新语丝科普：从树木是"抽水机"说起
2010/4/2 17:32:36 新闻来源：新语丝
作者：TAO
鉴于森林具有截留降水，储藏水分，调节径流，削减洪峰等作用，曾有人把森林比喻为天然水库。另一方面，也有人把树木比作抽水机，这是问题的另一面。树木要生长，要进行光合作用，当然要消耗水分。在同样的时间内，单位面积的森林要比同样面积的裸地或草本植被消耗更多的水。地球上的植被之所以有森林，草原和荒漠之分，水分是决定因素。即在水和森林的关系上是水决定森林的存在而不是森林决定降水的多少。这应该是非常浅显的道理。但也确实曾有人指望在干旱半干旱的地区造林来增加降水或增加径流。
天然林总是生长在降水量大于，至少是等于森林消耗量的地方。水少的地方长不了天然林。在人工干预的条件下，可以在降水不足以维持森林的草原带甚至荒漠带造林成功。但这种森林需要靠持续的人工灌溉。如果没有了灌溉水而降水量又不能满足森林生长的需要，在地下水位比较高的局部地方，树木还可以靠消耗地下水的补充而生存一个时期，例如几年甚至几十年，但肯定不能持久存在。当地下水位降低到树木根系再也不能到达时，树木就要开始衰亡。这在我国已经有过不少惨痛的教训。
不同树种对水分的消耗量也不一样，甚至水分利用效率（消耗单位水量所相应制造的干物质量）也有一点差别，但并不大。一般而言，树木生长越快，消耗也越多。
关于树木是"抽水机"，只是一个形象的比喻。这种比喻也同样适用于草本植物。适当地理解上述含义，不违反自然规律，不在过于干旱的地方勉强造林，造成土壤干旱的加重，这种比喻就起到了好的作用。
但树木这种"生物抽水机"和机械抽水机还是有很大不同的。树木从土壤中吸收水分伴随着养分的吸收。而树木把体内的水分散发到大气中（叫做蒸腾，以有别与物理的蒸发）的过程是伴随着光合作用发生的，通过叶片上叫做"气孔"的微孔进行的。气孔的开闭是受树木生理调节的。清晨气孔开放，以便吸收CO2，进行光合作用。蒸腾最旺盛时，单位面积上森林的蒸腾量可以相当于，甚至稍多于自由水面的蒸发量。但这样的强度不会经常维持。当而当中午光过强，水分吸收不足以补偿蒸腾损失，体内发生水分亏缺时，气孔又会部分关闭，下午又会稍微张开一些。到了晚间没有光合作用时，气孔也是关闭的。因此也不必对树木的蒸腾抱过分恐惧的心理。
最近中国西南大旱，在"解放区论坛"上看到有人把种植转基因桉树当作云南大旱的罪魁祸首之一（见，红小兵：云南大旱的罪魁祸首之一－－转基因桉树（速生桉）。该文有关论述摘引如下： "一是抽水机特点。此树与天然树木作用完全相反，天然树木具有蓄水作用，每一棵大树都是一个蓄水池；而此树则具有抽水作用，每一棵树就是一个抽水机，此树延伸到哪里，土地就干裂到哪里。不久前去宜宾竹海讲学，看到满山都是溪水，问当地农民才知道，是竹子从空气中吸收水分后流到根部，再通过根部注入土地，汇集成为无数条溪水。这就是大自然的"科学安排"，给人造就了舒适优美的环境。但是，大自然的舒适优美却妨碍了资本对利润的最大化追求，于是便把社会推上了牺牲大自然和人类健康换取利润的道路。转基因技术就不幸变成了资本毁灭自然和人类的最大杀手，转基因桉种到哪里，哪里就是河水断流、水塘干涸、农田干裂、满山尽秃，眼前的西南大旱就是典型。"
此文把转基因桉树（速生桉）比作抽水机而把"天然树"比作蓄水池，把二者对立起来，好像桉树只抽水而不储水，只有"天然树木"才会蓄水。而竹子甚至会从空气中吸水再从根中流出来，甚至"汇成无数条溪水"，并宣称这是大自然的"科学安排"。这论点实在令人啼笑皆非。
说道这里就不通俗地解释一下"水势"的概念，看看大自然是如何"科学安排"的。"水势"可以和"电压"的作用相比拟。电流只能从电压高处向电压地处流动。水也只会从水势高处向水势低处流动。一个最浅显的例子是"水往低处流"，因为高处水势--水的"势能"高，而低处水势--水的势能低。下雨时，水滴也是在势能的作用下从空中落到地上的。无雨的晴天，空气湿度也不高，地表面温度也高于空气温度，这时地面上的自由水面的水和湿润土壤中水分的水势远高于大气，就会变成气体向大气中蒸发水分而不可能发生相反的运动。晴天的夜晚，气温下降，而且地表温度以更快的速度下降。如果地表的温度下降到"露点温度"以下，近地面空气的水汽含量达到饱和，就会在地表凝结成露。这时水的运动方向和白天相反，但通常其数量无法和降水的数量相比拟。
这次云南大旱，土壤干裂到如此程度，说明土壤非常干旱时，其水势仍然高于大气，如无降雨，水分还是继续从地下，土壤向大气输送。
说到树木和水势的关系。通常树木（其它植物也一样）通过根系从水势较高的土壤中吸收水分，运到地上部分，再通过树叶上的气孔"蒸腾"到水势较低的大气中。在树体中，叶部的水势也低于根部，这样水分才可能持续地向上运动。土壤养分必须溶解在水中随着树体中的上升液流而运动。这种运动方向和树种无关，和树木的生长速度无关，更和是否转基因没有任何关系。竹子在这方面也没有任何特殊之处。竹子也只能从土壤中吸水而向大气输送。如果真如红小兵转述的那样，"满山都是溪水"，"是竹子从空气中吸收水分后流到根部，再通过根部注入土地，汇集成为无数条溪水"，那就要颠倒水势和水分运动方向关系的基本概念，承认水可以从低处向高处流。在物理学里这不亚于一个爆炸性新闻。在实践上，还可以把竹子以适当比例混栽在万恶的桉树林里。这样，桉树从土壤中吸水，而竹子把水从大气中吸回来向土壤中灌注，既不会旱也不会涝，达到和谐，岂不快哉？再往前推论一步，我们应该在沙漠里大规模发展竹林，那样岂不是可以把沙漠改造成绿洲？
关于桉树引种到我国西南地区的利弊本人并无定见。但有关讨论只能摆事实，讲道理，当做一个如何"科学安排"的问题来探讨，不能不顾事实而一味煽情。 诸如"此树一出，鬼神皆哭"， "一树独发万木皆枯", "转基因桉种到哪里，哪里就是河水断流、水塘干涸、农田干裂、满山尽秃"，这些陈述听起来像是吓唬小孩子的童话，而不像是讨论有关国计民生大问题的见解。桉树天然分布在澳大利亚，有许多种类，从来没听说过它如此之恶。且不说至今转基因桉树离商业规模种植尚远，即便转了某个基因也不会使它作恶到如此程度。
(XYS20100401)
鉴于森林具有截留降水，储藏水分，调节径流，削减洪峰等作用，曾有人把森林比喻为天然水库。另一方面，也有人把树木比作抽水机，这是问题的另一面。树木要生长，要进行光合作用，当然要消耗水分。在同样的时间内，单位面积的森林要比同样面积的裸地或草本植被消耗更多的水。地球上的植被之所以有森林，草原和荒漠之分，水分是决定因素。即在水和森林的关系上是水决定森林的存在而不是森林决定降水的多少。这应该是非常浅显的道理。但也确实曾有人指望在干旱半干旱的地区造林来增加降水或增加径流。
天然林总是生长在降水量大于，至少是等于森林消耗量的地方。水少的地方长不了天然林。在人工干预的条件下，可以在降水不足以维持森林的草原带甚至荒漠带造林成功。但这种森林需要靠持续的人工灌溉。如果没有了灌溉水而降水量又不能满足森林生长的需要，在地下水位比较高的局部地方，树木还可以靠消耗地下水的补充而生存一个时期，例如几年甚至几十年，但肯定不能持久存在。当地下水位降低到树木根系再也不能到达时，树木就要开始衰亡。这在我国已经有过不少惨痛的教训。
不同树种对水分的消耗量也不一样，甚至水分利用效率（消耗单位水量所相应制造的干物质量）也有一点差别，但并不大。一般而言，树木生长越快，消耗也越多。
关于树木是"抽水机"，只是一个形象的比喻。这种比喻也同样适用于草本植物。适当地理解上述含义，不违反自然规律，不在过于干旱的地方勉强造林，造成土壤干旱的加重，这种比喻就起到了好的作用。
但树木这种"生物抽水机"和机械抽水机还是有很大不同的。树木从土壤中吸收水分伴随着养分的吸收。而树木把体内的水分散发到大气中（叫做蒸腾，以有别与物理的蒸发）的过程是伴随着光合作用发生的，通过叶片上叫做"气孔"的微孔进行的。气孔的开闭是受树木生理调节的。清晨气孔开放，以便吸收CO2，进行光合作用。蒸腾最旺盛时，单位面积上森林的蒸腾量可以相当于，甚至稍多于自由水面的蒸发量。但这样的强度不会经常维持。当而当中午光过强，水分吸收不足以补偿蒸腾损失，体内发生水分亏缺时，气孔又会部分关闭，下午又会稍微张开一些。到了晚间没有光合作用时，气孔也是关闭的。因此也不必对树木的蒸腾抱过分恐惧的心理。
最近中国西南大旱，在"解放区论坛"上看到有人把种植转基因桉树当作云南大旱的罪魁祸首之一（见，红小兵：云南大旱的罪魁祸首之一－－转基因桉树（速生桉）。该文有关论述摘引如下： "一是抽水机特点。此树与天然树木作用完全相反，天然树木具有蓄水作用，每一棵大树都是一个蓄水池；而此树则具有抽水作用，每一棵树就是一个抽水机，此树延伸到哪里，土地就干裂到哪里。不久前去宜宾竹海讲学，看到满山都是溪水，问当地农民才知道，是竹子从空气中吸收水分后流到根部，再通过根部注入土地，汇集成为无数条溪水。这就是大自然的"科学安排"，给人造就了舒适优美的环境。但是，大自然的舒适优美却妨碍了资本对利润的最大化追求，于是便把社会推上了牺牲大自然和人类健康换取利润的道路。转基因技术就不幸变成了资本毁灭自然和人类的最大杀手，转基因桉种到哪里，哪里就是河水断流、水塘干涸、农田干裂、满山尽秃，眼前的西南大旱就是典型。"
此文把转基因桉树（速生桉）比作抽水机而把"天然树"比作蓄水池，把二者对立起来，好像桉树只抽水而不储水，只有"天然树木"才会蓄水。而竹子甚至会从空气中吸水再从根中流出来，甚至"汇成无数条溪水"，并宣称这是大自然的"科学安排"。这论点实在令人啼笑皆非。
说道这里就不通俗地解释一下"水势"的概念，看看大自然是如何"科学安排"的。"水势"可以和"电压"的作用相比拟。电流只能从电压高处向电压地处流动。水也只会从水势高处向水势低处流动。一个最浅显的例子是"水往低处流"，因为高处水势--水的"势能"高，而低处水势--水的势能低。下雨时，水滴也是在势能的作用下从空中落到地上的。无雨的晴天，空气湿度也不高，地表面温度也高于空气温度，这时地面上的自由水面的水和湿润土壤中水分的水势远高于大气，就会变成气体向大气中蒸发水分而不可能发生相反的运动。晴天的夜晚，气温下降，而且地表温度以更快的速度下降。如果地表的温度下降到"露点温度"以下，近地面空气的水汽含量达到饱和，就会在地表凝结成露。这时水的运动方向和白天相反，但通常其数量无法和降水的数量相比拟。
这次云南大旱，土壤干裂到如此程度，说明土壤非常干旱时，其水势仍然高于大气，如无降雨，水分还是继续从地下，土壤向大气输送。
说到树木和水势的关系。通常树木（其它植物也一样）通过根系从水势较高的土壤中吸收水分，运到地上部分，再通过树叶上的气孔"蒸腾"到水势较低的大气中。在树体中，叶部的水势也低于根部，这样水分才可能持续地向上运动。土壤养分必须溶解在水中随着树体中的上升液流而运动。这种运动方向和树种无关，和树木的生长速度无关，更和是否转基因没有任何关系。竹子在这方面也没有任何特殊之处。竹子也只能从土壤中吸水而向大气输送。如果真如红小兵转述的那样，"满山都是溪水"，"是竹子从空气中吸收水分后流到根部，再通过根部注入土地，汇集成为无数条溪水"，那就要颠倒水势和水分运动方向关系的基本概念，承认水可以从低处向高处流。在物理学里这不亚于一个爆炸性新闻。在实践上，还可以把竹子以适当比例混栽在万恶的桉树林里。这样，桉树从土壤中吸水，而竹子把水从大气中吸回来向土壤中灌注，既不会旱也不会涝，达到和谐，岂不快哉？再往前推论一步，我们应该在沙漠里大规模发展竹林，那样岂不是可以把沙漠改造成绿洲？
关于桉树引种到我国西南地区的利弊本人并无定见。但有关讨论只能摆事实，讲道理，当做一个如何"科学安排"的问题来探讨，不能不顾事实而一味煽情。 诸如"此树一出，鬼神皆哭"， "一树独发万木皆枯", "转基因桉种到哪里，哪里就是河水断流、水塘干涸、农田干裂、满山尽秃"，这些陈述听起来像是吓唬小孩子的童话，而不像是讨论有关国计民生大问题的见解。桉树天然分布在澳大利亚，有许多种类，从来没听说过它如此之恶。且不说至今转基因桉树离商业规模种植尚远，即便转了某个基因也不会使它作恶到如此程度。
(XYS20100401)
