樹葉飄落，哪面朝上？（把自然講給你聽）

本文轉自：人民日報

李青爲

《 人民日報 》（ 2024年11月19日 第 15 版）

落葉機制賦予葉片初始狀態，而空氣動力學決定了葉片在空中的運動軌跡，環境條件則進一步決定了地面落葉的最終狀態

初冬時節，片片落葉爲大地鋪上地毯。欣賞落葉美景時，有心人會發現：一些落葉正面向上，一些落葉卻背面朝天，其中蘊藏着植物生理與空氣動力學的秘密。

落葉是植物爲了適應環境變化而主動選擇的一種生存策略。入秋後，隨着日照時間的減少和氣溫的降低，許多植物通過精確調節其內部激素的水平和分佈，來實現葉片與樹木的分離。

葉片的生理特性是影響落葉朝向的因素之一。植物葉片的兩面構造不同：葉片的正面，緊貼上表皮的一至數層圓柱狀薄壁細胞排列緊密，被稱爲柵欄組織，緊實度高，其中含有較多的葉綠體，能夠高效地進行光合作用。當失去水分時，柵欄組織細胞變得更加緊密，難以伸展，葉面捲曲成凹形；葉片背面，細胞形狀不規則，含葉綠體較少，排列疏鬆，被稱爲海綿組織，主要提供水分和營養，保障光合作用順利進行。失水時，海綿組織易拉伸，葉背會保持微凸的狀態。所以，許多落葉會呈現出向內捲曲的特點。

當葉片飄離枝頭，在重力作用下墜落地面。有觀點認爲，葉片的正面因密度大而更容易朝下着地，但事實真的如此嗎？研究表明，葉片的下落過程並非簡單的直線下落。因爲葉片形狀並非完全對稱，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複雜運動形態下落。雖然葉片存在內部結構差異與外在形態變化，在一定程度上影響着葉片的飄落狀態，但旋轉動能和空氣阻力纔是決定葉片在下降過程中朝向的主要因素。因此，在靜態條件下（如無風環境），葉片也會不停旋轉，落地時哪面朝上通常呈隨機分佈狀態。

在特定環境中，落葉朝向會出現偏向性。風速較高時，例如公路上有車輛行駛或林間小路上有人活動時，會產生氣流，讓落地的葉片繼續移動甚至翻轉。相比而言，凹面朝下的葉片更穩定，因爲它消減了更多的空氣阻力，並且其形態使受力分佈更均勻，不易被再次吹動或翻滾。最終，凹面朝下的狀態佔據主導地位。而在無風的森林深處或靜止的水面上，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。

由此可見，落葉朝向是植物生理與物理規律共同作用的結果。植物的落葉機制賦予葉片初始狀態，而空氣動力學決定了葉片在空中的運動軌跡，環境條件則進一步決定了地面落葉的最終狀態。

當你在林間漫步，不妨駐足觀察地上的落葉，它們無聲地講述着植物的生存智慧與空氣動力學的奧秘，也提醒我們，每一片落葉都有值得探究的科學問題。

（作者爲中國科學院植物研究所高級工程師，本報記者施芳採訪整理）

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