土壌
土壌が完全に水で満たされて飽和すると、水は下へ移動し、植物の根がある範囲外へと浸透し、粘土、腐食、栄養、主な陽イオンとともに、重金属、有機溶剤、油、農薬、ウイルス、細菌のような様々な汚染物質を運び、地下水汚染の原因となる可能性がある。溶出する栄養素は、溶解度が高いものから低いものへと並べると
カルシウム
マグネシウム、リン、カリウム(土壌の組成による)
窒素(窒素肥料が施されていなければ通常は少ない)
リン(土壌中では溶解性が低い形態なのでとても少ない)
アメリカ合衆国では、1日あたりに降雨が浸透する速度はロッキー山脈の東のほぼ 0 cm から、アパラチア山脈とメキシコ湾の北海岸の 50 cm 以上までの幅がある。
水は土粒子の表面からの吸着力による表面張力すなわち毛管力に引き寄せられているため、湿ったところから乾いたところに向かって、そしてマクロポアからミクロポアに向かって サクションの勾配が生じる。リチャーズ式によって不飽和帯における水移動を記述できる。不飽和水分溶質移動の解析は、Hydrus のようなソフトウェアに不飽和水分移動関数(水分保持関数と不飽和透水係数関数)のパラメータと初期条件と境界条件を与えることで計算が可能である。マクロポア、亀裂、植物根と虫の通り道に沿って選択流が発生し、水が重力によって排水する。今では多くの土壌物理モデル(二重連続、二重間隙、二重浸透モデル)によって選択流が表現されるが、いずれも厳密な物理的裏付けなしにリチャーズ式の解に追加されたものである。
地表を覆っているもの(植生など)の色と断熱性能が土壌温度に強い影響を与える。土の色が黒いものよりは白くなるほどアルベドが大きく、太陽光をよく反射するために土壌温度が低くなる。土壌の比熱容量は1gの土壌の温度を1 °C上げるために必要なエネルギーである。乾燥土壌よりも水の比熱容量が大きいため、水分量が大きくなると比熱容量が増加する。水の比熱容量はおよそ1 cal g K であり、乾燥土壌の比熱容量はおよそ 0.2 cal g Kであるため、湿潤土壌の比熱容量は 0.2 から 1 cal g K (0.8 から 4.2 J g K) である。また、水が蒸発するときには蒸発熱として大量のエネルギー (25 °C で 2442 J g) が奪われる。そのため、通常は湿潤土壌は乾燥土壌よりも温度が上昇しにくく、湿潤土壌は乾燥土壌よりも表面温度が 3 から 6 °C 低い。
土壌の熱流束は土壌中の2点間の温度差によって熱エネルギーが移動する速度である。熱流束密度は土壌の単位面積を単位時間に通過するエネルギーであり、量と方向を持つ。単純かつ応用範囲が広いケースとして、鉛直方向に土壌表面から流入あるいは流出する熱伝導について、熱流束密度は
q x = − k δ T δ x {\displaystyle q_{x}=-k{\frac {\delta T}{\delta x}}}
土壌有機物は有機化合物によって構成され、土壌中に存在する生きている動植物以外の全ての有機物質である。動植物の遺体や排泄物、それらを分解する過程で生じる腐植物質、土壌微生物の細胞、土壌微生物が合成した物質がある。
典型的な土壌のバイオマス構成は 70% が微生物、22% が大型動物(肉眼で見える程度の大きさの動物)、8%が根である。
土壌中には、多数の土壌生物が住んでいる。その多くは土壌中にのみ生活しているものである。
動物の場合、これを土壌動物という。大きいものではモグラやミミズなどが穴を掘って生活しており、中型~小型のものには落ち葉や土の間に生活する昆虫やダニなど、小さなものでは落ち葉表面の水に生活する原生動物などが含まれる。
微生物も重要である。カビやキノコなどの菌類、細菌類といった土壌微生物も極めて多数生活している。土壌中の従属栄養性の微生物は、生物遺体や排泄物あるいは有害な有機化合物などを分解して、二酸化炭素や水などに変換し、大]や地下水などへ放出する。土壌には、植物の根と共生して養分を供給する菌根菌や根粒菌などが生息し、植物の生育を支えている一方、動植物の生育を阻害する多くの病原微生物も生息している。
これらの生物は堆積する植物遺体の分解や、土壌の撹拌をすることで、土壌の形成に大いにかかわっている。
中程度の土性の土壌では、粘土は水によって下方に溶脱 (en) して、下層に集積 (en) する。土壌鉱物組成の大きさと鉱物の性質の間には明確な相関はない。砂とシルトの粒子が石灰質であることも石英質であることもあり、粘土の粒子 (0.002 mm) が細かい石英であることも多層の二次鉱物であることもある。ある一定の粒径組成に属する土壌鉱物は、比表面積(それに関連する保水性)のような共通の性質を持っているものの、陽イオン交換容量のような化学組成に関係する性質は共通ではない。
直径 2.0 mm よりも大きな土壌の成分は岩あるいは礫(れき)と分類される。土壌を土性によって分類するために粒径の組成を決定する時には除外されるが、名称に含めることもできる。たとえば、砂質ローム土が20%の礫を含めば、礫砂質ローム土と呼ぶことができる。
土壌有機物の量が非常に多い時には、その土壌は鉱物土壌ではなく有機質土壌であるとされる。有機質土壌の条件は次のようなものである。
鉱物成分の 0% が粘土で有機物が 20% 以上
鉱物成分の 0% から 50% が粘土で有機物が 20% から 30%
鉱物成分の 50% 以上が粘土で有機物が 30% 以上