淺析蒸騰作用、毛細(xì)現(xiàn)象及二者的關(guān)系

由于地心引力的作用，水往低處流，這是人所共知的常識。然而，小草、樹木能夠從土壤中吸收水分，再輸送到草尖、樹梢。美國加州的巨型紅杉樹，可長到百米高，相當(dāng)于三十層樓高。人們不禁要問，這些植物是靠什么力量克服地心引力，把位于低處土壤中的水分輸送到植株體頂部的呢？要回答這個問題，需要了解植物學(xué)中的蒸騰作用和物理學(xué)中的毛細(xì)現(xiàn)象。本文將對蒸騰作用、毛細(xì)現(xiàn)象以及它們之間的關(guān)系做一簡略闡述。

1蒸騰作用

蒸騰作用是植物學(xué)的一個概念，指植物在光照、風(fēng)吹等因素作用下，體內(nèi)的液態(tài)水從體表（葉片、枝條、莖的表面）以氣態(tài)散發(fā)到空氣中的過程。植物的蒸騰作用受生長環(huán)境的影響，光照強(qiáng)度、風(fēng)速、溫度、濕度都影響蒸騰作用的速率。蒸騰作用還受植物自身生命規(guī)律的調(diào)節(jié)和控制，在不同的生長階段，蒸騰作用的強(qiáng)弱也不同。新生植株的裸露表面都能蒸騰。蒸騰作用為植物提供運(yùn)輸動力，把根部吸收的礦物質(zhì)向上傳送，供給葉肉細(xì)胞光合作用所需的原料。

按照發(fā)生的部位，蒸騰作用有氣孔蒸騰、角質(zhì)層蒸騰和皮孔蒸騰三種方式。

氣孔蒸騰：氣孔是植物與環(huán)境進(jìn)行氣體交換的孔隙，植物葉片表皮組織有大量的氣孔。通過葉片氣孔進(jìn)行的蒸騰叫氣孔蒸騰，它是植物最主要的蒸騰作用方式。

角質(zhì)層蒸騰：葉片和草本植物的莖擁有一定數(shù)量的角質(zhì)層，通過角質(zhì)層的蒸騰叫角質(zhì)層蒸騰，它在植物的蒸騰作用中處次要地位。

皮孔蒸騰：通過木本植物枝條的皮孔進(jìn)行的蒸騰叫皮孔蒸騰。通過皮孔蒸騰散發(fā)的水量非常小。

蒸騰作用對植物的生長有重要意義，概括為運(yùn)輸、降溫和環(huán)境三方面。

運(yùn)輸：蒸騰作用產(chǎn)生蒸騰拉力，這是促使植物吸收水分并向上運(yùn)輸?shù)闹饕獎恿ΑＨ绻麤]有蒸騰作用，吸水和運(yùn)輸過程便不能持續(xù)進(jìn)行，植株較高部分因無法獲得水分而枯萎。

植物生長所需要的營養(yǎng)物質(zhì)主要由根部從土壤吸收，根吸收的營養(yǎng)物質(zhì)要溶于水中才能在植物體內(nèi)運(yùn)輸。因此，蒸騰作用促使水分吸收和流動的同時，營養(yǎng)物質(zhì)也隨水分的吸收和流動到達(dá)植物體各部位。

降溫：炎炎夏日，太陽光照射植物體時，大部分光能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，如果植物沒有降溫的措施，溫度過高，植物就會枯萎。在蒸騰過程中，液態(tài)水變?yōu)闅鈶B(tài)時會吸收大量的熱，從而降低了溫度，使植物在烈日下依然保持生命活性。

環(huán)境：植物通過蒸騰作用向大氣中散發(fā)大量的水蒸氣，使空氣濕潤，氣溫降低，使當(dāng)?shù)厝菀仔纬山涤辏纬闪夹运h(huán)。

2毛細(xì)現(xiàn)象

要直觀地解釋毛細(xì)現(xiàn)象，可以做如下實驗：首先把幾根不同內(nèi)徑的細(xì)玻璃管一起插入水槽中，我們觀察到，每個管內(nèi)的水位比水槽里的水位都高，管子的內(nèi)徑越小，管內(nèi)的水位越高。接下來把這些細(xì)玻璃管插入水銀槽中，我們觀察到的現(xiàn)象正好相反，管內(nèi)水銀液面比水銀槽里的水銀液面都低，管子的內(nèi)徑越小，管內(nèi)的水銀液面越低。無論液體在細(xì)管里上升還是下降的現(xiàn)象都叫毛細(xì)現(xiàn)象。

毛細(xì)現(xiàn)象是常見的物理現(xiàn)象，日常生活和生產(chǎn)中經(jīng)常應(yīng)用毛細(xì)現(xiàn)象。洗臉用的毛巾比其他布料更易吸水，其原因是：洗臉毛巾由純棉線紡織而成，棉花本身就有毛細(xì)管，紡織毛巾的棉線以及毛巾的紡織結(jié)構(gòu)都很蓬松，就使得毛巾中存在有大量毛細(xì)管，正是這些毛細(xì)管使毛巾具有吸水強(qiáng)的特性。工業(yè)生產(chǎn)中有一種被稱為釬焊的焊接方法，也利用了毛細(xì)現(xiàn)象，使液態(tài)釬料充滿焊縫間隙來保證焊接質(zhì)量。

有些情況下，人們要消除毛細(xì)現(xiàn)象。例如，地下的水分沿土壤中毛細(xì)管上升到地表，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有影響。農(nóng)民如果不想使土壤里的水分過多、過快地蒸發(fā)，就應(yīng)當(dāng)鋤松土壤，破壞毛細(xì)管，保護(hù)土壤墑情。

3.植物的蒸騰作用與毛細(xì)現(xiàn)象之間的關(guān)系

植物通過蒸騰作用向大氣中散發(fā)大量的水分。一株玉米從出苗到收獲只有百日左右的生命周期，它就能夠蒸騰掉二百多千克的水。為了補(bǔ)充蒸騰作用導(dǎo)致的水分散失，植物要利用根部不斷地從土壤中吸收水分，通過莖輸送給葉片。植物體能把水分從低位輸送到高位，主要由于蒸騰作用和毛細(xì)現(xiàn)象聯(lián)合作用的結(jié)果。

植物體內(nèi)的導(dǎo)管就是極細(xì)的毛細(xì)管，它利用毛細(xì)現(xiàn)象把下部的水分向上疏導(dǎo)。然而，只依靠毛細(xì)現(xiàn)象，水分的爬升終會停止，如同細(xì)玻璃管插入水槽中的情景，管內(nèi)形成一定高度的毛細(xì)水柱。有了蒸騰作用，情況則不同，蒸騰拉力把毛細(xì)水柱頂部的水向上抽吸，使水柱不斷爬升，直到植株頂部。頂部的葉片持續(xù)蒸騰水分，持續(xù)產(chǎn)生蒸騰拉力，促使植物持續(xù)吸收和運(yùn)輸水分及養(yǎng)分，保證植物生長。

綜上所述，植物依靠葉片的蒸騰作用向大氣中散失水分，形成蒸騰拉力，使根莖利用毛細(xì)現(xiàn)象向上輸送水分。葉片不斷蒸騰，根毛不斷吸水，土壤中的養(yǎng)分也源源不斷地隨著水分到達(dá)植物體各個部分，使植物得以生長。正是這兩種不同學(xué)科中的現(xiàn)象才使得地球上郁郁蔥蔥、生機(jī)盎然。從食物來源上講，我們?nèi)祟惖纳嬉参阌怪靡傻匾蕾囍趄v作用和毛細(xì)現(xiàn)象。

（作者單位：海南師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院）