토양의 특성과 통기성
기체의 확산은 두 지점 사이의 농도 차이에 의하여 일어난다. 토양에서의 기체확산 속도는 주로 기체의 전도도, 즉 토양 중에 기체가 이동할 수 있는 통로가 얼마나 확보되어 있는가에 달려 있다. 토양공극이 물로 채워져 있는 경우에는 토양공기의 흐름이 차단될 수밖에 없고, 점질의 토성을 지닌 토양이나 구조의 발달이 미미한 토양에서는 토양 공기의 이동이 더 어려워진다. 따라서 토양의 통기성을 결정하는 가장 중요한 인자는 토성, 구조 및 수분함량이라고 할 수 있다. 일반적으로 모래의 함량이 많은 토양일수록 불포화 상태의 비모세관공극량(대공극)이 많아서 통기성이 좋다. 입단이 잘 형성된 토양은 대공극량이 증가하여 통기성과 토양공기의 양이 증가한다. 그리고 토양을 적절히 경운하면 대공극량이 증가하여 통기성이 좋아진다. 토양의 수분함량이 증가하면 대기와 토양 사이의 기체교환이 쉽게 차단된다. 그러나 토양의 수분함량이 증가하면 산소의 함량이 적어지지만, 이산화탄소의 함량은 오히려 증가한다.
토양공기와 식물의 생육
적절한 토양공기의 순환이 중요한 것은 더 이상 강조할 필요가 없지만 토양공기 중의 산소함량이 21% 이하로 낮아진다고 해서 식물의 생육이 저해되는 것은 아니다. 통기성이 불량한 조건에서 잘 자라지 못하는 밭작물의 경우에도 산소함량이 10% 이상으로 유지되면 생육이 원활히 이루어진다. 물론, 토양공기 중의 산소함량이 5% 이하로 낮아진 배수가 불량한 토양에서는 이들 작물의 생육이 현저히 저해된다. 그리고 배수 상태가 불량하여 산소가 부족하고 토양이 환원 상태로 되면 근모의 발달이 저해되므로 양분과 수분의 흡수가 감소하고, 특히 호기성 상태에서 생육이 활발한 밭작물이나 과수의 생육에는 산소공급이 원활한 상태로 유지하는 것이 바람직하다. 토양 내 이산화탄소의 함량이 많더라도 산소공급이 충분하면 식물의 생육에는 문제가 없다. 통기성이 좋은 토양조건에서 정상적으로 생육할 수 있는 식물 중에서 일부는 토양이 장기간 담수상태로 되어도 정상적인 생육을 유지할 수 있는데 이러한 식물은 잎을 통하여 흡수한 산소를 체내의 통기조직을 통하여 뿌리로 전달시킬 수 있다. 산소가 부족하면 토양미생물은 유기화합물이나 무기화합물 중의 산소를 이용하므로 환원성 유해 물질이 생성되고, 낮은 농도에서도 식물의 생육을 저해한다. 과습상태의 점질토양의 경우 특히 미부숙 유기물을 과다하게 시용하면 산소의 소모가 빨라 토양이 쉽게 심한 환원 상태에 빠진다.
토양온도
토양온도는 식물의 생육, 미생물의 활동, 토양생성과 발달, 물리, 화학, 생물학적 현상에 폭넓게 영향을 끼치는 요소이다. 토양온도는 종자의 발아와 뿌리의 생장에 직접적으로 영향을 끼치고, 토양미생물의 밀도와 활성, 토양수분의 공급, 대기의 온도에 대한 영향을 통하여 간접적으로 식물의 생장에 영향을 끼칠 수도 있다. 장기간에 걸쳐서 나타나는 토양온도의 영향은 광물의 풍화와 유기물의 축적 현상 등에서 나타나며, 이러한 현상은 결국 토양의 비옥도에 영향을 끼친다. 토양온도와 유기물 분해의 상관관계를 살펴보면 일반적으로 냉온대 지역에 서는 토양온도가 낮아 유기물의 분해 속도가 지연되어 토양 내에 유기물이 집적되고, 아열대와 열대지역에서는 토양온도가 높아 유기물의 분해가 빨라 부식 집적이 일어나지 않는다. 작물의 생육에 있어서 토양온도가 양분 흡수에 미치는 영향은 현저하다. 저온에서는 뿌리의 호흡이 감소하여 흡수에 필요한 에너지를 충분히 얻을 수 없기 때문에 뿌리 세포의 원형질 유동성이 감소하고, 이온의 가동성, 양분의 이동, 생리 대사 등도 영향이 있어 감소한다. 시설재배를 하는 오이는 토양온도가 급격히 낮아질 때 시드는 경우가 있는데, 이는 저온에서 물의 점성이 증가하여 토양으로부터 뿌리로의 수분이동이 급격히 감소하기 때문으로 알려져 있다. 토양의 온도는 지표면에서 일어나는 열의 흡수와 방출의 결과이다. 흡수되는 열은 대부분 태양과 대기 중에서 오는 복사열이고, 방출되는 열은 지표면의 복사열과 물의 증발열 등이다. 낮 동안에는 토양으로 흡수되는 열이 많아 토양온도가 높아지고, 밤에는 대기 중으로 방출되는 열이 오히려 많아 토양온도가 낮아진다. 특히, 토양이 열을 흡수하는 데 관여하는 인자는 비열ㆍ열전도도ㆍ토양색ㆍ 피복 상태ㆍ지표면의 경사도와 방향 등이다.
용적열용량
토성과 용적열용량과의 관계를 살펴보면 모래의 함량이 많을수록 용적열 용량이 작아지고, 점토가 많을수록 용적열용량이 커진다. 그러나 토양의 용적열용량을 결정하는 데 있어서 무엇보다도 중요한 것은 토양의 수분 상태인데, 이는 물 자체의 비열이 높기 때문이다. 수분함량이 많은 토양의 용적열용량은 건조한 토양에 비하여 상대적으로 높아져 온도변화가 작다. 따라서, 사토보다는 일반적으로 수분함량이 많은 식토의 온도변화가 작다.