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，長寬比五個因素來表征樹葉的外形特征，先用MATLAB對圖像進行處理，得到這五個因素的數值，然后在spss中根據這五個因素對樹葉進行聚類分析，分出了七類葉子。

關鍵詞：樹葉；聚類分析

一、樹葉的描述

葉片的形狀主要是受兩個因素的影響：基因和環境。至于葉基因，它是決定性的因素，本文將主要不談論它對葉子形狀的影響，而環境對葉子形狀的影響在這里進行細致的研究。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——為樹葉提供結構性支撐，抵御侵害，傳輸養分。人們所建立的數學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、碳消耗量之間的關系，來模擬出樹葉“應該具有的”形狀。

其次，地球可以根據太陽的范圍被分成五個區域，每個區域具有典型的氣候特性。因此，在這些區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。

不同蓋陽光五個區域會導致葉片不同的形狀。但在同一棵樹，葉子可以顯示出不同的形狀，因為它們吸收的陽光不等量。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也較為簡單。

樹葉形狀、紋理以及顏色都會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，那么氣流吹拂發時候，其便會較為平靜。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。

在這些復雜的演化過程中，葉子會通過適應不同環境，而發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實。

對于生長在溫帶的綠葉植被，生長較薄的樹葉對應需要的能量要少，但這樣植被也要為此付出相應的代價：薄的葉子結實度不夠，尤其是在遠離主要葉脈的區域。這樣一來，那些遠離葉脈的葉子區域就被舍棄，結果就出現了有鋸齒的樹葉，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、長寬比作為四個主要參數來描述樹葉，將搜集到的29個樹葉用spss軟件進行聚類分析，將29個樣品分為7類。

參考文獻：

[1]傅誠.中國知網，樹葉的形狀分析與質量估算（學術論文）.

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