三、土壤—植物系统
在地理环境中，土壤要素总是与植物要素密切地联系在一起。一般的考察认为，土壤—植物系统中有5种基本组成成分，即：
——从矿物风化而来的营养元素的输入；
——从大气中进入的营养元素的输入；
——通过水分淋洗而致的营养元素的输出；
——植物与动物之间的营养循环；
——对植物有效的营养元素在土壤中的贮存。
这5种基本成分互相作用的简单表达，可以在图9-18中得到初步表达。
以上5个子系统，并无一一加以叙述的必要，因为许多成分如通过水分淋洗而致的损失等，在其他章节中已作过分析；而有的子系统可结合一般的物理或化学原理，作出明确的结论。这里强调的是，如何建造土壤—植物系统的模型，并如何对其实施检验的问题。
从某一特定目标出发，研究者希望建造出一类基本模型以满足一系列关系的要求，而使得模型具有尽可能充分的解析功能。于是，将模型的建造过程归纳如下：
(1)寻求几个关键变量之间的关系；
(2)规定这些关系的基本结果；
(3)与实际状况相对照检验所得结果；
(4)规定预测的数值以及该模型的限制；
(5)倘为特定目标而进行的模型建造是真确的，即可用以进行运转时，只要模型对特定目标的限制过大，就必须进一步考虑变量的选择，直至对原来模型实施必要的改造；
(6)经过改造之后，模型须重新得出结果，并再一次实施检验；
(7)循环以上过程，直至模型可以执行充分的解析功能时为止。以上的基本过程，可以归纳为图9-19的框图。
此处所叙述的只是一般的建模原则，对于具体的土壤—植物系统来说，尚须结合该问题的具体内容和特点，以便按照目标函数的要求，得到更加确切的结论和更为强大的解析能力。
一般的土壤—植物系统所关心的是，把上述的5种组成要素作统一的处理，以便从宏观上把握该系统所具有的特性。由于这种宏观特性已为人们所熟知，因此，本节把讨论的重点仅仅局限在养分的平衡与传输上面，从中得到有关的基本规律。
对于植物生长而言，能够称得上有效养分的，在土壤中存在着两种形式：
其一，被吸附到粘土—腐殖质复合体上的阳离子；
其二，在土壤水分中作为溶质而存在的营养元素。
以上这两种形式中，后者在土壤中的存留是相对松散的，即它们十分容易通过淋溶而损失。而前者对于淋溶损失并不特别敏感，因而组成了可交换的植物养分的基本贮存。土壤中营养元素的损失、贮存和补充，可参看图9-20。
在土壤—植物系统中，养分元素的输入、输出及其在土壤内的状态变化，是研究土地自然生产潜力，保持或提高区域第一性生产力水平的重要内容。为了说明营养元素在该系统中的输入、输出等特征，以及这些特征对于系统功能的影响，又可引出图9-21加以示意说明。
在一定意义上，农业产量的提高与土壤中养分元素的种类、数量和配比有关。自从上一世纪初叶发明了工业化生产的化学肥料以来，世界农作物的产量，有了十分明显的提高，当然也应同时看到育种、除草剂、农药、耕作措施等的综合作用。美国农学会于1975年发表的报告指出：美国近年来粮食产量所增加的30～40％，直接依赖于所增加的肥料投入。平均而论，在养分达到饱和状态之前，每千克植物营养元素，可增加水稻产量10千克或增加小麦产量8千克。现引用图9-22说明土壤中养分增加与植物产量增加之间的关系。