植物的根毛、土壤水分和土壤顆粒之間關系密切。土壤顆粒之間的水分與根毛直接接觸。土壤水分實際上是稀溶液，其中有溶解氧(O2)和各種無機離子。氧是土壤空隙中擴散來的。根吸收的是環(huán)繞它的一層水膜中的氧、離子和水。

根毛獲得土壤顆粒上的某些帶正電荷的陽離子的機制是陽離子交換。無機陽離子如鈣(Ca2+)、鎂(Mg2+)、鉀(K+)等黏附在帶負電荷的黏土顆粒上。這種黏附作用使得這些陽離子不會被大雨或灌溉時的大量水分淋洗掉。在陽離子交換(如圖)過程中，根毛將氫離子(H+)釋放到土壤溶液中，H+再取代黏土顆粒上的陽離子，根毛則吸收這些游離的離子。

陰離子(例如NO3-)與陽離子不同，它們不能黏附在黏土顆粒上。所以陰離子易被植物吸收，但同時也容易被淋失。這就是土壤中常常缺氮的原因。

而對于農田生態(tài)系統(tǒng)土壤缺氮的另一個原因更重要:

提示:農田是人工生態(tài)系統(tǒng)，是以提高農作物的產量和效益，使能量更多地流向人類，滿足人類的需要為目的的。農田土壤中氮的含量往往不足以使作物高產，加之農產品源源不斷地自農田生態(tài)系統(tǒng)輸出，其中的氮元素并不能都歸還土壤，所以需要施加氮肥。這與物質循環(huán)并不矛盾。