呼吸作用提高土壤空氣中CO₂濃度而增加碳酸濃度促進土壤礦物的風化，亦可釋出酵素；有機酸如草酸、檸檬酸、酮戊二酸(Ketoglutaric acid)等促進難溶礦物的溶解。
5.菌根菌(mycorrizae)
  根圈微生物很多是和植物共生或有益植物之微生物，菌根菌是一種共生的根狀真菌(root-fungus)。有所謂外生菌根菌及內生菌根菌。有外生菌根菌的植物有松(Pine)、樅(fir)、針樅(spruce)、落葉松(larch)、桉樹(eucalyptus)、山毛櫸(beech)樺樹(birch).、橡木(oak)、山核桃(hickory)、及其他樹種。此等真菌為擔子菌，可產生洋茹，一種菌常可和多種樹共生。內生菌根菌常可在玉米、小麥、棉花、草、豆科、楓、山茱萸(dogwood)、柑橘類、玫瑰、冬青類(holly)。及棉白楊(cottonwood)根發現，後者又稱囊叢狀菌根菌。許多研究發現接種菌根菌可提高作物養分吸收能力(尤其磷)、耐旱性、耐濕性、耐鹽性、及抗病能力。
6.固氮菌
  (1)非共生固氮菌
  有固氮菌屬(Azotobacter)、芽孢梭菌屬(clostridium)及藍綠藻等土壤微生物，其適當pH在5到9，溫度在15到35℃之間，並有適當礦物養分，特別如磷及鉬之存在。有有機碳或其他能源且土壤中有效性氨量要低至無則此等非共生固氮菌可進行固氮作用，每年的固氮量可5到35kg-N/ha/year(Allison,1973)。藍綠藻之栽培可提高水田土壤氮15-79kg/ha。
  (2)共生固氮菌
  共生固氮菌最有效且固氮量最可觀的是和豆科共生的根瘤菌(Rhizobiumsp)其固氮量在60到600kg/ha(Allen和Alien1195s)。非豆科根瘤共生有赤楊(Alnus)  Cassuarina  Coriaria  Elaeagnus (Silverberry) Shepherdic(BuffBloberry)Myrica、Ceanothus、Dryas、Cercocarpus、Opuntia、Psychotria、Chrysothainnus、及Artemisia等植物。另外有無根瘤的共生菌在許多熱帶草中可發現(Dobereiner等，1972)。
7.拮抗作用  
  原生虫可吃掉細菌，許多真菌及微生物會分泌物質或寄生其他生物而殺死其他生物。如真菌也可以寄生線虫而殺死線虫，或冬土夏草亦是最好的例子。
(三)對無機化合物的轉化
  土壤微生物對無機化合物的轉化對農業及環境的影響相當大，如對氮的影響有固氮菌可將元素氮轉換成氨再合成有機氮，又可將有機氮轉化成無機氮(氨)而氨水化成銨又經亞硝酸菌及硝酸菌氧化生硝酸，但硝酸及亞硝酸又可被脫氮菌還原等作用都直接間接受土壤微生物影響。
其他如硫、鐵、錳、鉻、砷、汞等元素在土壤中的形態，也受土壤理化性質影響微生物菌活動再影響其存在形態，如在通氣好的狀況下硫為SO₄²-、鐵為Fe³⁺、錳為MnO₂、鉻為CrO₄^2-、砷為AsO₄^2-，但通氣不良時硫為S^2-、鐵為Fe²⁺、錳為Mn²⁺、鉻為Cr³⁺、砷為AsO₃^2-。可見土壤微生物在土壤化學及作物營養管理上亦相當重要，但也不能太把土壤微生物神化。
  任何有益微生物若未注意其生存條件及養分需求即再好的菌或加入再多的菌都不見得有用。