5.1土壤耕作的目的與作用
包括種樹、種草、種各類植物和各種作物在內的廣義種植業，既是人類可再生碳水化合物物料資源的唯一來源，也是整個現代化農業的基礎。種植還是保護自然生態和改進入類生存環境的重要環節。種植業的特點是利用自然界經曆地質年代進化而形成的豐富的物種資源和土地資源，在自然界所提供的土壤和氣象條件下，依靠對土壤環境和小氣候的適當改良和控製，亦即通過耕作栽培措施，為植物提供良好而經濟的生長發育環境和條件。
土壤耕作是種植業的一個基礎環節，是開發利用土地和品種資源，保持水土和土壤肥力，保護生態和環境，奪取經濟產量以便獲得最佳綜合效益的一套必不可少的具體措施。維廉斯在《農業原理》一書中還將土壤耕作同植物生產和動物生產並列，作為農業的第三個部門；他認為土壤耕作的主要作用在於使動植物產生的有機剩餘廢棄物分解，使其中所含植物養料得以循環再用。在我國的情況下，土壤耕作還是雨養農業存蓄雨水、調擠土壤墒情、保苗保產的唯一途徑，也是嚴重地影響我國水土流失，土壤有機質含量和肥力低落的一個潛在因素。
各國長期的實踐經驗以及在廣泛地區進行的大量試驗結果表明：作物生長需要有一定的（依作物種類、土壤質地、本地區氣候而異的）田麵形狀、覆蓋種類以及耕作層構造（指種床、根床、行間表層、犁底層等構造）等作為基礎。耕作土壤的目的總起來說，就是在耕作層狀況隨時間經曆自然變化的過程中，使其整備到符合植物在各個生長發育階段所需要的狀況。具體地說，耕作土壤一般起以下作用：
①改變土壤緊密度及土層結構狀況。②建立土壤邊界、表麵和底麵形狀；如開溝，起壟，築埂，建立田底防漏隔水層，劃破犁底層等。
③消滅和控製植物或植被；如滅草，殘茬處理等。
④建立覆蓋；如保墒覆蓋層，殘茬覆蓋、活（植物）覆蓋，鋪砂田等。
⑤把別的物料翻埋或混入土壤裏，如殘茬，肥料，土壤改良劑，土壤消毒劑等。⑥分離作用，使土壤或其它物料從一土層移到另一土層，如底土上翻，分離作物的塊根塊莖。
耕作土壤也往往有不良的副作用，特別是在施行錯誤的或過度耕作的情況下：①過度破壞土壤結構，產生水土流失，導致農業生產基礎的喪失，以及下流水域的汙染。
②產生過度的土壤壓實，破壞耕作的原來目的。
③土壤腐殖質的過度氧化，使土壤有機質水平下降，土壤肥力喪失。
④過度耗用能源，尤其是石油能源。
顯然植物生長發育並不僅僅取決於土壤條件。近代利用雜種優勢等育種技術，特別是近年基因重組和其它生物工程技術的進展對品種資源的開發，化肥、農藥、除莠劑、生長激素等農業化學科學和技術的發展，農田水利以及農業機械化的建設，為種植業提供了有效手段和遠景。在耕作方麵，雖然由於機械動力的發展，在種植業中抗拒自然災害，為植物生長提供良好的土壤和小氣候環境方麵的能力有所增強，但整個廣義的種植業以品種資源和自然條件為基礎的特點，在-個長時期內不大可能有大幅度的改變。這樣，土壤耕作技術必須與栽培技術在基礎關係層次相結合。另外，植物生長所需要的耕作層狀況和環境，往往不能單純依靠機械耕作來提供，而須與其它工程措施、生物措施配合提供。因此，在現代土壤耕作中出現了諸如化學耕法，覆蓋耕法，少免耕法，持久農業耕法等新概念。同時，耕層土壤狀況還往往是間接地通過影響土壤水、熱、鹽、氣的運移性能而對植物的生長發育起作用。因而往往隻能定性地、間接地而不能定量地、直接地描述。隨著現代植物生理、生化、生態等學科的發展，以及計算機技術和計算力學、計算物理的推廣應用，土壤耕作科學技術除了在土壤-機器關係定量化方麵取得進展外，在耕作對土壤水、鹽、熱、氣、運移的影響及其對植物生長和產量效應的影響等定量化研究方麵亦將帶來具有重要意義的進展。
本章將首先概略地討論土壤耕作與植物生長發育的動態關係，然後討論耕作部件的設計原則，以及幾種主要耕作部件的力學模型。
5.2土壤耕作與植物生長發育的動態關係
作物的生長發育和最終產品受到作物品種、氣象、病蟲草害以及土壤物理化學環境的影響。土壤耕作改變土壤物理化學和生物學條件，對植物生長發育所起的影響，至少通過土壤-水，土壤-空氣，土壤-熱量，土壤-鹽分，以及最後通過土壤-植物等幾個子係統體現；而土壤水、熱、鹽、氣的運移，往往是相互聯係的，受到大氣環境，土壤結構（緊密度等）以及植物吸水（耗水）性能的製約。整個過程和關係是極其複雜的。其中土壤-水-植物係統是最重要、曆時最長的。因為土壤中水分的運移與供應直接影響到能否出苗、出好苗以及後繼的根係吸水和植物的生長發育。土壤水分往往嚴重地影響土壤空氣、鹽、水分的輸送與積集，影響土壤溫度乃至土壤強度和力學特性。而土壤的機械強度則影響幼苗能否頂出土麵，根係能否充分伸紮，以及耕作中的能耗和耕作後土壤所達到狀況的合乎要求的程度。
土壤中各種水熱傳導現象的基本原則已在第二章中討論過，現在簡要地回顧一下與土壤耕作有關的土壤-水-植物基本關係。
5.2.1植物和土壤水的關係
一、植物體內的水分及其運移
由於所有生命過程都發生於有水分環境，土壤水對於植物生長和土壤中其它活有機體的生長都有重要作用。土壤水分會直接影響到植物根係為蒸騰而吸取所需水分的能力以及為了供應植物礦物質養分而吸收所需溶質的能力。蒸騰水流從植物葉子進入大氣，是土壤水分在植物體中移動過程的最後階段，然後通過大氣降雨而回到土壤。所涉及的整個循環路程稱為土壤-植物-大氣連續環或SPAC：連續係統。
1.水在植物體中的作用
水在植物體中溶解氣體、礦物質及其它溶質，充當電解質或非電解質而參與化學反應（如光合、澱粉.的水解為糖等），維持細胞的膨壓，使細胞擴大，維持植物體態，使氣孔能開張，葉子能動。幾乎所有每一種與植物有關的過程都直接或間接受水供給的影響。
隨著水分的減少，植物開始喪失膨壓而萎蔫，細胞不能擴長，氣孔關閉，光合速率降低，基本代謝過程受到障礙。繼續失水將導致原生質的破壞與死亡。
水從根部進入，流過植物，從葉麵逸出。
水分子之間有氫的鏈結，較分子之間隻有範氏力結合的一般液體汽化點溫度高。以水為主體的樹液張強高，可連成薄柱從根部直達樹頂。水分子與電解溶質的離子形成離子鏈，與非電解質的氨基（NH2）和羧基形成氫鍵。
水的比熱較大，對植物體的溫度起穩定作用；其潛熱大，起熱貯存器作用；傳熱快，可避免植物局部過熱；蒸騰有防止溫升的作用。
2.水在植物體中的能態
在植物體中，水總是以溶液出現，其作用性能取決於溶液的濃度。溶液的濃度，根據Raoult定律可從蒸汽壓確定：壁的壓力、細胞壁物質對水的吸力等；取決於溶質量，等於溶液中單位容積的水的化學勢能-——壓力勢或膨壓勢，由於細胞壁對水的壓力而引起；由於細胞中帶電荷的表麵和膠體對水分子的吸力而引起。滲透壓勢久隨著溶液變濃而負值增大，而仏一般為正。細胞充分膨脹時，隨著水分的喪失，當辦降至零時，細胞質與壁開始分離，而九亦因樹液變濃而負值變大：有些植物如高粱，隨膨壓的喪失，作為反應，細胞中的溶質增多，結果當質壁分離時，在相同的值下，辦降得較多，而膨壓則降得較少，即仍維持有一點膨壓，使植物仍能成活。