（一）土壤的基本物质组成与质地分类
土壤是由固相、液相和气相三相物质组成的疏松多孔体。固相即固体土粒，约占土壤总体积的50％，其中矿质颗粒占固体土粒重量的95％～99％，成为土壤的基本骨架，其余部分为有机质。土壤液相即土壤水的稀溶液，气相就是土壤空气，其组成成分与大气相似。
根据国际制土粒分类标准，土壤矿质颗粒可分为砾石（粒径＞2mm）、砂粒（2～0.02mm）、粉砂粒（0.02～0.002mm）和粘粒（＜0.002mm）四级。任何一种土壤都由不同粒径的土粒组成。根据土壤的颗粒组成可将土壤分为若干质地类别，叫做土壤质地分类。通常所说的砂土、壤土、粘壤土和粘上就是质地类别。不同质地类别的土壤具有不同的颗粒组成，相同质地类别的土壤具有相近的颗粒组成，因而也具有相似的理化性质。
（二）土壤质地与土壤肥力
砂土类土壤的肥力特征是蓄水力差，养分含量低，保肥性差，昼夜温差大，但通透性和耕性好。因此，该类土壤肥力表现为前劲大而后劲不足，常出现后期脱肥现象，适宜种植需肥少、生长期短的块根、块茎类作物。粘土类土壤的肥力特征是保水和保肥力较强，养分含量比较丰富，土温比较稳定，但是通气透水性差，耕作比较困难。因此，该类土壤肥力表现为前劲不足而后劲过猛，常造成作物后期贪青晚熟，适宜种植耐肥、生长期长的作物如禾谷类作物。壤土类土壤是介于砂土类和粘土类之间的一种土壤质地类别，砂粘比例适中，兼有砂土类和粘土类的优点，对农业生产而言是一种较理想的土壤。
（三）土壤有机质的性质及其对土壤肥力的影响
土壤有机质含量虽少，只有10～50g/kg，但对土壤的理化性质和生物学性质的影响却很大。土壤有机质大致可分为两类：一类是非腐殖物质，主要是动植物和微生物体内的有机化合物，占有机质总量的10％～15％；另一类是腐殖物质，它是土壤有机质的主要成分，在矿质土壤中占有机质总量的85％～90％。
1．有机质的矿化作用和腐殖化作用
有机质在土壤微生物所分泌的酶的作用下分解为简单的物质，最终变成二氧化碳、水和无机盐的过程叫有机质的矿化作用或分解作用。简单的有机物质在土壤微生物所分泌的酶的作用下转化为比原来有机质更复杂的腐殖质的过程叫腐殖化作用。腐殖化作用以矿化作用为基础，但不是矿化作风的逆过程。腐殖质的结构复杂，性质不同于原来的有机质。
2．腐殖质的种类和性质
土壤腐殖质可分为胡敏酸（盐）、富啡酸（盐）和胡敏素三类。胡敏素是变了性的胡敏酸。三类腐殖质既有共性又有区别。腐殖质的共性：腐殖质都是含芳香结构的复杂有机化合物，结构表面含有羧基、苯（酚）羟基、甲氧基和胺基等功能团，元素组成为碳、氢、氧、氮、硫、磷及少量的灰分元素如钙、镁、铁、硫等，都能溶于碱，都是疏松多孔亲水的两性胶体，在土壤中具有较强的稳定性。腐殖质的个性：胡敏酸的碳、氮含量高于富啡酸，氧、硫含量低于富啡酸；胡敏酸颜色较深、分子量较大、结构上与木素更相似；富啡酸酸性和阳离子交换量大于胡敏酸；胡敏酸不溶于酸，其一价盐可溶于水，二价、三价盐不溶于水，而富啡酸可溶于酸和水，其盐类均可溶于水。
3．土壤有机质对土壤肥力、植物生长和环境保护的贡献
有机质是植物碳素营养和其他矿质营养的源泉，含有植物生长发育所必需的各种营养元素。有机质稳而长的肥效是作物高产稳产的基础。胡敏酸钙是形成土壤团粒结构的良好胶结剂。土壤腐殖质可改善土壤物理性质使其具有高度的保水、保肥性和缓冲性。腐殖质具有较强的吸附和配位作用，可活化土壤微量元素，抑制磷素固定，减轻或消除土壤重金属污染。
（四）土壤的化学性质
1．土壤胶体的种类
土壤颗粒中小于0.002mm的土粒具有胶体的性质，叫做土壤胶体。土壤胶体可分为无机胶体、有机胶体和有机无机复合胶体。无机胶体主要是含水的硅、铁、铝氧化物，水铝英石和粘土矿物；有机胶体主要是土壤腐殖质；有机无机复合胶体则是无机胶体通过吸附作用、氢键和阳离子键桥作用与有机胶体组成的复合体。
2．土壤胶体的带电性和电荷起源
土壤胶体带有电荷，电荷来源主要为粘土矿物晶体中同晶替代作用和胶体表面离子吸附或—OH解离。粘土矿物晶体四面体中的硅被铝取代，八面体中铝被亚铁、镁取代后改变了化学组成但不改变晶体构造型式，叫同晶替代作用。同晶替代后产生了剩余负电荷，这种电荷叫永久电荷。胶体表面—OH解离或—NH2的质子化也可使胶体产生电荷，这种电荷的符号和数量随土壤pH的改变而改变，因此叫可变电荷。高岭石和腐殖质常带有可变电荷。土壤胶体一般带有净负电荷。
3．土壤胶体的离子吸附、交换作用
带负电荷的土壤胶体可吸附阳离子。胶体所吸附的阳离子和土壤溶液中的阳离子以及不同胶体上的阳离子由于静电引力和离子热运动可互相交换，叫阳离子的交换吸附作用。在一定PH时土壤所含有的交换性阳离子的最大量叫阳离子交换量（CEC）。阳离子的交换作用是土壤中植物有效阳离子的主要保存形式。阳离子交换量高表明土壤的保肥性好。阳离子交换量是高产土壤的重要指标之一，也是衡量土壤缓冲性和环境容量的参数之一。
4．土壤酸碱性和缓冲性
当土壤溶液中H+离子浓度大于OH-离子浓度时土壤就呈酸性。土壤溶液中H+离子浓度的负对数叫pH值。土壤呈酸性主要是由土壤胶体上所吸附的H+、Al3和各种羟基铝离子所引起的，这些离子只有解离到土壤溶液中才显示出酸性，因此称潜性酸。当土壤溶液中H+离子浓度小于OH-离子浓度时土壤就呈碱性。土壤中含有碳酸钙或重碳酸钙时土壤呈碱性，含有碳酸钠或重碳酸钠时呈强碱性。中国南方分布有大面积的酸性红黄壤，而北方和内陆有大面积的碱性、石灰性土壤。当土壤中加入酸性或碱性物质后，土壤具有抵制或缓和酸碱变化的能力叫做土壤的缓冲性。土壤具有缓冲性的原因主要是：①土壤中有弱酸及其盐类组成的缓冲体系；②土壤胶体具有离子吸附和交换作用；③土壤具有氧化物表面的羟基、有机物表面的羧基、氨基和土壤胶体上的铝离子。
土壤具有缓冲性为作物生长提供了稳定的酸碱环境，在环境上也具有十分重要的意义。例如，在生产上长期施用的酸性和生理酸性肥料，酸性工业废弃物或酸雨都会对土壤环境产生明显的酸化作用，而缓冲性强的土壤其环境容量大，对酸化或碱化的抑制作用就强。
5．土壤水、气、热性质与土壤肥力
无论在土壤形成过程中矿物、岩石的风化，还是土壤中的化学和生物化学反应都必需在水的参与下才能完成。土壤水是土壤的组成分之一，又是四大肥力因素之一，且是其中的控制因素。
水是农作物的血液，任何作物在生长发育的过程中都需要土壤经常不断地供给一定数量的水分。没有水，作物的生命活动就停止了，水分缺乏或供应不及时也会影响作物的生长发育，使作物减产。
农作物需要的水分主要是通过它的根系从土壤中吸收的。而土壤中的水分实际上是含有各种有机和无机物的水溶液，其中无机物有硝酸盐、亚硝酸盐、碳酸盐、重碳酸盐、氯化物、硫酸盐和磷酸盐等，含有的有机化合物是水溶性的有机酸及其盐类、可溶性糖类、蛋白质和氨基酸等。土壤中养分物质的释放、转化、迁移及其被作物吸收的过程都离不开水。养分只有溶解在水里才能为农作物所吸收。土壤水分的多少，影响着土壤溶液的浓度及其对作物的有效性。如果只有养分而没有足够的水分，其肥力并不能发挥。生产上往往采用“以水控肥”的措施来促进或控制作物的生长。
土壤水分影响土壤的通气状况。土壤孔隙中的水分和空气是互相矛盾的，水多气就少，反之亦然。土壤水分的多少影响土壤的通气状况，进而影响土壤的氧化还原过程。在低洼易涝地区，往往由于土壤水分过多而造成沼泽化，土壤通气不良，以还原过程为主，产生如甲烷、硫化氢等还原性物质，对作物有毒害作用。
土壤水分影响土壤的热量状况。土壤热量的吸收、传导和土温的变化与土壤水分含量密切相关。土壤水分多时，由于水的热容量大，土温不易提高，如涝洼地的粘性土早春不易升温就是这个缘故。反之，砂性土含水量低，其土温易随气温的变化而波动。
土壤水分影响微生物的活动。水分适宜，水、肥、气、热诸因素相互协调，则土壤微生物活动旺盛，有利于有机质分解和养分释放。土壤中水分多时，通气不良，有机质分解缓慢，有利于有机质的积累。
土壤水分还影响土壤的物理机械性和耕性。如粘性土水分少则粘结性强，水分增多则粘着性和可塑性强。这些都使耕作阻力增大，耕作质量下降，对农业生产不利。
综上所述，土壤水分是土壤中极其活跃的因素，影响和制约着土壤中所有的肥力因素和生产性能。水是农业的命脉，如何运用水分这个杠杆协调土壤肥力因素，提高土壤水分的有效性和利用率，提高土壤生产力，对于中国这样一个极度缺水、农业生产水平较低的发展中农业大国来说具有特别重要的意义。
土壤空气是土壤的重要组成分之一，它与土壤水同时存在于土壤孔隙之中。较细小的毛管孔隙通常被水分所充满，而较大的通气孔隙常为空气所占据。土壤空气来源于大气，故其组成接近于大气。但由于土壤中生物的活动，使得土壤空气中二氧化碳为大气的十至数百倍，氧气含量小于大气。此外，土壤空气中水汽总是比大气高，且常含有少量还原性气体如甲烷、硫化氢、氢气等。土壤通气性好坏直接影响到土壤空气的更新，影响到土壤的氧化还原状况。旱地土壤通气性好，土壤中物质以氧化态占优势，氧化还原电位高，铁、锰等易变价元素以氧化态存在，作物常会出现缺铁、缺锰所引起的失绿症；长期淹水的土壤通气性差，土壤中物质以还原态占优势，氧化还原电位低，铁、锰、硫等易变价元素以低价态存在，作物常会出现亚铁、亚锰或硫化氢中毒症。
土壤热量状况影响到种子发芽和植物的生长发育、根系对养分的吸收及其在体内的转化。土温影响土壤中有机质分解、矿物风化和养分形态的转化过程和速率。土壤热量状况还对土壤微生物的活性产生极显著的影响。土温的高低还影响土壤中气体的交换、水分的运动及其存在形态。由此可见，土壤热量状况与土壤肥力因素之间关系十分密切。