土壤作为一个生态系统，具有三个明显的特点，第一，土壤是一个可解剖的自然实体；第二，土壤是一个能量转化器、接收器和太阳辐射能与地心发射能的传送器；第三，土壤是一个开放系统。土壤生态系统的外界能量主要是太阳能。绿色植物和光合微生物通过光合作用，将太阳能转化为生物体内的化学能，固定CO2及矿物质营养并合成有机质。
这些光合产物一部分供一级生产者进行呼吸，另一部分储存体内，为动物及异养微生物提供生活的物质基础。能量和营养物质通过食物链从一种生物群体传递给另一种生物群体。食物链中各个环节的营养水平并不相同。森林土壤在与环境因素的相互作用中发挥着养育森林的功能。这种功能体现为森林土壤给森林生物提供水、肥、气、热及活动场所的能力，即森林土壤为生物提供了必要的物质和能量。这些物质和能量在森林土壤、森林生物和其他环境因素之间进行着相互的交换、调节和循环。
一、养分循环
森林土壤中的养分既参加物质的地质循环，也参加生物小循环。在土壤侵蚀的地区，土壤养分多以地质循环为主；在森林植被完好的土壤中，养分循环以生物小循环为主。
土壤矿物质营养的最基本来源是母质风化所释放的养分。不同母质的矿物组成不同，释放的养分种类和数量也不同。
土壤养分的另一主要来源为土壤有机质。当森林植物从土壤深层吸收矿质营养后，则以枯枝落叶形式进入土表。
森林土壤养分的消耗途径，主要为每年植物从土壤吸取的养分，随下渗水淋失，以及在养分转化过程中以气态形式逸出土壤的氮、硫等。
二、森林土壤中的生物种群及能量转化
森林土壤可以看作是一个能量反应器，它养育着森林植物和其他生物，大到哺乳动物如鼠、兔，小到显微镜下的细菌等动植物群体。这些生物种群的复杂性不仅表现在它们摄取能量的食性不同，而且反映了土壤温度和湿度及其他环境条件的差异。土壤的不同特性使生物种群和生物活动性发生分异，反过来，土壤也会因生物活动而引起物理的和化学的变化。
森林土壤动物是一个特殊的群体，是由在森林土壤中度过全部或部分生活史的动物组成。
土壤动物的活动性基本上与食性和运动有关。一类动物为食肉型或以其他动物为食，如细菌和某些原生动物被另一些原生动物捕食；螨是其他节肢动物的食物；蚯蚓是鼹鼠和肉食性蜗牛的精美食物。另一类动物以活的植物或死的植物作为食物源，如一些线虫是某些植物根部的寄生虫；林褥中的一些腐食动物能消耗被微生物破碎过的物质。此外，还有一些动物以食用真菌、细菌和藻类为生。森林土壤中的动物和植物种群的活动就是如此错综交织并联结成复杂的模式和食物链。
土壤微生物是土壤中另一大生物类群，包括细菌、真菌、放线菌和藻类。土壤微生物作为土壤有机质的主要分解者，在土壤中起着重要的作用。根据微生物对土壤营养和能源的要求，一般将土壤微生物分成四大类型：1.化能有机营养型又称化能异养型。这类微生物的生长需要有机化合物作为碳源，并从氧化有机化合物的过程中获得能量。它们包括绝大多数的细菌和几乎全部真菌和原生动物。
2.化能无机营养型又称化能自养型。以CO2为碳源，从氧化无机化合物中取得能量。根据它们氧化不同底物的能力，可分为五个主要类群：亚硝酸菌、硝酸菌、硫氧化菌、铁细菌、氢细菌。
3.光能有机营养型又称光能异养型。其能源是光，但需要有机化合物作为供氢体以还原CO2，并合成细胞物质。
4.光能无机营养型又称光能自养型。可利用光能行光合作用，以无机化合物作为供氢体以还原CO2，并合成细菌物质。藻类和大多数光合细菌都是光能自养微生物。
三、森林土壤和环境的能量
交换土壤中的能量，主要包括热能、势能和化学能几种形式。热能主要来源于太阳辐射。势能的载体是水。化学能的载体主要是土壤有机质。土壤中的三种能量在一定的条件下可以相互转化。
1.土壤的热能。（1）土壤热能来源土壤温度是衡量土壤热量的一种尺度，主要决定于土壤热量的收支和土壤的热容量。土壤热量主要来源于太阳辐射能。土壤热量的其他来源还有土壤有机质分解释放出的热量，地球内部传出的地热和某些化学反应产生的热能等。此外，燃烧土壤有机质包括土壤枯落物及土壤微生物所能释放的热能是土壤热能的第二种形式，可用燃烧值表示。（2）土壤热能平衡土壤表面吸收的太阳辐射能，部分以辐射形式再返回大气，部分传给下层土壤，并用于土壤水分蒸发时的消耗，余下的热量用于土壤本身的升温。
土壤的热性质主要有热容量、导热性、吸热性和散热性。
土壤各组成成分的热容量差别较大。从容积热容量来看，土壤水分的热容量最大，为固相部分的两倍左右，为空气的3000倍以上。因此，土壤热容量的大小主要决定于土壤水分状况。此外，砂性土的热容量比黏土要小。
土壤导热性的大小主要决定于土壤组成及土壤固体物质、水分和空气的三相比。
像水分一样，热量在土壤中的传递是逐层升温、逐层传递的。每一层土壤温度的上升都必然消耗热量，因此土温形成了层次差异。在相当深的土层中，受地表热传导的影响很小，从而形成恒温层。
土壤的吸热性与散热性土壤对太阳辐射能吸收的能力称为土壤的吸热性。一般对太阳辐射能反射力弱的土壤吸热性就强，反之吸热性就弱。土壤吸热性的强弱决定于土壤的颜色、地面状况和植被覆盖等。土壤颜色愈深，吸热性愈强。地面平坦，则反射力强，吸热性小。南坡的土壤吸收太阳热量比北坡多。有植被覆盖的土壤吸收热量比没覆盖的土壤要少。森林地表枯落物层的作用是提高地面最低温度，而森林本身可降低土壤最高温度。
土壤散热性即土壤向大气散失热量的性能。它主要与土壤水分的蒸发和土壤辐射有关。每克水蒸发所吸收的热量约为2428焦耳，所以土壤水分的蒸发会使土壤大量散热。
2.土壤的化学能。土壤中的化学能主要储存在土壤的有机质和矿物质中，其中储存在有机质中的化学能是一切生化过程的动力，同时也依赖于微生物和酶活动将能量释放出来。例如：微生物在土壤氮素循环中的作用，就是直接与能量得失有关的反应过程。矿物和一些无机元素及离子储存着一定的能量。释放自由能越低的物质越容易生成。物质在土壤中的分解经常是逐步进行的，甚至吸收和释放能量同时进行，从而不易察觉能量的变化，但从物质成分的形态转变上，可以反映出能量交换过程的存在。
土壤胶体表面在吸附离子或其他物质时，也伴有能量的消耗和释放。土壤中的污染物也可被土壤胶体吸附或解吸。吸附结合能越强，意味着污染物被固定和净化；吸附结合能越弱，则污染物会被解离从而产生危害。