Kerstboom & Co. Bomen als watertorens; droogteresistentie IX

10-01-2018

De watervaten in bomen zijn net als rioolpijpen uit segmenten (ook modulen genoemd) opgebouwd. Bij een groeiende boom wordt module op module gestapeld, net als bij de bouw van wolkenkrabbers. Een verschil tussen naaldbomen en loofbomen is de aard van deze modulen. Naaldbomen hebben lange modulen (tracheïden) met een geringe diameter met heel scheve wanden tussen de modulen, waarin nauwe poriën zitten. Loofbomen hebben kortere, maar bredere modulen. De wanden tussen de modulen (houtvatelementen) hebben grote poriën of zijn soms volledig doorboord en staan minder scheef zodat er doorlopende, zij het wat kronkelige pijpen (houtvaten) ontstaan (zie voor lengtedoorsneden der modulen bijgaande tekening) .

Wetenschappelijke box 1 De modulen bij naaldbomen (tracheïden) kunnen tot 11 mm (11000 micrometer ofwel μm) of 6 mm (6000 μm) lang worden in respectievelijk Agathis en Pinus. Ze zijn in vergelijking met de lengte erg smal (ca. 25 μm). Bij loofbomen daarentegen zijn de modulen (houtvatelementen) kort (vaak niet meer dan 500 μm), maar zeer breed (soms tot 250 μm). Dat de modulen zo lang zijn bij de naaldbomen kan samenhangen met een grotere weerstand tegen waterstromen in de poreuze wanden tussen tracheïden. Daarom was het evolutionair raadzaam lange modulen te ontwikkelen om de weerstand te verkleinen en zo de transportcapaciteit te vergroten. Behalve de weerstand is de module-diameter een belangrijke factor voor de transportcapaciteit. Bij toenemende diameter neemt de transportcapaciteit onevenredig toe. We nemen als voorbeeld modulen van 25 en 125 μm in diameter. De tweede module met een 5 maal grotere diameter heeft een 54 (625 maal) hogere transportcapaciteit. Bij modulen van 25 en 250 μm is het verschil in transportcapaciteit 104 ofwel 10.000 maal.

De berekeningen tonen dat transportcapaciteit van houtvaten in loofbomen dus aanzienlijk hoger dan die van tracheïden in naaldbomen, wat past bij de plotselinge grote behoefte aan water in het voorjaar. Dan ontvouwen de bladeren van loofbomen zich razendsnel en hebben massa’s water nodig. De stam komt aan deze behoefte tegemoet door in het voorjaar extreem brede modulen aan te leggen. Naaldbomen maken in het voorjaar wel bredere tracheïden in vergelijking met de aanleg in andere jaargetijden, maar het verschil met de diameter van de houtvatelementen blijft groot.

Het nadeel van brede vaten is een geringere adhesie (zie VIII Woudreuzen als watertorens) tussen de watermoleculen en wand, zoals met het blote oog te zien is in glascapillairen. Nauwe capillairen zuigen het water spontaan veel hoger op dan bredere. Als gevolg van de grotere instabiliteit van waterzuiltjes in brede vaten zullen ze bij verdamping sneller breken. Als de transpiratie hoger is dan de waterbeschikbaarheid lopen waterzuiltjes in brede vaten dus eerder het gevaar te knappen dan in nauwe vaten. Dat geldt vooral, als water tot grote hoogte moet worden opgezogen en de zuiltjes met toenemende hoogte onder steeds grotere negatieve spanning (zuiging) komen te staan. Als de zuiltjes knappen, worden luchtbelletjes in het vat gezogen (cavitatie). En een luchtbel in een vat is een onneembare barrière: verder watertransport wordt onmogelijk.