樹葉的描述和分類

孫薇

摘 要：本文通過聚類分析解決了樹葉的分類問題，通過對樹葉形狀的分析，我們得到了面積，周長，矩形度，圓形度，長寬比五個(gè)因素來表征樹葉的外形特征，先用MATLAB對圖像進(jìn)行處理，得到這五個(gè)因素的數(shù)值，然后在spss中根據(jù)這五個(gè)因素對樹葉進(jìn)行聚類分析，分出了七類葉子。

關(guān)鍵詞：樹葉；聚類分析

一、樹葉的描述

葉片的形狀主要是受兩個(gè)因素的影響：基因和環(huán)境。至于葉基因，它是決定性的因素，本文將主要不談?wù)撍鼘θ~子形狀的影響，而環(huán)境對葉子形狀的影響在這里進(jìn)行細(xì)致的研究。在自然界中，葉子的主要功作用是光合作用和蒸騰作用，所以主要影響葉子形狀的因素是陽光，水分和二氧化碳的量。此外，還有其他因素對葉子形狀的影響。

首先，葉子的葉脈決定著樹葉基本——為樹葉提供結(jié)構(gòu)性支撐，抵御侵害，傳輸養(yǎng)分。人們所建立的數(shù)學(xué)模型正是通過綜合上述的決定性因素——光合作用速率、樹葉壽命、碳消耗量之間的關(guān)系，來模擬出樹葉“應(yīng)該具有的”形狀。

其次，地球可以根據(jù)太陽的范圍被分成五個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域具有典型的氣候特性。因此，在這些區(qū)域各自植物顯示不同的形狀：寒帶由針葉林表示；溫帶是眾所周知的落葉闊葉林；熱帶充滿常綠闊葉林。

不同蓋陽光五個(gè)區(qū)域會(huì)導(dǎo)致葉片不同的形狀。但在同一棵樹，葉子可以顯示出不同的形狀，因?yàn)樗鼈兾盏年柟獠坏攘?。一棵樹的樹冠以及葉子的表面所接受到的陽光比較充足，這些樹葉往往都比較小，這樣其吸收光線面積也會(huì)比較小。樹冠下面樹葉往往被遮蔽到，其面積也較大，并且葉緣和裂片之間的表達(dá)也較為簡單。

樹葉形狀、紋理以及顏色都會(huì)給植物防御和蒸騰速率有一定的影響。比如，若是樹葉較大并且其邊界層也比較大，那么氣流吹拂發(fā)時(shí)候，其便會(huì)較為平靜。若是樹葉的表面有紋理或者毛，那么其能夠起到阻止氣流涌動(dòng)的情況，從而讓蒸騰的速度減緩。再如，水生植物氣孔所處的位置是樹葉上表面，能夠方便其更好的透氣。

此外，濕氣可以影響葉片的形狀。熱帶炎熱多雨等大闊葉的植物造成蒸發(fā)多余的水分滋潤。然而，在干燥的溫帶或寒帶，葉子要小，甚至針葉從而保持足夠的水分滋潤。

在這些復(fù)雜的演化過程中，葉子會(huì)通過適應(yīng)不同環(huán)境，而發(fā)展出來多種多樣的路徑，這些決定了葉子的外部形狀。

二、樹葉的分類

很多熱帶的植被葉子往往都比溫帶的植被的葉子更加的厚實(shí)和圓潤，而且邊緣位置相對比較光滑。因此，熱帶植被的葉子也比溫帶植被的葉子更加的結(jié)實(shí)。

對于生長在溫帶的綠葉植被，生長較薄的樹葉對應(yīng)需要的能量要少，但這樣植被也要為此付出相應(yīng)的代價(jià)：薄的葉子結(jié)實(shí)度不夠，尤其是在遠(yuǎn)離主要葉脈的區(qū)域。這樣一來，那些遠(yuǎn)離葉脈的葉子區(qū)域就被舍棄，結(jié)果就出現(xiàn)了有鋸齒的樹葉，例如楊樹，柳樹樹葉。

選取植物的葉子面積、周長、圓形度、矩形度、長寬比作為四個(gè)主要參數(shù)來描述樹葉，將搜集到的29個(gè)樹葉用spss軟件進(jìn)行聚類分析，將29個(gè)樣品分為7類。

參考文獻(xiàn)：

[1]傅誠.中國知網(wǎng)，樹葉的形狀分析與質(zhì)量估算（學(xué)術(shù)論文）.

[2]用體積重量法計(jì)算樹葉蒙塵量的方法探討[J].環(huán)境工程，1984（2）：6365.