海棠叶脉网络结构及其输水特性研究

摘要

叶脉在植物与外界环境之间的物质和能量交换中发挥着至关重要的作用，叶脉输运网络不仅有极高的效率，而且具有均匀化运输的特点．在换热器、燃料电池等装置的流道设计中，依据叶脉结构进行仿生学设计，可以有效提高流道网络的效率和均匀性．为此，需要对叶脉的结构特点、生长过程和水分在其中的流动过程与规律建立准确的认识．本文以海棠叶片为研究对象，对其叶脉结构、形状特性及叶脉内水分输运的流动特性进行了研究．测量各级叶脉长度、直径及各级分支间距和夹角等参数，并进行统计学分析，总结叶脉网络的结构特征；使用荧光染料处理叶脉，观察水在各级叶脉中的运输过程．结果表明：海棠叶片的中脉可近似看作一细长圆锥体，其基部直径约为1.18 mm，且不随叶片生长而加粗；次脉的长度和基部直径分别与其基部距离叶基的距离呈线性负相关，基部直径仅在叶片生长的前半阶段有所加粗，次脉的分支角、同侧前间距与其基部距离叶基的距离之间也存在一定关系；中脉及次脉中某一点处的水分流速与该点距离该条叶脉基部的距离呈线性负相关，该线性关系的斜率在同一叶片上的不同叶脉间基本相等；中脉及次脉中的水分输运具有同步性，微脉中的水分运输则表现出不同于中脉、次脉的分级性．

关键词

叶脉 / 结构参数 / 水分运输 / 结构优化