北京
本文转自：人民日报
李青为
《 人民日报 》（ 2024年11月19日 第 15 版）
落叶机制赋予叶片初始状态，而空气动力学决定了叶片在空中的运动轨迹，环境条件则进一步决定了地面落叶的最终状态
初冬时节，片片落叶为大地铺上地毯。欣赏落叶美景时，有心人会发现：一些落叶正面向上，一些落叶却背面朝天，其中蕴藏着植物生理与空气动力学的秘密。
落叶是植物为了适应环境变化而主动选择的一种生存策略。入秋后，随着日照时间的减少和气温的降低，许多植物通过精确调节其内部激素的水平和分布，来实现叶片与树木的分离。
叶片的生理特性是影响落叶朝向的因素之一。植物叶片的两面构造不同：叶片的正面，紧贴上表皮的一至数层圆柱状薄壁细胞排列紧密，被称为栅栏组织，紧实度高，其中含有较多的叶绿体，能够高效地进行光合作用。当失去水分时，栅栏组织细胞变得更加紧密，难以伸展，叶面卷曲成凹形；叶片背面，细胞形状不规则，含叶绿体较少，排列疏松，被称为海绵组织，主要提供水分和营养，保障光合作用顺利进行。失水时，海绵组织易拉伸，叶背会保持微凸的状态。所以，许多落叶会呈现出向内卷曲的特点。
当叶片飘离枝头，在重力作用下坠落地面。有观点认为，叶片的正面因密度大而更容易朝下着地，但事实真的如此吗？研究表明，叶片的下落过程并非简单的直线下落。因为叶片形状并非完全对称，加之空气阻力差异、涡流和风等因素影响，叶片以翻滚和旋转的复杂运动形态下落。虽然叶片存在内部结构差异与外在形态变化，在一定程度上影响着叶片的飘落状态，但旋转动能和空气阻力才是决定叶片在下降过程中朝向的主要因素。因此，在静态条件下（如无风环境），叶片也会不停旋转，落地时哪面朝上通常呈随机分布状态。
在特定环境中，落叶朝向会出现偏向性。风速较高时，例如公路上有车辆行驶或林间小路上有人活动时，会产生气流，让落地的叶片继续移动甚至翻转。相比而言，凹面朝下的叶片更稳定，因为它消减了更多的空气阻力，并且其形态使受力分布更均匀，不易被再次吹动或翻滚。最终，凹面朝下的状态占据主导地位。而在无风的森林深处或静止的水面上，叶片的朝向更多是空中随机翻滚的结果，正面和背面朝上的比例接近相等。
由此可见，落叶朝向是植物生理与物理规律共同作用的结果。植物的落叶机制赋予叶片初始状态，而空气动力学决定了叶片在空中的运动轨迹，环境条件则进一步决定了地面落叶的最终状态。
当你在林间漫步，不妨驻足观察地上的落叶，它们无声地讲述着植物的生存智慧与空气动力学的奥秘，也提醒我们，每一片落叶都有值得探究的科学问题。
（作者为中国科学院植物研究所高级工程师，本报记者施芳采访整理）
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