小学时总有一个疑问，地里每年长出那么多庄稼，随后就收割了，可为什么土壤没有减少呢？物质不应该是守恒的吗？今天我们就来了解一下农作物与土壤的物质循环。
万物生长靠太阳，但物质元素只能来自于地球上，我们来了解一下植物生长所必须的共16种营养元素，从需要的量来分可以分为大量、中量、微量。最大量需要的是什么呢？碳、氢、氧，大量需要的是氮、磷、钾，中量需要的是钙、镁、硫，微量需要的是铁、锰，锌，铜、硼、钼、氯。下面我们分别分析。
碳、氢、氧三元素来自哪里？碳基本全部来自空气中的二氧化碳，氢来自水分，天上雨水或灌溉，氧则分别来自二氧化碳和水分。这就解释了小时候的疑问，主要物质来自大气循环，长年种植粮食，土地也不会变得更低洼。其他物质来源于土壤，但占比要少得多。由于二氧化碳和水来自大自然，通常也不把它们当作肥料。
通常我们所说的肥料是指氮、磷、钾。而对于粮食作物氮肥又比磷肥和钾肥用得多几倍，源于组成蛋白质的氨基酸和和组成基因的核苷酸都需要大量氮元素。磷在生物体中起着巨大的作用，是磷酸分子把核苷酸连接起来形成DNA双螺旋，磷也是构成细胞膜的基本元素之一，磷还是参与能量代谢ATP（三磷酸腺苷）的元素。钾是活泼碱金属，在植物体内只有以离子形式存在，在植物生长发育过程中，参与60种以上酶系统的活化、光合作用、活化产物的运输，碳水化合物的代谢和蛋白质的合成等过程。
中量元素是钙、镁、硫。像在动物体内骨骼中的钙一样，我们知道植物细胞有细胞壁，植物树干的硬度要比动物的肉体硬度高，正是由于有坚硬的细胞壁支撑，而钙同时也是组成细胞壁的重要元素。镁是叶绿素的重要组成成分，在植物光合作用、碳水化合物合成与运输过程中起着非常重要的作用。硫是蛋白质和酶的组成，硫还是许多酶的成分，参与氧化还原反应。促进植物代谢作用。硫跟氮和磷一样，在生物体内都是以有机态形式存在的。
微量元素铁、锰，锌，铜、硼、钼、氯，在作物体内含量不到1‰，但同样不可或缺。首先铁要参与叶绿素的形成，缺铁叶子会发*，铁还参与植物的有氧呼吸作用。硼可以促进分生组织的生长、促进碳水化合物的运输与代谢，如果缺少的话，就不能完成它的生活史，重要的是不能产生种子，也就不能传宗接代。锌作为碳酸酐酶的成分参与光合作用，缺锌的话植株会长得比较矮小。铜的作用与锌的作用相似，铜缺乏植株生长同样瘦弱，叶片发*、出现坏死斑点。锰的主要作用也是参加光合作用作为酶的组分调节酶的活性，锰与铁一样，不只一个价态，且比铁的价态多，因此可以参与调节植物体内的氧化还原反应，缺少锰最典型的特征是幼叶失绿，叶片会出现褐色的小斑点。第6个微量元素是钼，钼的一个特别作用是作为硝酸还原酶和固氮酶的成分参与氮代谢，大家知道亚硝酸盐是有*的，而钼可以降低植物体内硝酸盐的含量，还可以促进维生素C的合成，与磷代谢有密切关系以及增强抗病力，缺乏时叶片会畸形卷缩螺旋状扭曲生长不规则，有斑点，颜色焦*。最后一种微量元素是氯元素，它的主要作用是参与光合作用、酶的活化剂及某些激素的组分，还可以促进氮的吸收，减轻多种真菌性病害，缺乏时叶片会出现失绿*斑。这些微量元素还有一个问题就是只能微量不能多，多了就会有反作用，往往使植物产生中*现象，很多会使叶片有烧灼样斑点。
当然，上面提到的无论哪种元素作用及缺失危害都只是极小的一部分，真正每种元素的作用还有很多，而且互相之间还有关联，正反作用相互影响，相当复杂，不是区区千把字能说清楚的。上面说了必须的元素，再来看一下常用肥料。
为什么一提到化肥时，我们往往只想到氮磷钾呢？主要是因为植物生长过程中需要大量的氮、磷、钾，有些土壤天生磷和钾的含量就比较高，农家肥用得多的话，主要使用氮肥就可以，但现在农业机械化，土壤使用农家肥的并不多，因此现在最流行的复合肥料，各种肥料按比例做在一起，全面使用。钙镁硫属于中量元素，许多土壤的母质中含量就比较高。比如石灰岩中含钙达到42.7%，橄榄岩中含镁达到46.32%。而微量元素本来就消耗很少。加多了植物还会中*，有些土壤它的原始母岩含有的某种元素就超标，为避免植物中*，不仅不需要增加，还需要想办法减少。因此我们提到化肥的时候主要是氮磷钾，尤以氮肥最多。化肥也成了今天农业的支柱。