Kesuburan tanah tergantung pada keseimbangan empat faktor yaitu air, oksigen, unsur hara, kondisi fisik dan unsur toksik (zat penghambat). Kelima factor ini tidak boleh bertindak sebagai factor pembatas yang keterlaluan, karna akan mengakibatkan ‘ke-optimuman’ faktor-faktor yang lain jadi tidak bermanfaat lagi.

a. Air

Sekitar 500 gram air diperlukan untuk menghasilkan 1 gram bahan tumbuhan kering. Sekitar 5 gram atau 1 persen air ini menjadi bagian terpadu dari tumbuhan. Sisanya hilang melalui stomata pada daun selama penyerapan karbondioksida. Keadaan atmosfer seperti kelembaban dan suhu nisbi memainkan peran utama dalam menentukan seberapa cepat air itu hilang dan jumlah air yang diperlukan tumbuhan.

Karena pada hakikatnya pertumbuhan semua tanaman pertanian akan dibatasi bila terjadi kekurangan air. Meskipun keadaannya mungkin sementara dan tanaman tidak dalam bahaya kematian, kemampuan tanah untuk menahan air terhadap gaya tarik bumi menjadi sangat penting kecuali jika air hujan atau irigasi mencukupi. Keperluan akan pembuangan kelebihan air dari tanah berkaitan dengan keperluan untuk oksigen.

Tanah yang subur akan memberikan kecukupan air yang seimbang bagi tanaman. Karena kekurangan maupun kelebihan, keduanya akan menjadi penghambat bagi pertumbuhan dan perkembangan tanaman.

b. Oksigen

Oksigen mutlak di butuhkan untuk proses pembakaran fisiologis atau respirasi. Jika dalam pertumbuhannya akar kekurangan oksigen maka respirasi akan terganggu dan penyerapan bahan-bahan organik yang berasal dari tanah yang digunakan sebagai bahan dasar fotosintesis akan berkurang sehingga kesehatan tanaman pun akan menurun

Akar mempunyai lubang-lubang yang disebut lentisel yang memungkinkan pertukaran gas. Oksigen berdifusi ke dalam sel-sel akar dan digunakan untuk pernafasan, sedangkan karbondioksida berdifusi ke dalam tanah. Pernafasan melepaskan energy yang diperlukan tanaman untuk sintesa dan translokasi senyawa-senyawa organic dan pengumpulan aktif ion-ion hara untuk melawan gradient konsentrasi.

Beberapa tanaman, misalnya padi, dapat tumbuh dalam air tergenang karena tanaman ini mempunyai struktur morfologi yang memungkinkan difusi intern oksigen atmosfer ke dalam jarring-jaring akar. Produksi yang berhasil pada kebanyakan tanaman dalam kultur air memerlukan adanya aerasi pada larutan tersebut. Perbedaan besar yang terdapat diantara tumbuhan-tumbuhan adalah dalam hal kemampuannya untuk toleran terhadap kadar oksigen yang rendah. Tumbuhan yang peka mungkin layu atau mati karena penjenuhan tanah air dengan air selama sehari. Kelayuan ini diperkirakan terjadi karena pengurangan permiabilitas sel-sel akar terhadap air, sebagai akibat dari gangguan proses metabolism karena kekurangan oksigen.

Mikroorganisme aerob, bakteri, aktinomicetes, dan fungi memanfaatkan oksigen dari atmosfer tanah dan sangat bertanggungjawab terhadap perubahan hara dari bahan organic menjadi bentuk larut yang dapat digunakan kembali oleh tumbuhan

c. Unsur-unsur hara yang Esensial

Unsur-unsur hara dalam tanah pun ikut berperan dalam menentukan kesuburan tanah.

Paling sedikit ada 16 unsur yang kini dianggap perlu untuk pertumuhan tanaman berpembuluh. Karbon, hydrogen dan oksigen yang digabungkan dalam rekasi fotosintesis, diperoleh dari udara dan air. Unsure-unsur ini menyusun 90 persen atau lebih bahan kering. 13 unsur sisanya, sebagian besar diperoleh dari tanah. Nitrogen, fosfor, kalium, kalsium, magnesium dan belerang diperlukan dalam jumlah besar dan disebut unsure-unsur makro. Hara yang diperlukan dalam jumlah cukup kecil disebut unsure mikro atau perunut (trace element) dan meliputi mangan, besi, boron, seng, tembaga, molybdenum, dan klor.

Lebih dari 40 unsur tambahan telah ditemukan dalam tumbuhan. Beberapa tumbuhan mengumpulkan unsure-unsur yang tidak penting tetapi mempunyai pengaruh yang menguntungkan. Contohnya, penyerapan natrium oleh seledri, dan hasilnya, dalam hal ini, adalah perbaikan dalam rasa.

Kebanyakan hara terdapat dalam mineral dan bahan organic, dan dalam keadaan demikian tidak larut dan tidak tersedia bagi tumbuhan. Hara menjadi tersedia melalui pelapukan mineral dan penguraian bahan organic. Memang jarang tanah yang mampu menyediakan semua unsure penting selama jangka waktu yang panjang dalam jumlah yang diperlukan untuk menghasilkan produk yang tinggi. Namun tanah yang subur akan memiliki sebagian besar unsure hara yang diperlukan oleh tanaman

Hara diserap dari larutan tanah atau dari permukaan koloid sebagai kation atau anion. Kation bermuatan positif, sedangkan anion bermuatannegatif.

Menurut blair (1979) terdapat tiga factor penting yang mempengaruhi ketersediaan unsur-unsur hara didalam tanah yaitu, suplai dari fase padat, pH tanah, dan suplai air.

1) Suplai dari fase padat

Kemampuan tanah untuk mengatur suplai tersedianya unsur hara dari fase padat bervariasi tergantung jenis unsur haranya, tiga factor penting yang berkaitan dengan fase padat adalah : jerapan atau pertukaran anion dan kation, lambatnya ketersediaan unsur hara di dalam larutan garam dan bahan organik.

Laju pelepasan ion mineral melalui, tiga factor penting yang berkaitan dengan fase padat adalah : jerapan atau pertukaran anion dan kation, lambatnya ketersediaan unsur hara di dalam larutan garam dan bahan organik.

Laju pelepasan ion mineral melalui kompleks jerapan tergantung pada ikatan dalam permukaan tersebut. Kation dipegang oleh kekuatan elektrostatik sehingga dapat digerakan kembali ke fase cainon

yang di jerap oleh permukaan akar. Unsur hara yang dilepas ke larutan tanah melalui mineralisasi bahan organik. Bahan organik berasal dari residu tanaman,apabila bahan organik ditambahkan ke dalam tanah maka mengalami penguraian dan akan dilepas unsur-unsur haranya ketanah. Unsur –unsur tersebut dapat berupa unsur mikro dan makro yang nantinya bisa berguna untuk tanaman dan tanah jadi tahan tercuci.

2) pH tanah

Tersedianya unsur hara sangat eraqt hubungannya dengan pH. Diukur dengan sekala log perubahan pH sebesar satu unit berarti terjadi sepuluh kali perubahan konsentrasi ion H+ atau OH-.

Contoh spesifik pengaruh pH tanah terhadap ketersediaan unsur hara adalh pada pH kisaran 4-9, secara normal di larutan tanah terdapat dua jenis ion P, HPO4 dan H2PO4.

Aktivitas biologi didalam tanah juga dipengaruhi oleh pH tanah. Pengaruhnya didalam kecepatan penguraian bahan organik. Pada ph sekitar 6-7, mikrooerganisme tanah paling aktif mengurai bahan organik dan membantu cepatnya ketersediaan unsur hara di dalam tanah.sehingga daya produktivitas tanah pun semakin bertambah.

3) suplai air

Status air tanah berpengaruh terhadap kertersediaan unsur hara bagi tanaman . pada kandungan air tanah yang rendah dapat mengakibatkan rendahnya konsentrasi unsur hara yang ada di dalam larutan tanah.

Dan juga tanaman dalam pertumbuhannya membutuhjkan air sebagai bahan dasar fotosintesis.

d. Zat penghambat (unsur toksik)

Tanah yang subur harus menyediakan lingkungan yang bebas dari factor penghambat seperti keasaman atau alkalinitas yang ekstrem, organism penyebab penyakit, substansi beracun, garam yang berlebihan atau lapisan yang tak dapat ditembus oleh akar tanaman.

e. Sifat fisik tanah

Sifat fisik tanah juga tidak kalah pentingnya terhadapkesuburan tanah. Syarat tanah sebagai media tumbuh yang baik dibutuhkan kondisi fisik dan kimia yang baik. Keadaan fisik tanah yang baik adalah yang dapat menjamin pertumbuhan akar tanaman dan mampu sebagai tempat aerasi, yang semuanya berkaitan dengan peran bahan organik. Peran bahan organik yang paling besar terhadap sifat fisik tanah meliputi : struktur, konsistensi, porositas, daya mengikat air, dan yang tidak kalah penting adalah peningkatan ketahanan terhadap erosi.

Tanah dikatakan subur bila mempunyai kandungan dan keragaman biologi yang tinggi.

Organisme (mikroorganisme) tanah penting dalam kesuburan tanah karena

1. berperan dalam siklus energi

2. berperan dalam siklus hara

3. berperan dalam pembentukan agregat tanah

4. menentukan kesehatan tanah (suppressive / conducive terhadap munculnya penyakit terutama penyakit tular tanah-soil borne pathogen)