植物生长依赖水分、光照和空气。研究人员指出，植物将水分从土壤输送至叶片的过程涉及“负水势”机制，即在维管系统中形成负张力，使草本植物、灌木和树木能够逆重力吸水。但植物并不会持续以同样速度从土壤中获取水分，长期以来，限制植物吸水的关键因素一直是研究焦点。

苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）土壤物理学教授Andrea Carminati与塔斯马尼亚大学植物生理学教授Tim Brodribb领导的研究团队提出，植物吸水受限的原因可能比以往设想更为直接：决定性约束并非来自植物自身特性，而是由水在土壤中的流动方式所主导。相关研究已发表于《科学》杂志。

土壤孔隙毛细力影响吸水速度

研究团队指出，土壤中的水主要分布在不同尺度的孔隙中，孔隙对水分施加毛细力以维持其滞留。Carminati表示，土壤物理学界在判断最佳灌溉时点方面已取得进展，并发现当土壤水势低于-1.5兆帕时，植物难以足够快速地吸取水分以满足需求。

Carminati称，随着土壤变干，孔隙中的毛细力与黏性阻力上升，水在土壤中的流动变得更困难，从而提高了植物从土壤获取水分的难度。

气孔作为调节“阀门”影响水分与碳交换

为进一步解释植物如何感知并应对土壤供水能力变化，Carminati与植物水分关系领域研究者Brodribb展开合作。研究提到，植物叶片背面的气孔承担气体交换功能，可根据环境条件开闭。

Brodribb表示，气孔在打开时允许二氧化碳进入叶片，同时水分以蒸汽形式散失；当气孔关闭，植物可减少失水、降低缺水风险，但二氧化碳进入量随之下降，新糖分子生成减少，生长速度放缓。Brodribb称，气孔的开闭行为最终影响大气中的碳进入陆地植物生物量的规模。

研究解释抗旱育种效果不及预期原因

研究同时提到，植物从土壤孔隙吸水需要付出结构与生理层面的代价。例如，水分在茎或树干中上升所依赖的管道细胞壁会加厚，以承受维管系统中的张力并避免结构坍塌。Brodribb还指出，在叶片更高处，植物细胞通过溶质形成渗透压，使细胞在邻近维管组织张力较高的情况下仍能保持膨胀状态。

Brodribb表示，农业领域长期尝试培育细胞中储存更多溶质的作物，以期提升其从土壤吸水能力并增强抗旱性，但尽管投入大量资金，相关育种目标并未如愿实现。研究团队认为，这一现象的原因在于限制因素主要来自土壤而非植物本身。

跨学科视角推动机制解释

Carminati强调跨学科研究的重要性。他表示，团队最初从地下土壤过程出发，随后与Brodribb合作，将研究视角逐步延伸至地上部分，并认为毛细现象的物理机制不仅可用于预测土壤孔隙排水程度，也有助于解释叶片高处发生的过程。

Brodribb则表示，其研究路径从植物细胞层面出发并逐步延伸至根尖。他称，基于水势模型的计算分析是理解植物功能的基础步骤之一。