從地球系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)的觀點(diǎn)來看，土壤肥力的發(fā)生與發(fā)展是自然界物質(zhì)的地質(zhì)大循環(huán)與生物小循環(huán)相互作用的結(jié)果。地質(zhì)大循環(huán)是指礦物質(zhì)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(jīng)風(fēng)化作用產(chǎn)生的風(fēng)化產(chǎn)物，通過各種外力作用的淋溶、剝蝕、搬運(yùn)，最終沉積在低洼的湖泊和海洋中，并經(jīng)過固結(jié)成巖作用形成各種沉積巖；經(jīng)過漫長的地質(zhì)年代，這些湖泊、海洋底層的沉積巖隨著地殼運(yùn)動重新隆起成為陸地巖石，再次經(jīng)受風(fēng)化作用。這種物質(zhì)循環(huán)的周期大約在10000000～100000000年。其中以巖石的風(fēng)化過程和風(fēng)化產(chǎn)物的淋溶過程與土壤形成的關(guān)系最為密切。風(fēng)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(chǎn)生可溶性物質(zhì)，釋放出養(yǎng)分元素，為綠色植物的出現(xiàn)準(zhǔn)備了條件；后者使風(fēng)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(jī)物質(zhì)的基礎(chǔ)。可見，風(fēng)化過程對土壤來說，是一種物質(zhì)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(jìn)土壤物質(zhì)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(zhì)轉(zhuǎn)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(zhì)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(jī)體；植物被動物食用后變成動物有機(jī)體；植物、動物有機(jī)體死亡后歸還土壤，經(jīng)微生物分解與合成轉(zhuǎn)化為植物可以吸收的可溶性養(yǎng)分和腐殖質(zhì)，腐殖質(zhì)經(jīng)過緩慢的礦質(zhì)化，也為植物提供養(yǎng)分。這種物質(zhì)循環(huán)的周期較短，一般為1～102年。其中有機(jī)質(zhì)的累積、分解和腐殖質(zhì)的合成促進(jìn)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(guān)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(zhì)大循環(huán)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，是疊加在地質(zhì)大循環(huán)上的較小時間尺度的次級物質(zhì)循環(huán)。從對于土壤形成的作用上看，地質(zhì)大循環(huán)的總趨勢是陸地物質(zhì)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(zhì)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(fēng)化作用和有機(jī)質(zhì)的累積、分解與腐殖質(zhì)合成作用較強(qiáng)，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(fēng)化作用和有機(jī)質(zhì)的累積、分解與腐殖質(zhì)合成作用較弱，而淋溶作用較強(qiáng)，土壤中養(yǎng)分保存少，肥力水平將逐漸降低；當(dāng)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(chǎn)活動如砍伐森林、耕墾草原、圍湖圍海造田、開采礦產(chǎn)、城市建設(shè)等都會對地質(zhì)大循環(huán)和生物小循環(huán)產(chǎn)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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