學過中學物理學的人都知道 ， 抽水機的原理是制造真空 ， 然后通過大氣壓差將水送往高處的 。 因此水能夠被抽到的最大高度 ， 是一個大氣壓所能支持的水柱高度 ， 即10m左右 。 所以如果人們希望將水抽到更高的高度 ， 那么需要制造中間水池來進行“接力”抽水 ， 或是通過管道給水加壓 ， 讓水能夠運輸到更高的高度 。
然而在自然界中 ， 高度超過10米的樹木比比皆是 ， 世界上最高的樹木桉樹 ， 高度甚至能超過百米 。 樹木們看上去并沒有“抽水機” ， 也沒有強大的加壓裝置 。 那么 ， 樹木是如何將水分輸送到幾十甚至上百米的頂端呢？
根壓：力不從心

在很久之前 ， 對于水分垂直運輸的動力就有若干個假說 ， 其中之一是根壓假說 。 所謂根壓 ， 就是由于植物根部主動轉運礦質離子到根中心的維管束中 ， 從而提高了根內的溶液濃度 ， 更準確的說 ， 是降低了根內部的水勢 。 這樣就建立了一個由土壤到維管束的水勢梯度 。 根據滲透學說 ， 水分會有主動進入溶液濃度較高（水勢較低）根部的趨勢 ， 這一趨勢就形成了根壓 。 在砍斷的植物截面上溢出的汁液 ， 以及葉片吐水的水滴 ， 都是根壓存在的證據 。 因此在一段時間內 ， 根壓被視為水分垂直運輸的動力 。

然而 ， 進一步的觀測發現 ， 對于高大的喬木而言 ， 根壓不足以將水分運輸到植物頂端 。 這是因為根壓產生的壓力實在太小了 。 根壓的主要來源是上面提到的水勢差 ， 但對于植物體來說 ， 細胞液的濃度是具有上限的 ， 因此水勢的下降所產生的根壓是有限度的 。 據測算 ， 根壓一般為0.1MP左右 ， 換而言之 ， 就相當于一個大氣壓 ， 因此也僅能將水分推上約10m的高度 。 可以看出 ， 根壓不可能成為水分垂直運輸的主要動力 。

毛細現象：無能為力

除了根壓 ， 人們還尋找了其他可能的運輸方式 。 我們知道 ， 當在水中插入一根能被水浸潤的管子 ， 那么可以觀察到管子內的水上升了 ， 管子越細 ， 水位上升的高度越高 。 這就是我們熟知的毛細作用 。 同時我們還知道 ， 植物內部存在大量的細管狀結構 ， 即導管組織 。 導管組織是死亡的厚壁細胞 ， 在被子植物中這些細胞彼此收尾相連并打通 ， 就成為了運輸水分的導管 。 那是否是導管的毛細作用使得水分被運輸到植物頂端的呢？



事實上 ， 毛細現象更不靠譜 。

毛細作用中 ， 水能升高的高度 ， 取決于管的管徑、水的表面張力以及和管壁的相互作用 。 相互作用越強 ， 水上升的高度越大 。 從本質上來說 ， 這是水表面張力的體現——由于水浸潤管壁從而產生黏附力 ， 使得和管壁接觸的水上升 ， 形成一個彎月面 ， 而水有收縮表面積的趨勢——因此就帶動了液面的上升 。 當粘附力和重力平衡時 ， 水面升到最大高度 。
在毛細效應中 ， 水面能上升的高度可以用公式H＝2σcosθ/rρg來計算 ， 其中r為毛管半徑 ， ρ為液體的密度 ， g為重力加速度 ， σ為液體的表面張力 ， θ為彎月面與毛管之間的夾角 。 因為植物導管內壁親水 ， 可以看做管內完全濕潤 ， 此時θ=0° ， 而常溫下σ=72.8×10－7 N/m, ρ＝1 ， g=9.8 m/s ， 因此可以得到 H＝15×10-6/r 。    

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