植物根系吸水主要依靠的是兩種力量:一種力量是根壓,另一種力量是蒸騰拉力。
植物主要依靠根系從土壤中吸收水分,供給植物生長發(fā)育、新陳代謝等生理活動和蒸騰作用。植物根系有兩種吸水機(jī)制,一種是在蒸騰作用較弱的情況下由離子主動吸收和根內(nèi)外的水勢差作用下的主動吸水;另一種是在蒸騰作用下由于蒸騰作用產(chǎn)生的水勢差而使根系吸水即被動吸水。一般情況下,兩種吸水作用是同時存在的。影響根系吸水的內(nèi)部因素主要是根木質(zhì)部溶液的滲透勢、根系生長長度及其分布、根系對水分的透性或阻力,以及根系呼吸速率等;外部因素主要是環(huán)境因素,包括土壤中可被植物根系利用的水分、土壤通氣狀況、土壤阻力、土壤溫度、土壤溶液濃度、大氣狀況等。
根壓是由根部活細(xì)胞的代謝作用所引起的吸水動力。植物根系可以利用呼吸作用釋放的能量主動吸收土壤溶液中的離子,并將其轉(zhuǎn)運(yùn)到根的中柱和木質(zhì)部導(dǎo)管中,使中柱細(xì)胞和導(dǎo)管中的溶質(zhì)增加,溶質(zhì)勢下降。當(dāng)導(dǎo)管水勢低于土壤水勢時,土壤中的水分就可以自發(fā)地順著內(nèi)皮層內(nèi)外的水勢梯度從外部滲透進(jìn)入中柱和導(dǎo)管,這時內(nèi)皮層起著選擇透性膜的作用。同時導(dǎo)管的上部呈開放狀態(tài),不產(chǎn)生壓力,于是水柱就向上移動,這樣由于根系生理活動而導(dǎo)致導(dǎo)管內(nèi)外產(chǎn)生水勢差,即形成了根壓。由于根壓的產(chǎn)生與代謝有關(guān),因此由根壓所產(chǎn)生的吸水又稱主動吸水。各種植物的根壓大小不同,大多數(shù)植物的根壓為0.05~0.5MPa,有些木本植物可達(dá)0.6~0.7MPa。
根壓對幼小植株、早春樹木未吐芽、蒸騰作用很弱時的水分轉(zhuǎn)運(yùn)起到一定作用。“傷流”和“吐水”現(xiàn)象說明了根壓的存在。
傷流是指從受傷或折斷的植物組織莖基部傷口溢出液體的現(xiàn)象。流出汁液稱傷流液。在切口處連接一壓力計(jì)可測出一定的壓力,即根壓。不同植物傷流液量不同,葫蘆科植物較多,稻麥較少。同一植物的根壓和傷流液因根系生理活動強(qiáng)弱、根系有效吸收面積的大小而有所不同。傷流液成分主要包括水分、無機(jī)物、氨基酸、激素等有機(jī)物。凡是能影響植物根系生理活動的因素都會影響傷流液的數(shù)量和成分。所以,傷流液的數(shù)量和成分,可作為根系活動能力強(qiáng)弱的生理指標(biāo)。
吐水是指未受傷葉片尖端或邊緣向外溢出液滴的現(xiàn)象。在大氣濕度較高的早晨,可以看到小麥等植物的葉尖和葉緣出現(xiàn)水珠,這就是“吐水”。作物生長健壯,根系活動較強(qiáng),吐水量也較多,所以在生產(chǎn)上,吐水現(xiàn)象可以作為根系生理活動的指標(biāo),并能用以判斷苗長勢的強(qiáng)弱。
蒸騰拉力把新鮮的植物枝條在水中剪斷,枝條照樣能夠吸水,這個吸水的力量不是來自根,而是來自植物的葉片。由于水分不斷地從葉肉細(xì)胞散失到空氣中去,就使葉肉細(xì)胞的吸水力增大,這個力量沿導(dǎo)管經(jīng)過莖一直傳導(dǎo)到根部細(xì)胞,結(jié)果引起根細(xì)胞水分不足,迫使根從土壤中吸水。這種來自葉肉細(xì)胞的蒸騰作用產(chǎn)生的吸水動力,稱為蒸騰拉力。在蒸騰作用強(qiáng)烈時,可達(dá)十幾個大氣壓。由于蒸騰拉力吸水不需要植物根系代謝產(chǎn)生的能量,因此由此導(dǎo)致的吸水又稱為被動吸水。
通常生長季節(jié)的正常植株,尤其是高大的樹木,蒸騰拉力是根系吸水的主要動力,其吸水的主要方式是被動吸水。但在空氣濕度大,土壤水分充足時,蒸騰作用很弱,根壓會成為吸水的主要動力。春季葉片未展開或樹木落葉以后以及蒸騰速率很低的夜晚,主動吸水也成為主要的吸水方式。