Bagaimana Air Naik ke Puncak Pokok Tinggi?

Pokok tidak mempunyai pam seperti jantung untuk menolak air hingga ke pucuk. Dalam banyak keadaan, air bergerak ke atas melalui saluran halus yang dipanggil xilem kerana daun di bahagian atas kehilangan air, lalu menarik air dari bawah. Penerangan ini dikenali sebagai model kohesi-tegangan.

Penyejatan di daun mewujudkan tarikan

Air menyejat daripada permukaan lembap di dalam daun, dan wap air keluar terutamanya melalui liang kecil yang dipanggil stomata. Proses kehilangan air sebagai wap ini dinamakan transpirasi. Apabila air menyejat daripada dinding sel daun, permukaan air berundur ke celah-celah halus dinding itu dan tegangan permukaan menghasilkan tekanan yang sangat rendah pada air di dalam daun. Tekanan rendah ini menarik air dari xilem berhampiran, dan tarikan itu bersambung ke bawah melalui batang hingga ke akar.

Model kohesi-tegangan: transpirasi di daun menghasilkan tegangan yang menarik lajur air melalui xilem. Rajah ini dipermudah dan tidak mengikut skala.

Mengapa lajur air tidak terputus?

Xilem membentuk rangkaian saluran xilem sempit yang saling berhubung dari akar hingga ke daun. Air dalam rangkaian ini boleh membentuk lajur yang saling bersambung. Molekul air saling menarik melalui ikatan hidrogen, dan sifat ini dipanggil kohesi. Air juga berinteraksi dengan dinding konduit. Kohesi penting untuk membantu tegangan dihantar melalui lajur air, manakala interaksi dengan dinding turut mempengaruhi pergerakan air dalam saluran yang sempit. Dalam keadaan ini air berada di bawah tegangan, iaitu tekanan yang lebih rendah daripada tekanan udara di sekelilingnya, dan itulah sebabnya lajur air perlu sentiasa bersambung.

Mengapa bukan tindakan kapilari sahaja?

Tindakan kapilari ialah kenaikan air dalam tiub yang sangat sempit akibat kohesi dan lekatan. Kesannya memang berlaku dalam ruang yang sempit, tetapi kesan itu sahaja tidak mencukupi untuk menerangkan pengangkutan air hingga puluhan meter ke puncak pokok yang tinggi. Tekanan akar juga boleh menyumbang dalam sesetengah keadaan, terutama ketika transpirasi rendah, tetapi ia bukan mekanisme utama yang menerangkan pengangkutan air jarak jauh pada pokok yang tinggi. Oleh itu, tarikan daripada transpirasi dianggap sebagai pemacu utama dalam banyak keadaan.

Skala gravitiGraviti menyumbang kira-kira 0.01 MPa bagi setiap meter ketinggian kepada perbezaan potensi air. Pada ketinggian 100 m, komponen graviti sahaja hampir 1 MPa, belum termasuk rintangan terhadap aliran dalam xilem.

Bagaimana kita tahu air boleh bergerak naik tanpa pam?

Bagaimana kita tahu?

Pemerhatian
Apabila batang tumbuhan diletakkan dalam air berwarna, pewarna dapat dikesan bergerak naik melalui xilem hingga ke daun. Hal ini menunjukkan laluan yang dilalui air dalam xilem, tetapi pewarna sahaja tidak membuktikan mekanisme kohesi-tegangan atau semua daya yang terlibat.
Bukti
Pengukuran potensi air menggunakan alat yang dipanggil kebuk tekanan, bersama kaedah lain termasuk pengukuran tekanan xilem, menunjukkan bahawa air dalam xilem tumbuhan yang bertranspirasi boleh berada di bawah tegangan. Hasil ini konsisten dengan model bahawa air ditarik melalui xilem. Kebuk tekanan menganggarkan keadaan air tumbuhan secara tidak langsung dan mempunyai batas pengukuran tertentu.
Inferens
Keadaan air yang konsisten dengan tegangan, bersama hubungan antara transpirasi dan aliran air, menyokong inferens bahawa tarikan dari bahagian atas tumbuhan membantu menggerakkan air melalui xilem.
Model
Model kohesi-tegangan menerangkan pengangkutan air sebagai hasil transpirasi di daun yang menghasilkan tegangan, sementara kohesi membantu kesinambungan lajur air melalui rangkaian xilem.
Batasan
Bukti ini menyokong model kohesi-tegangan sebagai penerangan utama, tetapi pengukuran pada pokok yang sangat tinggi sukar dilakukan. Pergerakan air sebenar turut dipengaruhi oleh keadaan tanah dan udara, bukaan stomata, simpanan air dalam tisu dan faktor hidraulik lain.

Batasan model ini

Model kohesi-tegangan ialah penerangan utama yang diterima untuk pengangkutan air jarak jauh dalam xilem, tetapi ia tetap model yang dipermudah. Penyelidikan masih aktif tentang bagaimana struktur xilem mengawal kavitasi, pembentukan embolisme dan ketahanan sistem hidraulik dalam keadaan berbeza. Pergerakan air sebenar juga dipengaruhi oleh kelembapan tanah, kelembapan udara, bukaan stomata dan simpanan air dalam batang.

Aktiviti

Bahan

Satu batang saderi yang masih ada daun
Segelas air
Pewarna makanan
Pisau, untuk digunakan oleh orang dewasa sahaja
Jam atau telefon untuk menanda masa

Langkah

Minta orang dewasa memotong sedikit bahagian bawah batang saderi supaya hujungnya segar.
Campurkan beberapa titik pewarna makanan ke dalam segelas air, kemudian letakkan batang saderi tegak di dalam gelas itu.
Letakkan gelas di tempat yang terang dan tidak terkena angin kuat. Perhatikan batang dan daun saderi pada beberapa selang waktu, misalnya selepas satu jam, tiga jam dan enam jam, dan catat apa yang kelihatan.
Pada akhir tempoh, minta orang dewasa memotong batang itu melintang dan perhatikan permukaan potongan itu dengan teliti.

Perhatikan

Perhatikan di bahagian mana warna kelihatan dan sejauh mana warna itu berada pada setiap selang waktu. Fikirkan apa yang dilalui oleh air berwarna itu. Warna hanya menunjukkan laluan air dalam xilem, dan tidak dengan sendirinya membuktikan mekanisme kohesi-tegangan atau semua daya yang terlibat.

Keselamatan

Pisau hanya boleh digunakan oleh orang dewasa. Pewarna makanan boleh meninggalkan kesan pada pakaian dan permukaan meja, jadi alaskan meja dahulu. Jangan makan saderi yang telah digunakan dalam aktiviti ini.

Uji KefahamanSoalan 1 daripada 3

Apakah pemacu utama pergerakan air ke atas dalam xilem pokok yang sedang bertranspirasi, dalam banyak keadaan?