植物中 ， 典型的導管半徑r可以視作2.5微米 ， 也就是2.5×10-6m ， 那么計算可知 ， 水分依靠導管內毛細作用上升的高度僅為6m 。 可見 ， 區區幾米也不足以為高大樹木提供足夠的垂直運輸動力 。 此外雖然通過細胞壁的質外體途徑可以提供更小的管徑（約10-8m） ， 但阻力過大 ， 也不能使得水上升很高 。
蒸騰作用：強大的拉力
那么 ， 究竟是什么提供了高大喬木所需的垂直運輸動力呢？人們又將眼光投向了蒸騰作用 。 然而蒸騰又是如何將水分提高至幾十甚至上百米高的高處呢？其中所需的近十個大氣壓的壓力差又該如何產生呢？
原來 ， 這還是由水的性質決定的 。 從上面我們已經知道 ， 當水形成一個彎月面時 ， 由于水有收縮表面積的趨勢 ， 這個就是表面張力 。 對于水來說 ， 表面張力是十分巨大的（高達72.8×10-7 N/m） ， 而彎月面的曲率半徑越小 ， 表面張力表現的越明顯 ， 恢復的趨勢越強 ， 從而使得液體內部形成了極高的負壓 。 據測算 ， 當曲率半徑為0.5微米時 ， 造成負壓就可以達到0.3MP ， 而曲率半徑減小到0.1微米時 ， 負壓更可達到驚人的15MP ， 也就是說 ， 相當于150個大氣壓！

   

與此相適應的 ， 在葉肉細胞表面 ， 恰好可以滿足微小彎月面的產生——細胞壁是由親水的纖維素微纖絲組成的 ， 水分在這些交聯的微纖絲中產生了無數大小不一的彎月面 ， 從而產生強大的負壓 。 由于水分的蒸發 ， 這些新月面得以保持 ， 從而維持了負壓 。

有人會問“水能承受如此大的負壓嗎？” ， 答案是肯定的 。 在足夠細的管內 ， 凝結核產生的汽化很難產生 。 其次 ， 由于水分子之間能夠形成氫鍵 ， 從而形成了水極大的內聚力（這也是水極大表面張力的原因） ， 因此水可以承受可高達20-30MP的負壓 。
對于植物來說 ， 決定蒸騰拉力的有兩個重要因素 。 一個因素是 ， 由于植物具有極多的葉片 ， 因此 形成負壓和擴散的面積非常之大 ， 足以牽動植物體內整個導管組織的運輸 。 另一因素是 ， 在植物導管內部 ， 由于導管管壁親水 ， 并且小葉脈到葉肉細胞的距離不超過5微米 ， 因此從根-莖-葉-葉肉的水能夠形成一個連續的整體 ， 正是由于這個連續的水體以及內聚力的存在 ， 使得葉片內產生的負壓可以拉動整個植株內的水向上運動 ， 而這個負壓有足夠大可以拉動相當于10個大氣壓的水柱 。 由此可見 ， 水柱的連續性是至關重要的 。 在植物維管組織受損時 ， 形成的空腔會破壞連續的水流 ， 這時植物會迅速分泌胼胝質等物質堵塞受損的導管 ， 并建立旁路來維持水流的連續性 。



   

【百米大樹，水分是如何被輸送到樹梢的？】因此可見 ， 蒸騰并非依靠抽氣產生負壓來運輸水分 ， 而是依靠內聚力和張力形成的負壓 ， 通過連續的水柱來牽拉水分向上運動 。 相比于根壓、毛細作用所能建立的等效于一兩個大氣壓的運輸能力 ， 蒸騰所產生的負壓相當于十余個大氣壓 ， 足以將水分運輸到上百米高的樹木頂端 。

猜你喜歡

• 山荷葉花為什么會變透明？花瓣充滿水分，光線由反射變為折射
• 富貴竹怎么水養：平滑的斜切口有利于吸收水分
• 鮮葉水分與制茶品質
• 茶園水分管理--灌溉方式的選取與設置
• 茶園水分管理--茶園灌溉
• 茶園水分管理--茶園保水措施
• 茶園水分管理--茶園土壤水散失的途徑
• 茶樹生長和水分的關系
• 茶園灌溉技術
• 茶樹水分生理