很多人欣賞美景,感慨歲月,卻很少去觀察落葉的朝向,是葉面向上的多,還是葉背向上的多?
這個問題看似簡單,卻蘊藏著植物生理與空氣動力學的秘密。
植物葉片的正面,緊貼上表皮的一層或數層圓柱狀薄壁細胞排列緊密,被稱為柵欄組織。柵欄組織緊實度高,含有較多的葉綠體,能夠高效地進行光合作用。當葉片失去水分時,柵欄組織細胞更加緊密,難以伸展,葉面卷曲成凹形;葉片背面,細胞形狀不規則,含葉綠體較少,排列疏松,被稱為海綿組織,主要提供水分和營養。缺水時,海綿組織易拉伸,葉背會保持微凸的狀態。所以,許多落葉會呈現向內卷曲的特點。
在靜態條件下(無風環境),葉片落地時哪面朝上通常呈隨機分布狀態。研究表明,葉片的下落過程并非簡單的直線下落。因為葉片形狀并非完全對稱,加之空氣阻力差異、渦流和風等因素影響,葉片以翻滾和旋轉的復雜運動形態下落。雖然葉片存在內部結構差異與外在形態變化,在一定程度上影響著葉片的飄落狀態,但旋轉動能和空氣阻力才是決定葉片朝向的主要因素。在無風的森林深處或靜止的水面,葉片的朝向更多是空中隨機翻滾的結果,正面和背面朝上的比例接近相等。
在特定環境中,落葉朝向會出現偏向性。在風速較高時,凹面朝下的葉片更穩定,因為它消減了更多的空氣阻力,并且其形態使受力分布更均勻,不易被再次吹動或翻滾。最終,凹面朝下的狀態占據主導地位。