影响土壤生命的主要环境变量包括水分、温度、pH、通气（即是否存在足够的氧气）、有机物质和无机养分如氮和磷。这些因素的平衡控制了土壤中微生物和大型动物的丰度和活动，进而对土壤聚集和动植物残留物降解的关键过程以及伴随后一个过程的养分循环产生显着影响。

 

要了解土壤中的生命，最好将土壤视为极其异质的微生境集合。土壤是一种固体基质，包括沙子、淤泥、粘土和有机物颗粒以及由它们形成的各种尺寸的聚集体，以及可能充满空气或水的孔隙空间。因此，根据环境变量的混合，主要条件在几毫米（1 英寸 = 25.4 毫米）的距离上可能会发生显着变化。

 

土壤水

土壤水通常来自降雨或其他形式的地表溢流。进入土壤的水量是土壤结构的函数，而土壤结构又是质地和高级结构（即聚集）的函数（例如，聚集良好的多孔土壤允许更大的渗透）。由根通道和动物洞穴（蚂蚁隧道、小龙虾隧道和虫洞）以及其他类型的大孔产生的更大的孔隙也极大地促进了水进入和通过土壤剖面的运动。这就是为什么这些土壤动物通常被认为对土壤非常有益，以及为什么一些科学家经常使用蚯蚓的丰度作为“健康土壤”的指标，尽管应该记住，高度肥沃、多产的土壤并不总是含有大量的蚯蚓。蚯蚓和其他土壤动物的数量。

水通过质量流（即通过较大通道的流体运动）和通过毛细作用 移动通过土壤，通过非常小通道和孔隙的高度曲折网络的较慢运动。大多数土壤水分都保存在这个毛细孔和通道系统中，并且可以通过与土壤基质的固体成分的物理相互作用而非常牢固地保持。 基质水被保持在小（通常是微观的）孔隙中，并且经常被吸附在可以相当紧密地保持的颗粒表面上。由于这些与土壤基质的相互作用基本上与土壤水结合，因此需要植物和微生物的能量来提取水。这些力通常以基质势或压力的形式给出它们表明水的固定程度。这些值通常表示为负值，因为它们是从土壤中提取水所需的吸力的量度。正是这种水对土壤固体的吸附解释了为什么植物会在含有大量粘土的土壤中枯萎，即使仍然存在一些基质水。超过某个点，水被保持得太紧以至于植物无法提取，并且达到了所谓的萎蔫点。永久萎蔫点处基质势的常用值约为 -15 bar (-1.5 mPa)。暴露于较低基质（更负）电位的植物可能会枯萎并且无法恢复。应该强调的是，基质势是土壤质地的函数，质地细密的土壤（淤泥和粘土）可以在非常低的基质势下包含水分，因为更多的小颗粒（更大的表面积）和更细的颗粒吸附和保留水分的孔隙网络。因此，在粘土中，水在生物上不像在质地粗糙的土壤中那样可利用。然而，一个推论是，质地粗糙的土壤不会保留那么多的水，因为较大的颗粒也不会吸附水，而且较大的孔隙会更快地排出。因此，养分和其他化学物质可能会保留在粘土中，而它们可能会随着水更快地通过沙质土壤而浸出，即向下移动。

 

占据土壤孔隙网络的水通常称为土壤溶液。它绝不是纯净水，而是含有溶解盐和气体的溶液。这是植物和微生物最容易获得的解决方案，并提供了一些生长所需的营养。许多营养物质实际上是通过大量流向根部附近的水流到达植物的根部的。土壤中过多的水会破坏充满空气和充满水的孔隙之间的理想平衡，即土壤通气（下文讨论）。溶解在土壤溶液中的盐会产生渗透压或电位这是可以测量的。渗透势会影响水进出细胞的运动，因此重要的是不要让土壤溶液变得太咸（咸），因为它可能在由于长期灌溉和排水不良而导致盐分增加的土壤中。在低渗透（高负）电位（含盐或含糖溶液）下，水实际上从细胞中抽出，导致生理损伤，即脱水超过某个临界点。这是通过添加高浓度盐来保存食物的基础。

 

渗透势和基质势是控制水对土壤生命的可用性的两个主要因素，在这两个因素中，基质势对土壤微生物的影响最大。随着土壤的干燥，土壤中的生命必须更加努力地提取水，以对抗不断增加的基质和渗透势。由于这些原因，植物生长的最大速率和维持地球上生命所必需的重要土壤微生物过程需要足够的土壤水分。

 

土壤大气

土壤大气是占据孔隙网络中未充满水的部分的气体混合物。它来自上覆的空气，但在一些显着的方面有所不同。最值得注意的是，土壤大气中的氧气含量低于上覆空气，而二氧化碳含量通常高出 10 到 100 倍。您可能会猜到，而且您是正确的，这些变化是由居住在土壤中的生物体的有氧呼吸驱动的。这些变化也是土壤环境物理特性的结果。一般来说，氧气返回土壤的速度不足以满足所有的呼吸需求，因为气体的运动受到高度精细的细孔和毛细血管网络的限制。厌氧（即耗尽分子 O）。应该避免这种情况，因为它会产生许多负面后果，其中最重要的是植物根系受伤或死亡，这不仅是由于缺乏 O 2，​​而且是由于有机酸等有毒产物的积累（如乙酸）或硫化氢（臭鸡蛋气体）由土壤细菌的厌氧活动产生。

大多数土壤生物是好氧的，即它们需要O 2才能生长。然而，一些土壤细菌不需要O 2并且实际上可能被它杀死或抑制。这些细菌被称为厌氧菌，它们在土壤 O 2 浓度低时起作用，例如在长期内涝期间。还有其他细菌，称为兼性厌氧菌，可以在存在或不存在 O 2的情况下生长。

 

对土壤水和土壤大气的讨论揭示了为什么需要将土壤保持在高度聚集状态。聚集对于维持充满空气和水的孔隙之间的平衡是必不可少的，这对于维持好氧、有益微生物和土壤动物至关重要。

 

土壤温度

土壤温度受许多因素控制，其中最重要的是入射在其上的阳光量和它所含的水量。土壤被太阳辐射加热。出于这个原因，深色土壤往往比浅色土壤在春季更早吸收更多的热量和温暖。显然，植被覆盖在控制到达土壤表面的太阳辐射量方面起着重要作用。在炎热的夏日午后，我们都知道一棵好遮荫树的价值。因为土壤在地表几厘米处会变得非常温暖，特别是在没有植被的情况下，微生物和土壤动物的数量在直接地表附近较低也就不足为奇了。在这片狭窄的土壤中，它经常太热太干。

 

温度以多种方式影响土壤寿命。首先，所有生物都表现出对某些温度范围的偏好；所谓的最低、最高和最佳温度。土壤微生物可以在很宽的温度范围内生长，因此部分人口可能几乎全年都处于活跃状态。在较低的极端温度（接近冰点）是称为低温微生物的微生物，它们实际上需要或更喜欢这些低温。另一个极端是嗜热菌，它们在高温环境中茁壮成长，例如黄石国家公园沸腾的地热温泉，温度接近 94摄氏度（水的沸点低于 100 摄氏度）C 因为高海拔地区的大气压力较低）。嗜热菌也是堆肥系统的关键组成部分，旨在加速城市垃圾、纸张等转化为堆肥，用于花园和土地处置。在中间温度范围（15 到 40 o C）中，我们发现了嗜温菌，毫不奇怪，我们发现了我们（人类）和大多数其他生命形式。大多数土壤微生物是中温菌。生命中大多数重要的生物过程在中温范围内运行得最好，我们在那些生活在更冷或更热环境中的生物体中发现了特殊的适应性。

 

温度以另一种基本方式影响土壤微生物和微生物过程。也就是说，它控制着化学和生物反应的速率。因此，随着温度升高到细胞的某些重要功能（可能是一种重要的酶）受损或破坏并杀死有机体的某个点，生物反应和过程往往会发生得更快。在较冷的温度下，反应速度减慢并可能几乎完全停止。这是众所周知的通过在冰箱或冰箱中冷藏来防止食物变质的基础。我们在上面提到温度控制着土壤中的生物过程。人们可以很容易地看到春季土壤早期变暖对于种子发芽和作物生长周期的早期开始的价值。还可以查看土壤有机质含量图，轻松确定土壤水分和温度对土壤有机质维持的综合影响。在温暖、潮湿的气候中，土壤有机质难以保持，因为土壤微生物的生长条件在一年中的较长时间里都是有利的。在较冷的气候中，由于土壤长时间处于非常冷的状态，甚至在大多数微生物所在的近地表层冻结，土壤有机质会积累。