1 土壤水分
1.1 土壤水分类型
土壤水分常以三种形式存在于土壤中，束缚水。紧紧吸附在土粒表面，不能流动，也很难为作物根系吸收的水分叫束缚水。土粒越细，吸附在土粒表面的束缚水越多；毛管水。土粒之间小于0.1mm的小孔隙叫毛细管，毛细管中的水可以在土壤中上下、左右移动，是供作物吸收利用的主要有效水。因此，毛管水对作物生长发育最为重要；重力水。是土粒之间大于0.1mm大孔隙中的水分。由于受重力作用只能向下流动，所以叫重力水。在水稻田中，重力水是有效的水分。在旱田中，重力水只能短期被植物利用，如较长期地充满着重力水（即地里积水），则土壤空气缺乏，对作物生长非常不利。
1.2 土壤水分的有效性
土壤水分并不能全部被作物吸收利用，束缚水和重力水都是不能被作物利用的无效水，只有毛管水是能被作物利用的有效水。当土壤中只存在着束缚水时，因作物不能利用，而表现出萎蔫，这时的土壤含水量叫萎蔫系数。随着土壤水分的增加毛细管中开始充水，当土壤中毛细管全部充满水时的含水量，叫田间持水量。土壤有效水的数量是田间持水量减去萎蔫系数的数值。
土壤有效水含量的多少，主要受土壤质地、结构、有机质含量的影响。砂土和黏土有效水都低于壤土。具有团粒结构的土壤毛细孔隙增加，有效水含量高。
2 土壤养分
2.1 土壤养分的有效性
根据作物吸收土壤养分的难易，可把土壤养分分为两类。一类是速效态养分叫有效养分，另一类是迟效态养分又叫潜在养分。速效态养分以离子、分子状态存在于土壤溶液中和土壤胶凿表面上，能够直接被作物吸收利用。迟效养分存在于土壤矿物质和有机质中，难溶于水而不能被作物直接吸收利用，需经化学作用和微生物作用，分解成可溶性的速效养分才能被吸收。理想的土壤，不但要求养分种类齐全，含量高，而且要求速效和迟效各占一定比例，使养分能均衡持久地供给作物利用。
2.2 土壤养分的转化
2.2.1 土壤中氮的转化
各类土壤中一般全氮含量约为0.05%-0.2%。其中绝大多数为迟效的有机态氮，而速效无机态氮只占全氮含量的1%-3%。有机态氮主要存在于蛋白质和腐殖质等有机化合物中，它们在微生物的作用下，经水解和氨化作用形成铵态氮，可直接被作物吸收利用。在通气良好的条件下，铵态氮经过细菌的硝化作用，氧化成硝态氮，供植物吸收利用。但硝态氮不能被土壤胶体吸附保存，因而容易随水流失。当土壤通气不良时，又可经反硝化作用变成氮气挥发，造成氮素损失。因此，氮素化肥应深施，以防止铵态氮向硝态氮转化再还原成氮气而挥发损失。旱田作物注意中耕松土，能防止硝态氮因缺氧而还原成氮气挥发。
2.2.2 土壤中磷的转化
土壤中的磷大多数是迟效性磷，速效性磷很少。迟效的磷素化合物要在适宜条件下，经过磷细菌的作用转化成水溶性或弱酸性的速效磷，这个过程称为磷的释放。反过来，土壤中水溶性或弱酸溶性的速效磷又可转化为难溶性迟效磷，这个过程称为磷的固定。土壤中磷的固定过程使速效磷减少，释放过程使速效性磷增多。磷素的释放与固定，难溶与易溶，迟效与速效在一定条件下都可互相转化。在农业生产中应采取有效措施，如增施有机肥、磷肥与有机肥混合施用、磷肥与生理酸性化肥混施、集中施，可减少固定，提高磷的有效率。
2.2.3 土壤中钾的转化
土壤中钾素含量虽不少，但大部分是迟效的矿物态钾，有效钾的含量很少。迟效性钾不溶于水，不能被作物直接吸收。通过有机酸及钾细菌的作用，可以转化成速效性钾，供植物吸收。土壤中施用钾细菌肥料、酸性肥料和有机肥料，都能提高钾的有效率。
3 土壤空气
土壤空气存在于土壤孔隙中。由于作物根系、土壤微生物和其它动物不断的进行呼吸，吸收氧气吐出二氧化碳和水汽，同时土壤空气流通比地表的大气流通缓慢，因而与大气成分比较，土壤空气中氧气少，二氧化碳和水汽多。
土壤空气能提供作物根系和好气微生物呼吸所需要的氧气。在通气良好的土壤环境中，作物根系发达，吸收水分和养分的能力增强，好气微生物活动旺盛，有机质分解快，土壤中有效养分增加；相反，在土壤通气不良，氧气不足时，就会影响作物根系生长和微生物活动，同时还会增加土壤有毒物质（一氧化碳、硫化氢等）的积累，引起黑根、烂根、死根，影响作物产量。
土壤水分和土壤空气都占据土壤孔隙，水多气就少，水少气就多，所以可以通过控制土壤水分来改变土壤通气性。在农业生产上，水稻田实行浅灌、湿润、间歇灌水的方法，旱田利用中耕松土等手段，都是加强土壤通气性的措施。
4 土壤温度
土壤温度是指土壤的冷热程度，它与作物生长发育的关系极为密切。各种作物发芽和根系生长都有一个适宜的土温范围，高于或低于这个范围，作物就不能正常生长，甚至会造成死亡。土壤温度还影响土壤微生物的活动和有机质的分解与转化，影响土壤中各种化学反应的速度和土壤水分的运行。
决定土壤温度的主要因素是太阳辐射。太阳辐射强的地区，土壤接受的热量多，土温高。一般说，高纬度地区土温低于低纬度地区，冬季土温低于夏季土温，地势高的土温低于平原区的土温，北坡土温低于南坡土温。此外，土壤质地、土壤含水量和土壤腐殖质含量等因素也影响土壤温度。
