土壌
土壌学者のハンス・ジェニーは、1941年に土壌の性質は土壌を供給する地表の地形、気候、動植物相に反映されると提唱し、以下の5つの要素を土壌生成を司る5大要素とした。
母材(岩)
気候
有機体
地形
時間
土壌の間隙が水で満たされている(飽和している)時には、排水とともに栄養素が失われるかもしれない。排水における水移動では、土壌は部分的に飽和していて、より乾燥している部分に吸引される。多くの植物にとって、必要とする水のほとんどは植物の葉における蒸発(蒸散)によって生じる吸引圧によって供給され、植物内部と土壌溶液との間の浸透圧の差によって生じる吸引圧によって供給される水の量は、それよりも少ない。植物の根は、土壌中のより水分量が多い場所を選んで、水を探しながら成長する必要があるが 、根の一部は乾燥した土壌に水分を供給することもできる。水が不十分であると作物の収量に悪影響を与える。有効水分量のほとんどは蒸散によって植物内に栄養素を取り入れるために用いられる。
土壌水は気候のモデルと数値的気候予測にとっても重要である。全球気候観測システム GCOS (en) では、50個の必須気候変数 (ECV) の中の1つに土壌水分を定めている。土壌水分は土壌水分センサー (en) によって測定することも、人工衛星のデータや水文モデルから推定することもできる。それぞれの方法には利点と欠点があり、異なる方法を統合することで、ある方法の欠点を補うことができる。
土壌の鉱物粒子は砂とシルトと粘土があり、その割合によって土性が決まる。土性に影響を受ける土壌の性質には、間隙率、透水性、浸透、膨潤度 (en)、圃場容水量、そして侵食に対する強さがある。USDA(アメリカ合衆国農務省)の三角座標による土性区分で示されているように、砂、シルト、粘土のいずれかが主成分となっていない(つまり、程良く混ざっている)ような土壌はロームと呼ばれる。純粋な砂、シルト、粘土も土壌ではあるが、伝統的な農業の観点からは、いくらかの有機物があるローム土壌が「理想的である」とされ、農業による長期的な作物の収穫によって奪われた栄養分を補給するために、肥料や堆肥が使われる。ローム土の鉱物組成は、たとえば質量比が砂40%、シルト40%、粘土20%である。土性は土の性質、特に栄養分を保持する性質(たとえば陽イオン交換容量) と水移動に関する性質に影響を与える。
砂とシルトは母岩の物理的および化学的な侵食によって形成され、粘土は母岩が降雨に溶解して生成された二次鉱物であることが多く、雲母の風化によるものもある。土粒子の比表面積と土粒子表面イオンの電荷は土壌肥沃度にとって重要なはたらきを持ち、陽イオン交換容量として測定される。