有人说，“生命是世界上最复杂的一项学科，里面的细胞构成是最难的代码”。这句话说出了生命结构的复杂性，不管是动物还是植物，内部结构都是十分复杂的，从维持生命活动来讲，动物是通过血液将获取的氧气、养分等物质运输到身体各处，动物的心脏就是推动血液流动的器官。但是植物呢，树的动力来源是什么？它是怎么把养分送到几十米高的树梢的？主要是靠呼吸作用，线粒体释放大量能量来推动养分的。

植物因为生命的本质特征，没有心脏和血管这些器官，所以植物进行养分传递都是通过内部组织液来完成的，而组织液运输的方式有主动运输和被动运输这两种，主动运输就是根据渗透压来的，不需要消耗能量，但是植物从泥土中吸收了养分，就需要被动运输，逆行渗透压将养分传递到树梢，而生物体内能量来源就是通过细胞呼吸作用来实现的。

植物，虽然没有感情，也不能动，但是植物却是整个生物圈体系中，最重要的的生产者，他们通过光合作用产生氧气维持生物圈的平衡，因为光合作用只能发生在植物的树叶上上面，植物从泥土吸收来的水分，因为根绝渗透压来传递的不需要太多的能量损耗，但是养分是增强渗透压的物质，所以要需要能量。

呼吸作用的本质就是以氧气和其他营养物质为原料释放二氧化碳和能量的一次生命活动。无论是动物通过血液将养分送到身体各处还是植物将养分送到几十米高的树梢都需要能量来推动，而能量的来源就是呼吸作用。所以无论是人还是动物只要停止呼吸几分钟，就会立即失去生命，植物的呼吸作用对其也是如此。

学过中学物理学的人都知道，抽水机的原理是制造真空，然后通过大气压差将水送往高处的。因此水能够被抽到的最大高度，是一个大气压所能支持的水柱高度，即10m左右。所以如果人们希望将水抽到更高的高度，那么需要制造中间水池来进行“接力”抽水，或是通过管道给水加压，让水能够运输到更高的高度。

然而在自然界中，高度超过10米的树木比比皆是，世界上最高的树木桉树，高度甚至能超过百米。树木们看上去并没有“抽水机”，也没有强大的加压装置。那么，树木是如何将水分输送到几十甚至上百米的顶端呢？

根压：力不从心

在很久之前，对于水分垂直运输的动力就有若干个假说，其中之一是根压假说。所谓根压，就是由于植物根部主动转运矿质离子到根中心的维管束中，从而提高了根内的溶液浓度，更准确的说，是降低了根内部的水势。这样就建立了一个由土壤到维管束的水势梯度。根据渗透学说，水分会有主动进入溶液浓度较高（水势较低）根部的趋势，这一趋势就形成了根压。在砍断的植物截面上溢出的汁液，以及叶片吐水的水滴，都是根压存在的证据。因此在一段时间内，根压被视为水分垂直运输的动力。

然而，进一步的观测发现，对于高大的乔木而言，根压不足以将水分运输到植物顶端。这是因为根压产生的压力实在太小了。根压的主要来源是上面提到的水势差，但对于植物体来说，细胞液的浓度是具有上限的，因此水势的下降所产生的根压是有限度的。据测算，根压一般为0.1MP左右，换而言www.rixia.cc之，就相当于一个大气压，因此也仅能将水分推上约10m的高度。可以看出，根压不可能成为水分垂直运输的主要动力。

毛细现象：无能为力

除了根压，人们还寻找了其他可能的运输方式。我们知道，当在水中插入一根能被水浸润的管子，那么可以观察到管子内的水上升了，管子越细，水位上升的高度越高。这就是我们熟知的毛细作用。同时我们还知道，植物内部存在大量的细管状结构，即导管组织。导管组织是死亡的厚壁细胞，在被子植物中这些细胞彼此收尾相连并打通，就成为了运输水分的导管。那是否是导管的毛细作用使得水分被运输到植物顶端的呢？

事实上，毛细现象更不靠谱。

毛细作用中，水能升高的高度，取决于管的管径、水的表面张力以及和管壁的相互作用。相互作用越强，水上升的高度越大。从本质上来说，这是水表面张力的体现——由于水浸润管壁从而产生黏附力，使得和管壁接触的水上升，形成一个弯月面，而水有收缩表面积的趋势——因此就带动了液面的上升。当粘附力和重力平衡时，水面升到最大高度。

在毛细效应中，水面能上升的高度可以用公式H＝2cos/rg来计算，其中r为毛管半径，为液体的密度，g为重力加速度，为液体的表面张力，为弯月面与毛管之间的夹角。因为植物导管内壁亲水，可以看做管内完全湿润，此时=0，而常温下=72.810－7 N/m, ＝1，g=9.8 m/s，因此可以得到 H＝1510-6/r。    

植物中，典型的导管半径r可以视作2.5微米，也就是2.510-6m，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72.810-7 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！

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。

有日夏养花网人会问“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kLXMf，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。

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。