在日常生活中，若要由下往上運送水分，要透過幫浦運作產生壓力來幫忙，但植物卻不需要任何人工機械，即可順利迅速地將水分與養分由根部往樹梢的樹葉輸送。中央大學土木工程系教授朱佳仁表示，靠的就是流體的表面張力與蒸散所形成的負壓力，再加上木質部內「穠纖合度」的維管束的配合下，讓每株植物得以順利生長，展現強韌生命力。
神木樹圍動輒20公尺以上、高度更高，它們是如何輸送水分與養分，才能維持全樹所需？
朱佳仁以風洞實驗模擬自然環境，控制風速、日照量與土壤含水量，並利用「樹液探針」（Sap flow sensor）量測樹幹中的樹液流速與蒸散速率，發掘植物對外在環境的反應。
表面張力與負壓力 送水上樹頂
他說，樹木蒸散的水量極大，以一棵20公尺的樹木來說，隨著樹種與環境的差異，每日的蒸散水量就高達10到200公斤，即使是同1棵樹在1天之內，蒸散水量的也會因為日夜的變化而有極大的差異。
而大量的水分與養分在輸送時，在沒有幫浦運作下，竟可違反重力原則，由下往上源源不絕從根部直達頂端，甚至可超過100公尺高度。朱佳仁說，植物根部透過滲透壓吸收土壤中的水分，再藉由表面張力與氣孔產生的負壓力，即可把水分經由樹幹向上傳輸至樹葉，再經由葉面的氣孔將水分蒸散，並吸收大氣中二氧化碳以進行光合作用。
維管束僅0.25mm 降低摩擦力
除了表面張力與負壓力，中央大學物理系教授陳培亮解釋，植物內部的構造也有加分的效果，水分皆透過維管束運送，若樹木有100公尺高，以地面1大氣壓力來算，水分運送到葉面的高度至少就有10大氣壓，再加上石頭縫隙中的壓力，更可能高達80大氣壓，需要相當大的功率才能順利將水分與養分傳送上去。
經過數10萬年的演化，不論是擁有粗壯樹幹的巨木亦或瘦小的植栽，負責輸送水分的維管束都只有0.25mm。動輒數10公尺的神木以那麼細的「水管」送水，怎麼做到的？陳培亮說，這就是演化的奧秘。神木往上輸送水分，需要非常大的力量對抗地心引力，但也因神木有粗壯的木質部與韌皮部，可容納成千上萬的維管束，在「團結力量大」下，對抗大氣壓力與重力運送水分、養分並非難事。
風速影響樹液流速 夜間不得閒
此外，光合作用與蒸散作用是決定植物生長的關鍵機制，蒸散作用越強，樹木中水分與養分的流速越快。
朱佳仁的研究團隊發現，白天風速為零時，樹液流速約以每小時0.3公分的速度流動；當風速變為每秒2公尺，樹液流速些微上升至每小時1公分。當風速增加為每秒8公尺時，樹液流速上升至每小時3公分，之後風速的增加並不會增加樹液流速太多。
朱佳仁也發現，在沒有光線的狀況下，只要有風，樹液流速也會隨風速而增加，讓樹木在夜間亦不得「休息」。
中國時報 2008.05.13
自毒與毒他作用 造就參天神木
黃馨儀╱專題報導
四月中旬，有登山客在南部山區發現1棵直徑約7.1公尺的超大台灣紅檜，樹圍約22公尺，樹齡估計至少上千年，令山友驚豔不已。根據林務局資料顯示，目前國內最老的紅檜是2700歲，胸圍16公尺，樹高達36公尺，生長在阿里山森林遊樂區中。
至於最「壯碩」的神木出現在大雪山230林道中，樹高55公尺，胸圍足足有20.8公尺，皆為紀錄中的台灣紅檜之最。
台灣長壽樹種 紅檜為主
如果日前在屏東山區發現的神木經林務局證實樹圍達22公尺，那麼將會創15年來神木新紀錄。
神木如此巨大，它們是如何生成的？需要哪些先天與後天條件？
林務局保育組表示，神木的形成除了要有優越生育地條件，更須有獨特的家族遺傳因子。目前台灣已發現的神木，幾乎清一色為紅檜，只有少數是樟樹與扁柏等針葉林，雖然這些樹種長得很慢，卻擁有堅實完整的結構與強大適應力，才會在時間的考驗與生物競爭中存活下來，生成高聳參天又長壽的優勢木種。
釋放毒素 避免養分被搶走
此外，植物與所有物種一樣，彼此間有競爭又合作的關係，長得快又高的樹種會遮蔽日光，使得較矮小的樹木無法生長而被淘汰，讓自己得以生存。植物還具「自毒」與「毒他」作用，自毒作用是從根部釋放有機酸與植物鹼等毒素，毒死同種的後代，避免養分被搶走。
毒他作用則是針對「外人」釋放毒素，避免其他植物與自己搶奪生長空間與養分，讓自己更具優勢，例如竹林、鳳凰木和銀合歡等植物旁幾乎都沒有其他植物，就是毒他作用的結果。簡單來說，不論是自毒抑或毒他作用，都是植物用來「占地盤」的機制。
芬多精抑菌 是秘密武器
保育組成員說，由於神木幾乎都生長在較高海拔的山區，和其他針葉樹種相較，生長速度相對較快。據研究人員實地觀察也發現，檜木、扁柏等神木下方幾乎沒有其他植物生存，頂多以劍竹最多，而劍竹本身就是種會釋放劇毒的植物，可能也間接營造了對神木有利的生長環境。
不只如此，神木所釋放出對人體有益的芬多精與精油，其實也是牠們的「秘密武器」之一。當芬多精與精油釋放到空氣中時，不但可抑制細菌生長，刺鼻的氣味亦可防止生物與昆蟲接近，讓神木的生長避免遭受危害與干擾，也因為這些防衛機制與生存策略，讓神木得以高聳參天。
蒸散、光合作用 生長關鍵
除了先天基因優勢與生理條件，後天的生長環境與優越的生育地條件亦相當重要。由於植物不能移動、不能對自然現象做出立即應變，必須藉調節葉面氣孔的開闔，控制與大氣中二氧化碳、水汽、氧氣的交換，進行蒸散及光合作用，維持最佳生長狀態。而在不受氣候變化的干擾下，變成「頭好壯壯又長壽」的巨木。
而要成為「神木」，必定要能承受許多物種之間的競爭和外在環境的改變（乾旱、颱風等），才能存活至今。在通過環境的淬練與時間考驗下，如今民眾才有幸目睹它強韌的生命力與大自然鬼斧神工的奧祕。
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