茶葉鄰近葉片SPAD差值混沌行為研究

陳永明 林萍 何堅(jiān)強(qiáng) 王東洋

摘 要：對(duì)于茶葉品質(zhì)的研究目前主要通過集中在內(nèi)部化學(xué)成分測(cè)量，目前國(guó)內(nèi)外很少研究將內(nèi)部化學(xué)成分構(gòu)成動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行研究分析。該文研究茶葉鄰近葉片SPAD差值混沌行為。用SPAD-502葉綠素計(jì)測(cè)量龍井茶和徑山茶鄰近葉片SPAD指標(biāo)，接著計(jì)算SPAD差值。利用分形和混沌理論中的Grassberger-Procaccia （G-P）算法計(jì)算提取龍井茶和徑山茶和鄰近葉片SPAD差值隊(duì)列的分形維數(shù)，分別為9.07和12.29，這證明了龍井茶和徑山茶茶葉在受自然環(huán)境因子的制約和龍井茶和徑山茶鄰近葉片SPAD差值存在混沌行為。并根據(jù)茶葉茶葉片SPAD關(guān)聯(lián)維飽和度的混沌特性來定量復(fù)雜和多變?nèi)~綠素演化度和自然環(huán)境因子管理行為，進(jìn)而確定茶葉的品質(zhì)。

關(guān)鍵詞：茶葉葉片 混沌行為 環(huán)境因子 SPAD差值

中圖分類號(hào)：S24 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）08（c）-0101-02

茶葉品質(zhì)的好壞將直接決定其在茶葉銷售市場(chǎng)上的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，因此對(duì)茶葉品質(zhì)相關(guān)的研究得到了過國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究人員廣泛的重視與關(guān)注[1]。對(duì)于茶葉品質(zhì)的研究目前主要通過集中在內(nèi)部化學(xué)成分測(cè)量，例如：吳云影等人運(yùn)用原子吸收分光光度計(jì)法測(cè)量茶葉中所含的錳、鋅等微量元素指標(biāo)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示錳、鋅等微量元素會(huì)呈現(xiàn)一定程度上的損失[2]。王安俊等人對(duì)貴州省湄潭縣茶園茶葉以及土壤中所含有的水溶性氟指標(biāo)進(jìn)行測(cè)量 [3]。但是，目前國(guó)內(nèi)外很少研究將內(nèi)部化學(xué)成分構(gòu)成動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行研究分析。

文章提出利用分形和混沌理論中的Grassberger-Procaccia （G-P）算法[4-5]提取龍井茶和徑山茶和鄰近葉片SPAD差值隊(duì)列的分形維數(shù)，來證明龍井茶和徑山茶茶葉在受自然環(huán)境因子的制約下葉片SPAD差值存在混沌行為，根據(jù)茶葉茶葉片SPAD關(guān)聯(lián)維飽和度的混沌特性來定量復(fù)雜和多變?nèi)~綠素演化度和自然環(huán)境因子管理行為，進(jìn)而確定茶葉的品質(zhì)。

1 材料與方法

1.1 儀器與材料

使用KONICA MINOLTA 公司生產(chǎn)的便攜手持式葉綠素計(jì)SPAD-502 定量龍井茶和徑山茶鄰近葉片SPAD指標(biāo)，該儀器對(duì)于葉片測(cè)量測(cè)量精度為 SPAD單位偏差。檢測(cè)方式采用紅光外吸收及近紅外各一只光電二極管作為發(fā)射源，利用植物葉片雙波長(zhǎng)吸收強(qiáng)度差度量方式來獲得植物葉片SPAD值。徑山茶葉采集自杭州西北部約浙江杭州市余杭區(qū)徑山茶種植園，龍井茶葉采集自浙江杭州市西湖區(qū)西湖龍井茶園，其中隨機(jī)選擇了100對(duì)葉片用SPAD儀器進(jìn)行測(cè)量，每對(duì)葉片共測(cè)量3次差值，最后計(jì)算3次測(cè)量的取平均值作為后續(xù)分析使用。

1.2 GP算法

關(guān)聯(lián)積分定義為[4]：

（1）

其中，表示與的歐式距離，（·）階躍函數(shù)，因此可以計(jì)算出關(guān)聯(lián)維數(shù)：

（2）

當(dāng)足夠大到不再隨發(fā)生變化時(shí)，即吸引子最小嵌入維數(shù)：

（3）

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

根據(jù)（1）～（2）式分別對(duì)徑山茶葉與龍井茶葉葉鄰近葉片SPAD差值隊(duì)列進(jìn)行飽和關(guān)聯(lián)維計(jì)算。對(duì)于徑山茶當(dāng)時(shí)間增量確定后，與的關(guān)系曲線在無標(biāo)度區(qū)呈近似直線，且隨著嵌入維數(shù)的增加，直線段趨于平行。采用最小二乘法來確定·無標(biāo)度區(qū)的斜率，即相空間的關(guān)聯(lián)維飽和度的值。從估計(jì)的關(guān)聯(lián)維數(shù)·演化狀況來看，當(dāng)時(shí)趨向于穩(wěn)定。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以計(jì)算出飽和關(guān)聯(lián)度最小嵌入維數(shù)和。換句話說說，徑山茶葉片鄰近葉片SPAD差值隊(duì)列演化動(dòng)力系統(tǒng)會(huì)在相空間中的運(yùn)動(dòng)軌道上縮變到一個(gè)值約為12.29維度的吸引子上，描述該近葉片SPAD差值隊(duì)列演化動(dòng)力系統(tǒng)需要8個(gè)因素，說明徑山茶葉鄰近葉片SPAD差值隊(duì)列受自然環(huán)境因子的制約混沌行為。對(duì)于西湖龍井茶葉鄰近葉片SPAD差值隊(duì)列進(jìn)行分析顯示，飽和關(guān)聯(lián)度，最小嵌入維數(shù)，這也說明龍井茶葉鄰近葉片SPAD差值隊(duì)列會(huì)受自然環(huán)境因子的制約混沌行為。

3 結(jié)語(yǔ)

該研究將分形和混沌理論應(yīng)用到徑山和龍井茶茶葉葉片分析中，使用自相關(guān)函數(shù)檢驗(yàn)使用葉綠素計(jì)SPAD-502儀測(cè)量得到的徑山和龍井茶茶葉SPAD差分系列值，并確定徑山茶和龍井茶遲滯時(shí)間，利用GP算法在相空間重構(gòu)該差分系列值，進(jìn)而獲得徑山和龍井茶茶葉SPAD差分系列關(guān)聯(lián)維飽和度，分別為9.07和12.29，這證明了龍井茶和徑山茶茶葉受自然環(huán)境因子的制約，龍井茶和徑山茶鄰近葉片SPAD差值存在混沌行為。

參考文獻(xiàn)

[1] 朱旭君，王玉花，張瑜，等.施肥結(jié)構(gòu)對(duì)茶園土壤氮素營(yíng)養(yǎng)及茶葉產(chǎn)量品質(zhì)的影響[J].茶葉科學(xué)，2015（3）：248-254.

[2] 吳云影，莊東紅，李張偉. 新鮮鳳凰單樅茶葉與成品鳳凰單樅茶葉微量元素含量比較[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014（11）：359-361.

[3] 王安俊，林麗，毛博文，等.貴州湄潭縣茶園土壤和茶葉中的氟含量分析[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014（16）：3907-3909.

[4] 馮光爍，楊海青，魏民祥.發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)間序列分形特征分析[J].機(jī)械科學(xué)與技術(shù)，2008（11）：1283-1286.