土壌のソースを表示

[[File:Estructura-suelo.jpg|thumb|right|alt= 基盤岩から土壌への土壌層の図|A, B, C は[[ヴァシーリー・ドクチャーエフ]]が考案した[[土壌層位]]であり、A層は[[表土]]、B層は[[レゴリス]]、C層は腐食岩石([[:en:saprolite|en]])、最下層は[[基盤岩]]である]]
[[File:Stagnogley.JPG|thumb|[[北アイルランド]]の氷礫に発達した湛水グライ土壌]]

'''土壌'''（どじょう）とは、[[地球]]上の[[陸|陸地]]の表面を覆っている[[鉱物]]、[[有機物]]、[[気体]]、[[液体]]、[[生物]]の[[混合物]]である。一般には'''[[土]]'''（つち）とも呼ばれる<ref>{{Cite book|title=土　地球最後のナゾ　100億人を養う土壌を求めて　（著者：藤井一至）|date=2018/8/17|year=2018|publisher=光文社}}</ref>。陸地および水深2.5メートル以下の水中の堆積物を指す<ref>{{Cite book|author=Soil Survey Staff|title=Keys to Soil Taxonomy, 12th ed|publisher=USDA-Natural Resources Conservation Service|year=2014|url=https://www.nrcs.usda.gov/resources/guides-and-instructions/keys-to-soil-taxonomy}}</ref>。

地球の土壌は[[土壌圏]]を構成し、以下の4つの重要な機能を持って[[生命]]を支えている。

* [[植物]]の生育媒体。
* 水を蓄え、供給し、浄化する。
* [[地球の大気]]の組成を変える。
* （植物以外を含む）[[生物]]の住みかとなる。

これら全ての機能は、土壌を変化させる働きを持っている。

土壌圏は[[リソスフェア|岩石圏]]、[[水圏]]、[[大気圏]]、[[生物圏]]と接触する<ref name="ches">{{cite book |editor-last= Chesworth |editor-first= Ward |date=2008 |title= Encyclopedia of soil science |isbn= 978-1-4020-3994-2 |publisher= [[Springer Science+Business Media|Springer]] |location= Dordrecht, The Netherlands |url= http://www.encyclopedias.biz/dw/Encyclopedia%20of%20Soil%20Science.pdf |archive-url= https://web.archive.org/web/20180905002957/http://www.encyclopedias.biz/dw/Encyclopedia%20of%20Soil%20Science.pdf |archive-date= 2018-09-05 |dead-url= no |accessdate=2019-01-14}}</ref>。土壌は鉱物と有機物から成る固体の部分と、気体（土壌空気）と水（土壌溶液）を蓄える[[ポロシティ|間隙（空隙）]]で構成される<ref>{{cite book |last1= Voroney |first1= R. Paul |last2= Heck |first2= Richard J. |name-list-style=amp |date= 2007 |chapter= The soil habitat |doi= 10.1016/B978-0-08-047514-1.50006-8 |title= Soil microbiology, ecology and biochemistry |edition= 3rd |editor-first= Eldor A. |editor-last= Paul |publisher= Elsevier |location= Amsterdam |pages= 25-49 |isbn= 978-0-12-546807-7 |url= http://csmi.issas.ac.cn/uploadfiles/Soil%20Microbiology,%20Ecology%20&%20Biochemistry.pdf |archive-url= https://web.archive.org/web/20180710102532/http://csmi.issas.ac.cn/uploadfiles/Soil%20Microbiology%2C%20Ecology%20%26%20Biochemistry.pdf |archive-date= 10 July 2018 |dead-url= no |accessdate= 2019-01-15 |df= dmy-all }}</ref><ref>{{cite web |last= Danoff-Burg |first= James A. |publisher= Columbia University Press |location= New York |url= http://ccnmtl.columbia.edu/projects/seeu/dr/restrict/modules/module10.html |title= The terrestrial influence: geology and soils |website= Earth Institute Center for Environmental Sustainability |access-date= 17 December 2017}}</ref><ref>{{cite book |last1= Taylor |first1= Sterling A. |last2= Ashcroft |first2= Gaylen L. |name-list-style=amp |date= 1972 |title= Physical edaphology: the physics of irrigated and nonirrigated soils |publisher= W.H. Freeman |location= San Francisco |isbn= 978-0-7167-0818-6}}</ref>。すなわち、土壌は固相、液相、気相の三相システムである<ref>{{cite book |last= McCarthy |first= David F. |date= 2006 |title= Essentials of soil mechanics and foundations: basic geotechnics |edition= 7th |publisher= Prentice Hall |location= Upper Saddle River, New Jersey |isbn= 978-0-13-114560-3}}</ref>。

土壌が生成されるためには母材（土壌の元となる材料）、[[気候]]、[[地形]]、生物、時間という5つの因子がある<ref name="Gilluly1975">{{cite book|last1= Gilluly |first1= James |last2= Waters |first2= Aaron Clement |last3= Woodford |first3= Alfred Oswald |name-list-style=amp |title= Principles of geology |date= 1975 |edition= 4th |publisher= W.H. Freeman |location= San Francisco |isbn= 978-0-7167-0269-6}}</ref>。土壌は[[侵食]]による[[風化]]など、多くの物理的、化学的、生物的過程によって常に変化している。土壌はとても複雑で強い内部相互作用を持つ[[生態系]]である<ref>{{cite journal |last= Ponge |first= Jean-François |journal= Biology and Fertility of Soils |title= The soil as an ecosystem |year= 2015 |volume= 51 |issue= 6 |pages= 645-48 |doi= 10.1007/s00374-015-1016-1 |url= https://www.researchgate.net/publication/276090499 |accessdate= 17 December 2017 |format= PDF}}</ref>。

多くの土壌の[[仮比重]]（水がない状態での間隙を含んだ土壌の[[密度]]、乾燥密度とも言う）は 1.1 から 1.6 g/cm<sup>3</sup> であり、土粒子そのものの密度は 2.6 から 2.7 g/cm<sup>3</sup> とずっと大きい<ref name="Yu2015">{{cite web |url= http://resrad.evs.anl.gov/docs/data_collection.pdf |last1= Yu |first1= Charley |last2= Kamboj |first2= Sunita |last3= Wang |first3= Cheng |last4= Cheng |first4= Jing-Jy |name-list-style=amp |title= Data collection handbook to support modeling impacts of radioactive material in soil and building structures |pages= 13-21 |website= Argonne National Laboratory |year= 2015 |archive-url= https://web.archive.org/web/20180804105951/http://resrad.evs.anl.gov/docs/data_collection.pdf |archive-date= 2018-08-04 |dead-url= no |access-date= 17 December 2017}}</ref>。地球上には[[更新世]]よりも古い土壌はほとんどなく、[[新生代]]よりも古い土壌は全くない<ref name="Buol">{{cite book |last1= Buol |first1= Stanley W. |last2= Southard |first2= Randal J. |last3= Graham |first3= Robert C. |last4= McDaniel |first4= Paul A. |name-list-style=amp |title= Soil genesis and classification |edition= 7th |date= 2011 |publisher= Wiley-Blackwell |location= Ames, Iowa |isbn= 978-0-470-96060-8}}</ref>。ただし、[[太古代]]の土壌が化石土壌として残っていることがある<ref>{{cite journal |last1= Retallack |first1= Gregory J. |last2= Krinsley |first2= David H |last3= Fischer |first3= Robert | last4= Razink |first4= Joshua J. |last5= Langworthy |first5= Kurt A. |name-list-style=amp |journal= Gondwana Research |volume= 40 |title= Archean coastal-plain paleosols and life on land |url= https://cpb-us-e1.wpmucdn.com/blogs.uoregon.edu/dist/d/3735/files/2013/07/Retallack-et-al.-2016-Farrel-1gt7uft.pdf |year= 2016 |pages= 1-20 |doi= 10.1016/j.gr.2016.08.003 |access-date= 2019-01-15 }}</ref>。

[[土壌学]]はエダフォロジー ([[:en:edaphology|edaphology]]) とペドロジー ([[:en:pedology|pedology]]) に分かれる。エダフォロジーは土壌が生物に与える影響を研究する<ref>{{cite web |url= http://sis.agr.gc.ca/cansis/glossary/e/index.html |title= Glossary of Terms in Soil Science |website= Agriculture and Agri-Food Canada |archive-url= https://web.archive.org/web/20181027045042/http://sis.agr.gc.ca/cansis/glossary/e/index.html |archive-date= 2018-10-27 |access-date= 2019-01-15}}</ref>。ペドロジーは自然環境における土壌の形成、状態の記述、分類をする<ref>{{cite web |url= http://natres.psu.ac.th/Link/SoilCongress/bdd/symp45/75-t.pdf |title= Soil preservation and the future of pedology |first= Ronald |last= Amundson |website= Faculty of Natural Resources |publisher= Prince of Songkla University |location= Songkhla, Thailand|archive-url= https://web.archive.org/web/20180612140029/http://natres.psu.ac.th/Link/SoilCongress/bdd/symp45/75-t.pdf |archive-date= 2018-06-12 |dead-url= no |access-date= 2019-01-15}}</ref>。工学的には土壌は[[レゴリス]]に含まれる。レゴリスには母岩の上の土壌以外の物質も含まれ、地球以外の[[天体]]にも存在する<ref>{{cite web |url= https://www.mps.mpg.de/phd/planetary-interiors-and-surfaces-2011-part-05 |title= Impacts and formation of regolith |last1= Küppers |first1= Michael |last2= Vincent |first2= Jean-Baptiste |website= Max Planck Institute for Solar System Research |access-date= 2019-01-15}}</ref>。

==概要==
===機能===
広義の土壌は、以下の機能を持っている。以下のうち自然機能については、'''土壌の環境機能'''と呼ばれている。
# [[自然]]機能
#* [[生物]]の[[生存]][[空間]]
#* 自然界の構成要素
#* [[地下水]]の媒体
# 利用の機能
#* [[天然資源]]の存在
#* [[居住地]]・[[保養地]]の存在
#* [[農業]]・[[林業]]用地の存在
#* その他の経済的・公用的利用地の存在
# 自然・[[文化遺産]]の存在場所

植物生産的見地からみると、土壌は[[植物]]の[[培地]]の一種といえる。ほとんどの[[農業]]では土壌を培地とする。

なお、培地に土壌を用いないものを[[水耕栽培]]と呼ぶ。[[養液栽培]]の場合では、培地としての土壌の種類はさらに細かく、有機質培地を土壌としこれを用いる場合は[[養液土耕]]と呼び、無機質培地を用いる場合は養液栽培と呼ばれる。

===構成===
土壌は、[[岩石]]が[[風化]]して生成した粗粒の[[無機物]]（[[一次鉱物]]）や[[コロイド]]状の無機物（[[粘土鉱物]]あるいは[[二次鉱物]]）、生物の死骸などの粗大[[有機物]]、粗大有機物が[[微生物]]などの[[分解者]]の作用などによって変質して生じる[[土壌有機物]]（[[腐植]]）などを含む。

土壌の[[固体]]成分は粗に充填されているため、土壌は多くの[[間隙]]を持つ。土壌中の間隙は、土壌[[溶液]]と土壌[[空気]]によって満たされている。土壌溶液の主成分は[[水]]であり、この水に[[水溶性]]の[[塩基]]や有機物などが[[溶解]]している。土壌空気の主成分は[[二酸化炭素]]、[[窒素]]および[[水蒸気]]であり、[[酸素]]濃度は[[大気]]と比較して低い。土壌の間隙には、多くの[[土壌微生物]]や[[土壌動物]]が生息しており、[[土壌生物]]と呼ばれる。

== 研究の歴史 ==
土壌研究の歴史は、人間が食料と[[飼料]]を生産するための差し迫った必要性と密接な関係がある。歴史を通して、[[文明]]の繁栄と衰退は土壌の生産能力の関数であったとされる<ref>{{cite book |last=Hillel |first=Daniel |date=1993 |title=Out of the Earth: civilization and the life of the soil |publisher=University of California Press |location=Berkeley|isbn=978-0-520-08080-5}}</ref>。土壌が農業生産を支える力を「地力」と言い、[[古代エジプト]]以来のエジプト社会は、[[ナイル川]]の[[洪水]]により[[ナイル川デルタ]]など流域に運ばれた肥沃な土壌を使って農業を行い、食料を得てきた<ref>エジプト／砂漠土 ランク=G／「ナイルの賜物」は塩まみれ[[朝日新聞グローブ|『朝日新聞』GLOBE（朝刊別刷り）]]217号【特集】疲れる土、2面（2019年5月19日）。</ref>。一方で[[インダス文明]]、[[メソポタミア文明]]、[[マヤ文明]]、[[アステカ文明]]などの滅亡は、侵食や[[塩害]]といった土壌の荒廃が一因となった<ref>ラタン・ラル（[[オハイオ州立大学]]特別栄誉教授）「土難民」が文明を滅ぼす『朝日新聞』GLOBE（朝刊別刷り）217号【特集】疲れる土、6-7面（2019年5月19日）。</ref>。

[[古代ギリシア]]の歴史家[[クセノポン]]（紀元前 450-355 年）は、「地面に生えているどのような[[雑草]]であっても、土に混ぜれば糞と同じように土壌を豊かにする。」と書いているため、[[緑肥]]のメリットを解説した最初の人であると評価できる{{sfn|Donahue|Miller|Shickluna|1977|p=4}}。

== 生成 ==
[[土壌学]]者の[[:en:Hans Jenny (pedologist)|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<ref>デイビッド・モントゴメリー著、片岡夏実訳『土の文明史』築地書館、2010年。ISBN 9784806713999、pp.23-24.</ref>。
# 母材（岩）
# 気候
# 有機体
# 地形
# 時間

==物理性==
{{for|[[学問]]分野|土壌物理学}}
土壌の物理的性質には、[[農業]]のような[[生態系サービス]]にとって重要なものから順番に、{{ill2|土性|en|Soil texture|en}}、{{ill2|土壌構造|en|Soil structure}}、[[仮比重]]（乾燥密度）、[[ポロシティ|間隙]]（孔隙・空隙）、[[コンシステンシー (土質)|コンシステンシー]]、温度、色そして{{ill2|土壌電気抵抗|en|Soil resistivity}} がある<ref>{{cite book |last1=Gardner |first1=Catriona M.K. |last2=Laryea |first2=Kofi Buna |last3=Unger |first3=Paul W. |name-list-style=amp |date=1999 |title=Soil physical constraints to plant growth and crop production |edition=1st |location=Rome|publisher=Food and Agriculture Organization of the United Nations |url=http://plantstress.com/Files/Soil_Physical_Constraints.pdf |accessdate=24 December 2017 |format=PDF}}</ref>。土性は[[砂]]、[[シルト]]、[[粘土]]という3種類の土壌鉱物粒子の構成比率によって決まる。[[酸化鉄]]、[[炭酸塩]]、[[二酸化ケイ素]]、[[腐植土]]が土粒子を被覆し、土粒子同士を接着することによって、土粒子がより大きな塊となると、{{ill2|ペッド|en|ped}} すなわち「土壌団粒」という土壌構造を構成する<ref>{{cite journal |last1=Six |first1=Johan |last2=Paustian |first2=Keith |last3=Elliott |first3=Edward T. |last4=Combrink |first4=Clay |name-list-style=amp |journal=Soil Science Society of America Journal |volume=64 |issue=2 |title=Soil structure and organic matter. I. Distribution of aggregate-size classes and aggregate-associated carbon |url=https://www.researchgate.net/publication/280798601 |year=2000 |pages=681-89 |doi=10.2136/sssaj2000.642681x |accessdate=24 December 2017 |format=PDF|bibcode=2000SSASJ..64..681S }}</ref>。土壌の[[仮比重]]は、{{ill2|土の締固め|en|soil compaction}} 程度の指標となる<ref>{{cite journal |last1=Håkansson |first1=Inge |last2=Lipiec |first2=Jerzy |name-list-style=amp |journal=Soil and Tillage Research |volume=53 |issue=2 |title=A review of the usefulness of relative bulk density values in studies of soil structure and compaction |url=https://pdfs.semanticscholar.org/b028/6fcacb6e12473bd1d4796a9a053eb20d5d72.pdf |year=2000 |pages=71-85 |doi=10.1016/S0167-1987(99)00095-1 |accessdate=24 December 2017 |format=PDF}}</ref>。土壌の間隙は粒子と粒子の間の空間であり、空気と水によって構成されている。コンシステンシーは土粒子同士がくっつき合う強度である。土壌の温度と色はそのままの意味である。[[電気抵抗]]は土壌に埋められる[[金属]]や[[コンクリート]]の腐食速度に影響する<ref>{{cite journal |last=Schwerdtfeger |first=W.J. |journal=Journal of Research of the National Bureau of Standards |volume=69C |issue=1 |title=Soil resistivity as related to underground corrosion and cathodic protection |url=http://nvlpubs.nist.gov/nistpubs/jres/69c/jresv69cn1p71_a1b.pdf |year=1965 |pages=71-77 |accessdate=25 December 2017 |format=PDF |doi=10.6028/jres.069c.012 |df=dmy-all }}</ref>。このような土壌の性質は土壌の深さ、すなわち[[土壌層位]]によって変化する。これらのほとんどの性質が、土壌の通気性と土壌中に水が流れたり保持されたりするような能力に影響する<ref>{{cite book |last=Tamboli |first=Prabhakar Mahadeo |date=1961 |title=The influence of bulk density and aggregate size on soil moisture retention |location=Ames, Iowa |publisher=Iowa State University |url=http://lib.dr.iastate.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=3448&context=rtd |accessdate=24 December 2017 |format=PDF}}</ref>。

{| class="wikitable" style="border-spacing: 5px; margin:auto;"
|+ '''土粒子が土壌の性質に与える影響'''<ref name="Brady">{{cite book |last=Brady |first=Nyle C. |title=The nature and properties of soils |edition=9th |year=1984 |publisher=Collier Macmillan |location=New York |isbn=978-0-02-313340-4}}</ref>
|-
! scope="col" style="width:100px;"| 性質
! scope="col" style="width:100px;"| 砂
! scope="col" style="width:100px;"| シルト
! scope="col" style="width:100px;"| 粘土
|-
|-
| 保水性 || 小 || 中から大 || 大
|-
| 通気性 || 大 || 中 || 小
|-
| 排水速度 || 速 || 中から遅 || とても遅
|-
| 土壌有機物量 || 少 || 中から多 || 多から中
|-
| 有機物分解速度 || 速 || 中 || 遅
|-
| 春の気温上昇速度 || 速 || 中 || 遅
|-
| 締め固めやすさ || 低 || 中 || 高
|-
| [[風食]]に対する耐久度 || 中（細砂であれば弱) || 弱 || 強
|-
| 水食に対する耐久度 || 細砂でなければ強|| 弱 || 団粒化されていれば強、さもなければ弱
|-
| 膨潤度 || とても低 || 低 || 中からとても高
|-
| 水の浸透を止める働き || 弱 || 弱 || 強
|-
| 降雨後の[[耕起]]しやすさ || 良 || 中 || 悪
|-
| 汚染物質の浸透性 || 高 || 中 || 低（亀裂がなければ）
|-
| 植物の栄養保持力 || 低 || 中 || 高
|-
| [[水素イオン指数|pH]]緩衝能 || 低 || 中 || 高
|}

===土性===
[[File:SoilTexture USDA.png|upright=1.35|thumb|right|[[アメリカ合衆国農務省]]の土性分類システムによる粘土、シルト、砂の割合と土性]] [[File:Kootenay National Park - Paint Pots 1.jpg|thumb|カナダの[[:en:Kootenay National Park|クーテネイ国立公園]]のペイントポット近くの鉄分が多い土壌]]
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、[[:en:Pore space in soil|間隙率]]、[[透水性]]、[[浸透 (水文学)|浸透]]、膨潤度 ([[:en:Shrink-swell capacity|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 (土壌)|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<ref>{{cite journal |last1=Haynes |first1=Richard J. |last2=Naidu |first2=Ravi |name-list-style=amp |journal=Nutrient Cycling in Agroecosystems |volume=51 |issue=2 |title=Influence of lime, fertilizer and manure applications on soil organic matter content and soil physical conditions: a review |url=https://www.researchgate.net/publication/225252692 |year=1998 |pages=123-37 |doi=10.1023/A:1009738307837 |accessdate=24 December 2017 |format=PDF}}</ref>。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]]）<ref>{{cite journal |last1=Silver |first1=Whendee L. |last2=Neff |first2=Jason |last3=McGroddy |first3=Megan |last4=Veldkamp |first4=Ed |last5=Keller |first5=Michael |last6=Cosme |first6=Raimundo |name-list-style=amp |journal=Ecosystems |volume=3 |issue=2 |title=Effects of soil texture on belowground carbon and nutrient storage in a lowland Amazonian forest ecosystem |url=https://www.fs.fed.us/global/iitf/pubs/ja_iitf_2000_silver%20eco.pdf |year=2000 |pages=193-209 |doi=10.1007/s100210000019 |accessdate=24 December 2017 |format=PDF}}</ref> 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<ref name="Jenny1941">{{cite book |last=Jenny |first=Hans |title=Factors of soil formation: a system of qunatitative pedology |year=1941 |publisher=[[McGraw-Hill]] |location=New York |url=http://netedu.xauat.edu.cn/sykc/hjx/content/ckzl/6/2.pdf |accessdate=17 December 2017 |format=PDF}}</ref>、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<ref>{{cite journal |last=Jackson |first=Marion L. |journal=Clays and Clay Minerals |volume=6 |issue=1 |title=Frequency distribution of clay minerals in major great soil groups as related to the factors of soil formation |url=http://www.clays.org/journal/archive/volume%206/6-1-133.pdf |year=1957 |pages=133-43 |doi=10.1346/CCMN.1957.0060111 |accessdate=24 December 2017 |format=PDF|bibcode=1957CCM.....6..133J }}</ref>。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<ref name="Petersen 1996">{{cite journal |last1=Petersen |first1=Lis Wollesen |last2=Moldrup |first2=Per |last3=Jacobsen |first3=Ole Hørbye |last4=Rolston |first4=Dennis E. |name-list-style=amp |journal=Soil Science |volume=161 |issue=1 |title=Relations between specific surface area and soil physical and chemical properties |url=https://www.researchgate.net/publication/232162864 |year=1996 |pages=9-21 |doi=10.1097/00010694-199601000-00003 |accessdate=24 December 2017 |format=PDF}}</ref><ref>{{cite book |last=Lewis |first=D.R. |date=1955 |chapter=Ion exchange reactions of clays |title=Clays and clay technology |editor1-last=Pask |editor1-first=Joseph A. |editor2-last=Turner |editor2-first=Mort D. |publisher=State of California, Department of Natural Resources, Division of Mines |location=San Francisco|pages=54-69 |url=http://www.clays.org/journal/archive/volume%201/1-1-54.pdf |accessdate=24 December 2017 |format=PDF}}</ref>。砂は比表面積が最も小さく陽イオン交換容量が小さい。シルトはその次に小さく、粘土が最も陽イオン交換容量が大きい。土壌にとって砂の最も大きな役割は、締め固めに対する耐久力が大きく、土壌の間隙率を大きくしていることである。ただし、この性質は純粋な砂に対するものであり、砂がより小さな鉱物と混ざることにより、砂の粒子の間に小さな鉱物が入るため間隙率が小さくなる<ref>{{cite journal |last=Dexter |first=Anthony R. |journal=Geoderma |volume=120 |issue=3/4 |title=Soil physical quality. I. Theory, effects of soil texture, density, and organic matter, and effects on root growth |url=https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0016706103002891 |year=2004 |pages=201-14 |doi=10.1016/j.geodermaa.2003.09.005}}</ref>。シルトは鉱物的には砂と似ているが比表面積が大きいため物理化学的な反応性は大きい。粘土は比表面積が極めて大きく大量の負電荷を持っているため、土壌の水と養分の保持能力の高さを決めているのは粘土の量である<ref name="Petersen 1996"/>。粘土質土壌は風と水による土壌侵食に耐える力がシルト質土壌や砂質土壌と比べて大きい。それは、粘土は粒子と粒子の間を結びつける力が大きいことと<ref>{{cite journal |last=Bouyoucos |first=George J. |journal=Journal of the American Society of Agronomy |volume=27 |issue=9 |title=The clay ratio as a criterion of susceptibility of soils to erosion |url=https://dl.sciencesocieties.org/publications/aj/abstracts/27/9/AJ0270090738?access=0&view=pdf |year=1935 |pages=738-41 |subscription=yes |accessdate=25 December 2017 |doi=10.2134/agronj1935.00021962002700090007x}}</ref>、有機物による侵食緩和効果によるものである<ref>{{cite journal |last1=Borrelli |first1=Pasquale |last2=Ballabio |first2=Cristiano |last3=Panagos |first3=Panos |last4=Montanarella |first4=Luca |journal=Geoderma |volume=232/234 |title=Wind erosion susceptibility of European soils |url=https://www.researchgate.net/publication/263092389 |year=2014 |pages=471-78 |doi=10.1016/j.geoderma.2014.06.008 |accessdate=24 December 2017 |format=PDF|bibcode=2014Geode.232..471B }}</ref>。

砂は土壌鉱物の中で最も安定している。岩の破片と一次[[石英]]粒子によって構成され、直径 0.05 から 2.0&nbsp;mm である（USDAの粒径区分）。シルトは直径 0.002 から 0.05&nbsp;mm である。粘土は直径が 0.002&nbsp;mm 以下で厚さは 1&nbsp;nm (10<sup>−9</sup> m) ととても小さいため、光学顕微鏡で観察することができない{{sfn|Russell|1957|pp=32-33}}{{sfn|Flemming|1957|p=331}}。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:eluviation|en]]) して、下層に集積 ([[:en:illuviation|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<ref>{{cite web|url=https://geomaps.wr.usgs.gov/parks/coast/sand/calcsand.html |title=Calcareous Sand |website=U.S. Geological Survey |accessdate=24 December 2017}}</ref>、粘土の粒子 (0.002&nbsp;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<ref>{{cite book|last=Grim |first=Ralph E. |date=1953 |title=Clay mineralogy |publisher=[[McGraw-Hill]] |location=New York |url=http://krishikosh.egranth.ac.in/bitstream/1/2037422/1/1334.pdf |accessdate=24 December 2017 |format=PDF}}{{リンク切れ|date=2020年6月}}</ref>。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[[水分保持曲線|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&nbsp;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{{sfn|Donahue|Miller|Shickluna|1977|p=53}}

===構造===
土壌の砂、シルト、粘土成分が集まって塊となることで団粒（[[:en:Aggregate (geology)|aggregate]]）が形成され、団粒がさらに大きな塊となった構造はペッド（[[:en:ped|ped]]）と呼ばれる。土粒子が有機物、[[酸化鉄]]、[[炭酸塩]]、粘土、[[二酸化ケイ素]]によって粘着し、[[凍結破砕作用|凍結融解]]と湿潤乾燥過程によって団粒が分解し<ref>{{cite journal |last1=Sillanpää |first1=Mikko |last2=Webber |first2=L.R. |name-list-style=amp |journal=Canadian Journal of Soil Science |volume=41 |issue=2 |title=The effect of freezing-thawing and wetting-drying cycles on soil aggregation |year=1961 |pages=182-87 |doi=10.4141/cjss61-024 }}</ref>、[[土壌動物]]、[[土壌微生物]]のコロニーと植物の根の先端によって団粒が形成される<ref name="Oades1993">{{cite journal |last=Oades |first=J. Malcolm |journal=Geoderma |volume=56 |issue=1-4 |title=The role of biology in the formation, stabilization and degradation of soil structure |url=http://www.dendrocronologia.cl/pubs/Oades%201992.pdf |year=1993 |pages=377-400 |doi=10.1016/0016-7061(93)90123-3 |accessdate=25 December 2017 |format=PDF|bibcode=1993Geode..56..377O }}</ref>、といったようなメカニズムによって、土壌は明瞭な幾何学的形状を形成する<ref name="Bronick2005">{{cite journal |last1=Bronick |first1=Carol J. |last2=Lal |first2=Ratan |name-list-style=amp |title=Soil structure and management: a review |journal=Geoderma |date=January 2005 |volume=124 |issue=1/2 |pages=3-22 |doi=10.1016/j.geoderma.2004.03.005 |url=http://tinread.usarb.md:8888/tinread/fulltext/lal/soil_structure.pdf |accessdate=17 December 2017 |format=PDF|bibcode=2005Geode.124....3B }}</ref><ref name="Lee1991">{{cite journal |last1=Lee |first1=Kenneth Ernest |last2=Foster |first2=Ralph C. |name-list-style=amp |year=2003 |title=Soil fauna and soil structure |journal=Australian Journal of Soil Research |volume=29 |issue=6 |pages=745-75 |url=http://www.publish.csiro.au/sr/SR9910745 |doi=10.1071/SR9910745 |accessdate=17 December 2017 |subscription=yes}}</ref>。ペッドは様々な形へと発展する<ref>{{cite web |author=Soil Science Division Staff |year=2017 |url=https://www.nrcs.usda.gov/wps/portal/nrcs/detail/soils/ref/?cid=nrcs142p2_054253#soil_structure |title=Soil structure |website=Soil Survey Manual (issued March 2017), USDA Handbook No. 18 |publisher=United States Department of Agriculture, Natural Researches Conservation Service, Soils |location=Washington, DC |accessdate=25 December 2017}}</ref>。土塊 (soil clod) はペッドのように形成されたものではなく、[[耕起]]のような土壌への機械的な撹乱によってできたものである。土壌構造は通気性、水移動、熱移動、植物の根の成長、土壌侵食への耐久性に影響を及ぼす<ref>{{cite journal |last1=Horn |first1=Rainer |last2=Taubner |first2=Heidi |last3=Wuttke |first3=M. |last4=Baumgartl |first4=Thomas |name-list-style=amp |journal=Soil and Tillage Research |volume=30 |issue=2-4 |title=Soil physical properties related to soil structure |url=http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0167198794900051 |year=1994 |pages=187-216 |doi=10.1016/0167-1987(94)90005-1 |subscription=yes |accessdate=25 December 2017}}</ref>。一方、水は土壌構造に強い影響を与える。直接的には、鉱物を溶解し降雨によって供給し、団粒をスレーキング ([[:en:Slaking (geology)|en]]) によって機械的に破壊する<ref>{{Cite journal|last1=Murray |first1=Robert S. |last2=Grant |first2=Cameron D. |name-list-style=amp |year=2007 |title=The impact of irrigation on soil structure |journal=The National Program for Sustainable Irrigation |citeseerx=10.1.1.460.5683 }}</ref>。間接的には、植物、動物、微生物の成長を促進する。

土壌構造は土性、有機物量、微生物の活動、過去の土壌生成過程、人間の利用履歴、土壌生成の化学的および鉱物学的条件を知るための手がかりとなる。土性は鉱物組成によって決まる変化しない性質であって農業活動によって変化しないが、土壌構造は農作業のやり方や時期によって発達させることも壊すこともできる<ref name="Bronick2005"/>。

土壌構造の分類{{sfn|Donahue|Miller|Shickluna|1977|pp=55-56}}{{Sfn|日本ペドロジー学会編|1997|pp=78-81}}

# '''形状''': ペッドの形と配列によって区分する。
## 板状 (Platy): 厚さ 1–10&nbsp;mm のペッドが平板状に重なる。[[森林]]土壌のA層と池の沈積物に見られる。
## 柱状 (Prismatic): 鉛直に長く、幅は 10–100&nbsp;mm である。上部が平らな角柱状 (Prismatic) と上部が円形の円柱状 (Columnar) に分かれる。ナトリウム土壌のB層に粘土が集積すると生じやすい。
## 塊状 (Blocky): 不完全な 5–50&nbsp;mm の立方体の角形のペッド。鋭い角を持つ角塊状 (Angular) と滑らかな角を持つ亜角塊状 (Subangular) に分かれる。粘土が集積したB層に生じやすく、水の浸透が少ないことを示唆している。
## 粒状 (Granular): 1–10&nbsp;mm の多面体の長球状のペッド。粒状 (Granular) と屑粒状 (団粒状; Crumb) に分かれ、屑粒状の方がより多孔質で理想的であるとされる。有機物があるA層でよく見られる。
# '''大きさ''': ペッドの最小径によって区分する。ペッドの形状によって大きさの分類が異なる。
## 細: <1&nbsp;mm の板状か粒状; <5&nbsp;mm の塊状; <10&nbsp;mm の柱状
## 小: 1–2&nbsp;mm の板状か粒状; 5–10&nbsp;mm の塊状; 10–20&nbsp;mm の柱状
## 中: 2–5&nbsp;mm の板状か粒状; 10–20&nbsp;mm の塊状; 20-50 の柱状
## 大: 5–10&nbsp;mm の板状か粒状; 20–50&nbsp;mm の塊状; 50–100&nbsp;mm の柱状
## 極大: >10&nbsp;mm の板状か粒状; >50&nbsp;mm の塊状; >100&nbsp;mm の柱状
# '''発達程度''': すなわちペッド内の密着度であり、強度と安定性をもたらす。
## 弱度: 弱い結合はペッドが砂、シルト、粘土へと分解されやすい。
## 中度: 未撹乱土壌ではペッドが明瞭ではないが、撹乱すると団粒、いくらかの壊れた団粒、わずかな団粒化されていない土壌に分かれる。これが理想的な状態であるとされる。
## 強度: 土壌層位を観察している時点で明瞭なペッドが見られ、簡単には壊れない。
## 無構造: 土壌が粘土板のように大きな塊にしっかりと固着されているか、砂のように全く結合がない。

最も大きなスケールでは、土壌構造は粘土鉱物の[[:en:Shrink-swell capacity|膨潤と収縮]]によって形成される。初期は水平方向に働き、垂直方向の角柱のペッドを形成する。この機構はバーティソル ([[:en:vertisol|en]]) という種類の土壌に特徴的である<ref>{{cite journal |last1=Dinka |first1=Takele M. |last2=Morgan |first2=Cristine L.S. |last3=McInnes |first3=Kevin J. |last4=Kishné |first4= Andrea Sz. |last5=Harmel |first5=R. Daren |name-list-style=amp |journal=Journal of Hydrology |volume=476 |title=Shrink-swell behavior of soil across a Vertisol catena |url=https://www.academia.edu/13776567 |year=2013 |pages=352-59 |doi=10.1016/j.jhydrol.2012.11.002 |accessdate=25 December 2017 |format=PDF|bibcode=2013JHyd..476..352D }}</ref>。粘土質土壌は、土壌表面からの水の蒸発速度の差が大きいため、水平方向の亀裂を生じ、土壌の柱を塊状のペッドへと分解する<ref>{{cite journal |last1=Morris |first1=Peter H. |last2=Graham |first2=James |last3=Williams |first3=David J. |name-list-style=amp |journal=Canadian Geotechnical Journal |volume=29 |issue=2 |title=Cracking in drying soils |url=https://www.researchgate.net/publication/239487071 |year=1992 |pages=263-77 |doi=10.1139/t92-030 |accessdate=25 December 2017 |format=PDF}}</ref>。[[根]]、小動物、虫、凍結融解が大きなペッドをより小さい球形に近いペッドへと分解する<ref name="Oades1993"/>。

より小さいスケールでは、植物の根は大きな間隙（[[マクロポア]]）の中を伸長して水を吸い上げるため<ref>{{cite journal |last1=Robinson |first1=Nicole |last2=Harper |first2=R.J. |last3=Smettem |first3=Keith Richard J. |name-list-style=amp |journal=Plant and Soil |volume=286 |issue=1/2 |title=Soil water depletion by Eucalyptus spp. integrated into dryland agricultural systems |url=https://www.researchgate.net/publication/43501164 |year=2006 |pages=141-51 |doi=10.1007/s11104-006-9032-4 |accessdate=25 December 2017 |format=PDF}}</ref>、マクロポアの体積を大きくして間隙率を小さくし<ref>{{cite journal |last1=Scholl |first1=Peter |last2=Leitner |first2=Daniel |last3=Kammerer |first3=Gerhard |last4=Loiskandl |first4=Willibald |last5=Kaul |first5=Hans-Peter |last6=Bodner |first6=Gernot |name-list-style=amp |journal=Plant and Soil |volume=381 |issue=1/2 |title=Root induced changes of effective 1D hydraulic properties in a soil column |url=https://www.researchgate.net/publication/271702247 |year=2014 |pages=193-213 |doi=10.1007/s11104-014-2121-x |pmid=25834290 |pmc=4372835 |accessdate=25 December 2017 |format=PDF}}</ref>、団粒をより小さくする<ref>{{cite journal |last1=Angers |first1=Denis A. |last2=Caron |first2=Jean |name-list-style=amp |journal=Biogeochemistry |volume=42 |issue=1 |title=Plant-induced changes in soil structure: processes and feedbacks |url=https://www.researchgate.net/publication/226938344 |year=1998 |pages=55-72 |doi=10.1023/A:1005944025343 |accessdate=25 December 2017 |format=PDF}}</ref>。それと同時に、[[根毛]]と菌類の[[菌糸]]はペッドを破壊しながら小さな通り道を作る<ref>{{cite journal |last1=White |first1=Rosemary G. |last2=Kirkegaard |first2=John A. |name-list-style=amp |journal=Plant, Cell and Environment |volume=33 |issue=2 |title=The distribution and abundance of wheat roots in a dense, structured subsoil: implications for water uptake |url=https://www.researchgate.net/publication/38072726 |year=2010 |pages=133-48 |doi=10.1111/j.1365-3040.2009.02059.x |pmid=19895403 |accessdate=25 December 2017 |format=PDF}}</ref><ref>{{cite journal |last1=Skinner |first1=Malcolm F. |last2=Bowen |first2=Glynn D. |name-list-style=amp |journal=Soil Biology and Biochemistry |volume=6 |issue=1 |title=The penetration of soil by mycelial strands of ectomycorrhizal fungi |url=http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0038071774900121 |year=1974 |pages=57-8 |doi=10.1016/0038-0717(74)90012-1 |subscription=yes |accessdate=25 December 2017}}</ref>。

さらに小さいスケールの土壌の団粒化は、[[細菌]]や[[菌類]]が粘質の[[多糖類]]を生成して土粒子を結合して小さなペッドを作ることによって進行する<ref>{{cite journal |last=Chenu |first=Claire |journal=Geoderma |volume=56 |issue=1-4 |title=Clay- or sand-polysaccharide associations as models for the interface between micro-organisms and soil: water related properties and microstructure |url=https://www.academia.edu/12012172 |year=1993 |pages=143-56 |doi=10.1016/0016-7061(93)90106-U |accessdate=25 December 2017 |format=PDF|bibcode=1993Geode..56..143C }}</ref>。細菌や菌類の栄養源となる有機物を加えることで、このような望ましい土壌構造の形成を促進することができる<ref>{{cite journal |last=Franzluebbers |first=Alan J. |journal=Soil and Tillage Research |volume=66 |issue=2 |title=Water infiltration and soil structure related to organic matter and its stratification with depth |url=https://naldc.nal.usda.gov/download/15662/PDF |year=2002 |pages=197-205 |doi=10.1016/S0167-1987(02)00027-2 |accessdate=25 December 2017 |format=PDF}}</ref>。

最も小さなスケールでは、化学的性質が土粒子の団粒化と[[:en:Dispersion (geology)|分散]]に影響する。粘土粒子は多価陽イオンを持つため粘土層の表面に負の電荷が生じる<ref>{{cite journal |last1=Sposito |first1=Garrison |last2=Skipper |first2=Neal T. |last3=Sutton |first3=Rebecca |last4=Park |first4=Sung-Ho |last5=Soper |first5=Alan K. |last6=Greathouse |first6=Jeffery A. |name-list-style=amp |journal=Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America |volume=96 |issue=7 |title=Surface geochemistry of the clay minerals |url=http://www.pnas.org/content/96/7/3358.full.pdf |year=1999 |pages=3358-64 |doi=10.1073/pnas.96.7.3358 |pmid=10097044 |accessdate=25 December 2017 |format=PDF|bibcode=1999PNAS...96.3358S |pmc=34275}}</ref>。それと同時に、板状粘土粒子の端にはわずかな正の電荷があるため、端が他の粘土表面の負の電荷にくっつき[[分散系#凝析・塩析|凝集]]する（塊になる）<ref>{{cite journal |last1=Tombácz |first1=Etelka |last2=Szekeres |first2=Márta |name-list-style=amp |journal=Applied Clay Science |volume=34 |issue=1-4 |title=Surface charge heterogeneity of kaolinite in aqueous suspension in comparison with montmorillonite |url=https://www.academia.edu/886679 |year=2006 |pages=105-24 |doi=10.1016/j.clay.2006.05.009 |accessdate=25 December 2017 |format=PDF}}</ref>。一方で、[[ナトリウム]]のような1価[[イオン (化学)|イオン]]が多価陽イオンと置換すると粘土粒子の端の正[[電荷]]が弱くなり、表面の負電荷が比較的強くなる。そのため粘土表面の負電荷のみが残って粘土粒子同士はお互いに負電荷の電気的力によって反発し、お互いの距離が離れ、凝集していた粘土が分散する<ref>{{cite journal |last1=Schofield |first1=R. Kenworthy |last2=Samson |first2=H.R. |name-list-style=amp |journal=Clay Minerals Bulletin |volume=2 |issue=9 |title=The deflocculation of kaolinite suspensions and the accompanying change-over from positive to negative chloride adsorption |url=http://www.minersoc.org/pages/Archive-CM/Volume_2/2-9-45.pdf |year=1953 |pages=45-51 |accessdate=25 December 2017 |format=PDF |doi=10.1180/claymin.1953.002.9.08 |bibcode=1953ClMin...2...45S |df=dmy-all }}</ref>。その結果、粘土は分散してペッドの間隙に集積して、間隙が閉塞する。このようにして土壌中の間隙構造が破壊されて、土壌は空気と水を通さなくなる<ref>{{cite journal |last1=Shainberg |first1=Isaac |last2=Letey |first2=John |name-list-style=amp |journal=Hilgardia |volume=52 |issue=2 |title=Response of soils to sodic and saline conditions |url=http://hilgardia.ucanr.edu/fileaccess.cfm?article=152852&p=VAFSNP |year=1984 |pages=1-57 |doi=10.3733/hilg.v52n02p057 |accessdate=25 December 2017 |format=PDF}}</ref>。そのようなソーダ質土 ([[:en:sodic soil|en]]) は表面に円柱状のペッドを形成する<ref>{{cite journal |last1=Young |first1=Michael H. |last2=McDonald |first2=Eric V. |last3=Caldwell |first3=Todd G. |last4=Benner |first4=Shawn G. |last5=Meadows |first5=Darren G. |name-list-style=amp |journal=Vadose Zone Journal |volume=3 |issue=3 |title=Hydraulic properties of a desert soil chronosequence in the Mojave Desert, USA |url=https://pdfs.semanticscholar.org/c937/e83cd6c3bb8a685de6ae1adf5ba7602907a5.pdf |year=2004 |pages=956-63 |doi=10.2113/3.3.956 |accessdate=16 June 2018 |format=PDF}}</ref>。

===密度===
{| class="wikitable floatright" style="text-align:right"
|+ '''土壌の仮比重の例{{sfn|Donahue|Miller|Shickluna|1977|p=60}}。間隙率は土粒子密度 2.7 g/cm<sup>3</sup> として計算した。ただし泥炭土の土粒子密度は推定した。'''
|-
! span="col" | 土壌とその状態 !! 仮比重 (g/cm<sup>3</sup>) !! 間隙率 (%)
|-
! span= "row" | [[綿]][[畑]]の耕起された表土
| 1.3 || 51
|-
! span= "row" | [[トラクター]]の車輪が通過した畝間
| 1.67 || 37
|-
! span= "row" | 深さ 25&nbsp;cm の硬盤
| 1.7 || 36
|-
! span= "row" | 硬盤の下の不撹乱土壌、粘土ローム
| 1.5 || 43
|-
! span= "row" | [[ポプラ]]の森の下の礫質のシルトローム土壌
| 1.62 || 40
|-
! span= "row" | 表層のローム砂質土
| 1.5 || 43
|-
! span= "row" | 分解された[[泥炭]]土
| 0.55 || 65
|-
! span= "row" | [[黒ボク土]]
| 0.5 - 0.8<ref>{{Cite book|和書|ref=harv|author=松中照夫|title=土壌学の基礎―生成・機能・肥沃度・環境|date=2004-01|year=2004|publisher=農山漁村文化協会|isbn=9784540032943|page=67}}</ref> || 70 - 80
|}
典型的な土壌の土粒子密度は 2.60 から 2.75 g/cm<sup>3</sup> であり、土粒子密度は通常変化しない<ref name="Yu2015">{{cite web |url= http://resrad.evs.anl.gov/docs/data_collection.pdf |last1= Yu |first1= Charley |last2= Kamboj |first2= Sunita |last3= Wang |first3= Cheng |last4= Cheng |first4= Jing-Jy |name-list-style=amp |title= Data collection handbook to support modeling impacts of radioactive material in soil and building structures |pages= 13-21 |website= Argonne National Laboratory |year= 2015 |archive-url= https://web.archive.org/web/20180804105951/http://resrad.evs.anl.gov/docs/data_collection.pdf |archive-date= 2018-08-04 |dead-url= no |access-date= 17 December 2017}}</ref>。土粒子密度は有機物量が多い土壌では小さく<ref>{{cite journal |last1=Blanco-Canqui |first1=Humberto |last2=Lal |first2=Rattan |last3=Post |first3=Wilfred M. |last4=Izaurralde |first4=Roberto Cesar |last5=Shipitalo |first5=Martin J. |name-list-style=amp |journal=Soil Science Society of America Journal |volume=70 |issue=4 |title=Organic carbon influences on soil particle density and rheological properties |url=https://naldc.nal.usda.gov/download/3946/PDF |year=2006 |pages=1407-14 |doi=10.2136/sssaj2005.0355 |accessdate=25 December 2017 |format=PDF|bibcode=2006SSASJ..70.1407B }}</ref>、酸化鉄量が多い土壌では大きい<ref>{{cite book |last1=Cornell |first1=Rochelle M. |last2=Schwertmann |first2=Udo |name-list-style=amp |date=2003 |title=The iron oxides: structure, properties, reactions, occurrences and uses |edition=2nd |location=Weinheim, Germany |publisher=[[Wiley-VCH]] |url=http://epsc511.wustl.edu/IronOxide_reading.pdf |accessdate=25 December 2017 |format=PDF}}</ref>。土壌の[[仮比重]]（乾燥密度）は土壌の乾燥質量を体積で割った値である。すなわち、その土壌体積中の空気と有機物を含む。したがって土壌の仮比重は常に土粒子密度よりも小さく、土壌の締め固め程度を示す良い指標となる<ref>{{cite journal |last1=Håkansson |first1=Inge |last2=Lipiec |first2=Jerzy |name-list-style=amp |journal=Soil and Tillage Research |volume=53 |issue=2 |title=A review of the usefulness of relative bulk density values in studies of soil structure and compaction |url=https://pdfs.semanticscholar.org/b028/6fcacb6e12473bd1d4796a9a053eb20d5d72.pdf |year=2000 |pages=71-85 |doi=10.1016/S0167-1987(99)00095-1 |accessdate=31 December 2017 |format=PDF}}</ref>。土壌の仮比重は耕起されたロームでは 1.1 から 1.4 g/cm<sup>3</sup> である(水は 1.0 g/cm<sup>3</sup>){{sfn|Donahue|Miller|Shickluna|1977|pp=59-61}}。土粒子密度とは異なり、ある土壌の仮比重は極めてばらつきが大きく、[[土壌生物]]の活動および土壌管理と強い関係がある<ref>{{cite journal |last1=Mäder |first1=Paul |last2=Fließbach |first2=Andreas |last3=Dubois |first3=David |last4=Gunst |first4=Lucie |last5=Fried |first5=Padruot |last6=Liggli |first6=Urs |name-list-style=amp |journal=[[Science (journal)|Science]] |volume=296 |issue=1694 |title=Soil fertility and biodiversity in organic farming |url=http://www.ask-force.org/web/Organic/Maeder-Organicfarming-2002.pdf |year=2002 |pages=1694-97 |doi=10.1126/science.1071148 |pmid=12040197 |accessdate=30 December 2017 |format=PDF|bibcode=2002Sci...296.1694M }}</ref>。しかし、団粒の種類や大きさによっては、[[ミミズ]]が土壌の仮比重を増加あるいは減少させる可能性があることが示されている<ref>{{cite book |last1=Blanchart |first1=Éric |last2=Albrecht |first2=Alain |last3=Alegre |first3=Julio |last4=Duboisset |first4=Arnaud |last5=Gilot |first5=Cécile |last6=Pashanasi |first6=Beto |last7=Lavelle |first7=Patrick |last8=Brussaard |first8=Lijbert |name-list-style=amp |date=1999 |chapter=Effects of earthworms on soil structure and physical properties |title=Earthworm management in tropical agroecosystems |edition=1st |editor1-first=Patrick |editor1-last=Lavelle |editor2-first=Lijbert |editor2-last=Brussaard |editor3-first=Paul F. |editor3-last=Hendrix |publisher=CAB International |location=Wallingford, UK |pages=149-72|isbn=978-0-85199-270-9 |url=http://horizon.documentation.ird.fr/exl-doc/pleins_textes/divers16-03/010021558.pdf |accessdate=31 December 2017 |format=PDF}}</ref>。仮比重が小さいからといって、必ずしも植物の生育に適していることを示しているわけではない。土性や土壌構造による影響も考える必要があるためである<ref>{{cite journal |last1=Rampazzo |first1=Nicola |last2=Blum |first2=Winfried E.H. |last3=Wimmer |first3=Bernhard |name-list-style=amp |journal=Die Bodenkultur |volume=49 |issue=2 |title=Assessment of soil structure parameters and functions in agricultural soils |url=https://diebodenkultur.boku.ac.at/volltexte/band-49/heft-2/rampazzo.pdf |year=1998 |pages=69-84 |accessdate=30 December 2017 |format=PDF}}</ref>。仮比重が大きいことは土壌が締固められているか、砂、シルト、粘土が混ざることによって小さな粒子が大きな粒子の間隙に入り込んでいることを示している<ref>{{cite journal |last1=Bodman |first1=Geoffrey Baldwin |last2=Constantin |first2=Winfried G.K. |name-list-style=amp |journal=Hilgardia |volume=36 |issue=15 |title=Influence of particle size distribution in soil compaction |doi=10.3733/hilg.v36n15p567 |url=http://ucanr.edu/sites/UCCE_LR/files/203094.pdf |year=1965 |pages=567-91 |accessdate=30 December 2017 |format=PDF}}</ref>。そのため土壌の[[多孔質材料|多孔質体]]としての[[フラクタル次元]]と仮比重の間には正の相関があり<ref>{{cite journal |last1=Zeng |first1=Y. |last2=Gantzer |first2=Clark |last3=Payton |first3=R.L. |last4=Anderson |first4=Stephen H. |name-list-style=amp |journal=Soil Science Society of America Journal |volume=60 |issue=6 |title=Fractal dimension and lacunarity of bulk density determined with X-ray computed tomography |doi=10.2136/sssaj1996.03615995006000060016x |url=https://www.researchgate.net/publication/200750939 |year=1996 |pages=1718-24 |accessdate=30 December 2017 |format=PDF|bibcode=1996SSASJ..60.1718Z }}</ref>、土壌動物が作った構造が存在しないシルト質粘土ロームは透水係数が低いことが説明される<ref>{{cite journal |last1=Rawls |first1=Walter J. |last2=Brakensiek |first2=Donald L. |last3=Saxton |first3=Keith E. |name-list-style=amp |journal=Transactions of the American Society of Agricultural Engineers |volume=25 |issue=5 |title=Estimation of soil water properties |doi=10.13031/2013.33720 |url=http://www.envsci.rutgers.edu/~gimenez/SoilPhysics/HomeworkCommonFiles/Rawls%20et%20al%201982.pdf |year=1982 |pages=1316-20 |accessdate=30 December 2017 |format=PDF |df=dmy-all }}</ref>。

===間隙===
[[ポロシティ|間隙]]（孔隙、空隙）は土壌体積の中で鉱物や有機物のような固体によって占められていない部分であり、空気か水によって占められている。生産力のある中程度の土性の土壌では、間隙は土壌体積の50%程度を占める<ref>{{cite web |title=Physical aspects of crop productivity |url=http://www.fao.org/docrep/v9926e/v9926e04.htm |website=www.fao.org |publisher=Food and Agriculture Organization of the United Nations |location=Rome|accessdate=1 January 2018}}</ref>。[[:en:Pore space in soil#Pore types|間隙の大きさ]]は大きな幅がある。最も小さなもの (<0.1 [[µm]]) はクリプトポア (cryptopore) で、水を保持する力がとても強いため植物は利用できない。植物が利用する水は、より大きいウルトラマイクロポア (ultramicropore) やメソポア (mesopore) (0.1-75 [[µm]]) の水である。さらに大きい[[マクロポア]] (>75 [[µm]]) は、[[圃場容水量]]において空気で満たされている。

土性は最小間隙の総体積を決める<ref>{{cite journal |last1=Rutherford |first1=P. Michael |last2=Juma |first2=Noorallah G. |name-list-style=amp |journal=Biology and Fertility of Soils |volume=12 |issue=4 |title=Influence of texture on habitable pore space and bacterial-protozoan populations in soil |year=1992 |pages=221-27 |doi=10.1007/BF00336036 }}</ref>。すなわち、粘土は砂よりも小さな間隙を持ち、[[透水性]]は極めて低いのにもかかわらず<ref>{{cite web |title=Permeability of different soils |url=https://nptel.ac.in/courses/105103097/27 |website=nptel.ac.in |publisher=NPTEL, Government of India |location=Chennai, India |accessdate=1 January 2018}}</ref>、間隙の総体積は砂よりも大きい<ref>{{cite journal |last=Diamond |first=Sidney |journal=Clays and Clay Minerals |volume=18 |issue=1 |title=Pore size distributions in clays |url=https://www.researchgate.net/publication/255602213 |year=1970 |pages=7-23 |doi=10.1346/CCMN.1970.0180103 |accessdate=1 January 2018 |format=PDF|bibcode=1970CCM....18....7D }}</ref>。土壌構造は土壌の通気性、大きな間隙への影響が強いため、水の浸透と排水に影響を与える{{sfn|Donahue|Miller|Shickluna|1977|pp=62-63}}。耕起は大きな間隙の数を増やすという一時的なメリットがあるものの、土壌団粒が破壊されることによりすぐに劣化する<ref>{{cite web |url=http://passel.unl.edu/pages/informationmodule.php?idinformationmodule=1130447039&topicorder=8&maxto=10 |title=Physical properties of soil and soil water |website=passel.unl.edu |publisher=Plant and Soil Sciences eLibrary |location=Lincoln, Nebraska |accessdate=1 January 2018}}</ref>。

間隙径分布は植物や他の生物による水と酸素の得やすさに影響する。大きな連続した間隙は空気、水、溶解した栄養分を速やかに移動させて供給し（透水性）、小さな間隙は降雨や[[灌漑]]のような水が供給される事象の間に水を蓄える（保水性）<ref>{{cite book |last=Nimmo |first=John R. |date=2004 |chapter=Porosity and pore size distribution |title=Encyclopedia of soils in the environment, volume 3 |edition=1st |editor1-first=Daniel |editor1-last=Hillel |editor2-first=Cynthia |editor2-last=Rosenzweig |editor3-first=David |editor3-last=Powlson |editor4-first=Kate |editor4-last=Scow|editorlink4=Kate Scow |editor5-first=Michail |editor5-last=Singer |editor6-first=Donald |editor6-last=Sparks |publisher=Academic Press |location=London |pages=295-303 |isbn=978-0-12-348530-4 |url=https://wwwrcamnl.wr.usgs.gov/uzf/abs_pubs/papers/nimmo.04.encyc.por.ese.pdf |accessdate=7 January 2018 |format=PDF}}</ref>。間隙径に幅があることにより、間隙は様々な大きさの空間に分かれて、多くの微生物や動物が居住空間が分かれているために直接的な競合をしないという効果もある。そのため、土壌には非常に多くの生物種が生存しているだけでなく、機能的にも似通っている種（通常であれば競合するために淘汰されてしまうような種）が同じ土壌中に共存できるということが説明できる<ref>{{cite journal |last=Giller |first=Paul S. |journal=Biodiversity and Conservation |volume=5 |issue=2 |title=The diversity of soil communities, the 'poor man's tropical rainforest' |url=https://www.researchgate.net/publication/226978038 |year=1996 |pages=135-68 |doi=10.1007/BF00055827 |accessdate=1 January 2018 |format=PDF}}</ref>。

===コンシステンシー===
{{Main|コンシステンシー (土質)}}
コンシステンシーは土壌が自分自身あるいは他の物質に粘着する力であり、変形や破壊に対抗する力である。農耕の問題をおおまかに予測するため<ref>{{cite journal |last1=Boekel |first1=P. |last2=Peerlkamp |first2=Petrus K. |name-list-style=amp |journal=Netherlands Journal of Agricultural Science |volume=4 |issue=1 |title=Soil consistency as a factor determining the soil structure of clay soils |url=http://edepot.wur.nl/211680 |year=1956 |pages=122-25 |accessdate=7 January 2018 |format=PDF}}</ref>、あるいは[[土質力学]]で使われる<ref>{{cite book |last=Day |first=Robert W. |date=2000 |chapter=Soil mechanics and foundations |title=Building design and construction handbook |edition=6th |editor1-first=Frederick S. |editor1-last=Merritt |editor2-first=Jonathan T. |editor2-last=Rickett |publisher=McGraw-Hill Professional |location=New York|isbn=978-0-07-041999-5 |url=http://my.fit.edu/~locurcio/14-Civil%20&%20Const%20handbooks/McGraw%20Hill%20-%20Design%20&%20Const%20Handbook/06-Soils%20&%20Foundations.pdf |accessdate=7 January 2018 |format=PDF}}</ref>。[[国際連合食糧農業機関]]（FAO）によれば、コンシステンシーは3種類の水分状態で測定する<ref>{{cite web |url=http://www.fao.org/fishery/docs/CDrom/FAO_Training/FAO_Training/General/x6706e/x6706e08.htm |title=Soil consistency |publisher=Food and Agriculture Organization of the United Nations |location=Rome |accessdate=7 January 2018}}</ref>。湿潤状態では[[粘度|粘性]]と[[塑性]]を評価し、乾燥状態では土壌試料をこすることで土壌の「ちぎれにくさ」を試験する。湿潤状態における[[せん断]]力に対する抵抗は指の圧力で評価する。さらに、結合コンシステンシー (cemented consistency) は粘土以外の[[炭酸カルシウム]]、二酸化ケイ素、酸化物や塩などの結合物質に依存し、水分状態はこの評価には影響しない。コンシステンシーの境界の評価は、土壌の状態のみかけの感触を使うため、pH のような他の測定値と比べると主観的になる。日本ペドロジー学会は、粘着性と可塑性を判定する指標をまとめている{{Sfn|日本ペドロジー学会編|1997|pp=81-83}}。

土壌のコンシステンシーはビルディングや道路を支持する力を見積もるために有用である。建設をする前には、しばしば土壌の強さがより正確に測定される。土質工学会が1973年に提案した日本統一土質分類法では、液性限界と塑性限界が土壌のコンシステンシーを評価する指標として取り入れられた。土の液性限界と塑性限界の試験法については、[[日本工業規格|JIS]] A 1205 に規定されている{{Sfn|地盤工学会|2010}}。

===温度===
土壌の温度は吸収する熱量と損失する熱量の比に依存する<ref>{{cite journal |last=Deardorff |first=James W. |journal=Journal of Geophysical Research |volume=83 |issue=C4 |title=Efficient prediction of ground surface temperature and moisture, with inclusion of a layer of vegetation |url=http://patarnott.com/atms411/pdf/Deardorff1978GroundTemperature.pdf |year=1978 |pages=1889-903 |doi=10.1029/JC083iC04p01889 |accessdate=28 January 2018 |bibcode=1978JGR....83.1889D |citeseerx=10.1.1.466.5266 }}</ref>。土壌の平均温度は[[生物群系]]によっても異なり -10 から 26&nbsp;°C である<ref>{{cite journal |last1=Hursh |first1=Andrew |last2=Ballantyne |first2=Ashley |last3=Cooper |first3=Leila |last4=Maneta |first4=Marco |last5=Kimball |first5=John |last6=Watts |first6=Jennifer |name-list-style=amp |journal=Global Change Biology |volume=23 |issue=5 |title=The sensitivity of soil respiration to soil temperature, moisture, and carbon supply at the global scale |url=https://pdfs.semanticscholar.org/cd03/8a35140615dfe70b706fac68cfde5b5fef31.pdf |year=2017 |pages=2090-103 |doi=10.1111/gcb.13489 |pmid=27594213 |accessdate=28 January 2018 |bibcode=2017GCBio..23.2090H }}</ref>。土壌温度は[[発芽]]<ref>{{cite journal |last1=Forcella |first1=Frank |last2=Benech Arnold |first2=Roberto L. |last3=Sanchez |first3=Rudolfo |last4=Ghersa |first4=Claudio M. |name-list-style=amp |journal=Field Crops Research |volume=67 |issue=2 |title=Modeling seedling emergence |url=https://pubag.nal.usda.gov/download/25689/PDF |year=2000 |pages=123-39 |doi=10.1016/S0378-4290(00)00088-5 |accessdate=28 January 2018 |format=PDF}}</ref>、種の休眠 ([[:en:seed dormancy|en]]) からの回復<ref>{{cite journal |last1=Benech-Arnold |first1=Roberto L. |last2=Sánchez |first2=Rodolfo A. |last3=Forcella |first3=Frank |last4=Kruk |first4=Betina C. |last5=Ghersa |first5=Claudio M. |name-list-style=amp |journal=Field Crops Research |volume=67 |issue=2 |title=Environmental control of dormancy in weed seed banks in soil |url=https://naldc.nal.usda.gov/download/14449/PDF |year=2000 |pages=105-22 |doi=10.1016/S0378-4290(00)00087-3 |accessdate=28 January 2018 |format=PDF}}</ref><ref>{{cite journal |last1=Herranz |first1=José M. |last2=Ferrandis |first2=Pablo |last3=Martínez-Sánchez |first3=Juan J. |name-list-style=amp |journal=Plant Ecology |volume=136 |issue=1 |title=Influence of heat on seed germination of seven Mediterranean Leguminosae species |url=https://www.researchgate.net/publication/226645015 |year=1998 |pages=95-103 |doi=10.1023/A:1009702318641 |accessdate=28 January 2018 |format=PDF}}</ref>、植物と根の成長<ref>{{cite journal |last1=McMichael |first1=Bobbie L. |last2=Burke |first2=John J. |name-list-style=amp |journal=HortScience |volume=33 |issue=6 |title=Soil temperature and root growth |url=http://hortsci.ashspublications.org/content/33/6/947.full.pdf |year=1998 |pages=947-51 |accessdate=28 January 2018 |doi=10.21273/HORTSCI.33.6.947 }}</ref>、栄養分の可給性<ref>{{cite journal |last1=Tindall |first1=James A. |last2=Mills |first2=Harry A. |last3=Radcliffe |first3=David E. |name-list-style=amp |journal=Journal of Plant Nutrition |volume=13 |issue=8 |title=The effect of root zone temperature on nutrient uptake of tomato |url=https://eurekamag.com/ftext.php?pdf=002248024 |year=1990 |pages=939-56 |doi=10.1080/01904169009364127 |accessdate=28 January 2018 |format=PDF}}</ref> を制御する。土壌温度の季節変化、月変化、日変化は重要であり、変化する幅は深いほど小さくなる<ref>{{cite web |url=http://www.halesowenweather.co.uk/soil_temperatures.htm |publisher=[[Met Office]]|location=Exeter, UK |title=Soil temperatures |accessdate=3 February 2018}}</ref>。土壌を[[マルチング]]によって被覆すると、夏の温度上昇を遅らせ、土壌表面の温度変化を抑制することができる<ref name="Lal1974">{{cite journal |last=Lal |first=Ratan |journal=Plant and Soil |volume=40 |issue=1 |title=Soil temperature, soil moisture and maize yield from mulched and unmulched tropical soils |url=https://eurekamag.com/ftext.php?pdf=000195083 |year=1974 |pages=129-43 |doi=10.1007/BF00011415 |accessdate=3 February 2018 |format=PDF}}</ref>。

多くの場合に、農業では土壌温度に適合させるための作業が必要となる。たとえば、

# 発芽と成長が最大化するような植付けの時期を選ぶ（日照時間にもよる）<ref>{{cite book |last1=Ritchie |first1=Joe T. |last2=NeSmith |first2=D. Scott |name-list-style=amp |date=1991 |chapter=Temperature and crop development |title=Modeling plant and soil systems |edition=1st |editor1-first=John |editor1-last=Hanks |editor2-first=Joe T. |editor2-last=Ritchie |publisher=American Society of Agronomy |location=Madison, Wisconsin |pages=5-29|isbn=978-0-89118-106-4 |chapter-url=https://www.researchgate.net/publication/286506189 |accessdate=4 February 2018 |chapter-format=PDF}}</ref>。
# 10&nbsp;°C 以下の土壌で使用する[[アンモニア]]の使用量を最適化する<ref>{{cite journal|last1=Vetsch |first1=Jeffrey A. |last2=Randall |first2=Gyles W. |name-list-style=amp |journal=Agronomy Journal |volume=96 |issue=2 |title=Corn production as affected by nitrogen application timing and tillage |url=http://nue.okstate.edu/Index_Publications/A_split.pdf |year=2004 |pages=502-09 |doi=10.2134/agronj2004.5020 |accessdate=4 February 2018 }}</ref>。
# 土壌の凍結によって土が持ち上げられる[[凍上]]によって根が浅い植物が被害を受けることを防ぐ<ref>{{cite journal |last1=Holmes |first1=R.M. |last2=Robertson |first2=G.W. |name-list-style=amp |journal=Canadian Journal of Soil Science |volume=40 |issue=2 |title=Soil heaving in alfalfa plots in relation to soil and air temperature |year=1960 |pages=212-18 |doi=10.4141/cjss60-027 }}</ref>。
# 飽和土が凍結することにより理想的な土壌構造が壊されることを防ぐ<ref>{{cite journal |last=Dagesse |first=Daryl F. |journal=Canadian Journal of Soil Science |volume=93 |issue=4 |title=Freezing cycle effects on water stability of soil aggregates |year=2013 |pages=473-83 |doi=10.4141/cjss2012-046 }}</ref>。
# 植物による[[リン]]の吸収を促進する<ref>{{cite journal |last1=Dormaar |first1=Johan F. |last2=Ketcheson |first2=John W. |name-list-style=amp |journal=Canadian Journal of Soil Science |volume=40 |issue=2 |title=The effect of nitrogen form and soil temperature on the growth and phosphorus uptake of corn plants grown in the greenhouse |year=1960 |pages=177-84 |doi=10.4141/cjss60-023 }}</ref>。

土壌温度を上昇させるためには土壌を乾燥させるか<ref>{{cite journal |last1=Fuchs |first1=Marcel |last2=Tanner |first2=Champ B. |name-list-style=amp |journal=Journal of Applied Meteorology |volume=6 |issue=5 |title=Evaporation from a drying soil |year=1967 |pages=852-57 |doi=10.1175/1520-0450(1967)006<0852:EFADS>2.0.CO;2 }}</ref> 透明なプラスチックで[[マルチング]]する<ref>{{cite journal |last1=Waggoner |first1=Paul E. |last2=Miller |first2=Patrick M. |last3=De Roo |first3=Henry C. |name-list-style=amp |journal=Bulletin of the Connecticut Agricultural Experiment Station |volume=634 |title=Plastic mulching: principles and benefits |url=https://archive.org/details/plasticmulchingp00wagg |year=1960 |pages=1-44 |accessdate=10 February 2018 |format=PDF}}</ref>。有機物によるマルチングは土壌の温度上昇を抑える<ref name="Lal1974"/>。

土壌温度に影響を与える要因には様々なものがある。たとえば、水分量<ref>{{cite journal |last=Beadle |first=Noel C.W. |journal=Journal of Ecology |volume=28 |issue=1 |title=Soil temperatures during forest fires and their effect on the survival of vegetation |url=http://firearchaeology.com/Direct_Effects_files/Beadle_1940.pdf |year=1940 |pages=180-92 |doi=10.2307/2256168 |accessdate=18 February 2018 |jstor=2256168 }}</ref>、土の色<ref name="Post">{{cite journal |last1=Post |first1=Donald F. |last2=Fimbres |first2=Adan |last3=Matthias |first3=Allan D. |last4=Sano |first4=Edson E. |last5=Accioly |first5=Luciano |last6=Batchily |first6=A. Karim |last7=Ferreira |first7=Laerte G. |name-list-style=amp |journal=Soil Science Society of America Journal |volume=64 |issue=3 |title=Predicting soil albedo from soil color and spectral reflectance data |url=https://www.researchgate.net/publication/237751086 |year=2000 |pages=1027-34 |doi=10.2136/sssaj2000.6431027x |accessdate=25 February 2018 |format=PDF|bibcode=2000SSASJ..64.1027P }}</ref>、土地の起伏（傾斜の角度と向き、高さ）<ref>{{cite journal |last1=Macyk |first1=T.M. |last2=Pawluk |first2=S. |last3=Lindsay |first3=J.D. |name-list-style=amp |journal=Canadian Journal of Soil Science |volume=58 |issue=3 |title=Relief and microclimate as related to soil properties |year=1978 |pages=421-38 |doi=10.4141/cjss78-049 }}</ref>、土壌被覆（日陰と断熱）、そして気温である<ref>{{cite journal |last1=Zheng |first1=Daolan |last2=Hunt Jr |first2=E. Raymond |last3=Running |first3=Steven W. |name-list-style=amp |journal=Climate Research |volume=2 |issue=3 |title=A daily soil temperature model based on air temperature and precipitation for continental applications |url=https://www.int-res.com/articles/cr/2/c002p183.pdf |year=1993 |pages=183-91 |doi=10.3354/cr002183 |bibcode=1993ClRes...2..183Z |accessdate=10 March 2018 |format=PDF}}</ref>。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<ref>{{cite journal |last1=Kang |first1=Sinkyu |last2=Kim |first2=S. |last3=Oh |first3=S. |last4=Lee |first4=Dowon |name-list-style=amp |journal=Forest Ecology and Management |volume=136 |issue=1-3 |title=Predicting spatial and temporal patterns of soil temperature based on topography, surface cover and air temperature |url=https://www.academia.edu/9410216 |year=2000 |pages=173-84 |doi=10.1016/S0378-1127(99)00290-X |accessdate=4 March 2018 |format=PDF}}</ref>。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<ref name="Post"/>。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<ref>{{cite journal |last=Bristow |first=Keith L. |journal=Agricultural and Forest Meteorology |volume=89 |issue=2 |title=Measurement of thermal properties and water content of unsaturated sandy soil using dual-probe heat-pulse probes |url=https://eurekamag.com/ftext.php?pdf=003197845 |year=1998 |pages=75-84 |doi=10.1016/S0168-1923(97)00065-8 |accessdate=4 March 2018 |format=PDF|bibcode=1998AgFM...89...75B }}</ref>。水の比熱容量はおよそ1 cal g<sup>&minus;1</sup> K<sup>&minus;1</sup> であり、乾燥土壌の比熱容量はおよそ 0.2 cal g<sup>&minus;1</sup> K<sup>&minus;1</sup>であるため、湿潤土壌の比熱容量は 0.2 から 1 cal g<sup>&minus;1</sup> K<sup>&minus;1</sup> (0.8 から 4.2 J g<sup>&minus;1</sup> K<sup>&minus;1</sup>) である<ref>{{cite journal |last=Abu-Hamdeh |first=Nidal H. |journal=Biosystems Engineering |volume=86 |issue=1 |title=Thermal properties of soils as affected by density and water content |url=https://www.academia.edu/1319876 |year=2003 |pages=97-102 |doi=10.1016/S1537-5110(03)00112-0 |accessdate=4 March 2018 |format=PDF}}</ref>。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 ℃ で 2442 J g<sup>&minus;1</sup>) 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&nbsp;°C 低い<ref>{{cite journal |last=Beadle |first=N.C.W. |journal=Journal of Ecology |volume=28 |issue=1 |title=Soil temperatures during forest fires and their effect on the survival of vegetation |url=http://firearchaeology.com/Direct_Effects_files/Beadle_1940.pdf |year=1940 |pages=180-92 |doi=10.2307/2256168 |accessdate=11 March 2018 |jstor=2256168 }}</ref>。

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

: <math>q_x = - k \frac{\delta T}{\delta x}</math>

記号の意味と[[国際単位系]]による単位は
: <math>q</math> は熱流束密度 (W·m<sup>−2</sup>)
: <math>k</math> は土壌の[[熱伝導率]] (W·m<sup>−1</sup>·K<sup>−1</sup>) であり、熱伝導率は定数とすることもあり、土壌表面からある深さまでの平均値が使われることもある。
: <math>\delta T</math> は熱流束密度を計算する土壌の2点間の温度差 (K)
: <math>\delta x</math> は熱流束密度を計算する土壌の2点間の距離 (m) であり、x は下方に向かって正とする。

熱流束の方向は温度勾配とは逆になるため、マイナスの符号がついている。すなわち、深さ x よりも表面の温度が高ければ、マイナスの符号がついていることにより熱流束 q は正の値を取り、熱は土壌中に入ってくることを意味することとなる。

{| class="wikitable"
|+土壌の成分と熱伝導率<ref name="Brady"/>
|-
! 成分!! 熱伝導率 (W·m<sup>‐1</sup>·K<sup>‐1</sup>)
|-
| 石英 || 8.8
|-
| 粘土 || 2.9
|-
| 有機物 || 0.25
|-
| 水 || 0.57
|-
| 氷 || 2.4
|-
| 空気 || 0.025
|-
| 乾燥土壌 || 0.2 - 0.4
|-
| 湿潤土壌 || 1 - 3
|-
|}

土壌温度は[[発芽]]の初期における生育にとって重要である<ref>{{cite journal |last=Barney |first=Charles W. |journal=Plant Physiology |volume=26 |issue=1 |title=Effects of soil temperature and light intensity on root growth of loblolly pine seedlings |year=1951 |pages=146-63 |doi=10.1104/pp.26.1.146 |pmid=16654344 |pmc=437627 }}</ref>。土壌温度は根の[[解剖学]]的および[[形態学 (生物学)|形態学]]的特徴に影響を与える<ref>{{cite journal |last1=Equiza |first1=Maria A. |last2=Miravé |first2=Juan P. |last3=Tognetti |first3=Jorge A. |name-list-style=amp |journal=Annals of Botany |volume=87 |issue=1 |title=Morphological, anatomical and physiological responses related to differential shoot vs. root growth inhibition at low temperature in spring and winter wheat |url=https://eurekamag.com/ftext.php?pdf=003504275 |year=2001 |pages=67-76 |doi=10.1006/anbo.2000.1301 |accessdate=17 March 2018 |format=PDF}}</ref>。温度が低下すると水と[[原形質]]の粘性が上昇するため、土壌と根の全ての物理化学生物的過程に土壌温度は影響する<ref>{{cite journal |last1=Babalola |first1=Olubukola |last2=Boersma |first2=Larry |last3=Youngberg |first3=Chester T. |name-list-style=amp |journal=Plant Physiology |volume=43 |issue=4 |title=Photosynthesis and transpiration of Monterey pine seedlings as a function of soil water suction and soil temperature |url=http://www.plantphysiol.org/content/plantphysiol/43/4/515.full.pdf |year=1968 |pages=515-21 |doi=10.1104/pp.43.4.515 |pmid=16656800 |accessdate=17 March 2018 |pmc=1086880 }}</ref>。一般に、地上で[[カナダ]][[トウヒ]]が生育するような気候であれば、カナダトウヒの根が生育できるだけの土壌温度がある。そのため、カナダの一部の[[永久凍土]]地帯ではカナダトウヒが生育し<ref>{{cite journal |last=Gill |first=Don |journal=Canadian Journal of Earth Sciences |volume=12 |issue=2 |title=Influence of white spruce trees on permafrost-table microtopography, Mackenzie River Delta |url=https://eurekamag.com/ftext.php?pdf=000118451 |year=1975 |pages=263-72 |doi=10.1139/e75-023 |accessdate=18 March 2018 |format=PDF|bibcode=1975CaJES..12..263G }}</ref>、[[球果植物門|針葉樹]]の木化していない若い根は凍結に対する耐性がほとんどないが<ref>{{cite journal |last1=Coleman |first1=Mark D. |last2=Hinckley |first2=Thomas M. |last3=McNaughton |first3=Geoffrey |last4=Smit |first4=Barbara A. |name-list-style=amp |journal=Canadian Journal of Forest Research |volume=22 |issue=7 |title=Root cold hardiness and native distribution of subalpine conifers |url=https://www.researchgate.net/publication/235695452 |year=1992 |pages=932-38 |doi=10.1139/x92-124 |accessdate=25 March 2018 |format=PDF}}</ref>、木化して二次[[細胞壁]]によって守られているカナダトウヒの根は 5〜20&nbsp;°C では影響を受けなかった<ref>{{cite journal |last1=Binder |first1=Wolfgang D. |last2=Fielder |first2=Peter |name-list-style=amp |journal=New Forests |volume=9 |issue=3 |title=Heat damage in boxed white spruce (Picea glauca [Moench.] Voss) seedlings: its pre-planting detection and effect on field performance |url=https://eurekamag.com/ftext.php?pdf=002630271 |year=1995 |pages=237-59 |doi=10.1007/BF00035490 |accessdate=25 March 2018 |format=PDF}}</ref>。

木の根にとって最適な温度は一般に 10 から 25&nbsp;°C の範囲であり<ref>{{cite journal |last1=McMichael |first1=Bobby L. |last2=Burke |first2=John J. |name-list-style=amp |journal=HortScience |volume=33 |issue=6 |title=Soil temperature and root growth |url=http://hortsci.ashspublications.org/content/33/6/947.full.pdf |year=1998 |pages=947-51 |accessdate=1 April 2018 |doi=10.21273/HORTSCI.33.6.947 }}</ref>、トウヒでもその範囲である<ref name="Landhäusser">{{cite journal |last1=Landhäusser |first1=Simon M. |last2=DesRochers |first2=Annie |last3=Lieffers |first3=Victor J. |name-list-style=amp |journal=Canadian Journal of Forest Research |volume=31 |issue=11 |title=A comparison of growth and physiology in Picea glauca and Populus tremuloides at different soil temperatures |url=https://www.academia.edu/15511627 |year=2001 |pages=1922-29 |doi=10.1139/x01-129 |accessdate=1 April 2018 |format=PDF}}</ref>。2週間成長した白いトウヒの[[苗]]を 15, 19, 23, 27, 31&nbsp;°C で生育したところ、苗条の高さと乾燥質量、茎の直径、根の伸長、体積と乾燥質量は、全て19 °C で最大となった <ref>{{cite journal |last1=Heninger |first1=Ronald L. |last2=White |first2=D.P. |name-list-style=amp |journal=Forest Science |volume=20 |issue=4 |title=Tree seedling growth at different soil temperatures |url=https://academic.oup.com/forestscience/article/20/4/363/4675565 |year=1974 |pages=363-67 |doi=10.1093/forestscience/20.4.363 |accessdate=1 April 2018 |format=PDF|doi-broken-date=2019-03-10 }}</ref>。

しかし、[[:en:Populus tremuloides|trembling aspen]] や [[:en:Populus balsamifera|balsam poplar]] のようなポプラでは 5 から 25&nbsp;°C までの土壌温度と生育に強い正の相関が見られるにもかかわらず、トウヒでは土壌温度が上昇してもほとんど変化はない<ref name="Landhäusser"/><ref>{{cite journal |last1=Tryon |first1=Peter R. |last2=Chapin |first2=F. Stuart III |name-list-style=amp |journal=Canadian Journal of Forest Research |volume=13 |issue=5 |title=Temperature control over root growth and root biomass in taiga forest trees |year=1983 |pages=827-33 |doi=10.1139/x83-112 }}</ref><ref>{{cite journal |last1=Landhäusser |first1=Simon M. |last2=Silins |first2=Uldis |last3=Lieffers |first3=Victor J. |last4=Liu |first4=Wei |name-list-style=amp |journal=Scandinavian Journal of Forest Research |volume=18 |issue=5 |title=Response of Populus tremuloides, Populus balsamifera, Betula papyrifera and Picea glauca seedlings to low soil temperature and water-logged soil conditions |url=https://www.researchgate.net/publication/41107813 |year=2003 |pages=391-400 |doi=10.1080/02827580310015044 |accessdate=1 April 2018 |format=PDF}}</ref><ref>{{cite journal |last1=Turner |first1=N.C. |last2=Jarvis |first2=Paul G. |name-list-style=amp |journal=Journal of Applied Ecology |volume=12 |issue=2 |title=Photosynthesis in Sitka spruce (Picea sitchensis (Bong.) Carr. IV. Response to soil temperature |jstor=2402174 |year=1975 |pages=561-76 |doi=10.2307/2402174 }}</ref><ref>{{cite journal |last1=Day |first1=Tolly A. |last2=DeLucia |first2=Evan H. |last3=Smith |first3=William K. |name-list-style=amp |year=1990 |title=Effect of soil temperature on stem flow, shoot gas exchange and water potential of ''Picea engelmannii'' (Parry) during snowmelt |jstor=4219453 |journal=Oecologia |volume=84 |issue=4 |pages=474-81 |doi=10.1007/bf00328163 |bibcode=1990Oecol..84..474D |pmid=28312963 }}</ref>。そのような低温に対する反応性の低さは、多くのカナダ西部の針葉樹に共通している<ref>{{cite journal |last=Green |first=D. Scott |year=2004 |title=Describing condition-specific determinants of competition in boreal and sub-boreal mixedwood stands |journal=Forestry Chronicle |volume=80 |issue=6 |pages=736-42 |doi=10.5558/tfc80736-6 }}</ref>。

[[地球温暖化]]によって土壌温度が上昇することによる[[気候変動]]へのフィードバック効果については、有機物の分解が促進されて気候変動が促進されるという正のフィードバック効果と、[[二酸化炭素貯留]]を促進して気候変動が抑制されるという負のフィードバックの2つが議論されている<ref>{{cite journal |last1=Davidson |first1=Eric A. |last2=Janssens |first2=Ivan A. |name-list-style=amp |year=2006 |title=Temperature sensitivity of soil carbon decomposition and feedbacks to climate change |url=https://pdfs.semanticscholar.org/a821/54357b012bd2b159d5edea949ffc2398561d.pdf |journal=[[Nature (journal)|Nature]] |volume=440 |issue=7081 |pages=165-73 |doi=10.1038/nature04514 |pmid=16525463 |accessdate=8 April 2018 |bibcode=2006Natur.440..165D }}</ref>。最大の懸念は[[永久凍土]]が融解して貯留されていた[[炭素]]が放出され<ref>{{cite journal |last1=Schaefer |first1=Kevin |last2=Zhang |first2=Tingjun |last3=Bruhwiler |first3=Lori |last4=Barrett |first4=Andrew P. |name-list-style=amp |year=2011 |title=Amount and timing of permafrost carbon release in response to climate warming |url=https://www.tandfonline.com/doi/pdf/10.1111/j.1600-0889.2010.00527.x |journal=Tellus B |volume=63 |issue=2 |pages=165-80 |doi=10.1111/j.1600-0889.2011.00527.x |accessdate=8 April 2018 |format=PDF|bibcode=2011TellB..63..165S }}</ref>、生態系が崩れることである<ref>{{cite journal |last1=Jorgenson |first1=M. Torre |last2=Racine |first2=Charles H. |last3=Walters |first3=James C. |last4=Osterkamp |first4=Thomas E. |name-list-style=amp |year=2001 |title=Permafrost degradation and ecological changes associated with a warming climate in Central Alaska |journal=Climatic Change |volume=48 |issue=4 |pages=551-79 |doi=10.1023/A:1005667424292 |citeseerx=10.1.1.420.5083}}</ref>。

===色===
土を見る時には、まず土の色 ([[:en:soil color|en]]) に印象づけられることが多い。鮮明な色と対照的なパターンがあれば、特に注目される。[[アメリカ合衆国]]の[[レッド川 (ミシシッピ川水系)|レッド川]]は[[赤土]]が侵食された[[堆積物]]を運ぶ。[[中国]]の[[黄河]]は[[黄土]]が侵食された黄色い堆積物を運ぶ。[[グレートプレーンズ]]のモリソル ([[:en:Mollisol|en]]) は有機物に富み、暗褐色である。[[タイガ]]の[[ポドゾル]]は酸性と溶脱のために明瞭な層を形成する。

土の色は一般に有機物量、排水条件、酸化の度合いによって決まる。土の色は簡単に認識できるが土壌の性質を推測するためにはほとんど役に立たない{{sfn|Donahue|Miller|Shickluna|1977|p=71}}。土壌断面観察において[[土壌層位]]の境界を見分ける時には役に立つ<ref>{{cite web |url=https://blogs.egu.eu/divisions/sss/2014/03/30/soil-color-never-lies/ |publisher=European Geosciences Union |title=Soil color never lies |accessdate=25 February 2018}}</ref>。土壌層位による色の違いは、土壌の母材<ref>{{cite journal |last1=Viscarra Rossel |first1=Raphael A. |last2=Cattle |first2=Stephen R. |last3=Ortega |first3=A. |last4=Fouad |first4=Youssef |name-list-style=amp |journal=Geoderma |volume=150 |title=In situ measurements of soil colour, mineral composition and clay content by vis-NIR spectroscopy |year=2009 |pages=253-66 |df=dmy-all |citeseerx=10.1.1.462.5659 }}</ref>、水分量と浸水条件<ref name="Blavet">{{cite journal |last1=Blavet |first1=Didier |last2=Mathe |first2=E. |last3=Leprun |first3=Jean-Claude |name-list-style=amp |journal=Catena |volume=39 |issue=3 |title=Relations between soil colour and waterlogging duration in a representative hillside of the West African granito-gneissic bedrock |url=http://horizon.documentation.ird.fr/exl-doc/pleins_textes/pleins_textes_7/b_fdi_55-56/010021572.pdf |year=2000 |pages=187-210 |doi=10.1016/S0341-8162(99)00087-9 |accessdate=13 January 2018 |format=PDF}}</ref>、土壌中の有機物<ref>{{cite journal |last1=Shields |first1=J.A. |last2=Paul |first2=Eldor A. |last3=St. Arnaud |first3=Roland J. |last4=Head |first4=W.K. |name-list-style=amp |journal=Canadian Journal of Soil Science |volume=48 |issue=3 |title=Spectrophotometric measurement of soil color and its relationship to moisture and organic matter |year=1968 |pages=271-80 |doi=10.4141/cjss68-037 }}</ref>、酸化鉄<ref name="Barrón">{{cite journal |last1=Barrón |first1=Vidal |last2=Torrent |first2=José |name-list-style=amp |journal=Journal of Soil Science |volume=37 |issue=4 |title=Use of the Kubelka-Munk theory to study the influence of iron oxides on soil colour |url=http://www.uco.es/organiza/departamentos/decraf/pdf-edaf/JSS1986.pdf |year=1986 |pages=499-510 |doi=10.1111/j.1365-2389.1986.tb00382.x |accessdate=5 January 2018 |format=PDF}}</ref>、粘土<ref>{{cite journal |last1=Viscarra Rossel |first1=Raphael A. |last2=Cattle |first2=Stephen R. |last3=Ortega |first3=Andres |last4=Fouad |first4=Youssef |name-list-style=amp |journal=Geoderma |volume=150 |issue=3/4 |title=In situ measurements of soil colour, mineral composition and clay content by vis-NIR spectroscopy |year=2009 |pages=253-66 |doi=10.1016/j.geoderma.2009.01.025 |bibcode=2009Geode.150..253V |citeseerx=10.1.1.462.5659 }}</ref> の量の定性的な指標となる。土の色は[[マンセル・カラー・システム]]で 10YR3/4 のように記録される。ここで 10YR3/4 の 10YR は[[色相]]、3 は[[明度]]、 4 は[[彩度]]を表す。マンセルの色の三属性（色相、彩度、明度）は試料で平均して定量的な[[パラメータ]]として取り扱うことができて、土壌<ref>{{cite journal |last1=Ponge |first1=Jean-François |last2=Chevalier |first2=Richard |last3=Loussot |first3=Philippe |name-list-style=amp |journal=Soil Science Society of America Journal |volume=66 |issue=6 |title=Humus Index: an integrated tool for the assessment of forest floor and topsoil properties |url=https://www.researchgate.net/publication/240789573 |year=2002 |pages=1996-2001 |doi=10.2136/sssaj2002.1996 |accessdate=14 January 2018 |format=PDF|bibcode=2002SSASJ..66.1996P }}</ref> や[[植生]]<ref>{{cite journal |last1=Maurel |first1=Noelie |last2=Salmon |first2=Sandrine |last3=Ponge |first3=Jean-François |last4=Machon |first4=Nathalie |last5=Moret |first5=Jacques |last6=Muratet |first6=Audrey |name-list-style=amp |journal=Biological Invasions |volume=12 |issue=6 |title=Does the invasive species Reynoutria japonica have an impact on soil and flora in urban wastelands? |url=https://www.researchgate.net/publication/234058727 |year=2010 |pages=1709-19 |doi=10.1007/s10530-009-9583-4 |accessdate=14 January 2018 |format=PDF}}</ref> の種類と強い相関を示す。

土の色は主に土壌鉱物に影響を受ける。多くの土の色は種々の鉄鉱物によるものである<ref name="Barrón"/>。土壌断面に発達する色の分布は化学的および生物的風化、特に[[酸化還元反応]]によるものである<ref name="Blavet"/>。土壌の母材の一次鉱物が風化すると、[[元素]]は新しい様々な色の[[化合物]]になる。[[鉄]]は黄色または赤色の二次鉱物となり<ref>{{cite journal |last1=Davey |first1=B.G. |last2=Russell |first2=J.D. |last3=Wilson |first3=M. Jeff |name-list-style=amp |journal=Geoderma |volume=14 |issue=2 |title=Iron oxide and clay minerals and their relation to colours of red and yellow podzolic soils near Sydney, Australia |url=https://eurekamag.com/ftext.php?pdf=000415486 |year=1975 |pages=125-38 |doi=10.1016/0016-7061(75)90071-3 |accessdate=21 January 2018 |format=PDF|bibcode=1975Geode..14..125D }}</ref>、有機物は黒色と褐色の[[腐植土|腐植]]となり
<ref>{{cite journal |last=Anderson |first=Darwin W. |journal=European Journal of Soil Science |volume=30 |issue=1 |title=Processes of humus formation and transformation in soils of the Canadian Great Plains |year=1979 |pages=77-84 |doi=10.1111/j.1365-2389.1979.tb00966.x }}</ref>、[[マンガン]]
<ref>{{cite journal |last1=Vodyanitskii |first1=Yu. N. |last2=Vasil'ev |first2=A.A. |last3=Lessovaia |first3=Sofia N. |last4=Sataev |first4=E.F. |last5=Sivtsov |first5=A.V.|name-list-style=amp |journal=Eurasian Soil Science |volume=37 |issue=6 |title=Formation of manganese oxides in soils |url=https://www.researchgate.net/publication/279708542 |year=2004 |pages=572-84 |accessdate=21 January 2018 |format=PDF}}</ref> と[[硫黄]]<ref>{{cite book |last1=Fanning |first1=D.S. |last2=Rabenhorst |first2=M.C. |last3=Bigham |first3=J.M. |name-list-style=amp |date=1993 |chapter=Colors of acid sulfate soils |title=Soil color |edition=1st |editor1-first=J.M. |editor1-last=Bigham |editor2-first=E.J. |editor2-last=Ciolkosz |publisher=Soil Science Society of America |location=Fitchburg, Wisconsin |pages=91-108 |isbn=978-0-89118-926-8 |url=https://dl.sciencesocieties.org/publications/books/abstracts/sssaspecialpubl/soilcolor/91 |accessdate=21 January 2018 |subscription=yes}}</ref> は黒い沈殿物を形成する。これらの色素は土壌中で様々な色のパターンを作る。酸素が豊富な環境では均一のあるいは緩やかな色の変化を生じるのに対し、酸素が乏しい環境では複雑な斑点模様や色の集積を伴う速やかな色の流れが生じる<ref>{{cite web |url=https://www.nrcs.usda.gov/wps/portal/nrcs/detail/soils/edu/?cid=nrcs142p2_054286 | publisher=U.S. Department of Agriculture - Natural Resources Conservation Service |title=The color of soil |accessdate=7 January 2018}}</ref>。

===電気抵抗===
土壌の電気抵抗 ([[:en:Soil resistivity|en]]) は土壌が電流の伝導を妨げる力を表すものである。土壌の[[電気抵抗]]は、土壌と接触する金属建造物の電気化学的腐食 ([[:en:galvanic corrosion|en]]) に影響する<ref>{{cite journal |last1=Bansode |first1=Vishal M. |last2=Vagge |first2=Shashikant T. |last3=Kolekar |first3=Aniket B. |name-list-style=amp |journal=International Journal of Research and Scientific Innovation |volume=2 |issue=11 |title=Relationship between soil properties and corrosion of steel pipe in alkaline soils |url=http://www.rsisinternational.org/Issue20/57-61.pdf |year=2015 |pages=57-61 |accessdate=22 April 2018 |format=PDF}}</ref>。高い含水率あるいは高い[[電解質]]濃度は電気抵抗を下げて電気伝導を増加させ、腐食の速度を上げる<ref>{{cite journal |last1=Noor |first1=Ehteram A. |last2=Al-Moubaraki |first2=Aisha |name-list-style=amp |journal=Arabian Journal for Science and Engineering |volume=39 |issue=7 |title=Influence of soil moisture content on the corrosion behavior of X60 steel in different soils |url=https://www.researchgate.net/publication/272039484 |year=2014 |pages=5421-35 |doi=10.1007/s13369-014-1135-2 |accessdate=22 April 2018 |format=PDF}}</ref><ref>{{cite journal |last1=Amrheln |first1=Christopher |last2=Strong |first2=James E. |last3=Mosher |first3=Paul A.
 |name-list-style=amp |journal=Environmental Science and Technology |volume=26 |issue=4 |title=Effect of deicing salts on metal and organic matter mobility in roadside soils |url=https://eurekamag.com/ftext.php?pdf=002354564 |year=1992 |pages=703-09 |doi=10.1021/es00028a006 |accessdate=22 April 2018 |format=PDF|bibcode=1992EnST...26..703A }}</ref>。土壌の電気抵抗値は一般に 1 Ω·m（塩性土壌）から 100000 Ω·m（結晶質岩上の乾燥土壌）までの幅がある<ref>{{cite journal |last1=Samouëlian |first1=Anatja |last2=Cousin |first2=Isabelle |last3=Tabbagh |first3=Alain |last4=Bruand |first4=Ary |last5=Richard |first5=Guy |name-list-style=amp |journal=Soil and Tillage Research |volume=83 |issue=2 |title=Electrical resistivity survey in soil science: a review |url=https://hal-insu.archives-ouvertes.fr/hal-00023493/document |year=2005 |pages=173-93 |doi=10.1016/j.still.2004.10.004 |accessdate=29 April 2018 |format=PDF|citeseerx=10.1.1.530.686 }}</ref>。

==水==
{{Further|含水率|水ポテンシャル}}

フィールド（土地利用を問わず[[農地]]、森林、[[原野]]などのある一定の領域）に入った水は、[[表面流出]]、[[排水]]、[[蒸発]]、[[蒸散]]によって除去される<ref>{{cite journal |last1=Wallace |first1=James S. |last2=Batchelor |first2=Charles H. |name-list-style=amp |journal=Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences |volume=352 |issue=1356 |title=Managing water resources for crop production |year=1997 |pages=937-47 |doi=10.1098/rstb.1997.0073 |pmc=1691982 }}</ref>。表面流出は土壌の表面をフィールドの端まで流れる水である。排水は土壌中を下方に流れるか地下を通ってフィールドの端まで流れる水である。フィールドからの蒸発損失はフィールドの表面から大気へ蒸発する水であり、蒸散は植物から蒸発してフィールドから失われる水である。

水は土壌生成、土壌構造、土壌の安定性、侵食に影響を与えるが、最大の関心は植物への影響である<ref>{{cite journal |last1=Veihmeyer |first1=Frank J. |last2=Hendrickson |first2=Arthur H. |name-list-style=amp |journal=Plant Physiology |volume=2 |issue=1 |title=Soil-moisture conditions in relation to plant growth |year=1927 |pages=71-82 |doi=10.1104/pp.2.1.71 |pmid=16652508 |pmc=439946 }}</ref>。水が植物にとって必須である4つの理由を示す。

# [[原形質]]の 80%-95% が水である。
# [[光合成]]にとって必須である。
# [[栄養素]]を溶解して植物の体内に取り込み、全身に運ぶ。
# 植物の体を支えるための[[膨圧]]を発生させる。{{sfn|Donahue|Miller|Shickluna|1977|p=72}}

それに加えて、水は鉱物を溶解して運んで再度[[沈殿]]させる事で、土壌断面の下の方までを変化させる<ref>{{cite book |last1=Van Breemen |first1=Nico |last2=Buurman |first2=Peter |name-list-style=amp |date=2003 |title=Soil formation |edition=2nd |isbn=978-0-306-48163-5 |publisher=[[Kluwer Academic Publishers]] |location=Dordrecht, The Netherlands |url=https://www.researchgate.net/publication/40190754 |accessdate=29 April 2018 |format=PDF}}</ref>。ローム土では、固相の体積は全体の半分であり、ガスが4分の1、水が残りの4分の1であり<ref name="McClellan2017">{{cite web |last=McClellan |first=Tai |title=Soil composition |url=https://www.ctahr.hawaii.edu/mauisoil/a_comp.aspx |publisher=University of Hawai‘i - College of Tropical Agriculture and Human Resources |accessdate=29 April 2018}}</ref>、[[水ポテンシャル#マトリックポテンシャル|マトリックポテンシャル]]に強く依存するものの、その水の中で半分程度が多くの植物にとって利用できる水である<ref>{{cite journal |last1=Ratliff |first1=Larry F. |last2=Ritchie |first2=Jerry T. |last3=Cassel |first3=D. Keith |name-list-style=amp |journal=Soil Science Society of America Journal |volume=47 |issue=4 |title=Field-measured limits of soil water availability as related to laboratory-measured properties |url=https://www.researchgate.net/publication/250125818 |year=1983 |pages=770-75 |doi=10.2136/sssaj1983.03615995004700040032x |accessdate=29 April 2018 |format=PDF|bibcode=1983SSASJ..47..770R }}</ref>。

水浸しになったフィールドは[[重力]]によってまずは重力水を排水し、水分量が[[圃場容水量]]に達すると、水が土粒子の表面に粘着・結合する力、すなわち保水力によってこれ以上排水が進みにくくなる{{sfn|Wadleigh|1957|p=48}}。その状態では、植物は水を吸い上げるために吸引圧をかける必要がある{{sfn|Wadleigh|1957|p=48}}{{sfn|Richards|Richards|1957|p=50}}。この圃場容水量の状態から、植物が利用できる水の量を有効水分量という{{sfn|Wadleigh|1957|p=48}}{{sfn|Richards|Richards|1957|p=56}}。有効水分量を利用しきってしまうと、残りの水は植物が吸い上げる力が足りなくて利用することができないので、そのような植物が利用できない水の量を無効水分量という。その時の吸引圧は 1500 kPa (15 bar) の[[永久しおれ点]]であり、種は発芽せず{{sfn|Wadleigh|1957|p=39}}{{sfn|Wadleigh|1957|p=48}}{{sfn|Richards|Richards|1957|p=52}}、植物はしおれてやがて枯死する。水は[[重力]]、[[浸透圧]]、[[毛細管現象]]の影響を受けて移動する<ref>{{cite web |url=http://www.soilphysics.okstate.edu/software/water/infil.html |title=Water movement in soils |website=Oklahoma State University |accessdate=1 May 2018}}</ref>。水が土に入ると、土壌中の[[マクロポア]]から空気を[[浮力]]によって追い出し、団粒中に空気を封入させて団粒を破壊する。この現象を[[スレーキング]] ([[:en:Slaking (geology)|en]]) という<ref>{{cite journal |last=Le Bissonnais |first=Yves |journal=European Journal of Soil Science |volume=67 |issue=1 |title=Aggregate stability and assessment of soil crustability and erodibility. I. Theory and methodology |url=https://eurekamag.com/pdf/002/002748456.pdf |year=2016 |pages=11-21 |doi=10.1111/ejss.4_12311 |accessdate=5 May 2018 |format=PDF}}</ref>。

土壌が水を吸収する速度は土壌の性質とその他の条件に依存する。植物が成長すると、根はまず大きな間隙（マクロポア）から水を取り入れる。すぐに大きな間隙は空気だけになり、残りの水は中程度あるいは小さなサイズの間隙にだけ存在するようになる。最小間隙の水は土粒子の表面にあまりにも強く結合していて、根はそれを引きはがすだけの力を持っていない。そのため、土壌中の全ての水が植物にとって利用可能でなく、利用可能な水の量は[[土性]]に強く依存する<ref name="Easton">{{cite journal|url=https://hdl.handle.net/10919/75545 |last1=Easton |first1=Zachary M. |last2=Bock |first2=Emily |name-list-style=amp |title=Soil and soil water relationships |website=Virginia Tech |date=2016 |accessdate=2020-06-29}}</ref>。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<ref>{{cite journal |last1=Sims |first1=J. Thomas |last2=Simard |first2=Régis R. |last3=Joern |first3=Brad Christopher |name-list-style=amp |journal=Journal of Environmental Quality |volume=27 |issue=2 |title=Phosphorus loss in agricultural drainage: historical perspective and current research |url=https://www.researchgate.net/publication/247175178 |year=1998 |pages=277-93 |doi=10.2134/jeq1998.00472425002700020006x |accessdate=6 May 2018 |format=PDF}}</ref>。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<ref>{{cite journal |last1=Brooks |first1=Royal H. |last2=Corey |first2=Arthur T. |name-list-style=amp |journal=Journal of the Irrigation and Drainage Division |volume=92 |issue=2 |title=Properties of porous media affecting fluid flow |url=http://www.discovery-group.com/pdfs/Brooks_Corey_1966.pdf |year=1966 |pages=61-90 |accessdate=6 May 2018 |format=PDF}}</ref>。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<ref>{{cite web |url=https://www.nature.com/scitable/knowledge/library/water-uptake-and-transport-in-vascular-plants-103016037 |last1=McElrone |first1=Andrew J. |last2=Choat |first2=Brendan |last3=Gambetta |first3=Greg A. |last4=Brodersen |first4=Craig R. |name-list-style=amp |title=Water uptake and transport in vascular plants |website=The Nature Education Knowledge Project |accessdate=6 May 2018}}</ref><ref>{{cite journal |last=Steudle |first=Ernst |journal=Plant and Soil |volume=226 |issue=1 |title=Water uptake by plant roots: an integration of views |url=https://eurekamag.com/pdf/011/011648732.pdf |year=2000 |pages=45-56 |doi=10.1023/A:1026439226716 |accessdate=6 May 2018 |format=PDF}}</ref>。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
<ref>{{cite journal |last1=Wilcox |first1=Carolyn S. |last2=Ferguson |first2=Joseph W. |last3=Fernandez |first3=George C.J. |last4=Nowak |first4=Robert S. |name-list-style=amp |journal=Journal of Arid Environments |volume=56 |issue=1 |title=Fine root growth dynamics of four Mojave Desert shrubs as related to soil moisture and microsite |url=https://eurekamag.com/pdf/004/004162907.pdf |year=2004 |pages=129-48 |doi=10.1016/S0140-1963(02)00324-5 |accessdate=6 May 2018 |format=PDF|bibcode=2004JArEn..56..129W }}</ref>、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<ref>{{cite journal |last1=Hunter |first1=Albert S. |last2=Kelley |first2=Omer J. |name-list-style=amp |journal=Plant Physiology |volume=21 |issue=4 |title=The extension of plant roots into dry soil |year=1946 |pages=445-51 |doi=10.1104/pp.21.4.445 |pmid=16654059 |pmc=437296 }}</ref>。水が不十分であると作物の収量に悪影響を与える<ref>{{cite journal |last1=Zhang |first1=Yongqiang |last2=Kendy |first2=Eloise |last3=Qiang |first3=Yu |last4=Liu |first4=Changming |last5=Shen |first5=Yanjun |last6=Sun |first6=Hongyong |name-list-style=amp |journal=Agricultural Water Management |volume=64 |issue=2 |title=Effect of soil water deficit on evapotranspiration, crop yield, and water use efficiency in the North China Plain |url=https://www.academia.edu/21970856 |year=2004 |pages=107-22 |doi=10.1016/S0378-3774(03)00201-4 |accessdate=6 May 2018 |format=PDF}}</ref>。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<ref>{{cite journal |last1=Oyewole |first1=Olusegun Ayodeji |last2=Inselsbacher |first2=Erich |last3=Näsholm |first3=Torgny |name-list-style=amp |journal=New Phytologist |volume=201 |issue=3 |title=Direct estimation of mass flow and diffusion of nitrogen compounds in solution and soil |url=https://www.academia.edu/23273727 |year=2014 |pages=1056-64 |doi=10.1111/nph.12553 |pmid=24134319 |accessdate=10 May 2018 |format=PDF}}</ref>。

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:Global Climate Observing System|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<ref>{{cite news |last= |first= |title= the GCOS Essential Climate Variables |pages= |publisher=GCOS |year= 2013 |url= http://www.wmo.int/pages/prog/gcos/index.php?name=EssentialClimateVariables|accessdate= 2013-11-05}}</ref>。土壌水分は[[土壌水分センサー]] ([[:en:soil moisture sensor|en]]) によって測定することも、人工衛星のデータや[[水文学|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<ref>{{cite journal |last1=Brocca |first1=L. |last2=Hasenauer |first2=S. |last3=Lacava |first3=T. |last4=oramarco |first4=T. |last5=Wagner |first5=W. |last6=Dorigo |first6=W. |last7=Matgen |first7=P. |last8=Martínez-Fernández |first8=J. |last9=Llorens |first9=P. |last10=Latron |first10=C. |last11=Martin |first11=C. |last12=Bittelli |first12=M. |journal=Remote Sensing of Environment |volume=115 |issue=12 |title=Soil moisture estimation through ASCAT and AMSR-E sensors: An intercomparison and validation study across Europe |year=2011 |pages=3390-3408 |doi=10.1016/j.rse.2011.08.003}}</ref>。

===保水性===
{{Further|水分保持曲線}}
水分子の[[水素]]原子が土粒子の[[酸素]]原子と結合する力（[[分子間力]]）が、他の水分子の酸素原子と結合する力よりも強い時に、水は土壌に保持される{{sfn|Donahue|Miller|Shickluna|1977|pp=72-74}}。フィールドが水浸しになると、土壌の[[ポロシティ|間隙]]は完全に水で満たされる。フィールドでは[[圃場容水量]]まで重力による排水が進み、小さな間隙は水で満たされ大きな間隙は水とガスで満たされるようになる
<ref>{{cite web |url=http://www.fao.org/docrep/r4082e/r4082e03.htm |title=Soil and water |publisher=Food and Agriculture Organization of the United Nations |accessdate=10 May 2018}}</ref>。圃場容水量は土粒子の[[比表面積]]に依存する<ref>{{cite journal |last1=Petersen |first1=Lis Wollesen |last2=Møldrup |first2=Per |last3=Jacobsen |first3=Ole H. |last4=Rolston |first4=Dennis E. |name-list-style=amp |journal=Soil Science |volume=161 |issue=1 |title=Relations between specific surface area and soil physical and chemical properties |url=https://www.researchgate.net/publication/232162864 |year=1996 |pages=9-21 |doi=10.1097/00010694-199601000-00003 |accessdate=10 May 2018 |format=PDF}}</ref>。そのため、重粘土や高有機質土壌では圃場容水量が大きい<ref name="Gupta1979">{{cite journal |last1=Gupta |first1=Satish C. |last2=Larson |first2=William E. |name-list-style=amp |journal=Water Resources Research |volume=15 |issue=6 |title=Estimating soil water retention characteristics from particle size distribution, organic matter percent, and bulk density |year=1979 |pages=1633-35 |doi=10.1029/WR015i006p01633 |bibcode=1979WRR....15.1633G |citeseerx=10.1.1.475.497 }}</ref>。純粋な水を基準としたときの水の単位体積あたりのポテンシャルエネルギーの相対値を[[水ポテンシャル]]と言う。総水ポテンシャルは、[[毛細管現象|毛管力（土粒子と水との間の表面張力）]]によって生じるマトリックポテンシャル、塩性土壌では浸透圧による浸透ポテンシャル、垂直方向の水移動を扱う時には位置エネルギーによる重力ポテンシャルの合計である。土壌の水ポテンシャルは通常、負の値であるため、水ポテンシャルのマイナスで定義されるサクション（吸引圧）でも表される。サクションは正の値であり、土壌から水を追い出すために必要な力であるとみなすことができる。水ポテンシャルとサクションの単位は、 kPa (10<sup>3</sup> [[パスカル (単位)|Pa]])、[[バール (単位)|bar]] (100 kPa)、[[:en:Centimetre of water|cm H<sub>2</sub>O]] (およそ 0.098 kPa) である。サクション (cm H<sub>2</sub>O) の[[常用対数]]は pF と呼ばれる<ref>{{Cite web|url=https://agriinfo.in/?page=topic&superid=4&topicid=277| title=Soil Water Potential| publisher=AgriInfo.in |accessdate=March 15, 2019}}</ref>。したがって pF 3 = 1000&nbsp;cm = 98 kPa = 0.98 bar である。

水が土壌に結合する力が植物にとっての利用しやすさを決める。[[接着|吸着力]]が水を鉱物や腐植の表面に強く結合させ、水同士の結合力はそれよりも小さい。植物の根は土壌に吸着しているとても体積が小さい水があるところに侵入することがある。最初は弱い結合力によって保持されている水を吸い込むことができるが、そのような水滴が吸い込まれてなくなってしまうにつれて、土壌に水が吸着する力の強さは表面張力によって徐々に大きなサクションを生じるようになり、やがて 1500 kPa (pF = 4.2) に到達する<ref>{{cite journal |last1=Savage |first1=Michael J. |last2=Ritchie |first2=Joe T. |last3=Bland |first3=William L. |last4=Dugas |first4=William A. |name-list-style=amp |journal=Agronomy Journal |volume=88 |issue=4 |title=Lower limit of soil water availability |url=https://www.researchgate.net/publication/309079210 |year=1996 |pages=644-51 |doi=10.2134/agronj1996.00021962008800040024x |accessdate=12 May 2018 |format=PDF}}</ref>。サクション 1500 kPa における土壌水の量を[[永久しおれ点]]と言う。植物は蒸散によって水が失われ続けるため、永久しおれ点では必要な水を得ることができなくなり、植物の膨圧が失われてしおれる。ただし、特に乾燥に対する[[適応 (生物学)|適応]]や[[順応]]があると、気孔が閉じて蒸散が減り、[[永久しおれ点]]からしおれるまでの時間を遅らせることがある<ref>{{cite journal |last1=Al-Ani |first1=Tariq |last2=Bierhuizen |first2=Johan Frederik |name-list-style=amp |journal=Acta Botanica Neerlandica |volume=20 |issue=3 |title=Stomatal resistance, transpiration, and relative water content as influenced by soil moisture stress |url=http://natuurtijdschriften.nl/download?type=document&docid=539770 |year=1971 |pages=318-26 |doi=10.1111/j.1438-8677.1971.tb00715.x |accessdate=12 May 2018 |format=PDF}}</ref>。さらに乾燥が進むと、サクション 100 MPa (pF = 6) で風乾となり、1000 MPa (pF = 7) で炉乾となる。永久しおれ点で残っている水を無効水分量という{{sfn|Donahue|Miller|Shickluna|1977|pp=75-76}}。

植物の成長にとって適している土壌水分量では、大から中サイズの間隙の水が土壌中を移動して植物にとって利用しやすい状態にある<ref name="Easton"/>。圃場容水量と有効水分量は土壌の種類によって異なる。砂質土は保水量が少なく、粘土は保水量が最も大きい<ref name="Gupta1979"/>。この表のように、シルトロームの有効水分量は体積で 20% 程度であり、砂の有効水分量は 6% 程度である。

{| class="wikitable" style="border-spacing: 5px; margin:auto;"
|+ '''様々な土性の土壌の永久しおれ点、圃場容水量、有効水分量 (単位: 体積 %)'''<ref>{{cite journal |last1=Rawls |first1=W. J. |last2=Brakensiek |first2=D. L. |last3=Saxtonn |first3=K. E.|journal=Transactions of the ASAE |volume=25 |issue=5 |title=Estimation of Soil Water Properties |url=https://www.researchgate.net/profile/RB_Brobst/post/Can_soil_bulk_density_be_calculated_or_extrapolated_from_the_values_of_known_indicators/attachment/59dc150c4cde260ad3ce4017/AS%3A547709509697536%401507595531889/download/Rawls+et+al+1982Trans+ASAE.pdf |year=1982 |pages=1316-1320 |doi=10.13031/2013.33720 |accessdate=17 March 2019 |format=PDF}}</ref>
|-
! scope="col" style="width:100px;"| 土性
! scope="col" style="width:100px;"| 永久しおれ点
! scope="col" style="width:100px;"| 圃場容水量
! scope="col" style="width:100px;"| 有効水分量
|-
| 砂  || 3.3 || 9.1 || 5.8
|-
| 砂質ローム  || 9.5 || 20.7 || 11.2
|-
| ローム   || 11.7 || 27.0 || 15.3
|-
| シルト質ローム  || 13.3|| 33.0 || 19.7
|-
| 粘土質ローム  || 19.7 || 31.8 || 12.1
|-
| 粘土   || 27.2 || 39.6 || 12.4
|}

上の表は土性ごとの平均値である。

===水移動===
水は[[重力]]と[[毛細管現象|毛管力]]と[[浸透圧]]によって移動する。[[圃場容水量]]のサクション 33 kPa までは、水は重力と水圧によって生じる圧力勾配によって移動し、これを飽和流と言う。サクションがそれよりも大きくなると、水移動は土壌の毛管力によって湿潤土壌から乾燥土壌へと移動する。これは水の土粒子表面への吸着によって生じ、不飽和流と言う{{sfn|Donahue|Miller|Shickluna|1977|p=85}}<ref>{{cite web |url=http://eagri.org/eagri50/AGRO103/lec03.pdf |title=Soil water movement: saturated and unsaturated flow and vapour movement, soil moisture constants and their importance in irrigation |website=Tamil Nadu Agricultural University |accessdate=19 May 2018}}</ref>。

土壌中の水の浸透は以下の6つの要因に制御される。

# 土性。
# 土壌構造。細粒土の団粒構造は浸透に好ましい。
# 有機物量。粗大な有機物が良く、土壌表面にあれば土壌構造の破壊とクラストの形成を防ぐ。
# 硬盤や基岩のような難透水層までの深さ。
# 土壌中の水分量。
# 土壌の温度。高温な土壌の方が浸透速度が大きく、凍土は凍結の種類によっては水を吸収できない{{sfn|Donahue|Miller|Shickluna|1977|p=86}}。

水の浸透速度は重粘土の1時間に 0.25&nbsp;cm から、砂や団粒構造の発達した土の 2.5&nbsp;cm まで幅がある{{sfn|Donahue|Miller|Shickluna|1977|p=88}}。水は地中を不均一に流れ、水分子の[[表面張力]]によっていわゆる「重力フィンガー」 (gravity finger) を形成する<ref>{{cite journal|last1=Cueto-Felgueroso |first1=Luis |last2=Juanes |first2=Ruben |name-list-style=amp |journal=Physical Review Letters |volume=101 |issue=24 |title=Nonlocal interface dynamics and pattern formation in gravity-driven unsaturated flow through porous media |url=https://pdfs.semanticscholar.org/bcee/6f04cc7a8bc8df98d0cb48410ccb1efb6a33.pdf |year=2008 |pages=244504 |doi=10.1103/PhysRevLett.101.244504 |pmid=19113626 |accessdate=21 May 2018 |format=PDF|bibcode=2008PhRvL.101x4504C}}</ref><ref>{{cite web |url=http://soilandwater.bee.cornell.edu/research/pfweb/educators/intro/fingerflow.htm |title=Finger flow in coarse soils |website=Cornell University |accessdate=21 May 2018}}</ref>。

木の根は、生きているものも死んでいるものも、降雨浸透が選択的に流れる通り道を作り<ref>{{cite journal |last1=Ghestem |first1=Murielle |last2=Sidle |first2=Roy C. |last3=Stokes |first3=Alexia |name-list-style=amp |journal=BioScience |volume=61 |issue=11 |title=The influence of plant root systems on subsurface flow: implications for slope stability |url=https://academic.oup.com/bioscience/article/61/11/869/223555 |year=2011 |pages=869-79 |doi=10.1525/bio.2011.61.11.6 |accessdate=21 May 2018 |format=PDF}}</ref>、浸透速度を 27 倍にまで拡大する
<ref>{{cite journal |last1=Bartens |first1=Julia |last2=Day |first2=Susan D. |last3=Harris |first3=J. Roger |last4=Dove |first4=Joseph E. |last5=Wynn |first5= Theresa M. |name-list-style=amp |journal=Journal of Environmental Quality |volume=37 |issue=6 |title=Can urban tree roots improve infiltration through compacted subsoils for stormwater management? |url=https://www.researchgate.net/publication/23411104 |year=2008 |pages=2048-57 |doi=10.2134/jeq2008.0117 |pmid=18948457 |accessdate=21 May 2018 |format=PDF}}</ref>。

[[洪水]]によって[[川底]]の[[透水性]]は一時的に上がり、[[帯水層]]の[[涵養]]を助ける<ref>{{cite journal |last1=Zhang |first1=Guohua |last2=Feng |first2=Gary |last3=Li |first3=Xinhu |last4=Xie |first4=Congbao |last5=P |first5=Xiaoyu |name-list-style=amp |journal=Water |volume=9 |issue=7 |title=Flood effect on groundwater recharge on a typical silt loam soil |url=http://www.mdpi.com/2073-4441/9/7/523 |year=2017 |pages=523 |doi=10.3390/w9070523 |accessdate=21 May 2018 |format=PDF}}</ref>。

土壌に供給された水は[[圧力勾配]]によって、部分的に飽和している場所（水が供給された場所）から、[[不飽和帯]]のようなより水分量が少ない場所へと移動する<ref>{{cite journal |last1=Nielsen |first1=Donald R. |last2=Biggar |first2=James W. |last3=Erh |first3=Koon T. |name-list-style=amp |journal=Hilgardia |volume=42 |issue=7 |title=Spatial variability of field-measured soil-water properties |url=http://hilgardia.ucanr.edu/fileaccess.cfm?article=152767&p=EMWHPU |year=1973 |pages=215-59 |doi=10.3733/hilg.v42n07p215 |accessdate=9 June 2018 |format=PDF}}</ref><ref>{{cite journal |last1=Rimon |first1=Yaara |last2=Dahan |first2=Ofer |last3=Nativ |first3=Ronit |last4=Geyer |first4=Stefan |name-list-style=amp |journal=Water Resources Research |volume=43 |issue=5 |title=Water percolation through the deep vadose zone and groundwater recharge: preliminary results based on a new vadose zone monitoring system |year=2007 |pages=W05402 |doi=10.1029/2006WR004855 |bibcode=2007WRR....43.5402R }}</ref>。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<ref>{{Cite journal|last1=Weiss |first1=Peter T. |last2=LeFevre |first2=Greg |last3=Gulliver |first3=John S. |name-list-style=amp |title=Contamination of soil and groundwater due to stormwater infiltration practices: a literature review |citeseerx = 10.1.1.410.5113}}</ref><ref>{{cite journal |last1=Hagedorn |first1=Charles |last2=Hansen |first2=Debra T. |last3=Simonson |first3=Gerald H. |name-list-style=amp |journal=Journal of Environmental Quality |volume=7 |issue=1 |title=Survival and movement of fecal indicator bacteria in soil under conditions of saturated flow |url=https://pdfs.semanticscholar.org/cd24/0565714af7d83ab1c7f0c8640661f74d3dea.pdf |year=1978 |pages=55-59 |doi=10.2134/jeq1978.00472425000700010011x |accessdate=24 June 2018 |format=PDF}}</ref>。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）{{sfn|Donahue|Miller|Shickluna|1977|p=90}}

[[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&nbsp;cm から、[[アパラチア山脈]]と[[メキシコ湾]]の北海岸の 50&nbsp;cm 以上までの幅がある{{sfn|Donahue|Miller|Shickluna|1977|p=80}}。

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[[毛細管現象|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<ref>{{cite journal |last1=Ng |first1=Charles W.W. |last2=Pang |first2=Wenyan |name-list-style=amp |journal=Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering |volume=126 |issue=2 |title=Influence of stress state on soil-water characteristics and slope stability |url=https://www.researchgate.net/publication/245293642 |year=2000 |pages=157-66 |doi=10.1061/(ASCE)1090-0241(2000)126:2(157) |accessdate=1 July 2018 |format=PDF}}</ref>、そしてマクロポアからミクロポアに向かって<ref>{{cite journal |last1=Hilal |first1=Mostafa H. |last2=Anwar |first2=Nabil M. |name-list-style=amp |journal=Journal of American Science |volume=12 |issue=7 |title=Vital role of water flow and moisture distribution in soils and the necessity of a new out-Look and simulation modeling of soil-water relations |url=http://www.jofamericanscience.org/journals/am-sci/am120716/02_30330jas120716_6_18.pdf |year=2016 |pages=6-18 |doi=10.7537/marsjas120716.02 |accessdate=1 July 2018 |format=PDF}}</ref> 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<ref>{{cite journal|author=Richards, L.A. |year=1931 |title=Capillary conduction of liquids through porous mediums |journal=Physics |volume=1 |issue=5 |pages=318-333 |doi=10.1063/1.1745010 |bibcode = 1931Physi...1..318R}}</ref>。不飽和水分溶質移動の解析は、[[Hydrus]]<ref>{{cite web |last1=Šimůnek| first1=J. |last2=Saito | first2=H. | last3=Sakai | first3=M. | last4=van Genuchten |first4=M. Th. | year=2013 | url=https://www.researchgate.net/publication/271515313 | title=The HYDRUS-1D Software Package for Simulating the One-Dimensional Movement of Water, Heat, and Multiple Solutes in Variably-Saturated Media| accessdate=15 March 2019}}</ref> のようなソフトウェアに不飽和水分移動関数<ref>{{cite journal |和書 |author=関勝寿| title=水分特性曲線の回帰プログラム SWRC Fit (1) −水分特性モデル−| journal=『東洋大学紀要自然科学篇』 |year=2017 | volume=61 |pages=41-65 | url=http://id.nii.ac.jp/1060/00008561/ |publisher=東洋大学自然科学研究室}}</ref>（[[水分保持曲線|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<ref>{{cite journal |last=Bouma |first=Johan |journal=Geoderma |volume=3 |issue=4 |title=Soil morphology and preferential flow along macropores |url=https://www.researchgate.net/publication/223095848 |year=1981 |pages=235-50 |doi=10.1016/0378-3774(81)90009-3 |accessdate=1 July 2018 |format=PDF}}</ref><ref>{{cite journal |last1=Luo |first1=Lifang |last2=Lin |first2=Henry |last3=Halleck |first3=Phil |name-list-style=amp |journal=Soil Science Society of America Journal |volume=72 |issue=4 |title=Quantifying soil structure and preferential flow in intact soil Using X-ray computed tomography |year=2008 |pages=1058-69 |doi=10.2136/sssaj2007.0179 |bibcode=2008SSASJ..72.1058L |citeseerx=10.1.1.455.2567 }}</ref>。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<ref>{{cite journal |last1=Beven |first1=Keith |last2=Germann |first2=Peter |name-list-style=amp |journal=Water Resources Research |volume=49 |issue=6 |title=Macropores and water flow in soils revisited |year=2013 |pages=3071-92 |doi=10.1002/wrcr.20156 |bibcode=2013WRR....49.3071B }}</ref>。

===植物による吸水===
植物による水と栄養の吸収も、土壌中の水の貯留と移動にとって同じように重要である。凝集力張力理論 (cohesion-tension theory) によれば、多くの土壌水は、水の蒸散する力が植物の根から葉までの木部[[樹液]]の水分通導に伝わって生じる[[吸収 (化学)|吸収力]]によって植物に取り入れられる<ref>{{cite journal |last1=Aston |first1=M.J. |last2=Lawlor |first2=David W. |name-list-style=amp |journal=Journal of Experimental Botany |volume=30 |issue=1 |title=The relationship between transpiration, root water uptake, and leaf water potential |url=https://www.researchgate.net/publication/269624495 |year=1979 |pages=169-81 |doi=10.1093/jxb/30.1.169 |accessdate=8 July 2018 |format=PDF}}</ref>。水の上昇移動と溶液の再分配（水圧リフト hydraulic lift）は根の[[内皮 (植物)|内皮]]<ref>{{cite journal |last=Powell |first=D.B.B. |journal=Plant, Cell and Environment |volume=1 |issue=1 |title=Regulation of plant water potential by membranes of the endodermis in young roots |url=https://eurekamag.com/pdf/000/000733478.pdf |year=1978 |pages=69-76 |doi=10.1111/j.1365-3040.1978.tb00749.x |accessdate=7 July 2018 |format=PDF}}</ref>、気孔の伝導力による植物の葉<ref>{{cite journal |last1=Irvine |first1=James |last2=Perks |first2=Michael P. |last3=Magnani |first3=Federico |last4=Grace |first4=John |name-list-style=amp |journal=Tree Physiology |volume=18 |issue=6 |title=The response of Pinus sylvestris to drought: stomatal control of transpiration and hydraulic conductance |url=https://doi.org/10.1093/treephys/18.6.393 |year=1998 |pages=393-402 |doi=10.1093/treephys/18.6.393 |pmid=12651364 |accessdate=8 July 2018 |format=PDF}}</ref> で制御され、根と茎の導管の[[キャビテーション]]（泡の発生）に阻害されることがあり、エンボリズム (xylem embolism) とも言われる
<ref>{{cite journal |last1=Jackson |first1=Robert B. |last2=Sperry |first2=John S. |last3=Dawson |first3=Todd E. |name-list-style=amp |journal=Trends in Plant Science |volume=5 |issue=11 |title=Root water uptake and transport: using physiological processes in global predictions |url=https://doi.org/10.1016/S1360-1385(00)01766-0 |year=2000 |pages=482-88 |doi=10.1016/S1360-1385(00)01766-0 |pmid=11077257 |accessdate=8 July 2018 |format=PDF}}</ref>。さらに、植物の根の高塩分濃度は土壌水から植物の根に向かっての[[浸透圧]]勾配を生じる<ref>{{cite journal |last=Steudle |first=Ernst |journal=Plant and Soil |volume=226 |issue=1 |title=Water uptake by plant roots: an integration of views
 |url=https://eurekamag.com/pdf/011/011648732.pdf |year=2000 |pages=45-56 |doi=10.1023/A:1026439226716 |accessdate=8 July 2018 |format=PDF}}</ref>。浸透圧による吸水は夜のような低温時と湿度が高いために蒸散が少ない時には重要になり、高温と低湿度時はその逆である。それぞれ溢液現象 ([[:en:guttation|en]]) と、しおれの原因となる<ref>{{cite journal |last1=Kaufmann |first1=Merrill R. |last2=Eckard |first2=Alan N. |name-list-style=amp |journal=Plant Physiology |volume=47 |issue=4 |title=Evaluation of water stress control with polyethylene glycols by analysis of guttation |year=1971 |pages=453-6 |doi=10.1104/pp.47.4.453 |pmid=16657642 |pmc=396708 }}</ref>。

根の伸長は植物の生存にとって不可欠である。冬の[[ライ麦]]を4ヶ月間、1[[立方フィート]]（0.0283 立方メートル）のローム土で育てた実験によれば、その植物は 13,800,000 本の根を伸ばし、長さは合計 620&nbsp;km、表面積は 237 平方メートルとなった。また、[[根毛|毛根]]の長さは合計 10,620&nbsp;km、面積は 400 平方メートル、表面積は 638 平方メートルであった。そしてローム土の総表面積は 52,000 平方メートルと推定された{{sfn|Wadleigh|1957|p=46}}。すなわち、根は土壌の 1.2% としか接触していなかったことになる。しかし、根の伸長は、毎日新しい根が新しい土壌の体積を探し出し、ある期間に土壌中の探し出された体積は大きく増加し、その期間に根から吸収される水の体積も増加する、という動的な過程としてとらえるべきである<ref>{{cite journal |last1=Kramer |first1=Paul J. |last2=Coile |first2=Theodore S. |name-list-style=amp |journal=Plant Physiology |volume=15 |issue=4 |title=An estimation of the volume of water made available by root extension |year=1940 |pages=743-47 |doi=10.1104/pp.15.4.743 |pmid=16653671 |pmc=437871 }}</ref>。根の構造、すなわち空間的な根の配置は、植物の水と栄養の可用性に対する順応と、その結果としての植物の生産性にとって、重要な役割を果たしている<ref>{{cite journal |last=Lynch |first=Jonathan |journal=Plant Physiology |volume=109 |issue=1 |title=Root architecture and plant productivity |year=1995 |pages=7-13 |doi=10.1104/pp.109.1.7 |pmid=12228579 |pmc=157559 }}</ref>。

不飽和水分移動は1日に 2.5&nbsp;cm 以下であるため、根は水を探す必要がある。その結果、根は常に死滅と成長をしながら、土壌水分量が多いところを探し続ける<ref>{{cite journal |last1=Comas |first1=Louise H. |last2=Eissenstat |first2=David M. |last3=Lakso |first3=Alan N. |name-list-style=amp |journal=New Phytologist |volume=147 |issue=1 |title=Assessing root death and root system dynamics in a study of grape canopy pruning |year=2000 |pages=171-78 |doi=10.1046/j.1469-8137.2000.00679.x }}</ref>。植物がしおれを引き起こすほどに土壌水分が不足すると、植物は恒久的な被害を受け、作物の収穫量は低下する。[[モロコシ属|モロコシ]]が種子の芽生え期間と結実段階に 1300 kPa の低サクションにさらされた時には、生産量が 34% 低下した{{sfn|Donahue|Miller|Shickluna|1977|p=94}}。

===水の消費と利用効率===
植物が利用する水の中で、わずかな部分 (0.1% から 1%) だけしか植物の体内に残らない。ほとんどの水は、最終的には[[蒸散]]によって失われる。土壌表面からの[[蒸発]]も重要であり、蒸散量と土壌表面からの蒸発量の合計は[[蒸発散]]である。（蒸散 / [[蒸発散]]）の比は植生の種類と気候によって変わり、[[熱帯雨林]]では大きく、[[ステップ (植生)|ステップ]]や[[砂漠]]では小さい<ref>{{cite journal |last1=Schlesinger |first1=William H. |last2=Jasechko |first2=Scott |name-list-style=amp |journal=Agricultural and Forest Meteorology |volume=189/190 |title=Transpiration in the global water cycle |url=https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2014.01.011 |year=2014 |pages=115-17 |doi=10.1016/j.agrformet.2014.01.011 |accessdate=22 July 2018 |format=PDF|bibcode=2014AgFM..189..115S }}</ref>。蒸発散量と植物中に保持される水の量の合計は消費利用量 (consumptive use) であり、蒸発散量とほぼ等しい{{sfn|Donahue|Miller|Shickluna|1977|p=94}}<ref>{{cite book |last1=Erie |first1=Leonard J. |last2=French |first2=Orrin F. |last3=Harris |first3=Karl |name-list-style=amp |date=1968 |title=Consumptive use of water by crops in Arizona |location=Tucson, Arizona |publisher=The University of Arizona |url=https://repository.arizona.edu/handle/10150/607084 |accessdate=15 July 2018 }}</ref>。

農地における総水利用量は[[表面流出]]、[[排水]]と消費利用量の合計である。目の粗い[[マルチング]]は[[灌漑]]後の蒸発損失を減らすが、最終的には蒸発散量の合計はマルチングをしていない土壌に近くなり、植物の成長に直結する水の量は増える<ref>{{cite journal |last1=Tolk |first1=Judy A. |last2=Howell |first2=Terry A. |last3=Evett |first3=Steve R. |name-list-style=amp |journal=Soil and Tillage Research |volume=50 |issue=2 |title=Effect of mulch, irrigation, and soil type on water use and yield of maize |url=https://pubag.nal.usda.gov/pubag/downloadPDF.xhtml?id=1896&content=PDF |year=1999 |pages=137-47 |doi=10.1016/S0167-1987(99)00011-2 |accessdate=15 July 2018 |format=PDF}}</ref>。水利用効率は蒸散率、すなわち植物による蒸散量を収穫後の植物の乾燥重量で割った値によって測定される。作物の蒸散率は 300 から 700 である。たとえば、[[アルファルファ]]の蒸散率は 500 程度であるため、500&nbsp;kg の蒸散によって乾燥重量 1&nbsp;kg のアルファルファが生産される{{sfn|Donahue|Miller|Shickluna|1977|pp=97-99}}。

==ガス==
土壌中の空気、すなわち土壌ガス ([[:en:soil gas|en]]) は、大気とは極めて異なる。微生物と植物の根による酸素の消費と二酸化炭素（CO<sub>2</sub>）の放出は、酸素濃度を下げて二酸化濃度を上げる。大気中の CO<sub>2</sub> 濃度は 0.04% であるが、土壌間隙中ではその 10 倍から 100 倍に達し、根の呼吸を抑制する働きがある<ref>{{cite journal |last1=Qi |first1=Jingen |last2=Marshall |first2=John D. |last3=Mattson |first3=Kim G. |name-list-style=amp |journal=New Phytologist |volume=128 |issue=3 |title=High soil carbon dioxide concentrations inhibit root respiration of Douglas fir |year=1994 |pages=435-42 |doi=10.1111/j.1469-8137.1994.tb02989.x }}</ref>。

==固体の組成==
土壌の粒子は大きさだけでなく化学組成（[[鉱物学]]）によって分類できる。土粒子の大きさの分布、すなわち土性は、土壌の多くの性質、特に[[透水係数]]と[[水ポテンシャル]]を決めるが<ref>{{cite journal |last1=Saxton |first1=Keith E. |last2=Rawls |first2=Walter J. |name-list-style=amp |journal=Soil Science Society of America Journal |volume=70 |issue=5 |title=Soil water characteristic estimates by texture and organic matter for hydrologic solutions |url=https://pdfs.semanticscholar.org/5e63/c886c4f68af5e5c242c006d2d882f0a65bfe.pdf |year=2006 |pages=1569-78 |doi=10.2136/sssaj2005.0117 |accessdate=2 September 2018 |format=PDF|citeseerx=10.1.1.452.9733 }}</ref>、そのような性質は[[鉱物学]]的な性質によって強く変化させられる。最も粒径が小さい土粒子である粘土の鉱物学は特に重要である<ref>{{cite web |last=College of Tropical Agriculture and Human Resources |title=Soil Mineralogy |url=https://www.ctahr.hawaii.edu/mauisoil/a_factor_mineralogy.aspx |website=cms.ctahr.hawaii.edu/ |publisher=University of Hawai‘i at Mānoa |accessdate=2 September 2018}}</ref>。

== 化学 ==
土壌の化学的性質は植物に[[栄養素 (植物)|栄養]]を供給する能力を決め、土壌の物理性と微生物数に影響する。それに加えて、土壌化学は腐食性、安定性、水を浄化するための汚染物質の吸収性を決める。鉱物と有機[[コロイド]]の表面化学が土壌の化学的性質を決める。コロイドは、分子よりは大きく液体中を沈降せずに浮き続けていられるほどには小さい、不溶性・不拡散性の粒子である。多くの土壌は[[腐植土|腐植]]と呼ばれる有機コロイド粒子と粘土の無機コロイド粒子を含んでいる。コロイドのとても高い[[比表面積]]と電荷は土壌がイオンを保持したり放出したりする力の元となっている。コロイド表面の負電荷の場所は陽イオンを引きつけたり放出したりする。これを陽イオン交換と言う。[[陽イオン交換容量]] (CEC) は単位質量の乾燥土壌が持つ交換性陽イオンであり、100 g の土壌あたりの陽イオンのミリグラム当量（あるいは1キログラムの土壌あたりの正電荷センチモル cmol<sub>c</sub>/kg）で表される。同様に、コロイドの正電荷がある場所は陰イオンを引きつけて解放し、土壌に陰イオン交換容量 (AEC) を与える。

==栄養素==
{{Main|栄養素 (植物)}}
植物の成長と繁殖に必要な16種類の元素は、[[炭素]] '''C'''、[[水素]] '''H'''、[[酸素]] '''O'''、[[窒素]] '''N'''、[[リン]] '''P'''、[[カリウム]] '''K'''、[[硫黄]] '''S'''、[[カルシウム]] '''Ca'''、[[マグネシウム]] '''Mg'''、[[鉄]] '''Fe'''、[[ホウ素]] '''B'''、[[マンガン]] '''Mn'''、[[銅]] '''Cu'''、[[亜鉛]] '''Zn'''、[[モリブデン]] '''Mo'''、[[ニッケル]] '''Ni'''、[[塩素]] '''Cl'''である{{sfn|Dean|1957|p=80}}{{sfn|Russel|1957|pp=123-25}}<ref name=BradyWeil>{{cite book | title = The nature and properties of soils | year = 2008 | edition = 14th | last1 = Brady | first1 = Nyle C. | last2 = Weil | first2 = Ray R. | publisher = Pearson | location = Upper Saddle River }}</ref>。植物の生活環を完結するために必須の栄養素を必須栄養素と言う。植物の成長を促進するが、生活環を完結するために必須ではない栄養素は非必須であるとされる。炭素、水素、酸素は二酸化炭素と水から供給され、窒素は[[窒素固定]]によって供給されるが<ref name=BradyWeil/>、それ以外の栄養素は全て土壌の無機成分に由来する。

==有機物と生物==
{{main|土壌有機物|土壌生物|土壌微生物|土壌動物}}
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[[腐植土|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。

== 層位 ==
{{see also|土壌層位}}
[[File:Soil profile.png|right|200px|thumb|土壌層（O層、A層、B層、C層）]]
土壌は、その構成成分の供給と消失の様式によって、土壌層が積み重なった形状を示すことが多い。土壌層とは、土壌への物質の供給と消失の様式によって形成される平行な境界を持つ層のことである。

例えば、土壌の表層部に[[植物]]遺体などの粗大[[有機物]]が集積する場合には、この表層部はO層（Organic層）と呼ばれる。O層の下部には、粗大有機物が分解あるいは溶脱されて生じた黒色の層（A層）が観察されることが多い。また、有機物に由来する黒色化が不十分で、[[風化]]が進行した[[鉱物]]質の層はB層と呼ばれ、風化が十分に進行していない[[岩石]]層（母岩）はC層、さらにその下の未風化の岩盤層はR層と呼ばれる。

土壌層は、土壌を分類するための重要な指標とされている。

なお日本の[[考古学]]の分野でも、[[遺跡]]を構成する土壌を[[層序学]]的に分層した「[[土層 (考古学)|土層]]」と言う概念が存在するが、本項のような[[土壌学]]的な土壌層とはその定義や認識が大きく異なるものである{{Sfn|文化庁|2010|pp=94}}。

==分類==
{{main|土壌分類}}

ロシアの土壌学者[[ヴァシーリー・ドクチャエーフ]]は、1880年頃に土壌を5つの因子（土壌生成因子）に基づき、気候やそれによる植生の影響を強く受けた'''[[成帯土壌]]'''と母岩や地形などの影響を強く受け、局地的に見られる'''[[間帯土壌]]'''（非成帯性土壌）、その中間的な成帯内性土壌に分類した。ドクチャーエフの土壌分類はアメリカとヨーロッパの研究者によって何度も変更され、1960年代には共通に使われるシステムに発展した。

成帯土壌は、主に以下のように分類される。
* [[熱帯]]の[[酸化物]]を多く含んだ[[ラテライト]]（ラトソル、紅土）
* 熱帯から[[温帯]]にかけての[[赤黄色土]]
* 温帯から[[亜寒帯|冷帯]]にかけての[[落葉広葉樹]]を育む[[褐色森林土]]
* 冷帯から[[寒帯]]にかけての[[ポドゾル]]
* 寒帯で下層が[[永久凍土]]層になっている[[ツンドラ]]土
* ほか、[[プレーリー]]土や中央[[ユーラシア]]の黒土（黒色土、[[チェルノーゼム]]）など

間帯土壌には、[[地中海]]沿岸の[[テラロッサ]]やブラジル高原の[[テラローシャ]]、[[デカン高原]]の[[レグール]]、他に泥炭土などがある。元になる岩石が、特殊な成分を含んでいる場合などには、土壌の性質により、異なる[[植生]]を生じる場合がある。

1960年代には、土壌生成因子ではなく土壌形態学 ([[:en:soil morphology|en]]) に基づいて土壌を分類するという考え方による異なった分類体系が生まれてきた。[[国際連合食糧農業機関]] (FAO) は、世界の土壌図を作成するために、世界の土壌を分類するFAO土壌分類 ([[:en:FAO soil classification|en]]) を作った。また、[[アメリカ合衆国農務省]]（USDA）は USDA 土壌分類 ([[:en:USDA soil taxonomy|en]]) を作成した。この2つが世界の土壌分類として国際的に広く使われていたが、現在、国際的な標準となっている土壌分類は、国際土壌科学連合 ([[:en:International Union of Soil Sciences|en]]) が定める[[世界土壌資源照合基準]] ([[:en:World Reference Base for Soil Resources|World Reference Base for Soil Resources]]) である。国際的・学術的にはこの基準によって土壌分類を表記することが望ましいが、国や地域ごとのよりきめ細かい土壌分類が使われることを妨げるものではなく、実際に使われている。

農業生産は、気候や作物の選定、農業技術だけでなく、土壌の種類により大きく左右される。農作物がよく育つ土壌を「肥沃」（ひよく）、育ちにくい土壌を「痩せている」と表現することもある。世界で最も肥沃なのがチェルノーゼムで、「土の皇帝」の異名を持つ。チェルノーゼムを豊富に有する[[ウクライナ]]は[[小麦]]を大量に生産して「ヨーロッパの[[パン]]かご」とも呼ばれた<ref>ウクライナ／チェルノーゼム ランク=A／「皇帝」は衰えた『朝日新聞』GLOBE（朝刊別刷り）217号【特集】疲れる土、3面（2019年5月19日）。</ref>。[[森林研究・整備機構|森林総研]]主任研究員の藤井一至は、肥沃さでチェルノーゼムを世界最上級のランキングAと位置付けたうえで、チェルノーゼムを含む12種類の土壌について、Bは「粘土集積土壌」「ひび割れ粘土質土壌」、Cが日本に多い「[[黒ボク土]]」と「若手土壌」、Dは「強風化赤黄色土」、Eが「オキソシル」「未熟土」、Fが「[[ポドゾル]]」「泥炭土」、Gが「砂漠土」「永久凍土」としている<ref>日本／黒ボク土 ランク=C／クセは強いが実力派『朝日新聞』GLOBE（朝刊別刷り）217号【特集】疲れる土、5面（2019年5月19日）。</ref>。

=== 日本の土壌分類体系 ===
日本の土壌分類体系には、以下のようなものがある。

# 林業試験場（現・[[森林研究・整備機構|森林総研]]）の林野土壌分類 (1975)<ref>{{cite journal |和書 |author=土じょう部 |journal=林業試験場研究報告|volume=280 |title=林野土壌の分類 (1975) |url=https://www.ffpri.affrc.go.jp/pubs/bulletin/251/documents/280-1.pdf |year=1975 |pages=1-28 |accessdate=17 March 2019 |format=PDF}}</ref>
# [[農業・食品産業技術総合研究機構|農研機構]]（旧農業環境技術研究所）の農耕地土壌分類（第3次改訂版) (1995)<ref>{{cite journal |和書 |author=農耕地土壌分類委員会 |journal=農業環境技術研究所資料|volume=17 |title=農耕地土壌分類 第3次改訂版|url=http://www.naro.affrc.go.jp/archive/niaes/sinfo/publish/misc/misc17.pdf |year=1995 | pages=1-79 | accessdate=17 March 2019 |format=PDF}}</ref>
# 農研機構（旧農業環境技術研究所）の包括的土壌分類第1次試案 (2011)<ref>{{cite journal |和書 |author1=小原洋 |author2=大倉利明 |author3=高田裕介 |author4=神山和則|author5=前島勇治 |author6=浜崎忠雄| 日本ペドロジー学会第五次土壌分類・命名委員会 | journal=農業環境技術研究所報告|volume=29 |title=包括的土壌分類 第１次試案 |url=http://www.naro.affrc.go.jp/archive/niaes/sinfo/publish/bulletin/niaes29.pdf|year=2011 | pages=1-73 | accessdate=17 March 2019 |format=PDF}}</ref>
# 日本ペドロジー学会の日本土壌分類体系 (2017)<ref>{{Cite web|和書|author=日本ペドロジー学会第五次土壌分類・命名委員会 |title=日本土壌分類体系 |url=http://pedology.jp/img/Soil%20Classification%20System%20of%20Japan.pdf |year=2017 |pages=53 |publisher=日本ペドロジー学会 |accessdate=2019-03-17 |format=PDF}}</ref>

==利用==
土壌は建物などの構築のほか、農業で利用され、後者では植物にとって主要な栄養供給源となっている。不足する栄養を補うため[[肥料]]の使用（施肥）が行われる。砂漠であっても、不足する栄養と水をピンポイントで与える[[点滴灌漑]]で農業は可能である<ref>イスラエル／砂漠土 ランク=G／砂漠に花を咲かせましょう『朝日新聞』GLOBE（朝刊別刷り）217号【特集】疲れる土、6面（2019年5月19日）。</ref>。

[[水耕栽培]]で立証されたように、土壌中の栄養が水中に溶解していれば植物は生育できる。土壌の種類と利用可能な水の量が栽培できる植物の種を決める。

==劣化==
{{seealso|回復力 (生態学)|土壌肥沃度}}
土壌の劣化 ([[:en:land degradation|en]])<ref>{{cite journal | last1 = Johnson | first1 = D.L. | last2 = Ambrose | first2 = S.H. | last3 = Bassett | first3 = T.J. | last4 = Bowen | first4 = M.L. | last5 = Crummey | first5 = D.E. | last6 = Isaacson | first6 = J.S. | last7 = Johnson | first7 = D.N. | last8 = Lamb | first8 = P. | last9 = Saul | first9 = M. | year = 1997 | title = Meanings of environmental terms | url = | journal = Journal of Environmental Quality | volume = 26 | issue = 3| pages = 581-89 | doi=10.2134/jeq1997.00472425002600030002x | last10 = Winter-Nelson | first10 = A. E.}}</ref> あるいは土壌劣化は、人間あるいは自然による土地の機能を害するような変化の過程である。土壌劣化には土壌の酸性化 ([[:en:soil acidification|en]])、[[土壌汚染]]、[[砂漠化]]、[[侵食]]、[[塩害]]が含まれる。

農作物の生育と収穫で、土壌中の栄養が減少することも多い。対策としては施肥や、土に有機物などを補給する他の植物との[[輪作]]などがある<ref>ブラジル／オキソシル ランク=E／不毛なら造り替えよう赤い土『朝日新聞』GLOBE（朝刊別刷り）217号【特集】疲れる土、5面（2019年5月19日）。</ref>。

==改良==
{{main|土壌改良}}
スメクタイトのような特定の粘土を多く含む土壌は、とても肥沃な土であることが多い。たとえば、[[タイ中部]]の平地は世界で最も農業生産力の高い地域の1つである。

しかし、多くの熱帯の農家では、土壌に有機物を保持することに苦労している。たとえば、[[タイ北部]]の粘土が少ない土壌で生産力が低下した時に、農家は[[シロアリ]]の巣から有機物を持ってきて加えたが、長期的には持続しなかった。そこで、科学者が土壌にスメクタイトの一種である[[ベントナイト]]を加えた。

== 出典 ==
{{脚注ヘルプ}}
{{Reflist|30em}}

== 参考文献 ==
{{refbegin}}
* {{cite book |title=Soils: An Introduction to Soils and Plant Growth |last1=Donahue |first1=Roy Luther |last2=Miller |first2=Raymond W. |last3=Shickluna |first3=John C. |year=1977 |publisher=Prentice-Hall |isbn=978-0-13-821918-5 |ref=harv}}
* {{cite web|title=Arizona Master Gardener|url=http://ag.arizona.edu/pubs/garden/mg/soils/soils.html|publisher=Cooperative Extension, College of Agriculture, University of Arizona|accessdate=27 May 2013}}
* {{cite book |title=Soil: The Yearbook of Agriculture 1957 |editor-last=Stefferud |editor-first=Alfred |year=1957 |publisher=United States Department of Agriculture |url=//archive.org/stream/yoa1957#page/n18/mode/1up |oclc=704186906 |ref=harv}}
** {{harvc |name-list-format=harv |last=Kellogg |first=Charles E. |chapter=We Seek; We Learn |in=Stefferud |year=1957 |url=//archive.org/stream/yoa1957#page/n17/mode/1up }}
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** {{harvc |name-list-format=harv |last=Olsen |first=Sterling R. |last2=Fried |chapter=Soil Phosphorus and Fertility |in=Stefferud |year=1957 |url=//archive.org/stream/yoa1957#page/n115/mode/1up }}
** {{harvc |name-list-format=harv |last=Reitemeier |first=R.F. |chapter=Soil Potassium and Fertility |in=Stefferud |year=1957 |url=//archive.org/stream/yoa1957#page/n123/mode/1up }}
** {{harvc |name-list-format=harv |last=Jordan |first=Howard V. |last2=Reisenauer |chapter=Sulfur and Soil Fertility |in=Stefferud |year=1957 |url=//archive.org/stream/yoa1957#page/n129/mode/1up }}
** {{harvc |name-list-format=harv |last=Holmes |first=R.S. |last2=Brown |chapter=Iron and Soil Fertility |in=Stefferud |year=1957 |url=//archive.org/stream/yoa1957#page/n133/mode/1up }}
** {{harvc |name-list-format=harv |last=Seatz |first=Lloyd F. |last2=Jurinak |chapter=Zinc and Soil Fertility|in=Stefferud |year=1957 |url=//archive.org/stream/yoa1957#page/n138/mode/1up }}
** {{harvc |name-list-format=harv |last=Russel |first=Darrell A. |chapter=Boron and Soil Fertility |in=Stefferud |year=1957 |url=//archive.org/stream/yoa1957#page/n145/mode/1up |oclc=704186906|ref=harv}}
** {{harvc |name-list-format=harv |last=Reuther |first=Walter |chapter=Copper and Soil Fertility |in=Stefferud |year=1957 |url=//archive.org/stream/yoa1957#page/n154/mode/1up |oclc=704186906|ref=harv}}
** {{harvc |name-list-format=harv |last=Sherman |first=G. Donald |chapter=Manganese and Soil Fertility|in=Stefferud |year=1957 |url=//archive.org/stream/yoa1957#page/n162/mode/1up }}
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* {{Cite book|和書|ref=harv|author=文化庁|title=発掘調査のてびき-集落遺跡発掘編-|date=2010-05|year=2010|publisher=[[同成社]]|isbn=9784886215253|pages=94|chapter=第Ⅳ章：土層の認識と表土・包含層の発掘・第１節：遺跡における土層の認識|authorlink=文化庁}}
* {{Cite book|和書|ref=harv|author=日本ペドロジー学会編|title=土壌調査ハンドブック 改訂版|date=1997-08|year=1997|publisher=[[博友社]]|isbn=9784826801706}}
* {{Cite book|和書|ref=harv|author=地盤工学会|title=土質試験 基本と手引き 第2回改訂版|date=2010-03|year=2010|publisher=地盤工学会|isbn=9784886440846}}

{{refend}}

== 関連項目 ==
{{Commonscat|Soil}}
* [[土壌図]]
* {{ill2|土壌構造|en|Soil structure}}、{{ill2|ペッド|en|ped}}、{{ill2|団粒|en|Aggregate (geology)}}
* [[赤土]]
* [[eKo センサネットワーク]]
* [[農業]]
* [[国際土壌年]]
* [[土壌汚染]]
* [[土壌学]]
* [[土壌物理学]]
* [[土壌生物]]
* [[地層]]
* [[テロワール]] - [[ワイン]]原料としての[[ブドウ]]、[[コーヒー]]などの植物が育つ生育環境の事。生育環境によって味が変わるとされている。
* [[泥]]、[[砂]]、[[火山灰]]
* [[岩石]]
* [[土砂災害]]

== 外部リンク ==
* [http://jssspn.jp/ 日本土壌肥料学会]
* [http://www.pedology.jp/ 日本ペドロジー学会]
* [https://js-soilphysics.com/ 土壌物理学会]
* [http://jssm.sakura.ne.jp/ 日本土壌微生物学会]
* [http://soilzoology.jp/ 日本土壌動物学会]
* [https://www.jiban.or.jp/ 地盤工学会]
* [http://www.geosociety.jp/ 日本地質学会]
* [http://www.jseg.or.jp/ 日本応用地質学会]
* [http://jagh.jp/ 日本地下水学会]
* [https://soil-inventory.dc.affrc.go.jp/ 日本土壌インベントリー]
* [http://nrb-www.mlit.go.jp/kokjo/inspect/inspect.html 国土交通省の土地分類基本調査等]
* [https://www.kahaku.go.jp/special/past/bisyoso/ipix/soil/index.html 過去の企画展 土壌の世界]（[[国立科学博物館]]）

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[[Category:土壌|*]]
[[Category:土壌学]]