土壤中各种植物营养物质的统称。

习惯上，土壤养分仅指土壤中的矿质营养元素，虽然土壤中的某些有机营养物质如氨基酸、维生素、磷脂、糖等也可被植物少量吸收。在营养元素中，已肯定的植物必需元素有16种：碳、氢、氧、氮、磷、钾、钙、镁、硫、硼、铁、锰、铜、锌、钼、氯。此外，钴、钒、钠、硅等元素对某些植物也有一定的有益作用。碳、氢、氧主要来自大气和水，其余元素则主要来自土壤。这些主要来自土壤的必需营养元素也称为矿质养分。根据植物对它们需要量的多少，又常划分为大量元素（氮、磷、钾），中量元素（钙、镁、硫）和微量元素（硼、铁、锰、铜、锌、钼、氯）。氮、磷、钾也被称为植物矿质养分的三要素。

土壤养分并非都可被植物直接吸收和利用，这决定于它们的存在形态。元素呈离子态存在于土壤溶液中的为水溶性养分，被吸附于土壤胶粒表面的为交换性养分，它们均可被植物立即吸收，属有效养分；一些元素的离子如K^＋、等被层状粘土矿物的晶格固定后，植物虽不能立即吸收，但因其释出较易，故属缓效养分；存在于土壤原生矿物如长石、磷灰石、白云母等矿物中的营养元素如磷、钾、钙等，在数量上可占很大比例，因很难溶解和释放，故属难效养分。还有一部分营养元素存在于土壤生物和有机质中。一般来说，活着的土壤生物和土壤中的新鲜有机物质所含的养分易于矿化后释出，可包括在有效养分之中；土壤腐殖质是较难分解的有机质，因此，它含有的养分较难释出，可包括在缓效养分或难效养分之中。根据植物利用的难易程度将土壤养分区分为有效、缓效和难效是一种人为的、相对的划分。事实上，它们之间常处于动态平衡之中，彼此间并无严格的分界。对不同养分元素，可选择不同的测试方法测定其有效、缓效和难效部分的大致含量，但没有一种标准的方法可将它们严格分开。

土壤养分存在形态的变化谓之转化，按转化机制不同，可分为：

化学转化

无生物活动直接参与下营养元素化合态和价态的变化，如土壤矿物因化学风化引起的元素化合态的变化，CaCO₃、FePO₄·XH₂O等沉淀化合物的形成，低价离子在氧化条件下转变为高价离子，以及在酸性条件下脱氧形成N ₂O（化学反硝化）

等。

物理化学转化

物理引力场作用下的离子间交换，如土壤胶体对阳离子的吸附和解吸，层状粘土矿物对、K^＋离子的固定与释放等，均为离子交换现象。

生物化学转化

土壤生物直接参与下的元素化合态和价态的变化，如土壤中氮的生物固持与矿化，氮分子的生物固定，在生物反硝化作用下NO₂^-被还原成N₂O和N₂以及在微生物作用下有机磷的矿化等。

土壤养分的转化受土壤温度、水分、通气状况、酸碱度、矿物和盐分种类、有机碳源以及生物活性等条件的影响和控制。例如，土壤渍水造成的嫌气环境可使高价铁磷酸盐还原成低价铁磷酸盐，后者在水中的离解度较大，从而可提高磷的有效性；嫌气的土壤环境在有足够的新鲜有机碳源时，可使土壤中的硝酸盐在生物反硝化作用下形成N₂O和N₂，导致土壤有效氮的损失。

土壤养分在农业生态系统中的循环，既参与了地球化学过程，也参与了生物地球化学过程。前者曾称为地质大循环，是指元素在土壤圈、岩石圈、水圈和气圈间的循环；后者曾称为生物小循环，是指在生物活动参与下，元素从环境到生物体、生物体到环境以及生物体之间的循环。就农业生态系统中的养分循环而言，最重要的是营养元素在土壤内部各养分库间的循环；土壤与大气、土壤与作物、土壤与地表水和地下水间的循环、作物与饲养动物和人类间的循环以及养分通过农事活动在农田土壤中的输入和输出。由于各营养元素的化学特性不同，它们在农业生态系统中的循环便有各自的特征，兹以氮、磷、钾为例说明如下：

氮循环

美国生态学家奥德姆（E.P.Odum）把氮循环归入气体型循环类型，因为氮的储存库是大气，且其循环通道多与大气直接相连。氮在农业生态系统中的循环与其他营养元素相б最为复杂（图1）。在出现化学氮肥之前，农业生态系统（自然生态系统亦然）中的氮就其本源主要来自生物固定。大气中的电离现象也可使氮、氧结合成NO，并通过降水进入陆地生态系统，但数量有限。工业合成的氨，即氮的工业固定，是现代农业中氮的重要来源之一。进入20世纪90年代，中国农业中氮素化肥的年施用量已超过1500万吨，远远超出农业中的生物固氮量。农业生产中的废料如人畜粪尿、作物残体等经堆腐制成农家肥后施入农田，可使农产品中的一部分氮得以循环再利用。农业生态系统中氮的支出或损失途径主要是反硝化、氨挥发、NO₃^-淋失及农产品输出。在施肥管理粗放的情况下，因氨挥发和反硝化损失的氮量常可占施入肥料氮量的一半以上。

图1 农业生态系统中的氮循环

磷循环

奥德姆将磷循环归入元素循环的沉积类型，因为磷的贮存库是地壳，在自然生态系统中磷的存在形态较难溶解于水和难以远距离迁移，且几乎不进入大气。农业生态系统中的磷循环见图2。除化肥磷外，成土母岩风化释出的磷是化肥问世前维持世界农业生产所需磷的基本来源。大气干湿沉降物可带进土壤一定数量的磷，但极有限。人畜粪尿、作物残体等经堆腐制成农家肥施入农田后，可使农产品中的一部分磷得以循环再利用。磷在农业生态系统中的损失主要是通过农产品的输出。由于作物吸收磷的70%以上存在于籽实中，输出种子可带走作物吸收磷的大部分。磷在土壤中的移动性极差，除非是砂质土壤，几乎难以从土壤中淋失。

钾循环

地壳是钾的主要贮存库，但与磷不同，钾在自然环境中的迁移性较大，其最终去向是海洋，因此海洋也是钾的重要贮存库。农业生态系统中的钾循环见图3。除化肥钾外，成土母岩风化释出的钾是农业生产中钾的主要来源。母岩和土壤的含钾量平均为1%～1.5%，约为土壤含磷量的20倍。大气干湿沉降物可带进土壤一定数量的钾，但极有限。钾在植株体内集中分布在茎叶中，因而以谷物输出为主的农业生态系统不致带走较多的钾。用作物秸秆等农业废料堆制农家肥，可使农产品中的大部分钾得以循环再利用。钾在农业生态系统中的损失主要是溶解性钾经由地表径流和土壤渗漏移出农田。

养分循环对农业生态系统的作用

19世纪末以前，化肥尚不是世界农业中作物养分的重要给源，农业生产力的维持和发展主要依靠生物固氮、土壤养分的缓慢释放和农产品中养分的循环再利用。即使在化肥问世150年后的20世纪90年代，许多国家如中国，农业中养分供给依然在很大程度上依赖农业生产中养分（包括施入肥料的养分和土壤释出的养分）的循环再利用。中国农业生产中习惯采用的方法是将农村的各种废料如人畜粪尿、草木灰、作物秸秆、生活垃圾以及塘泥、萍草等收集、堆制成农家肥料施于农田。稻草还田、绿肥压青等也是一种养分再利用的方式，在中国南方稻区多有采用。养分循环的这一过程及其机制，对维持和发展农业生态系统的生产力及保护农村环境具有重要作用：①提高系统中养分的总利用效率；②减少农业废料中养分进入环境，如水体和大气；③借助养分循环这一机制，通过养分的外来投入（例如施用化肥），可不断扩大养分在农业生态系统中的循环通量，从而发挥养分的循环再利用在提高和发展农业生态系统生产力中的作用。自20世纪50年代以来，由于化肥的投入，中国农业中的养分循环通量增长了3倍。

图2 农业生态系统中的磷循环

图3 农业生态系统中的钾循环

耕地土壤养分状况通常是指土壤中的养分含量及其对植物的有效性。它既取决于自然土壤发生形成的环境条件和成土母质的性质，也受开垦耕种后农田土壤的管理制度，特别是施肥制度的影响，因此就表现出空间分布的地理规律和地区间因农田土壤管理水平不同而形成的差异。

土壤养分状况的区域分异

根据土壤区划，中国土壤可分为四大区域，即北方硅铝土区、南方富铝土区、西部干旱土区和高山土区。中国的耕地土壤主要集中在前3个区域。①北方硅铝土区气候温凉潮润。主要土壤如黑土、黑钙土、棕壤、褐土等的风化淋溶程度弱，有机质的分解速度慢，含钾矿物丰富，大都呈中性至弱碱性。本区土壤腐殖质含量较高，氮、磷、钾的含量也较丰富，磷、钾的有效性也较高。②南方富铝土区属亚热带（最南端属热带）气候，温暖潮湿。主要土壤如黄棕壤、红壤、黄壤、赤红壤、砖红壤等的风化淋溶程度强，有机质的分解速度快，含钾矿物少，大都呈酸性。本区土壤腐殖质含量一般较低，氮、磷、钾的含量也较少，磷的有效性较差，有效钾的含量普遍较低。③西部干旱区属大陆性气候，干旱少雨。主要土壤如栗钙土、棕钙土、灰钙土、灰棕漠土等，风化淋溶程度浅，植物有机体的生成量少，腐殖质含量低，富含含钾矿物，大都有碳酸盐而呈碱性。本区土壤通常含氮量低，磷的有效性较差，但有效钾量普遍较高。

施肥对土壤养分状况的影响

耕地土壤的养分状况明显受土壤培肥、施肥制度所影响。相同地理环境条件下，农业发达地区的土壤，如南方杭嘉湖平原和珠江三角洲的水稻土、西部渭河平原的土以及城镇近郊的土壤等，由于长期施用饼肥、厩肥和其他农家肥料，土壤养分含量及其有效性比同类地区的其他土壤为高。化肥的种类、用量、元素配比及施用历史的长短，可显著影响耕地土壤中的有效养分，尤其是有效磷、钾的含量。由于50～60年代中国农业中主要施用化学氮肥，很少施用磷肥，至70年代便出现大面积的耕地土壤贫磷。70年代以来，随着南方红壤地区重视磷肥施用，贫磷土壤的面积有所缩减，但北方缺磷农田依然占有很大比例。70年代以前，中国农业中很少施用工业钾肥，以后由于氮、磷化肥用量增加，作物产量提高，土壤钾支出增多，致使一部分地区耕地土壤的有效钾含量明显下降。据第2次土壤普查资料，中国约有20%以上的耕地土壤缺钾，主要分布在南方各省。土壤中铜、锌、锰、硼、钼等微量元素的含量及其有效性主要与成土母质的种类和土壤的性质有关，例如，北方偏碱性的土壤有效硼含量较高而有效锌、锰、铁含量较低，南方酸性土壤及水稻土的有效锌、锰、铁较高而有效硼、钼的含量较低。施用农家肥料和适量的工业微量元素肥料可以改善土壤中微量元素的有效含量，而单一品种化肥，例如氮肥和磷肥的持续施用则可使土壤中某些微量元素的有效浓度下降，导致作物微量元素缺乏症的出现。