植物 “高壓抽水”之謎

文/王貞虎

植物 “高壓抽水”之謎

文/王貞虎

How Plants Pump Water

澳洲有一種杏仁桉，普遍高達(dá)百余米，樹干直插云霄，最高達(dá)156米，相當(dāng)于50層的高樓。鳥在樹頂上歌唱，在樹下聽起來就像蚊子的嗡嗡聲一樣。站在樹下向上望，但見樹冠上的枝葉郁郁蔥蔥，碧綠欲滴，特別是夏日的清晨，葉尖上還往外“吐水”。人們不禁要問，這么高大的樹，是什么力量把土壤里的水分提到一百多米高的樹葉中去呢？

原來，植物都具有吸水的特殊功能，每株植物都是一套“抽水網(wǎng)”。 據(jù)載，一棵玉米，一生要從根里“抽水”200千克，才能完成它的使命。一畝闊葉林，一個(gè)夏天要“抽水”160噸，才能完成生長(zhǎng)的過程；而一畝針葉林也要“抽水”142噸，方能度過炎炎的夏季。

一株植物大約擁有幾千萬(wàn)臺(tái)至幾億臺(tái)“抽水機(jī)”。這些“抽水機(jī)”全安置在植物根部的根毛區(qū)。在根的細(xì)小根梢上邊，有一小段密密麻麻的纖毛，這就是植物的根毛。每條植物的根毛都是根毛區(qū)表皮細(xì)胞外壁的外突起所形成的，這條細(xì)長(zhǎng)根毛與土壤顆粒緊密接觸。根毛數(shù)目極多，一顆黑麥約有40億條根毛，總長(zhǎng)度可達(dá)9000多公里，這樣就擴(kuò)大了根的吸收面積。植物龐大的根系，在地下不停地搜索著每一滴水，再通過莖桿輸送到葉片，再由葉片的氣孔排放到空氣中，從而降低了周圍的溫度，增加了濕度，改善了環(huán)境。

根系產(chǎn)生的巨大吸水能力還離不開兩種動(dòng)力。

一種動(dòng)力是根壓，這是根吸水的下端動(dòng)力。活的根主動(dòng)吸水，并把水導(dǎo)向上端的能力叫根壓。根的內(nèi)部有許多細(xì)小的導(dǎo)管同心協(xié)力管理無(wú)機(jī)鹽水溶液，溶液濃度較高，導(dǎo)管就向四周細(xì)胞奪水，四周細(xì)胞失水之后，再向外圍細(xì)胞奪水，最后捉使根毛向土壤奪水。根壓可達(dá)2～3個(gè)大氣壓，不僅能促使根主動(dòng)吸水，而且可促使水分通過莖到達(dá)葉和植物全身。

另一種動(dòng)力是蒸騰拉力。伸展在空中的葉子不斷地散失水分，失水的葉便向枝條吸水，枝向莖吸水，間接地向根吸水。這種動(dòng)力很像上端有“抽水機(jī)”將水抽上來，這個(gè)“抽水機(jī)”的作用叫“蒸騰拉力”。蒸騰拉力可達(dá)十幾個(gè)大氣壓，它比日常用的最大抽水機(jī)的抽力還強(qiáng)十幾倍。

有了上、下兩種動(dòng)力，就可以很方便地把水抽到一百多米高了。

高等植物的"抽水系統(tǒng)"發(fā)達(dá)，地下的根系往往比地上可見部分要大好幾倍。如小麥根深可達(dá)2米，蘋果樹根系水平方向能伸到27米以外。因此，植物可以從很大一片土壤里吸水。

根不僅是植物的“抽水機(jī)”，也是“化工廠”，還是“小倉(cāng)庫(kù)”。含氮、磷、鉀等元素的化合物被根吸收后，經(jīng)過根轉(zhuǎn)化成植物生長(zhǎng)所需要的營(yíng)養(yǎng)。冬季，植物維持生命的營(yíng)養(yǎng)，就是靠根儲(chǔ)存營(yíng)養(yǎng)的“小倉(cāng)庫(kù)”來供給。春天到了，植物又開始抽芽、吐葉、開花了，也是靠根儲(chǔ)存的營(yíng)養(yǎng)。

可笑的是，植物強(qiáng)大的“抽水”功能，近年不時(shí)被人指責(zé)是造成某地干旱的罪魁禍?zhǔn)住１热?010年春天，西南五省大旱，就掀起了一輪輿論風(fēng)暴。有人竟認(rèn)為這場(chǎng)旱災(zāi)是由于西南各地長(zhǎng)有桉樹的原因，因?yàn)殍駱涫侵参锝纭俺樗蹦芰ψ顝?qiáng)的“抽水機(jī)”。

后來，這個(gè)謬論被人用科學(xué)的論據(jù)推翻?？茖W(xué)家認(rèn)為，指責(zé)桉樹“抽水”造成西南大旱對(duì)桉樹來說是很不公平的。因?yàn)槌艘徊糠炙N類外，大部分高等植物都扎根于旱地之上。為了生存，它們都要用根吸收水分，再把水分“抽”到地上的莖葉里去。從這個(gè)意義上說，所有的陸生植物都是“抽水機(jī)”，只不過“抽水功率”大小不同罷了。一般來說，木本植物的“抽水功率”要大于草本植物。所以在比較干旱的地區(qū)，水分條件不足以支撐木本植物的大量生長(zhǎng)，這些地方就只能形成草原和荒漠，而不能形成森林。但是，這次鬧旱災(zāi)的西南五省的水分條件并不差，其原始植被本來就是森林，因此在這一地區(qū)種植桉樹，理論上是不會(huì)像在草原和荒漠地區(qū)濫種楊樹那樣造成水資源損耗的。

而且，陸生植物并非只有抽水這一種本事，它們還有涵養(yǎng)水分的本事。這是因?yàn)橹参锟梢园训乇砗透邓暗牡叵赂脑斐梢子谛钏沫h(huán)境，盡管蒸騰作用會(huì)消耗一定的地下水，但是被植物改造的土地卻能夠涵蓄更多的水分。這就是我們常說森林是“綠色水庫(kù)”的原因。桉樹林也是森林，一樣可以起到涵養(yǎng)水分的作用。很多桉樹林都是在荒坡上造林的，假如當(dāng)初沒有造林，而是讓荒坡一仍其舊，那么當(dāng)年的旱災(zāi)只能更重。

當(dāng)然，營(yíng)造不合理的樹林的確會(huì)產(chǎn)生耗水過多的問題，但這不是“樹”本身不好，而是“技術(shù)”不好。常見的不合理做法有以下幾種：一，樹木種植過密，不僅大量消耗水分，而且導(dǎo)致樹和樹發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)，結(jié)果兩敗俱傷；二，樹林內(nèi)的物種多樣性太低，缺少其他喬木、灌木和草本植物，這種結(jié)構(gòu)單一的純樹木“裸林”，所產(chǎn)生的蓄水作用是很小的；三，在大片地區(qū)同時(shí)栽種同一種樹，導(dǎo)致樹齡單一，而不是讓以耗水為主的幼齡樹林和以蓄水為主的老齡樹林交錯(cuò)分布。

（責(zé)編：高雨薇）