木本植物木質(zhì)部內(nèi)水柱不連續(xù)的證據(jù)

尚念科

（山東省萊蕪市林業(yè)局，山東 萊蕪 271100）

木質(zhì)部導(dǎo)管中的連續(xù)水柱，是內(nèi)聚力學(xué)說理論的重要支柱之一，同時也是植物水分生理研究關(guān)注的重點。越來越多的研究結(jié)果和能夠觀察到的現(xiàn)象已經(jīng)證明，在蒸騰狀態(tài)及非蒸騰狀態(tài)的大部分時間，木質(zhì)部導(dǎo)管中幾乎是不存在連續(xù)水柱的。由于長期受內(nèi)聚力學(xué)說理論的影響，近幾十年來的研究方向和關(guān)注的重點，主要集中在水柱斷裂后的恢復(fù)機制方面，總是認(rèn)為水柱斷裂后，必需得到恢復(fù)才能不影響水分的運輸。而對于水柱不連續(xù)的情況下水分是如何進(jìn)行運輸?shù)难芯繀s非常少。支持內(nèi)聚力學(xué)說和反對內(nèi)聚力學(xué)說的爭論也仍然在繼續(xù)，爭論的雙方也都很難拿出更具說服力的證據(jù)。本文通過連續(xù)水柱與不連續(xù)水柱的水壓試驗及樹干液流時滯等現(xiàn)象，對木質(zhì)部內(nèi)水柱不連續(xù)的證據(jù)進(jìn)行了分析論證。

1 連續(xù)水柱與不連續(xù)水柱的水壓試驗

從水分供應(yīng)正常的樹木上選取兩條長度相同、粗度相近的樹木枝干，將其中的一條用壓力注水法使其水分達(dá)到飽和狀態(tài)，然后用合適的套管分別在兩條枝干的基部連接壓力表，將兩條枝干垂直豎起并固定。為消除頂部端口的張力影響，設(shè)法使上部端口表面保持一定的水膜。此時，注水處理的枝干下面的壓力表會顯示0.01Mpa/m的壓力，而另一條未處理的枝干底部的壓力表則沒有數(shù)值顯示。這說明木質(zhì)部內(nèi)水分飽和狀態(tài)下水柱才能保證是連續(xù)的狀態(tài)，連續(xù)的水柱底部產(chǎn)生的壓力是與普通管道相同的，即每米高度可產(chǎn)生0.01Mpa的壓力。而未處理的枝干，水柱呈多段不連續(xù)的狀態(tài)，每一段都靠毛管力作用固定在某一位置上，在沒有壓力梯度的情況下，既不向上移動，也不向下移動。因此，下面的水柱對上面的水柱不起支撐作用，上面的水柱對下面的水柱也不產(chǎn)生壓力，樹干內(nèi)的上、中、下各部位基本上處于等壓狀態(tài)，所以在底部就測不到因水的重力產(chǎn)生的壓力。

通過對正常生長的多種樹木進(jìn)行測定證明，樹木在一年的大部分時間里，木質(zhì)部內(nèi)的水柱都是呈不連續(xù)狀態(tài)，所以無論是白天的蒸騰狀態(tài)還是夜晚蒸騰停止后，在樹干基部均測不到因重力產(chǎn)生的壓力。只有部分落葉樹種在春季發(fā)芽前的短時間內(nèi)能夠在樹干基部測到0-0.2Mpa的正壓力，隨著葉片展開后，樹干內(nèi)的正壓很快也即消失。這也是在樹干基部一般測不到木質(zhì)部正壓力的主要原因。

木本植物木質(zhì)部的結(jié)構(gòu)可以看作是上下連通的毛細(xì)管組成，水在導(dǎo)管內(nèi)靜止時主要受毛管力和重力的作用。根據(jù)一般導(dǎo)管的直徑計算，靠毛管力上升維持的高度也就幾十厘米，如果導(dǎo)管內(nèi)的水靠毛管作用力吸附于管壁上不因重力作用下移，那么每一段連續(xù)水柱的長度都不會超過幾十厘米，如果超過毛管力維持的長度，就不能與重力保持平衡，必然就會產(chǎn)生向下的壓力。樹木的高度都達(dá)到幾米甚至幾十米以上，所以多數(shù)時間內(nèi)整個木質(zhì)部內(nèi)的水分從上到下是由若干段水柱組成，每段水柱上面都有一個靠內(nèi)聚力、吸附力和表面張力形成的彎月面，靠這些數(shù)量之多的彎月面產(chǎn)生的毛管上升力和維持力來平衡整個木質(zhì)部中的水分所受到的重力。如果從根部導(dǎo)管到葉脈導(dǎo)管中的水始終是連續(xù)的，那么，木質(zhì)部中就不存在水-氣界面，也就沒有彎月面形成，導(dǎo)管或管飽內(nèi)也就不存在毛管力的作用，木質(zhì)部中水分的受力狀態(tài)就會和在普通管道里一樣，每米高度都會產(chǎn)生0.01Mpa的壓力。如30m高的樹木在樹干基部要測到0.3Mpa的壓力，即使去掉頂部真空作用的影響（葉脈導(dǎo)管的末端與大氣之間可以看作是密閉的），也還會有0.2Mpa左右的壓力，這種現(xiàn)象只有木質(zhì)部中真正形成連續(xù)水柱的情況下才有可能出現(xiàn)。

2 樹干液流時滯現(xiàn)象

近幾年來，國內(nèi)外大量的研究結(jié)果證明，樹干液流在時間上明顯滯后于樹冠蒸騰失水，也就是說樹冠部位的水分開始散發(fā)到大氣中后要經(jīng)過一定的時間才能反映到樹干的中下部，不同種類、不同樹齡、不同季節(jié)表現(xiàn)出的遲滯時間有所不同。趙平等[1]報道了馬占相思樹的液流時滯為40～110min；Phillips等[2]報道了12年生的火炬松冠層蒸騰與樹干液流之間有30min的時滯；趙文飛等[3]報道了麻櫟樹冠層蒸騰與樹干上、中和下部的邊材液流的時滯為80、20和30min。這說明蒸騰發(fā)生時總是樹冠頂部的水分先移動一定時間后，樹干下部的水分才開始移動。在這個時差內(nèi)，蒸騰消耗的水分，除環(huán)管薄壁細(xì)胞及其它組織的薄壁細(xì)胞提供少量的水分，大部分還是依靠導(dǎo)管內(nèi)原有的水分，但此時根系并沒有立即跟上吸水來補足蒸騰散失的部分，而是要等幾十分鐘或更長的時間才能傳遞到根系。葉脈導(dǎo)管中產(chǎn)生的負(fù)壓向下傳遞的速度與水分在木質(zhì)部中的移動速度基本相同，大約5-45m/h。所以樹干上部首先出現(xiàn)水分虧缺，導(dǎo)管水不能充滿整個腔體的情況下，必然就會出現(xiàn)空穴，只要空穴出現(xiàn)，就會有部分水柱不能保持連續(xù)狀態(tài)。

從水分的移動方式看，如果要保持水柱是連續(xù)的，木質(zhì)部中的水分就必須從上到下整體上同時移動。如果水柱不連續(xù)，則可以實現(xiàn)分段移動，那個部位有壓力梯度產(chǎn)生，那個部位的水分就首先移動，然后在壓力平衡作用下依次進(jìn)行傳遞。

樹干液流與樹冠蒸騰的時滯現(xiàn)象還可以證明，導(dǎo)管內(nèi)的水分并不是靠內(nèi)聚力形成抗張力達(dá)到幾個兆帕的水線傳遞蒸騰拉力，而是分段階梯式依次移動的，這樣的移動方式水柱根本就不可能也沒有必要保持其連續(xù)性。

3 木質(zhì)部內(nèi)的空隙

根系吸水不能滿足蒸騰需求的情況是經(jīng)常發(fā)生的。這是造成整個樹體內(nèi)出現(xiàn)水分虧缺的主要原因。水分虧缺狀態(tài)下，會有大量的空穴存在，有時木質(zhì)部中50%以上的水分被空穴所代替（Kramer,1983）。用新移植的柳樹進(jìn)行壓力注水試驗，胸徑35cm的樹干一次可以注進(jìn)25～30kg的水。如果導(dǎo)管內(nèi)的水柱都是連續(xù)的，那么導(dǎo)管中的所有空間都是被水充滿的，就不會有空隙讓體外的水再進(jìn)入。樹體內(nèi)水分相對充足時，空穴占的比重很小，能注進(jìn)去的水就很少。樹體內(nèi)水分虧缺嚴(yán)重時，空穴所占的體積就比較大，注入的水就明顯增多。木質(zhì)部中大量空穴的存在，水柱是無法保持連續(xù)的?？昭ú粌H白天蒸騰發(fā)生時存在，即使夜間蒸騰基本停止后也常常會一直存在，所以，干旱季節(jié)即使通過一個夜晚的水分補充木質(zhì)部內(nèi)仍然呈負(fù)壓狀態(tài)。

空穴是在負(fù)壓作用下少量的氣體分子膨脹形成的，氣核的來源一方面是木質(zhì)部中原有的游離氣體，另一方面是溶于木質(zhì)部液中的氣體在負(fù)壓作用下逸出形成的。所以，形成空穴的氣體一定是木質(zhì)部內(nèi)原有的，而不是外界空氣通過紋孔進(jìn)入形成的?？昭ǖ陌l(fā)生和存在與負(fù)壓是分不開的，當(dāng)壓力從低向高變化時就會變小或消失，這與外界空氣的進(jìn)入是有本質(zhì)區(qū)別的，從外界進(jìn)入到開百度地度，找到我們所要制作的小班的大概地理位置，點擊右下角的衛(wèi)星模式，然后滾動鼠標(biāo)，將小班位置調(diào)整到大小適合的樣子，然后按下Print screen/sysrq鍵，同時打開Adobe Photoshop軟件，打開預(yù)設(shè)模板，按下Ctrl+V鍵，百度地圖中的圖片就粘貼到模板中了，接著按下Ctrl+T鍵，將剪切圖片調(diào)整到模板適合大小，接著用矩形框選中造林小班地塊，再按Ctrl+T鍵再選中，按住Shift鍵，再按雙向箭頭，放大到適合位置，點圖層鍵，合拼圖層，將圖中不需要的地形用多邊形套索工具勾劃刪除，有用的地形采用鋼筆工具勾劃，然后描邊并填充斜線，鋼筆工具勾劃部分需要填充時，必須是閉合狀態(tài)，所填充斜線，我們可以事先制作好，存放在編輯菜單中的定義圖案中，等需要填充時，直接在填充圖案中找到斜線，進(jìn)行填充，然后畫上方向標(biāo)志，補充一些文字加以說明，基本就算制作完成。

圖2

3 小班圖中的文字編輯

小班圖勾劃好后，文字編輯很重要，他可以將圖無法表達(dá)出的意思，通過文字的描述，是閱圖者能一目了然，其次，字體大小選擇也很重要，不能過大，大了與Word文檔中其他字不協(xié)調(diào)，影響整篇文檔的美觀，通常在6～10號字體范圍內(nèi)即可，再次，如編輯文字字?jǐn)?shù)過多，可點擊文字工具T，在小班空白處畫出一個矩形框，然后再輸入文字或復(fù)制粘貼文字，調(diào)整文字行高和字體大小就行了。

4 存圖

為了以后使用和修改，制作好的小班圖必須及時存儲，我們可以先建一個文件夾，然后將制作好的小班圖片采用jpg的格式進(jìn)行命名保存。

5 使用

我們將Word文檔中營造林小班空白處填寫完畢后，在造林示意圖四址形狀及長寬度行數(shù)一欄中，點擊插入菜單——圖片——來自文件，找到存放小班的文件夾中的文件，點擊確定，然后點擊文件菜單中的另存為，重新命名文件保存到適合的文件夾中，

總之，在基層林業(yè)工作中，Adobe Photoshop這款軟件適用性還是很強的，如年初一些自然村莊綠化規(guī)劃工作，我們也可通過這款軟件加以表達(dá)，這就需要我們在工作中不斷實踐和學(xué)習(xí)，并能熟練的撐握這款軟件，方能使今后的工作得心應(yīng)手。