ขบวนการหายใจของต้นไม้ เรียกว่า "Transpiration" เป็นการระเหยของน้ำจากต้นไม้ เกิดขึ้นที่ใบไม้ ในขณะนั้นรูปปากใบ (stomata) ถูกเปิดออก เพื่อให้มีการผ่านเข้าออกได้ของ CO2 (คาร์บอนไดออกไซด์) และ O2 (ออกซิเจน) ในระหว่างที่มีการสังเคราะห์แสง รูปปากใบ มีลักษณะ เป็นช่องกลวงบนผิวใบ ที่ยอมให้มีการแลกเปลี่ยนก๊าซเข้า-ออกได้

อากาศนั้น ไม่ได้อิ่มตัวไปด้วยไอน้ำทั้งหมด จึงทำให้ผิวของเซลล์ที่สัมผัสอากาศแห้ง จากขบวนการสังเคราะห์แสงที่ใบ จึงมีการสูญเสียน้ำไปจากการระเหยของน้ำ และจำต้องมีการดึงน้ำเข้ามาชดเชย ซึ่งมาจากราก แล้วส่งต่อไปยังใบนั่นเอง โดยลำเลียงมาทางท่อของรากและลำต้น ที่เรียกว่า ท่อลำเลียงน้ำ Xylem เป็นระบบท่อหรือหลอดในต้นไม้ ที่ชักนำเอาน้ำและสารละลายแร่ธาตุต่างๆ จากรากไปยังส่วนต่างๆ ของต้นไม้ ส่วนท่อ Phloem เป็นระบบท่อที่ลำเลียงเอาอาหารที่สร้างขึ้นจากการสังเคราะห์แสงที่ใบไปยังราก ยอดอ่อนและดอกไม้

ในตอนกลางคืน ดูเหมือนทุกอย่างเงียบสงบ แต่ต้นไม้ยังคงหายใจคายน้ำออก เมื่อน้ำระเหยออกไป ก็จำเป็นต้องมีการลำเลียงน้ำเข้ามาแทนที่ การหายใจนี้ เป็นกลไกลที่จะดึงน้ำจากรากขึ้นมา แล้งส่งไป (1) ป้อนขบวนการสังเคราะห์แสง 1%-2% ของน้ำทั้งหมดในต้น (2) ขนธาตุอาหารจากราก เพื่อนำใช้ในกิจกรรมต่างๆ ที่ใบ และ (3) เพื่อลดหรือระบายความร้อนที่ใบด้วย

เนื่องจาก ท่อ xylem สร้างขึ้นจากเนื้อเยื่อที่ไม่มีชีวิต เหตุใดน้ำจึงสามารถส่งผ่านจากรากขึ้นไปยังยอดบนของต้นไม้ โดยเฉพาะ Tree Fern ที่สูงได้ถึง 30 ม. !!!!

การเดินทางของเกลือแร่ (เช่น อิออนของ K+, Ca2+ ) ซึมแพร่ไปในน้ำ (มักมากับสารอินทรีย์ต่างๆ จากราก) ปริมาณน้ำที่ไปถึงใบ จะถูกนำไปใช้ในขบวนการสังเคราะห์แสง มีน้อยกว่า 1-2% ส่วนมากจะสูญเสียไปกับการคายน้ำ น้ำกับเกลือแร่ที่สะสมค้างอยู่ในท่อลำเลียง จึงเคลื่อนย้ายเข้าไปในระบบท่อและผนังเซลล์

ในปี 1895 นักวิทยาศาสตร์ ด้านฟิสกิส์ในพืช H. H. Dixon และ J. Joly ได้เสนอว่า น้ำถูกดึงขึ้นไปยังต้นไม้ได้ด้วยแรงดึงดูดจากด้านบน จากการสังเกตุ การสูญเสียน้ำจากใบโดยการคายน้ำ Dixon และ Joly เชื่อว่า การสูญเสียน้ำที่ใบทำให้เกิดแรงดึงดูดน้ำขึ้นมาทางท่อลำเลียงน้ำ xylem แล้วส่งต่อไปยังใบ ในลักษณะเดียวกันกับปั๊มสูญญากาศที่จะช่วยดึงน้ำให้ขึ้นไปข้างบนได้ แต่ทฤษฎีนี้ยังไม่สามารถอธิบายในเรื่องของความดันน้ำของน้ำในท่อลำเลียงน้ำ และเหตุใดจึงสามารถดึงน้ำขึ้นไปได้สูงมากถึง 100 ม. ในต้น sequoia หรือ Douglas fir

การดึงน้ำให้ขึ้นไปในที่สูงจะต้องมีแรงดันอย่างน้อย 150 ปอนด์/ตารางนิ้ว เหนือแรงดันบรรยากาศทั่วไป คำตอบก็คงหนีไม่พ้นเรื่องของ แรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลของน้ำ เป็นสมบัติของน้ำที่ยึดเกาะกันด้วยพันธะไฮโดรเจน

โมเลกุลที่มีขั้ว เช่น โมเลกุลของน้ำ มีจุดอ่อนอยู่ที่ ประจุลบบางส่วนบริเวณที่เป็นอะตอมของออกซิเจน และประจุบวกอยู่ที่อะตอมของไฮโดรเจน ดังนั้นเมื่อโมเลกุลของน้ำมาอยู่ใกล้ชิดกัน โดยสัมผัสกันที่ส่วนที่เป็นประจุบวกและกับส่วนที่เป็นประจุลบ คือ ประจุตรงข้ามกัน แรงดึงดูดนี้เรียกว่า พันธะไฮโดรเจน

เมื่อน้ำถูกบีบเข้าไปอยู่ในท่อเล็กๆ แรงดึงดูดระหว่างดมเลกุลน้ำทำให้มันสามารถมีความแข็งแกร่งพอที่จะปีนขึ้นไปสูงๆ ได้ แรงดึงนี้มีมากถึง 3000 ปอนด์/ตารางนิ้ว สูงมากพอๆ กับแรงที่ใช้ในการดึงลวดเหล็กกล้าในขนาดเท่ากันให้ขาดออกจากัน หรืออาจกล่าวได้ว่า แรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลของน้ำมีมากพอๆ กับความแข็งแรงของลวดโลหะตันเลยก็ว่าได้

น้ำถูกกูดซับเอาไว้ในดินได้ด้วยแรงดึง แรงพยุงน้ำเอาไว้ในดินนี้หมายถึง แรงตึงของความชื้นในดิน (Soil Moisture Tension; SMT) เพื่อที่จะดึงน้ำออกจากดิน ต้องไม้ต้องออกแรงให้มากกว่าแรง SMT ดังกล่าว

ต้นไม้ไม่สนใจเลยว่า ปริมาณน้ำในดินมีมากน้อยเพียงใด หรือดินนั้นจะเป็นดินชนิดใด ไม่ว่าจะเป็นดินทรายชายหาด หรือดินเหนีนวสีดำ มันสนใจที่แรงดึงน้ำออกจากดินต้องออกแรงมากน้อยแค่ไหน และดินสามารถดึงน้ำเก็บเอาไว้ได้ยากง่ายเพียงไร ดูตัวอย่างจาก ดินเหนียวโคลนกับดินทราย ในกรณีที่มีปริมาณน้ำพอๆ กัน ต้นไม้อาจรู้สึกถึงความพยายามอย่างมากในการดึงน้ำออกจากดินเหนียว แลพพยายามมากกว่าในดินทราย ในดินที่เนื้อละเอียดมากกว่าสามารถเก็บน้ำเอาไว้ได้ดีกว่าในดินเนื้อหยาบกว่า แต่ดินเหล่านั้นก็เก็บเอาไว้ได้เพียงเท่าที่ระดับความสูงน้ำใต้ดินมีอยู่เท่านั้น ดังนั้น ต้นไม้สนใจแต่แรงดึงความชื้นในดินเท่านั้น ไม่ว่าดินนั้นจะเป็นดินชนิดใดก็ตาม

เมื่อต้นไม้ดึงน้ำออกจากดิน ก๊าซออกซิเจนถูกดึงเข้ามาแทนที่ในช่องว่าง การให้น้ำมากเกินไป จึงเป็นการลดปริมาณอากาศรอบๆ ราก ในดิน ในกรณีที่ปริมาณออกซิเจนลดลงต่ำมาก จะทำให้ลดการเจริญเติบดตของพืชด้วย ปัญหานี้พบได้บ่อยได้เครื่องปลูกที่ระบายน้ำไม่ได้ รวมถึงดินที่เหนียวแข็งด้วย อีกทั้ง ในสภาพอากาศที่ร้อน จะทำให้ปริมาณออกซิเจนที่ละลายอยู่ในน้ำลดลงด้วย

ปริมาณออกซิเจนต่ำ จะทำให้ต้นไม้อ่อนแอ ไม่ทนทานต่อเชื้อโรค เชื้อรา ที่เข้ารุมทำร้ายที่ระบบราก ทำให้ต้นไม้ไม่สามารถดูดน้ำและธาตุอาหารได้ สังเกตุได้จากอาการเหี่ยวเฉา เหมือนขาดน้ำ อย่างไรก็ตาม หากภาชนะที่ใช้ปลูก ระบายน้ำได้ดีอยู่แล้ว ให้ลองถอดกระถางออกมาดูระบบรากและเครื่องปลูก หากเครื่องปลูกชื้นดี ไม่เปียกแฉะอมน้ำ แต่ต้นไม้ยังดูไม่สดใส อาจเป็นเพาะสาเหตุอื่นๆ ที่ต้องพิจารณาต่อ

สิ่งที่ต้องสังเกตุอีกอย่าง อาการไม้เนื่องจากเกลือแร่ ขอบใบมีอาการเหลืองและเป็นสีน้ำตาล เป็นสาเหตุจากปริมาณเกลือแร่ที่ละลายปะปนอยู่ในน้ำมีสูงมาก และสะสมอยู่ในเครื่องปลูกและระบบราก ทางแก้ไขโดยการใช้น้ำสะอาดในปริมาณมากๆ เพื่อชะล้างเกลือแร่ออกไป

บทความนี้ แปลถอดความจาก "How Water Works with Plants" เดือน ก.พ. 2545 เขียนโดย Robin Halley จากสมาคมเฟินซานดิเอโก