恒定体积下的渗透作用与高大树木的水分吸收

我们考虑一个热力学状态，其中溶剂和溶液被一个弹性半透膜分隔在恒定体积的盒子中，并探讨该简单模型与高大树木水分吸收的相关性。在中等溶质浓度下，溶液和溶剂分别处于正压和负压状态。对于软膜，溶剂和溶液隔室之间的压力差由范特霍夫方程给出。负压状态不稳定，一段时间后空化现象将溶剂转变为液体和饱和蒸气气泡共存的状态。溶剂与溶液之间的压力差减小，膜松弛，恢复溶剂隔室中的液相。这样，溶剂在拉伸状态与液体和饱和蒸气气泡共存状态之间振荡。木质部和韧皮部是树木的主要维管系统，它们与射线细胞耦合。假设这些系统中的汁液保持在恒定体积下，木质部、韧皮部与射线细胞之间的渗透作用维持了木质部汁液的负压。由于渗透作用，储存在管状元件壁中的弹性能可以修复空化。这样，高大树木中的水分运输和管状元件中的空化修复都与恒定体积下的渗透作用相关。在该模型框架内，对树木生理学中两个长期存在的问题——高大树木的水分吸收和空化修复——提供了可能的解释。