百米大树，水分是如何被输送到树梢的？( 二 ) _小知识

植物中，典型的导管半径r可以视作2.5微米，也就是2.5×10-6m ，那么计算可知，水分依靠导管内毛细作用上升的高度仅为6m 。可见，区区几米也不足以为高大树木提供足够的垂直运输动力。此外虽然通过细胞壁的质外体途径可以提供更小的管径（约10-8m），但阻力过大，也不能使得水上升很高。
蒸腾作用：强大的拉力
那么，究竟是什么提供了高大乔木所需的垂直运输动力呢？人们又将眼光投向了蒸腾作用。然而蒸腾又是如何将水分提高至几十甚至上百米高的高处呢？其中所需的近十个大气压的压力差又该如何产生呢？
原来，这还是由水的性质决定的。从上面我们已经知道，当水形成一个弯月面时，由于水有收缩表面积的趋势，这个就是表面张力。对于水来说，表面张力是十分巨大的（高达72.8×10-7 N/m），而弯月面的曲率半径越小，表面张力表现的越明显，恢复的趋势越强，从而使得液体内部形成了极高的负压。据测算，当曲率半径为0.5微米时，造成负压就可以达到0.3MP ，而曲率半径减小到0.1微米时，负压更可达到惊人的15MP ，也就是说，相当于150个大气压！

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与此相适应的，在叶肉细胞表面，恰好可以满足微小弯月面的产生——细胞壁是由亲水的纤维素微纤丝组成的，水分在这些交联的微纤丝中产生了无数大小不一的弯月面，从而产生强大的负压。由于水分的蒸发，这些新月面得以保持，从而维持了负压。

有人会问“水能承受如此大的负压吗？” ，答案是肯定的。在足够细的管内，凝结核产生的汽化很难产生。其次，由于水分子之间能够形成氢键，从而形成了水极大的内聚力（这也是水极大表面张力的原因），因此水可以承受可高达20-30MP的负压。
对于植物来说，决定蒸腾拉力的有两个重要因素。一个因素是，由于植物具有极多的叶片，因此形成负压和扩散的面积非常之大，足以牵动植物体内整个导管组织的运输。另一因素是，在植物导管内部，由于导管管壁亲水，并且小叶脉到叶肉细胞的距离不超过5微米，因此从根-茎-叶-叶肉的水能够形成一个连续的整体，正是由于这个连续的水体以及内聚力的存在，使得叶片内产生的负压可以拉动整个植株内的水向上运动，而这个负压有足够大可以拉动相当于10个大气压的水柱。由此可见，水柱的连续性是至关重要的。在植物维管组织受损时，形成的空腔会破坏连续的水流，这时植物会迅速分泌胼胝质等物质堵塞受损的导管，并建立旁路来维持水流的连续性。

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【百米大树，水分是如何被输送到树梢的？】因此可见，蒸腾并非依靠抽气产生负压来运输水分，而是依靠内聚力和张力形成的负压，通过连续的水柱来牵拉水分向上运动。相比于根压、毛细作用所能建立的等效于一两个大气压的运输能力，蒸腾所产生的负压相当于十余个大气压，足以将水分运输到上百米高的树木顶端。