(b)氢和氧来自水；
(c)植物需要碱金属以中和植物代谢活动中产生的酸； (d)籽粒形成需要磷酸盐；
(e)植物从土壤中无选择地吸收一切物质，但从根部排出那些非必需物质。
他在1862年提出的最小因子律是一种预测作物对施肥反应的简单而合理的指南。这一定律的内容如下：每块土地土壤中具有一种或数种养分的最大值和一种或数种养分的最小值。无论是石灰、钾、氮、磷酸盐、碳酸镁或其他任何养分，其最小值都与产量直接相关。这是支配和控制产量的因子。假定石灰养分值最小，即使把钾盐、二氧化硅、磷酸盐等的用量提高100倍，产量也不能进一步提高。 李比希的最小因子律此后长期统治着农业工作者的思想，在土壤肥力管理上具有广泛的重要性。
李比希依据他的植物营养的观点，制造了一种肥料。混合物的配方很完善，但他却错将石灰与磷酸盐和钾盐熔融。结果这种肥料完全无效。尽管如此，李比希在农业发展上做出的贡献是不可磨灭的，被公正地尊为农业化学之父。
继李比希的著名论文发表之后，1843年建立了英国洛桑试验站。这一机构的创建人是J.B.Lawes和J.H.Gilbert。这里进行的工作是早年Boussingault在法国所做的那些工作的延续。
J.B.Lawes和J.H.Gilbert并不相信李比希提出的所有观点都正确。在试验站建立12年后，他们确认了以下几条：(a)作物需要磷和钾，
但植物灰分组成与植物对这些组分的需求的量不相符。(b)非豆科作物需要供应氮。没有氮素供应时无论施用多少磷、钾肥也不能使植物生长。大气提供的氨态氮量不能满足作物需要。(c)土壤肥力可通过施用化学肥料维持若干年。(d)休闲的益处在于增加土壤中含氮化合物的有效性。
土壤和植物氮素的问题仍未解决。几位研究人员已观察到豆科植物的不寻常表现。在某些情况下豆科植物未施氮也长势良好，在另一些情况下却不能生长。另一方面，非豆科植物在土壤没有足够的氮时不能生长。
1878年，两位法国细菌学家Theodore Scholessing和Alfred Müntz的工作澄清了一些问题。他们通过砂子和石灰石过滤使污水净化，定期分析滤出液，28天内只检测出铵态氮。以后硝酸盐才开始出现于滤液中。Schloessing和Müntz发现硝酸盐的产生可由加入氯仿而终止，而加入少量新鲜污水后又重新开始。他们的结论是，硝化作用是一些细菌活动的结果。
英国的Robert Warrington将这些试验结果用于土壤。他指出硝化作用可被二硫化碳和氯仿终止，但是加入少量未灭菌的土壤后又可以重新开始。他还指出该反应分两步进行，铵盐先转化成亚硝酸盐，亚硝酸盐继而转为硝酸盐。
Warrington无法分离硝化细菌。这一任务留给了S.Winogradsky，他使用硅胶板而不是传统的琼脂培养基分离成功，因该细菌是自养细菌，可从大气获取二氧化碳。
关于豆科植物对氮素的反常现象，两位德国人（Hellriegel和Wilfarth）于1886年认定，豆科植物根部的结瘤中必定有细菌，进而认为，这些细菌可从大气同化气态氮并将其转化为高等植物可以利用的形态。这是有关豆科固氮的头一份专门资料。Hellriegel和Wilfarth的论点基于一些试验的观察。但他们未能分离出这种细菌。后来，这种细菌被M.W.Beijerinck分离出来，并定名为根瘤杆菌（Bacillus radicicola）。
1.1.2 国外土壤肥力研究现状
国外对土壤肥力的研究相对比较宽广，大量的研究主要集中在土壤质量变化对环境承载能力的影响和对土壤生产力的影响等方面，其中土壤生产能力是研究的主要方面，人们更加关注粮食作物产量的变化规律。近年来，一些国家相继出现了人口与资源环境矛盾逐渐加剧的现象，同时很多耕地不断退化，这已经引起了多国政府的重视。 Lemenih 详细研究了埃塞俄比亚土壤利用方式对土壤肥力的影响变化规律。从实验结果来看，当大量森林面积转变为耕地后，土壤中的有机质含量呈现出快速降低的变化趋势，其中部分土壤下降幅度差异显著；土壤有效磷含量却呈现出升高的趋势；随着部分地区栽培农作物年限的增加，土壤内全氮含量显著高于林地，这也表明人类耕作栽培对土壤养分具有较好的作用[19]。耕地转变为森林用地时，由于原来人工栽培中施入了大量的有机肥和化肥， 这使得农田生态系统发生了较大变化，也使得森林生态环境发生了较大变化。从部分研究者的研究结果来看，森林更加有利于土壤有机质的沉积，相反速效氮
呈现出降低的趋势。草地由于生物积累量相对较低，对于提高土壤肥力的效果低于森林；与森林和草原相比，长期处于秸秆还田条件下的土壤有机质和养分含量有升高的趋势，但是也有相关专家研究显示，耕地转变为草地后， 部分区域的土壤内的有机质含量呈现出升高的变化趋势。
Gebhart研究了美国耕地变成草原后土壤养分的变化规律。结果显示，由于耕地利用方式的变化，导致了土壤中碳储量的变化，与未变化应用方式之前的差异显著。但是从不同区域相比较来看，不同地区之间的土壤有机质积累速率变化差异较大。在相对比较湿润的地区，有机质的积累速率相对比较高，而干旱地区的有机质积累速率相对比较低，这与湿度条件差异对植物生长速率高低的影响不同有关。大量研究结果表明，在温暖湿润地区，农田退耕还林后的土壤有机质含量呈现出升高的变化趋势。从长远来看，农田转变为其他应用方式之后，寒带以及温带地区土壤内的有机质含量可以恢复至未利用之前的90%，而热带地区的有机质含量恢复的相对比较低，仅达到了未利用之前的75%。
1.2我国土壤肥力研究历史及现状 1.2.1研究历史
我国土壤学家熊毅在总结50 年代土壤研究工作时对肥力的认识是：“土壤肥力是从环境条件和营养条件两方面供应和协调作物生长的能力，是土壤理化、生物学特性的综合反映”。他1982年又说：“肥力是土壤的本质，没有肥力就没有植物的生长。肥力这个词是从英文
Fertility一词译过来的， 原意只限于养分，后来威廉士把水分加进去，认为肥力是植物生长全过程中， 土壤同时不断地供给植物以最大量有效养分和水分的能力”。朱祖祥认为：“肥力因素至少包括有效养分和水分”。1978年出版的《中国农业土壤概论》中，侯光炯教授对土壤肥力下的定义是：“所谓肥力，扼要地说，就是在一定自然环境条件下，土壤稳、匀、足、适地对植物供给水分和养分的能力”。用了“ 稳、匀、足、适” 四个字加以形容， 内容更加充实和形象化，但反映的内容主要还是水分和养分。目前多数人认为“ 肥力是指土壤经常适时地提供并协调植物生长所需要的扎根条件、水分、养分、空气、温度以及无毒害物质的性能”。这一概念比较全面而深刻地论述了土壤肥力是多种因素综合作用的结果。把扎根条件、空气温度等物理因素及污染物加了进去，其肥力内容更加丰富和完替。 1.2.2研究现状
随着我国对农业基础研究投入的增加，关于我国土壤肥力变化的研究成果不断出现， 综合分析当前的研究结果，主要集中于东北、华北、华中等几大平原地区，这也与这些地区对土壤的投入较大有关。通过对我国近20 年来全国190 个农田检测点土壤变化数据的分析， 证明我国不同地区土壤养分在变化趋势上既有相似之处，也有不同之处。以土壤中的速效磷含量为例，全国大部分地区表现为升高的变化趋势，有机质和碱解氮含量在华北地区呈现出增加的趋势，在东北地区的下降速度较快，而我国的其他地区表现出相对稳定的状态； 钾元素我国大部分地区表现出相对稳定的状态， 仅仅西北部分地区表