森林や草原では、落ち葉や枯れ草などが積もり、動物の糞や死骸が堆積する。土の中ではこうした有機物をえさにして、ミミズなどの小動物やカビ、細菌など微生物が繁殖し、有機質を無機質に変える。それが栄養分として、そこに育つ植物に吸収されてその成長を促す。こうした循環が繰り返し行われ、きわめて長い年月をかけて森林や草原の土壌が形成されてきた（下図参照）。
　やがて人類は、作物を育てる農地に、落ち葉、草、家畜の糞尿などを使って養分を補うようになる。しかし、生の有機物を大量に使うと、土の中で有毒なガスが発生したり、微生物が繁殖する際にエサとして窒素を使いはたして窒素が足りなくなる。そこで、有機物や家畜糞を積んで、堆肥にして使う術を思いついた。
　しかし、いくら養分を補給しても、同じ農地で何度も同じ作物を連作すると、土壌中の特定の養分が不足したり、病害虫が繁殖したりして、連作障害がおきる。そこで、これを回避する方法として、古代から輪作や混植という方法が工夫されてきた。

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