二土壤水分的类型及性质
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土壤水分类型及有效性(内容严选)
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•***毛管水上升高度
•从地下水面到毛管上升谁所能达 到的相对高度，叫毛管水上升高 度。
• h水柱高度（cm)，d孔隙直径（mm）
行内借鉴
11
不同土壤质地毛管水上升高度
土壤质地 毛管水上升高度 土壤质地 毛管水上升高度
砂土
砂壤土， 轻壤土
0.5～1.0 1.5
中壤土， 1.2～2.0 重壤土
毛管悬着水达到最大值时的土壤含水 量称为田间持水量，通常作为灌溉水量定
额的最高指标。
在数量上它包括吸湿水、膜状水和毛 管悬着水。
● 饱和含水量(saturated water content) 饱和含 水量是指土壤中孔隙都充满水时的含水量。以 干土质量或容积的百分量表示。
行内借鉴
17
（二）土壤水的有效性(availability) 土壤水的有效性是指土壤水能否被
土壤所有的孔隙都充满了水时，水分向土壤 下层或横向运动的速度。
影响饱和导水率的因素 饱和导水率的特点
• 质地 水通量与孔隙半径 ① 饱和率是常数
4次方呈正比。
② 是土壤导水率的MAX
•结构 土壤结皮对土壤饱和 ③ 主要取决于土壤的质地
导水率有显著的影响。
和结构。
•有机质含量。
沙质土 > 壤质土 > 粘
2、为什么说毛管水是土壤中最宝贵的水分？
3、分析土壤水分的有效性
4、研究土壤水有何重大意义?土壤水在土壤中有何 重要作用?
5、土水势与土壤水吸力有何异同点？
行内借鉴
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行内借鉴
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植物吸收利用及其难易程度。 不能被植物吸收利用的水称为无效
水,能被植物吸收利用的水称为有效水。 最大有效水含量是凋萎系数至田间
土壤水分、空气和热量
1cm
19 ℃
（2）导热率的物理意义
导热率大则传热快，得热后迅速下传（失热后迅速补 给），引起的变温小。
导热率小则传热慢，得热后不易下传（失热后补给缓 慢），引起的变温大。
J s-1
1cm2
20 ℃
21 ℃ 21 ℃
1cm
19 ℃
20 ℃ 19.2 ℃
Question：土壤的导热率大小取决于什么？ Answer：取决于土壤中的基本组成物质。
固相 50% 矿物质45% 水20-30% 空气
30-20% 孔隙50%
有机质5%
不同土壤组分的热容量
土壤组成物质
粗石英砂 高岭石 石灰 腐殖质 Fe2O3 Al2O3
土壤空气 土壤水分
重量热容量 （Jg-1℃-1）
0.745 0.975 0.895 0.682 0.908 1.996 1.004 4.184
一般作物根系的吸水力平均为1.5MPa。
2、土壤膜状水
土壤膜状水：吸湿水达到最大后,土壤还有剩余的引力吸 附液态水, 在吸湿水的外围形成一层水膜。
膜 状 水 示 意 图
土壤膜状水的有效性：
土壤膜状水
3.1MPa (靠近土壤内层）（无效水）
受到的引力
0.625 MPa (靠近土壤外层）（有效水）
一般作物根系的吸水力平均为1.5MPa。
取容积为1的土壤，设它吸收（放出）的热量为 ⊿Q，引起的温度变化为⊿T ，则根据定义Cv=⊿Q/⊿T, 这就是容积热容量。
转换公式一下：⊿T=⊿Q/Cv， 当不同的物质吸收或放出相同热量时候，热容量越 大的物质，升、降温缓慢， 即温度变化小，反之亦然。
Question:土壤的热容量大小取决于什么？
土壤水分类型及有效性
河流
2020/7/7
三、土壤水分含量的表示方法
（一）质量含水量（m）
n
W1 W2 W2
100
（二）容积含水量（ v）
V=m·
（三）相对含水量（%）
土 壤 相 对 含 水 量 ＝ 土 壤 含 水 量 田 间 持 水 量
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（三）土壤贮水量
1、水深（DW）
n
DW=V·h 或 Dw,100 1 •h
如何用水吸力和水势判断水 分运动的方向？请回答。
2020/7/7
四、土壤水势的定量测定来自★在上述范围内随土壤水分减少而降低 。
★传统的土壤水分有效范围
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(三)影响土壤水分有效性的因素
● 土壤质地 土壤质地的影响主要是由土壤的 表面积和孔隙系统的性质引起的。
● 土壤结构 团聚体土壤孔隙度大，含水量高， 持水孔隙发达，故有效水分含量高。如团聚体发 育好的东北黑土。
● 有机质含量 有机质本身的持水量很大，更 能促进良好土壤结构的形成，所以多施有机质， 可以扩大有效水范围。
弱有效水分，又称为松束缚水分。
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膜状 水
膜
土粒
状
水
示
意
图
膜状水
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3、毛管水(capillary water) 毛管水是靠土壤 中毛管孔隙所产生的毛管引力所保持的 水分，称为毛管水。毛管水是土壤中最 宝贵的水分。
毛管水又可以分为两种类型。
● 毛管悬着水(capillary supporting water) 土体中与地
下水位无联系的毛管水称 毛管悬着水。
● 毛管支持水（毛管上 升水） (capillary suspending
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三、土壤水分含量的表示方法
（一）质量含水量（m）
n
W1 W2 W2
100
（二）容积含水量（ v）
V=m·
（三）相对含水量（%）
土 壤 相 对 含 水 量 ＝ 土 壤 含 水 量 田 间 持 水 量
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（三）土壤贮水量
1、水深（DW）
n
DW=V·h 或 Dw,100 1 •h
如何用水吸力和水势判断水 分运动的方向？请回答。
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四、土壤水势的定量测定来自★在上述范围内随土壤水分减少而降低 。
★传统的土壤水分有效范围
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(三)影响土壤水分有效性的因素
● 土壤质地 土壤质地的影响主要是由土壤的 表面积和孔隙系统的性质引起的。
● 土壤结构 团聚体土壤孔隙度大，含水量高， 持水孔隙发达，故有效水分含量高。如团聚体发 育好的东北黑土。
● 有机质含量 有机质本身的持水量很大，更 能促进良好土壤结构的形成，所以多施有机质， 可以扩大有效水范围。
弱有效水分，又称为松束缚水分。
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膜状 水
膜
土粒
状
水
示
意
图
膜状水
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3、毛管水(capillary water) 毛管水是靠土壤 中毛管孔隙所产生的毛管引力所保持的 水分，称为毛管水。毛管水是土壤中最 宝贵的水分。
毛管水又可以分为两种类型。
● 毛管悬着水(capillary supporting water) 土体中与地
下水位无联系的毛管水称 毛管悬着水。
● 毛管支持水（毛管上 升水） (capillary suspending
土壤水分
3、中子土壤水分仪的使用 首先在欲测量的田间埋设测量导管，导管长度为测量要求的最深深度 (市场所购成品管通常不超过6米，更长需套接)。导管一般为铝质或薄壁不 锈钢管，底部焊接密封以防水渗入。导管上端高出地面约10厘米以防防雨 水灌入。测量时仪器底部喇叭口与导管对接，探头顺着导管放至欲测深度， 这时中子穿过导管壁进入土壤，取得土壤水分信息后再穿过导管壁回到探 头，只要30秒左右即可得到该土层的含水量值，这样从上往下即可逐层测 出导管深度范围内的土壤含水量。仪器内有10条多项式标定方程供用户选 择，用于不同土质的测量计算。测量结果可自动贮存在仪器的单片计算机 系统中，每次可存1800个数据。测量完毕后，这些数据可通过串行口输入 到计算机的中子水分仪管理软件中，并能复制到EXCEL软件里，然后进 一步计算处理。导管通常是半永久性埋置，可连续测量许多年，由于不用 取样，没有扰动土壤，每次测量位置和测量条件一致，可得到被测田地水 分长期准确完整的资料。CS830型中子水分仪在20年的使用期内，测量效 率不会有任何下降，除了充电电池只能用5年左右外，不用更换任何其他 部件，一次投资长期受益，综合费用低于其他测量方法。中子水分仪的另 一个重要优点是可测冰和结晶水，这在冰土层测量中是其它测量方法不可 比拟的。
三、土壤水分的有效性
土壤水分的有效性：是指水分被植物利用的程度。 有效水：可被植物吸收利用的那一部分水分称有 效水。 无效水：另一部分不能被植物吸收利用的水称为 无效水。 土壤水分常数（吸湿系数、凋萎系数、最大分子 持水量、田间持水量、毛管持水量、饱和持水量等都 是土壤水分常数，这些常数对于作物的生长有一定意 义） 土壤有效水的范围（%）=田间持水量（%）-凋 萎系数（%）
毛管悬着水：借毛管力保持在土壤 上层不与地下水相连的水分。这种悬着在 上层土壤中的毛管水称为毛管悬着水。 毛管悬着水的最大时的土壤含水量 称为田间持水量。这是确定灌水量的重要 参数。不同质地，土壤田间持水量有很大 不同。
第三章_土壤水分
一定量土壤中所含水分数量的多少。
土壤水分含量的表示方法
1.土壤重量/质量含水量：θm
（mass water content of soil） 土壤所含水分的重量占烘干土重的百分数。
Ww W - WS θm (%) = = *100 Ws WS
2.容积/体积含水量（volumetric water content）：θv
毛管上升水 (ascending capillary water) 毛管悬着水 (hanging capillary water)
土壤水
（soil water） （bonding water）
（free water）
(capillary water) 重力水
(gravitational water)
土壤吸湿水的最大值；水吸力3.1MPa 吸湿水
土壤颗粒 吸湿系数
1.2 凋萎系数（wilting coefficient）：植物产生 永久凋萎时土壤的含水量。植物可利用的土壤水量 （有效水）的下限。
吸湿水＋部分膜状水；水吸力 1.5MPa ；吸湿系数的 1.5～2.0倍
膜状水 （部分） Soil particle 吸湿系数 凋萎系数 吸湿水
毛管断裂含水量
田间持水量
毛管持水量
重力水 多余水
吸湿系数
土壤 水分 形态 土壤 水分 有效 性
化学束 吸湿水 缚水 无效水
凋萎系数
土壤 土 水分 粒 常数
膜状水
悬着毛管水 上升毛管水
有效水下限
旱地灌溉下限
难有效水
易有效水
旱地有效 水上限
饱和含水量
2.2 影响土壤有效水量的因素：
(1)土壤有机质含量越高，有效水量越大； (2)土壤结构、土壤松紧度 (3)土壤质地 (决定因素)
种植基础第二章第四节土壤肥力因素
毛
管
上
土粒
升 水
地下水位
4.重力水
土壤中所有毛管孔隙充满水后，再有多余的 水分不能被毛管孔隙所保持，而受重力作用沿大 孔隙向下移动，这种水叫重力水。
当土壤中所有孔隙充满水时的土壤的含水量叫 饱和含水量。
（二）土壤水分的有效性
土壤吸湿系数、萎蔫系数、田间持 水量、饱和含水量等对某一土壤来说， 其数值是固定的或变化极小，称之为土 壤水分常数。
（一）、土壤空气的特点
土壤空气与大气组成的比较（容积%）
气体
O2
CO2
N2
其他
气体
近地面 20.96 0.03 79.01 0.95 的大气
土 壤 20.03 0.15-
79
1
空气
0.65
土壤空气和大气组成的差异
1．土壤空气中的CO2含量高于大气 2．土壤空气中的O2含量低于大气 3．土壤空气中的水汽含量一般高于大气 4．土壤空气中含有较高量的还原性气体（CH4等）
Cv Cvm Vm Cvo Vo Cvw Vw Cva Va
矿 物 质
土壤组成
有 机 质
水 分
空 气
表2-7土壤各组分的热容量
土壤空气 土壤水分 砂粒和黏粒 有机质
质量热容量
1.0048
容积热量、热容量 0.0013
4.1868 4.1868
0.75-0.96 2.01 2.05-2.43 2.51
• 农业生产中常用中耕松土、灌水和排水等 措施来调节土壤的通气性。
灌溉
排水
三、土壤热量
土壤热量对作物的生长发育及微生物的活动 都有直接影响，它还影响土壤水、气和养 分状况，因此，土壤热量也是重要的肥力 因素
任务四认识土壤水分
等，使土壤中的水比纯水自由能降低了（分子活动能力降低了），
土壤水的自由能和纯自由水之间自由能的差值，其值大小等于在 标准大气压等温条件下，单位数量的纯自由水转变成土壤水时所 作的功或其自由能的降低值称为土水势。 土水势严密的概念如下：从一已定高度的蓄水池中，把无限少量 的纯水，在一个大气压下等温可逆地转移到土壤中的某一已定点， 使成为土壤水，这时必须做的功，以单位水量来表示称为土水势。 我们规定纯水（自由水）势能值为零，土水势应是负值。
有效水分 土壤水吸力 3.1Mpa 1.5Mpa 0.625Mpa 最 萎 最 大 大 蔫 吸 分 系 湿 子 数 量 持 水 量 膜状水 0.1Mpa 田 间 持 水 量 0Mpa
土 壤 颗 粒
吸湿水
饱 和 持 水 量
毛管悬着水
重力水
泌阳县中等职业学校 农经组
三、土壤含水量的表示方法 1、质量含水量：土壤中保持的水分质量占干土质量的分数， 单位g/㎏。 土壤质量含水量rw=
d=
m土 V土
V H 2O = m土 d
=
Q=
V H 2O V土
mH 2O m土
×d
rw ×d = 1000
Q=rw×d÷1000=质量含水量×容重÷1000 Q%=rw×d÷1000×100%=质量含水量×容重÷1000×100%
泌阳县中等职业学校 农经组
3相对含水量：土壤含水量占田间持水量的百分率。 相对含水量=
3、毛管水：当土壤水分含量达到最大分子持水量时土壤水分就不 再受土粒吸附力的束缚，成为可以移动的自由水，这时靠土壤毛管 孔隙的毛管引力而保持的水分称为毛管水。毛管水可分为： a、毛管上升水：地下水随毛管上升而保持在土壤中的水分称毛 管上升水，毛管上升水与地下水位有密切的关系，它的有效性取 决地下水位。 毛管上升水达到最大量时土壤含水量称土壤毛管持水量。 b、：毛管悬着水：在地下水位很深的地区，降雨或灌水之后， 由于毛管引力而保持在土壤上层中的水分，称为毛管悬着水。它 与地下水位没有关系，好象悬浮在土层中一样，它是植物水分的 重要来源，对植物的生长意义重大。 毛管悬着水达到最大量时的土壤含水量称田间持水量。
土壤水分概述
旱地土壤作物生长适宜的土壤相对含水量是田间持水量的 70-80%。
4、水层厚度
指在一定厚度(h)、一定面积的土壤中所含水量相当 于相同面积水层的厚度(mm).
水层厚度＝(土壤质量含水量×土壤容重×土层厚度)/1000
四、土壤水分的能态
1、土水势（soil water potential） 指将单位水量从一个土－水系统移到温度和它完全相同
凋萎系数(permanent wilting point)：
当土壤水分受到的吸引力超过1.5Mpa，作物无法从 土壤中吸收水分而呈现永久凋萎时的土壤含水量称凋 萎系数。
土壤最大分子持水量：当膜状水达到最大厚度时的土 壤含水量。
3、土壤毛管水(soil capillary water)
土壤含水量超过最大分子持水量后，水分可以自 由移动，靠毛管力保持在土壤孔隙中的水分称为 毛管水。
的纯水池时所做的功，Ψw表示。 Ψw＝Ψm＋Ψp＋Ψs＋Ψg
Ψm：基质势：；Ψp：压力势；Ψs：溶质势； Ψg：重力势。
基质势（matric potential）
它是指将单位水量从一个平衡的土-水体系统移到 另一个没有土壤基质(纯水)，而其它状态完全相同的水 池时所做的功。或由吸附力和毛管力所制约的土水势。
土壤为何具有吸持水分的功能？
三种吸附力：
1、土粒的吸附：水分子与固体颗粒表面的氧元素的形成氢
键－吸附力强，距离短； 2、胶体表面带电形成的静电场，水分子定向排列---有效
距离长，但作用力弱，受比表面积、胶粒及吸附离子种 类的影响； 3、土粒孔隙水和空气界面上的弯月面力（土壤水承受的 一种张力--毛管力）。
rw： 土壤质量含水量（g/kg） m1：湿土质量（g） m2：干土质量（g）
4、水层厚度
指在一定厚度(h)、一定面积的土壤中所含水量相当 于相同面积水层的厚度(mm).
水层厚度＝(土壤质量含水量×土壤容重×土层厚度)/1000
四、土壤水分的能态
1、土水势（soil water potential） 指将单位水量从一个土－水系统移到温度和它完全相同
凋萎系数(permanent wilting point)：
当土壤水分受到的吸引力超过1.5Mpa，作物无法从 土壤中吸收水分而呈现永久凋萎时的土壤含水量称凋 萎系数。
土壤最大分子持水量：当膜状水达到最大厚度时的土 壤含水量。
3、土壤毛管水(soil capillary water)
土壤含水量超过最大分子持水量后，水分可以自 由移动，靠毛管力保持在土壤孔隙中的水分称为 毛管水。
的纯水池时所做的功，Ψw表示。 Ψw＝Ψm＋Ψp＋Ψs＋Ψg
Ψm：基质势：；Ψp：压力势；Ψs：溶质势； Ψg：重力势。
基质势（matric potential）
它是指将单位水量从一个平衡的土-水体系统移到 另一个没有土壤基质(纯水)，而其它状态完全相同的水 池时所做的功。或由吸附力和毛管力所制约的土水势。
土壤为何具有吸持水分的功能？
三种吸附力：
1、土粒的吸附：水分子与固体颗粒表面的氧元素的形成氢
键－吸附力强，距离短； 2、胶体表面带电形成的静电场，水分子定向排列---有效
距离长，但作用力弱，受比表面积、胶粒及吸附离子种 类的影响； 3、土粒孔隙水和空气界面上的弯月面力（土壤水承受的 一种张力--毛管力）。
rw： 土壤质量含水量（g/kg） m1：湿土质量（g） m2：干土质量（g）
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慢移动，其中有部分水分能
够被植物吸收利用。因此， 膜状水是部分有效的水分类
型。
学习内容
萎蔫系数
植物发生永久萎蔫时的土壤含水量 叫做萎蔫系数。
它是土壤有效水的下限。萎蔫系数
通常是最大吸湿量的1.5倍。
学习内容
3.毛管水
是依靠毛管力保持在土壤毛管孔隙中的水分。
毛管水是土壤中最宝贵的水分类型。 （1）特点：
学习内容
一般地下水位在1.5～2.5m,毛管上 升水可到到根系活动层，它是作物
所需水分的重要来源。
但在地下水含盐多的地区，毛管 上升水可达地表，往往是造成土 壤盐碱化的主要原因。
学习内容
毛管持水量
毛管上升水的最大含量 叫毛管持水量。
学习内容
4.重力水
是指当土壤含水量超过田间持水量后，受重力作
用，沿土壤大孔隙向下渗透的水。
课后练习
三.名词解释：
1.毛管上升水：当地势较低，地下水位借毛管力上升而保持 在土壤毛管中的水分，称为毛管上升水。
2.毛管悬着水： 当降水或灌水后，依靠毛管力保持在土壤上 层毛管中的水，像悬在上层土壤中一样，因 此称毛管悬着水。 植物发生永久萎蔫时的土壤含水量叫做萎蔫系数。 3.萎蔫系数： 4.田间持水量：毛管悬着水达最大量时（即所有毛管孔隙都 充满水时）的土壤含水量叫田间持水量。
是地下水的重要来源
学习内容
最大蓄水量或饱 和含水量
土壤全部孔隙都充满水时的土壤含水量 称为含水量最大蓄水量或含水量。
土壤经大水漫灌或大雨后，会暂时出现这种水分。
课后练习
一.填空：
降水 1.土壤水分主要来自________ 和灌溉水 _______。 毛管水 、 吸湿水 、 __________ 2. 土壤中的水分类型分为 _______ 膜状水 重力水 __________ 、________ 。 田间持水量 是土壤所能保持的最大水量。是土壤 3.___________ 有效水的上限。 萎蔫系数 是土壤有效水的下限。 4.___________ 毛管水 是土壤中最宝贵的水分类型。 5._______
土壤肥力的高低
主要取决于水、 肥、气、热之间 在一定条件下的 协调程度。
学习内容
二.土壤水分的类型及性质：
土壤水分是土壤的重要组成部分，也是最为活 跃的一个肥力因素。
学习内容
作物的生长发育、土壤微 生物的活动、土壤有机质 的合成与分解必须有水分 才能进行。土壤水分的变 动，对土壤通气性、土壤 温度状况和土壤有效养分的含量都起直接的促进和抑制 作用。 因此，了解土壤水分的性质及其运动规律，采取措施调 节土壤中有效水的含量，满足作物所需的水分条件，是农 业生产的重要环节。
学习内容
最大吸湿量（吸湿系数）
定义： 土壤吸湿水达最大量时的土壤含水 量称为最大吸湿量或吸湿系数。 其大小与空气的相对湿度、土
壤质地、有机质含量等因素有关。
学习内容
2.膜状水 在吸湿水的外面，依靠土粒剩余的分子引力受的吸力比吸湿水 要小，水分能够在土壤中缓
土壤水分类型及其性 质
学习目标
1.掌握土壤水分的类型有哪些。 2.重点了解不同的土壤水分类型的特点。
学习内容
一.土壤肥力的含义：
土壤肥力是土壤的本质特征。它是指土壤能够供给 和协调植物生长发育所需要的水、肥、气、热的能 力。 土壤肥力状况是 土壤水、肥、气、 热四大肥力因素 的综合体现，它 们之间存在着相 互矛盾、相互制 约又相互促进的 关系。
学习内容
1.吸湿水 由干燥土粒的吸附力所吸附的气态水而保持
在土粒表面的水分称为吸湿水。 （1）特点：
吸湿水受土粒的吸持力很大， 因此，这种水分不能移动， 无溶解能力，具有固态水的 性质，植物不能吸收利用， 是一种无效的水分类型。
学习内容
土壤水分主要来自降水和灌溉水。
根据土壤水分所受力的不同，可分为吸湿水、膜状水、 毛管水和重力水。不同的水分类型具有不同的性质。图11.土壤水分类型
它所受的毛管吸持力很小，因此，
很容易被作物吸收利用，是有效 水。另外，毛管水还溶解有各种 养分，利于植物的养分供应。
学习内容
（2）毛管水类型
毛管悬着水： 当降水或灌水后，依靠毛管 力保持在土壤上层毛管中的 水，像悬在上层土壤中一样， 因此称毛管悬着水。 地下水位较深的地方，土壤 上层毛管中保持的水，多属 毛管悬着水。
课后练习
二.判断题
1.土壤肥力状况是土壤水、肥、气、热四大肥力因素的综合 体现，它们之间存在着相互矛盾、相互制约又相互促进的 关系。（ √ ） 2.地下水位较深的地方，土壤上层毛管中保持的水，多属毛 管上升水。（ × ） 3.吸湿水是部分有效的水分类型 。（ × ）
4.土壤质地由粗到细，田间持水量逐渐增大。 （ √ ）
学习内容
田间持水量
毛管悬着水达最大量时（即所有 毛管孔隙都充满水时）的土壤含
水量叫田间持水量。它是土壤所
能保持的最大水量。是计算土壤 相对含水量、判断是否需要灌水
土壤有效水的上限
和确定灌水定额的重要依据，也 是土壤保水性能的重要指标。
学习内容
毛管上升水 当地势 较低，地下水位借毛 管力上升而保持在土 壤毛管中的水分，称 为毛管上升水。