6.水的有效性
在不同氣象條件下，植物的相對蒸騰速率與土壤水基質勢的關係。實踐表明，基質勢是量度植物植株獲得有效供水程度的實用指標，一般認為永久凋萎點是植物獲得任何有效供水的下限（對一般植物約相當於大多數土壤的-1.5MPa基質勢，對耐旱植物可比此值稍低）；在此之下，缺水會影響種子的發芽，降低光合作用，對植物生長產生影響。譬如，有試驗表明玉米、大豆、向日葵葉片中水勢降低到-1.4MPa時，葉片的生長和增大受到嚴重影響。但是，不同植物、不同品種在不同生長發育階段時土壤基質勢及植株中不同組織器官部位的低水勢所起的生理生化反應是各不相同的，許多試驗結果表明，植物營養體產量對水應力的敏感性高於籽實而以穀物作物花期的敏感性最大。另外還發現，植物的缺水狀態往往引起植株內部組織器官之間在物質能量上重分配的競爭，導致生理生化過程的調整變化，器官之間（譬如枝葉和花果）的不平衡發育等。W00druff（1972）首先根據這種現象提出調節缺水程度用以控製植株按需要方向發展的概念，至今已在一些果樹（桃、梨、蘋果）、園藝（辣椒）、棉花等的調節缺水灌溉栽培中獲得增產增質節能低耗的初步結果。顯然，植物水的有效性及其控製技術尚待進一步查明和開發。
7.土壤水的收支平衡
目前，測量一個地區的地下水庫、土壤貯水量的變化，水量的變化，水分通不飽和土層向深處滲漏以及地下水通過毛管由、於溫差或根吸收而向上的移動等，在技術上還存在許多困難。這樣，一個地區的長年水分收支，通常通過安裝水分來觀察測量。這是將一個橫斷麵積為lm2，深1-1.5m的軟鋼製圓筒設置在田間，內盛與田間該點完全相同的土壤，整個圓筒及所盛土、水的總重用裝在地下的磅稱測量。
丹麥哥本哈根農牧學院試驗農場和澳大利亞芒特甘比爾草地上長年的測定表明，各月份的實際蒸騰量小於潛在蒸騰量，並受降南量超過實際蒸發量的餘額的影響。此地區的記錄表明，在降雨不足的地區，土壤水分虧缺可能是大的，但如果水分收支的觀測時間長得足以包括一些稀有的偶爾的大雨在內的話，那麼一個地區的降雨量總是會超過實際蒸散量而有剩餘的。即使是荒漠地區，也會有正的水分蓄集，這可從地下水位的抬高得到證明。現在許多人試圖通過管理土壤資源來增加水的蓄集，這方麵的研究正日益受到關注。
5.2.2根的物理環境
一、土壤水分
寄居在土壤裏的動植物靠土壤水分和養料的供應，土壤和大氣之間氣體的交換，以及保持適當的土壤溫度方能生存。根和土壤中的有機體還要穿過土壤，其活動受到土壤結構和強度的影響。
植物對貯存在土壤層中的水分和養分的吸收能力在很大程度上決定於土壤中根的密度。根紮得深將使植物減少受幹旱時期的傷害。根每天能長1到50mm，其速度取決於植物種類及土壤的結構、強度、溫度、通氣性和含水量等土壤環境。根的生長發生在根尖端後約1cm的生長區。一年生植物根的直徑大致在0.05-0.5mm範圍。但通過根毛可進一步向外擴大它的影響區域；根毛的表皮細胞突出長約1mm。
Eavis（1972）的試驗指出，影響根的伸長速度的基本因素是通氣性和穿透阻力。如果足夠堅固的孔隙的直徑小於0.2mm，根就無法伸人。有充足氧氣供給的根係靠細胞的增大，通過膨壓對土壤可產生高達1MPa的壓力。在根吸水過程中，鄰近土壤的根細胞的水勢（不計重力勢）與土壤水勢處於平衡狀態，細胞膨壓和滲透壓，土壤基質勢和滲透勢。因為土壤基質勢仏和滲透勢之和為常數。根係夠吸水，是由於根細胞能夠通過調節它的滲透勢來調節細胞內在的靜水壓力；亦即根細胞具有能抗衡土壤阻力而擴大體積的能力。細胞中產生的膨壓，受到彈性細胞壁產生的壓力和土壤的外壓力所對抗，由此得出一表示根生長速度細胞可擴張係數——彈性細胞壁的最小壓力，低於此值，細胞壁將不會擴張。此式與表示植物地上部分組織的生長和膨壓關係的方程相似。
二、通氧性
氧為根提供伸展膨大以及吸收營養離子的能量。水稻能通過植物組織和地麵空氣之間進行氣體交換，而大多數植物是通過土壤取得氧氣，放出二氧化碳的。土壤中的微生物對氧有不同的要求；好氣性微生物能消耗大量的氧，而嫌氣性微生物則不需氧。在根際與根係結合的微生物對許多直接從活植物來的根物質起著破壞作用。根係和微生物的呼吸使土壤空氣中的氧低於大氣（20.96%），二氧化碳高於大氣（0.03%）；這種情況越來越明顯。
在潮濕的土壤中，土壤含空氣的容積比如果小於0.1，植物生長將受到低氧濃度的影響。臨界G為0.05-0.2。土壤非常潮濕時，嫌氣條件促使硝酸鹽還原，產生對植物、微生物有害的物質。這時土壤中出現斑點色澤。亞鐵離子從氧不足的位置轉移到在幹燥後成為供氧良好的位置，產生Fe（OH）2鏽斑。
土壤中氣體的運移，既有擴散，亦有對流，而常以擴散為主。對流是由於含水量的變化、風的渦流、大氣壓的變化、濕度的變化等所造成。由風引起的土壤空氣壓力波動所產生的有效擴散係數，能達到粗覆蓋層中分子擴散係數的100倍。表麵空氣能以這種方式向下透入幾個厘米。這可解釋有覆蓋的土壤在幹旱後期風能增大蒸發速度的這一現象。
在根與水、氣有關的環境中，02的擴散速度尚無可靠辦法測定。
根據Greenwood的試驗，空氣孔隙比高於0.1的土壤都是充分通氣的；而土壤空氣中02量少於50%時，可能會影響植物的生長。總含氧量高仍然會存在缺氧區，這是由於團聚體內外含氧量分布不同。嫌氣條件持續時間對植物生長的影響在不同季節是不相同的。土壤中植物和微生物活動都不斷變化，因很難確定通氣性指標。
通過排水來控製地下水位，是調節土壤通氣性的主要途徑。控製土壤結構對通氣性也有作用，因為表麵結殼成為大塊結構的土壤，即使基質勢很高，空氣也不能進入，從而促進了嫌氣條件的發展。
三、土壤溫度
土壤表麵熱狀況和土壤溫度同輻射能的收支相關。白天土壤收到的熱能為太陽和太空的短波輻射，其光譜相當於6000度K的輻射體。在夜間土壤熱能以地表長波輻射發散，其光譜相當於280度K的輻射體。冬至以後（北半球為I2月22日，南半球為6月22日）短波輻射增加，並立即開始提供足夠的能量使土壤表麵開始增溫，這樣連續6個月。從夏至到冬至則相反。
土壤熱傳導率受土壤組分影響很大，結凍和不結凍也有很大差別。土壤中的水分使熱傳導率的測定複雜化，因為土壤水在溫度梯度影響下可發生液相的顯熱傳遞，也可發生氣相的潛熱傳遞，很難分辨。deVries為計算水氣的熱傳遞提供了基礎，使得能分別計算出真熱度。計算發現，砂壤土中由於水分的橋梁作用，真導熱度隨含水量的增加而迅增至25%和度，超過25%飽和度後這種增加變緩。有最大值的出現大概是由於水氣運動對熱傳遞有影響。飽和度達30%以上之後導熱度值相當穩定。
土壤溫度極大地影響土壤中植物和微生物的生命。微生物分解有機物的速度在5攝氏度至30攝氏度或40攝氏度之間，隨溫度的提高而增加。一般作物發芽的最適宜溫度是在25-33攝氏度範圍內。作物生長最適宜的溫度可達25或30攝氏度。從低溫到最適宜溫度，土溫每增1攝氏度，植物和微生物生長速度增2-3倍。土壤溫度管理就是要對限製植物發芽和早期生長的嚴冬或早春的低溫以及不適於種子發芽和根生長的酷暑高溫等溫度條件進行控製。
土壤上覆蓋塑料薄膜，白天能減低蒸發；夜間能減少熱量散失到大氣中去，從而增加土溫。在俄羅斯北部，透明塑料簿膜覆蓋能增加20cm土層的土溫4-6C。黑膜增溫效果沒有透明膜大，因為短波通不過。秸稈能延遲早春土壤的增溫，因它遮陽並反射，減少土壤接受短波輻射量；在播種後6個星期中，10cm深處的土溫平均低1.2C。黑色的材料（煤灰等）可降低短波輻射的反射率，白色材料則增加反射率；植被可縮小晝夜溫差。
夜間熱量從土壤傳人大氣，能保護葡萄植株免受突然霜凍的侵害。壓實和潮濕的土壤導熱率和容積熱容量高，如無雜草亦無覆蓋，白晝增溫高、夜間散失熱量多，有利於熱傳遞。夏季炎熱地區土溫會很高，不利於某些植物根的生長。灌溉能加大土表蒸發量，降低土溫。