Топырақ туралы ілімнің негізін қалаушы В.В. Докучаевтың анықтамасы бойынша, топырақ - түрлі топырақ түзуші факторлар әсерінен жер қыртысының жоғарғы қабатының түрі өзгеруі нәтижесінде пайда болған ерекше табиғи-тарихи дене болып табылады. Бұл факторларға топырақ түзуші аналық тау жыныстары, климаттық әсерлер, жергілікті жердің рельефі, өсімдіктер, топырақ ағзалары, уақыт факторы, адамның әсері жатады.
Аналық тау жыныстары мыңдаған жылдар бойына желмен мүжілуге және үгілуге ұшырай отырып, біріккен массадан борпылдақ қабатқа айналатын, біртіндеп органикалық заттармен байытылып отыратын, топырақ түзілу процесінің бастамасы болып табылады. Бұл ретте аналық тау жыныстарының бөлшектері топырақ түзілу үшін тек механикалық базис құрап қана қоймай, топырақтың физикалық қасиеттерін, оның минералды химиялық құрамын анықтайды, топырақ биоценозының тіршілік етуі үшін микроэлементтер көзі болып табылады, микроэлементтердің сипатын, сондай-ақ топырақтың адам ағзасына әсерін анықтайды (В.И. Вернадский).
Топырақ түзілу ұрдісің негізгі факторларының қатарына топырақтың жылу және су режимдерін қалыптастыратын жергілікті жердің климаты мен рельефі жатады. Жылу мен ылғалдылық топырақта болып жататын барлық биологиялық және физикалық-химиялық үрдістерге әсер етеді. Көп жағдайда оларға топырақ түзуші тау жыныстардың бүліну жылдамдығы, топырақтың әр түрлі типтерінің қалыптасуы, топырақ микроорганизмдерінің, жануарлар ағзаларының, өсімдіктердің тіршілік етуі үшін қажетті жағдайларды қалыптастырады.
Топырақ түзілу үрдістерінде топырақтың органикалық заттарының көздері және оларды қайта түзушілер болып табылатын тірі организмдер (өсімдіктер, жануарлар, топырақ организмдері) жетекші роль атқарады. Жануарлармен бірге, топырақты органикалық заттармен байытатын биомассаның алғашқы продуценттері - өсімдіктер болып табылады. Өсімдіктердің қурап қалған жер үстілік және жер астылық бөліктері топырақ микроағзаларының әсерінен ыдырайды, ал бұл кезде түзілетін қосылыстар топырақтың негізгі қасиеті – құнарлылықты анықтайтын күрделі органикалық кешен – гумустың синтезделуі үшін пайдаланылады. Өсімдіктердің минералдық заттары топырақтың минералдық бөлігін толықтырады. Өсімдіктердің жер үстілік және тамыр бөліктерінің түсу мөлшері ылғалды тропиктік ормандарда анағұрлым жоғары – 250 ц/га-ға дейін болса, шөлді жерлерде бұл көрсеткіш 5-6 ц/га-ға әрең жетеді. Ыдырамаған өсімдік қалдықтары ормандарда орман жабындысын немесе далалы жерлерде өсімдік жабынын түзеді, олар өз кезегінде, топырақтың жылулық қасиеттеріне, ылғалдылық пен оттегін өткізуіне, топырақ ағзаларының тіршілік етуіне әсер етеді.
Топырақ ағзалары үлкен топырақ түзуші қызмет атқарады. Олардың кейбіреулері – нематодтар, жауын құрттары және басқа да сапрофагтар - өлі органикалық заттарды қорек үшін пайдаланады, басқалары – топырақ микроорганизмдерінің көпшілігі - өсімдіктер мен жануарлар қалдықтарын ыдыратады және минералдайды, жаңа протеинді кешендер түзіп, жоғары сатыдағы өсімдіктердің, жануарлар мен микроорганизмдердің алмасу үрдістерінің улы өнімдерін ыдыратады. Үшіншілері – құрттар, насекомдар, личинкалар, тышқан тәрізді кеміргіштер, көртышқандар, саршұнақтар және басқа да тірі организмдер – топырақты қопсытады, оның әр түрлі қабаттарын бір-бірімен араластырады, аэрацияға жағдай жасайды, өздерінен бөлініп шығатын заттармен топырақты тыңайтады. Бұл процестерде микроорганизмдер – бактериялар, төменгі сатыдағы саңырауқұлақтар, балдырлар, қарапайымдылар және басқалар ерекше роль атқарады, өйткені олардың тіршілік үрдестірінің нәтижесінде күрделі органикалық заттар ыдырап, топырақ қарашірікпен және минералдық заттармен байытылады, заттардың биологиялық айналымы қамтамасыз етіледі.
Антропогендік топырақ түзуші фактор топырақ түзілу үрдістіріне аса үлкен ауқымда, қарқынды және көбінесе жағымсыз әсер ететін жаңа геологиялық күш болып отыр. Дала топырақтарының үлкен массивтерін жырту, улы химикаттар мен минералдық тыңайтқыштарды қарқынды пайдалану, ауыр техниканы қолдану, өсімдіктердің жойылуы, ірі жасанды су қоймаларын салу кезінде жерлерді су басу, пайдалы қазбаларды игеру, ашық әдіспен тас көмір, т.б. өндіру және басқалары топырақтың деградациялануы мен аса үлкен аудандардың ластануына әкеп соғады. Ал топырақ түзілу үрдісі өте ұзақ уақытты қажет ететіні белгілі. Мысалы, Жердің әр түрлі аудандарындағы ертеректе қалыптасқан топырақтардың жасы жүздеген және мыңдаған жылдарды құрайды. Бұл, топырақтың қалпына келуі қиын табиғи ресурстар қатарына жататынын және антропогендік әсер табиғат заңдылықтары ескеріле отырып жүзеге асырылуы тиіс екендігін көрсетеді.
Барлық табиғи топырақ түзуші факторлардың бірлескен әсері топырақтың – минералдық және органикалық компоненттерден, топырақтағы ауа мен судан, сондай-ақ топырақ микро- және макроорганизмдерінен тұратын күрделі көп компонентті жүйенің қалыптасуына әкеп соғады. Минералды компоненттерге аналық тау жыныстарының ұсақталған бөлшектері жатады, олардың құрамының көп бөлігі кристалдық кремнезем (кварц), глиноземнен, темір, алюминий, магний, калий, фосфор, кальций оксидтерінен тұрады. Бұл қосылыстардан басқа, топырақтың минералдық бөлігінде, белгілі бір пропорцияда Д.И. Менделеевтің периодтық системасындағы барлық элементтер кездеседі. Топырақтың органикалық заты ыдыраудың әр түрлі сатысындағы өсімдіктер мен жануарлар организмдерінің қалдықтарынан, топырақтың өз органикалық қосылыстарынан (гумин қышқылдары, фульво қышқылдары), сол сияқты топырақ микроорганизмдері синтездеген қарашіріктен тұрады. Топырақтың биотикалық компоненті, жоғарыда айтылғандай, әрқайсысы белгілі бір функциялар атқаратын түрлі тірі организмдер топтарынан тұрады.
Топырақтың негізгі құрам бөлігі, сондай-ақ ондағы ауа және су болып табылады. Топырақтың жоғарғы қабаттарындағы (0,2 м) ауа құрамы бойынша атмосфералық ауаның құрамына жақын болады. Топырақ тереңдеген сайын оттегінің мөлшері азаяды да, көмірқышқыл газының концентрациясы артады. Алайда, 3 метрден 6 метрге дейінгі тереңдіктің өзінде де топырақтағы ауа құрамындағы оттегінің концентрациясы (14,2-16,8%) органикалық ластаушылардың аэробты тотығуы үшін жеткілікті болып саналады (Е.И. Гончарук, 2006). Көмір қышқыл газының мөлшері 1 метр тереңдіктің өзінде-ақ 1%-ға дейін артады, ал одан ары тереңдікте (3-6 м) 4-8%-ға жетеді. Көбінесе топырақтың өткізгіштігінің нашарлауына және оның ластануына байланысты оттектің концентрациясы біршама төмендегенде (2%-ға дейін және одан да аз), органикалық қалдықтардың анаэробты жағдайда ыдырау үрдістері басым жүреді. Нәтижесінде көмірқышқыл газы жинақталады және жабық орындар немесе кеңістіктерге түскенде адамдарға жағымсыз әсер ететін метан, аммиак, күкіртті сутек сияқты улы әсер ететін қосылыстар түзіледі. Құдықтар, терең шұңқырлар қазу кезінде, жер асты қондырғыларында топырақ ауасынан улану оқиғалары орын алған.
Топырақтағы су түрліше қызмет атқарады. Ең алдымен, ол топырақ флорасы мен фаунасының тіршілік етуі үшін қажетті фактор болып табылады. Түрлі қосылыстардың әмбебап еріткіші бола отырып, су, бір жағынан, өсімдіктерге қажетті химиялық заттарды тасымалдайды, екінші жағынан, топырақта болып жататын барлық химиялық және биохимиялық үрдістер жүзеге асыратын орта болып табылады. Алайда, сумен бірге топырақтағы организмдерге қажетті заттар ғана емес, сонымен қатар топырақ пен жер астылық сулардың кеңінен таралған ластану мүмкіндіктерін жоғарылататын химиялық және биологиялық ластаушылар да тасымалданады. Топырақтың жылулық қасиеттері, оның аэрациясы мен өздігінен тазару қабілеті топырақтағы су мөлшеріне байланысты болады.
