植物的根毛、土壤水分和土壤颗粒之间关系密切。土壤颗粒之间的水分与根毛直接接触。土壤水分实际上是稀溶液，其中有溶解氧(O2)和各种无机离子。氧是土壤空隙中扩散来的。根吸收的是环绕它的一层水膜中的氧、离子和水。
根毛获得土壤颗粒上的某些带正电荷的阳离子的机制是阳离子交换。无机阳离子如钙(Ca2+)、镁(Mg2+)、钾(K+)等黏附在带负电荷的黏土颗粒上。这种黏附作用使得这些阳离子不会被大雨或灌溉时的大量水分淋洗掉。在阳离子交换(如图)过程中，根毛将氢离子(H+)释放到土壤溶液中，H+再取代黏土颗粒上的阳离子，根毛则吸收这些游离的离子。
阴离子(例如NO3-)与阳离子不同，它们不能黏附在黏土颗粒上。所以阴离子易被植物吸收，但同时也容易被淋失。这就是土壤中常常缺氮的原因。
而对于农田生态系统土壤缺氮的另一个原因更重要:
提示:农田是人工生态系统，是以提高农作物的产量和效益，使能量更多地流向人类，满足人类的需要为目的的。农田土壤中氮的含量往往不足以使作物高产，加之农产品源源不断地自农田生态系统输出，其中的氮元素并不能都归还土壤，所以需要施加氮肥。这与物质循环并不矛盾。
