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，从而降低了根内部的水势，并建立了一个由土壤到维管束的水势梯度，因此水分会有主动进入根部的趋势，这一趋势就形成了根压。在砍伐的植物截面上溢出的水滴，以及叶片吐水的水滴，都是根压存在的证据。因此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，换而言之，就是一个大气压，因此仅能将水分推上约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。
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，这个更不靠谱。
毛细作用中，水分能升高的高度，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粘附力，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，水面达到最大高度。
那么在植物中，这个高度是多少呢？我们计算一下。
如上图所示，粘附力可分解为与管壁平行的力P以及与管壁垂直的力，其中与管壁平行分力是使管内液体上升的有效作用力，其值为：
P＝σcosθ
使水分上升的作用力为有效作用力P乘以管之圆周长2π，即2πrσcosθ。
设H表示管内水上升达到平衡时的水柱高度，则粘附力需要克服的重力为：H*πr2*ρg
当管力与重力相平衡时，管水上升达到最高,即2πrσcosθ= H*πr2*ρg
H＝2σcosθ/rρg
式中：r——毛管半径，m。
ρ----液体的密度，kg/m³
g-----重力加速度 m/s²
σ----液体的表面张力 牛顿/m
θ――为弯月面与毛管之间的夹角
因为导管内壁亲水，可以看做管内完全湿润，此时θ=0°，常温下σ=72.8×10－7 N/m, ρ＝1，g=9.8 m/s²
则 H＝15×10-6/r (m)
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（当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）。
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？
(2013-05-22 03:05:43) 
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