ต้นไม้เติบโตได้สูงแค่ไหน?

ต้นไม้ที่ยังมีชีวิตซึ่งสูงที่สุดเท่าที่รู้จักคือเรดวูดชายฝั่ง (Sequoia sempervirens) ชื่อ Hyperion สูงประมาณ 116 m (สูงกว่าตึก 35 ชั้น) เซควอญายักษ์มีลำต้นใหญ่กว่า แต่ไม่สูงเท่า ทำไมต้นไม้จึงไม่เติบโตให้สูงขึ้นเรื่อย ๆ?

คำตอบส่วนหนึ่งเกี่ยวข้องกับแรงดึงน้ำในบทเรียนที่ 2 ทุกความสูงที่เพิ่มขึ้น 10 m ต้องใช้แรงดึงเพิ่มอีก 0.098 MPa เพียงเพื่อเอาชนะแรงโน้มถ่วง และเส้นทางที่ยาวขึ้นก็ทำให้เกิดแรงเสียดทานมากขึ้นด้วย ดังนั้น:

• ใบไม้ที่อยู่บนสุดต้องทำงานโดยมีศักย์น้ำที่ ติดลบมากกว่า ใบไม้ที่อยู่ต่ำลงมา;
• คอลัมน์น้ำจะอยู่ภายใต้แรงตึงมากขึ้น ทำให้ความเสี่ยงเกิด คาวิเทชัน สูงขึ้น;
• ใบไม้ด้านบนจะรักษาเซลล์ให้ เต่ง ได้ยากขึ้น ทั้งที่จำเป็นต่อการ ขยายตัว และการเปิดปากใบเพื่อการสังเคราะห์ด้วยแสง

คาวิเทชัน เกิดขึ้นเมื่ออากาศถูกดูดเข้าไปในท่อน้ำที่อยู่ภายใต้แรงตึง (หรือฟองอากาศขยายตัวจากแก๊สที่ละลายอยู่) ฟองอากาศจะแพร่กระจาย (เอ็มโบลิซึม) และท่อน้ำนั้นจะไม่สามารถลำเลียงน้ำได้อีกต่อไป ต้นไม้ที่มีท่อขนานกันจำนวนมากจะรอดจากความเสียหายบางส่วนได้ และต้นไม้บางชนิดสามารถเติมน้ำในท่อเดิมหรือสร้างไซเลมใหม่ได้ แต่ยิ่งมีแรงตึงมากเท่าไร ท่อก็ยิ่งเสียหายมากขึ้นเท่านั้น

ด้วยเหตุนี้ ขีดจำกัดของแรงดึงน้ำจึงเข้มงวดมากขึ้นเมื่อความสูงเพิ่มขึ้น ในการศึกษาชื่อดังเมื่อปี 2004 ในวารสาร Nature George Koch และคณะ วัดยอดของเรดวูดต้นสูง ๆ และคาดการณ์ว่า ความสูงสูงสุดประมาณ 122 ถึง 130 m สำหรับต้นไม้ชนิดนี้ แม้ในสภาพที่มีน้ำในดินมากมายก็ตาม Hyperion ยังต่ำกว่าค่าประมาณนั้นอยู่ไม่กี่เมตร การศึกษาเดียวกันยังแสดงให้เห็นว่าใบไม้ใกล้ยอดมีขนาด เล็กกว่าและหนากว่า โดยมีเนื้อเยื่อต่อหน่วยพื้นที่มากกว่า นี่คือลักษณะทางสรีรวิทยาของใบไม้ที่ทำงานโดยมีความดันน้ำน้อยเหลือให้ใช้

แรงโน้มถ่วงและแรงเสียดทานไม่ใช่ขีดจำกัดเพียงอย่างเดียว ต้นไม้ที่สูงขึ้นยังต้องรับน้ำหนักของตัวเองและทนต่อลมให้ได้ อีกทั้งรากและใบก็ต้องเติบโตให้ทันกันด้วย ในหลายพื้นที่ การขาดน้ำในดินหรือพายุทำให้ต้นไม้หยุดเติบโตนานก่อนจะถึงขีดจำกัดทางไฮดรอลิก ในพื้นที่ชื้น อากาศไม่ร้อนหรือหนาวเกินไป และไม่มีลม ซึ่งพบได้ไม่บ่อยและเหมาะกับการเติบโตของเรดวูด (แถบชายฝั่งที่มีหมอกบ่อย ๆ ช่วยเพิ่มน้ำให้ใบไม้) ต้นไม้จึงเข้าใกล้ขีดจำกัดที่คำนวณไว้ได้

ต้นไม้สูงชนิดอื่นก็ทำตามกฎคล้ายกัน ต้นไม้ดอกที่สูงที่สุดอย่างแอชภูเขา (Eucalyptus regnans) ในแทสเมเนีย สูงได้ประมาณ 100 m