La première concerne le rapport air/eau des milieux. Ils peuvent être comparés à des éponges.

Très compact, un milieu aura beaucoup de constituants solides et peu de volumes creux (pores ou interstices). C'est le cas des milieux compacts comme le sable, la terre ou les substrats décomposés.

Par contre, un milieu peu compact a peu de matériaux pour beaucoup d'espaces remplis d'air. C'est le cas de la tourbe, du coir (fibre de coco), de l'écorce de pin ou de la vermiculite.

Les pores peuvent être occupés par de l'air ou de l'eau. Le rapport air/eau va dépendre de leur taille et de leur distribution.

Lors d'un arrosage, les interstices retiennent l'eau par capillarité alors que les grands espaces se vident rapidement permettant à l'air de retourner dans le substrat. Il a été constaté qu'après un arrosage, 25% du volume sont remplis d'air, 60% d'eau et les 15% restants par divers éléments solides.

Les substrats pour plantules sont de petite granulométrie ménageant de nombreux micro-pores retenant l'eau. Les milieux de rempotage des plantes adultes sont plus grossiers et contiennent plus d'air.

Les petits pots ou de hauteur peu élevée, sont plus susceptibles d’être surarroser que des pots plus grands ou plus hauts. Pour une même durée d’arrosage il n'y aura pas un remplissage identique de toutes les cavités par la solution d'arrosage pour tous les contenants.

De plus certains milieux, comme la tourbe et l'écorce, deviennent hydrophobes si on les laisse trop sécher. Pour cette raison un agent mouillant (savon) est fréquemment rajouté à l'engrais.

Propriétés chimiques

Le terme le plus utilisé est la CEC (capacité d'échange cationique).

Il s'agit plus précisément de la capacité du milieu à tamponner l'eau d'arrosage, la stabiliser chimiquement ou plutôt s'opposer à un changement important de son pH.

C'est en fait la capacité des particules du substrat à absorber et à relâcher les ions positifs (cations) comme le potassium, l'ammonium, le calcium ou le magnésium, ce qui permet de tamponner la solution et ainsi protéger les plantes contre les brusques changements de pH ou de concentration de sels.

Un exemple. Un engrais riche en ammonium va produire, en se décomposant, des ions H⁺. L'acide va être absorbé par le substrat et un cation différent, en général du calcium, est relâché. Au contraire un engrais avec beaucoup de nitrate produira un anion (OH^- ou HCO₃^-). En échange de cet anion le substrat va relâcher un ion H⁺ qui va réagir avec la base pour donner de l'eau H₂O et du gaz carbonique CO₂.

Dans les deux cas, et si le substrat a un pouvoir tampon suffisant, le résultat final sera que le pH et le niveau de calcium resteront stables.

Les substrats avec une CEC élevée résistent mieux à un changement de pH sur une longue durée alors qu'un substrat avec une CEC basse aura un changement rapide et important. De fait, la CEC de la tourbe, du coir ou des substrats à base d'écorce sont peu efficaces contre les changements de pH et dans la rétention des divers éléments.

Cela ne veut pas dire que les substrats n'ont pas de rôle dans la gestion du pH et des engrais.

La tourbe est très acide et on peut y ajouter de la chaux (hydroxyde de calcium) pour neutraliser cette acidité, remonter le pH à un niveau acceptable et créer un effet tampon.

Pour un même résultat, la pratique montre qu'il faut une quarantaine d’arrosages à l'eau de ville pour augmenter le pH et l'amener à un niveau acceptable (soit 1 à 6 mois d’arrosage !).

L'introduction de chaux, pour les orchidées qui n’en sont pas totalement réfractaires, peut ainsi amener un effet tampon intéressant quand on utilise un engrais acide. Mais c'est la dégradation du substrat qui va interférer beaucoup avec l'alimentation des plantes et le pH.

Il y a une dégradation du substrat, notamment l'écorce de pin, avec une détérioration équivalente à un compostage. L'écorce est le moins stable de tous les composants du substrat et sa décomposition peut être rapide.

Un autre problème se rajoute à la dégradation de l'écorce, c'est que d'une part elle absorbe tout l'azote apporté, entraînant une carence azotée, mais de plus elle engendre une acidification notable. Et toute écorce comportant du bois est à rejeter car ce bois va encore accélérer la dégradation du compost provoquant une carence en azote.