浅析蒸腾作用、毛细现象及二者的关系

由于地心引力的作用，水往低处流，这是人所共知的常识。然而，小草、树木能够从土壤中吸收水分，再输送到草尖、树梢。美国加州的巨型红杉树，可长到百米高，相当于三十层楼高。人们不禁要问，这些植物是靠什么力量克服地心引力，把位于低处土壤中的水分输送到植株体顶部的呢？要回答这个问题，需要了解植物学中的蒸腾作用和物理学中的毛细现象。本文将对蒸腾作用、毛细现象以及它们之间的关系做一简略阐述。

1蒸腾作用

蒸腾作用是植物学的一个概念，指植物在光照、风吹等因素作用下，体内的液态水从体表（叶片、枝条、茎的表面）以气态散发到空气中的过程。植物的蒸腾作用受生长环境的影响，光照强度、风速、温度、湿度都影响蒸腾作用的速率。蒸腾作用还受植物自身生命规律的调节和控制，在不同的生长阶段，蒸腾作用的强弱也不同。新生植株的裸露表面都能蒸腾。蒸腾作用为植物提供运输动力，把根部吸收的矿物质向上传送，供给叶肉细胞光合作用所需的原料。

按照发生的部位，蒸腾作用有气孔蒸腾、角质层蒸腾和皮孔蒸腾三种方式。

气孔蒸腾：气孔是植物与环境进行气体交换的孔隙，植物叶片表皮组织有大量的气孔。通过叶片气孔进行的蒸腾叫气孔蒸腾，它是植物最主要的蒸腾作用方式。

角质层蒸腾：叶片和草本植物的茎拥有一定数量的角质层，通过角质层的蒸腾叫角质层蒸腾，它在植物的蒸腾作用中处次要地位。

皮孔蒸腾：通过木本植物枝条的皮孔进行的蒸腾叫皮孔蒸腾。通过皮孔蒸腾散发的水量非常小。

蒸腾作用对植物的生长有重要意义，概括为运输、降温和环境三方面。

运输：蒸腾作用产生蒸腾拉力，这是促使植物吸收水分并向上运输的主要动力。如果没有蒸腾作用，吸水和运输过程便不能持续进行，植株较高部分因无法获得水分而枯萎。

植物生长所需要的营养物质主要由根部从土壤吸收，根吸收的营养物质要溶于水中才能在植物体内运输。因此，蒸腾作用促使水分吸收和流动的同时，营养物质也随水分的吸收和流动到达植物体各部位。

降温：炎炎夏日，太阳光照射植物体时，大部分光能转变为热能，如果植物没有降温的措施，温度过高，植物就会枯萎。在蒸腾过程中，液态水变为气态时会吸收大量的热，从而降低了温度，使植物在烈日下依然保持生命活性。

环境：植物通过蒸腾作用向大气中散发大量的水蒸气，使空气湿润，气温降低，使当地容易形成降雨，形成良性水循环。

2毛细现象

要直观地解释毛细现象，可以做如下实验：首先把几根不同内径的细玻璃管一起插入水槽中，我们观察到，每个管内的水位比水槽里的水位都高，管子的内径越小，管内的水位越高。接下来把这些细玻璃管插入水银槽中，我们观察到的现象正好相反，管内水银液面比水银槽里的水银液面都低，管子的内径越小，管内的水银液面越低。无论液体在细管里上升还是下降的现象都叫毛细现象。

毛细现象是常见的物理现象，日常生活和生产中经常应用毛细现象。洗脸用的毛巾比其他布料更易吸水，其原因是：洗脸毛巾由纯棉线纺织而成，棉花本身就有毛细管，纺织毛巾的棉线以及毛巾的纺织结构都很蓬松，就使得毛巾中存在有大量毛细管，正是这些毛细管使毛巾具有吸水强的特性。工业生产中有一种被称为钎焊的焊接方法，也利用了毛细现象，使液态钎料充满焊缝间隙来保证焊接质量。

有些情况下，人们要消除毛细现象。例如，地下的水分沿土壤中毛细管上升到地表，对农业生产有影响。农民如果不想使土壤里的水分过多、过快地蒸发，就应当锄松土壤，破坏毛细管，保护土壤墒情。

3.植物的蒸腾作用与毛细现象之间的关系

植物通过蒸腾作用向大气中散发大量的水分。一株玉米从出苗到收获只有百日左右的生命周期，它就能够蒸腾掉二百多千克的水。为了补充蒸腾作用导致的水分散失，植物要利用根部不断地从土壤中吸收水分，通过茎输送给叶片。植物体能把水分从低位输送到高位，主要由于蒸腾作用和毛细现象联合作用的结果。

植物体内的导管就是极细的毛细管，它利用毛细现象把下部的水分向上疏导。然而，只依靠毛细现象，水分的爬升终会停止，如同细玻璃管插入水槽中的情景，管内形成一定高度的毛细水柱。有了蒸腾作用，情况则不同，蒸腾拉力把毛细水柱顶部的水向上抽吸，使水柱不断爬升，直到植株顶部。顶部的叶片持续蒸腾水分，持续产生蒸腾拉力，促使植物持续吸收和运输水分及养分，保证植物生长。

综上所述，植物依靠叶片的蒸腾作用向大气中散失水分，形成蒸腾拉力，使根茎利用毛细现象向上输送水分。叶片不断蒸腾，根毛不断吸水，土壤中的养分也源源不断地随着水分到达植物体各个部分，使植物得以生长。正是这两种不同学科中的现象才使得地球上郁郁葱葱、生机盎然。从食物来源上讲，我们人类的生存也毋庸置疑地依赖着蒸腾作用和毛细现象。

（作者单位：海南师范大学生命科学学院）