趣谈成语学科学（20）：一叶知秋问何故

"山僧不解数甲子，一叶落知天下秋。"夏天过后的阵阵秋风，让片片黄叶在风中漫舞，纷纷投向大地的怀抱。正如这二句唐诗所演化出的成语"一叶知秋"那样，人们透过片片树叶的凋落，仿佛听到了秋天的阵阵脚步声。

为什么许多树木一到秋天就会落叶呢？追根究底还得从植物的生理特征说起。

树木的蒸腾作用

树木通过根部从土壤中吸取水分和养料，同时它的体表（主要是叶子）会将多余的水分以水蒸汽的形式弥散到大气中，这就是植物的蒸腾作用。这种蒸腾作用不仅受到外界环境的影响，同时也受到树木自身机理的调节与控制。

蒸腾作用，作为树木体内对水分吸收以及运输的主要动力，好比是开足了马力的抽水机，一个劲把根系所吸收的水分往高输送，如果没有这种蒸腾作用，由蒸腾拉力形成的吸水过程便不能产生，植株较高部分的躯干也就无法获得生存所必需的水分和养料。

同时，那些矿物质、盐类以及其它养料只有溶解到水中，才能在植物体内正常运转得以吸收。既然蒸腾作用是树木水分吸收和流动的动力，那么矿物质等营养物质也就随着水分的吸收和流动，被植物吸入并分布到了体内的各个部分，所以，蒸腾作用对于这些物质在植物体内的输送起到了至关重要的作用。

蒸腾作用同时还能起到降低植物叶片上温度的作用。当阳光照射到叶面上，大部分能量会转化成为热能，如果没有降温的本领，叶子就有可能被灼伤。正是由于蒸腾作用，植物中水分在变为水蒸气的过程中，吸收掉部分热量，使叶片表面温度得以保持稳定。

蒸腾作用在植物体内有着一个相当错综复杂的生理过程，其主要过程是：土壤中的水分→根毛→根内导管→茎内导管→叶内导管→气孔→大气。最终，土壤中的水分以水蒸汽的形式回归到大气中。由此可见，植物在自然界中，始终周而复始参与了水在大气层中的循环。这也就是我们今天大力开展绿化活动，改造人居环境的一个根本原因。

树叶的凋零

随着秋天来临，气温下降使得空气变得格外干燥，树叶中的水分蒸发却依然如故。可此刻树根吸收水分的能力却反而降低了，造成树木中水分、养料的供应出现了不平衡。

我们知道，树叶的主要功能是进行光合作用，制造养料以及蒸腾水分。一般来说，气温越高，树木中的水分蒸腾越多，由于秋天雨水稀少、空气干燥，土壤中水分含量也随之减少，满足不了树木生长发育的需要，直接影响到绿色叶片的光合作用。

由于这时的阳光开始斜着照射到我们北半球，每日的日照时间也一天天地变短了，这一切都在提示树木：冬天将要来临。当树木接收到日照变短的信息，绿色叶子内部就开始积累起一种激素——脱落酸，叶片中脱落酸产生的多少，主要和日照时间的长短有关。当大量的脱落酸生成并很快转移到了树叶叶柄的基部，叶柄基部就会形成一层被科学家称之为"离层"的小而薄的薄壁细胞结构。

这种"离层结构"的生成会导致水分和营养不能正常地输送到叶片上，由于得不到这些正常的补充，叶子们也就逐渐地干枯了。于是，在脱落酸作用下，"离层"周围就形成了一个自然的断裂面。叶柄原本是硬挺挺长在树枝上的，此刻，为了树木生存的最高利益，叶子们也就被强行中断了水分和营养的供应，加上气温低，叶绿素遭受到破坏，叶中的叶黄素们便借机开始活跃起来。于是，树叶便由绿变黄。当自然断裂面越来越明显，经秋风一吹，就出现了上面所说的落叶纷飞，甚至于重力作用下，树叶也会在无风状态下飘零落下。当然，"离层"的另外一个重要作用，在于此刻叶柄的脱落，不会损伤到原先的组织。可见，这时的落叶，恰恰是树木用牺牲局部，保存整体，准备安全过冬的一种自我保护本能。

秋天街景（作者摄）

树木适应环境的辩证法

冬天即将来临，气候环境开始变差，这样的季节，当然不大适合大多数植物的生长。但植物也有它们的应对之策，在长期的进化过程中，它们形成了一系列适应冬天环境的生活习性。

秋天，树木通过落叶来减少水分蒸发，同时也减少了体内养分的消耗，达到度过漫长冬天严酷气候环境的目的。当然，也有部分树木选择了其它的适应方式，如针叶树就是通过改变叶片形状，用减少叶片表面积的方式来达到降低蒸腾作用的目标。

在树木分类上，我们常常给出常绿树与落叶树的区分，常绿树其实也落叶子，而且四季都在落，冬天里叶子在落，春天则相对要落得多一些。典型且常见的不落叶树木，有各类的松树、柏树、香樟等。常绿树之所以常绿，是因为其叶子寿命可长达2-3年，而松树、柏树这些常绿树木，更由于其叶片表面有着蜡质层的保护，叶面又比较窄小，所以才能常青不落，经冬不凋。而且在一年中的各个时间段里不断会有老叶落下，新叶长出，让人感觉到一年四季树枝上似乎都是绿叶。

由于各种树木对日照长短变化的敏感度和水分需求的不同，落叶时间也不尽相同。即使同一种树木，若所处环境不同，其落叶时间也是不一样的。人们常常可看到秋风瑟瑟中，大多数树木的叶子已落光，唯独靠近路灯的那棵树上，依然有树叶在迎风中傲立，这是因为路灯的照射，弥补了自然日照缩短而造成的结果。所以，园艺上常常用人工延长光照时间的方法，来延缓花木的早衰与落叶。但是，任何植物的叶子不可能永久生存着，各自都有着一定的寿命，也就是说，在一定生存周期终结时，叶子必然会枯死脱落。落叶有两种情况：一种是每当寒冷季节到来，全树的叶子同时枯死脱落，仅存秃枝；另一种是在春季新叶长出后，树上的老叶才逐渐枯落。 当一棵植物由于自身原因，或外界因素的影响，细胞组织结构受到破坏导致功能丧失，或者由于营养物质的转移而使植物某一器官乃至整个植株出现了死亡等一系列的恶化过程，这就是衰老。衰老是植物生活适应性的一种机理，衰老是树叶脱落的原因，脱落是衰老的结果。对于树木来说，体内的那些生长素、赤霉素和细胞分裂素能起到抑制衰老与脱落的作用，而乙烯和脱落酸则促进了衰老与脱落。叶片脱落是叶片中生长素、脱落酸、乙烯和细胞分裂素等等共同作用的结果。所以，我们应辩证地去认识落叶，不应多加干预，来年的大地才能呈现出无数的新绿来。 当我们面对葱茏的世界，神奇的大自然似乎在给我们讲述其中数不清的奥妙。我们应当怀有敬畏之心，与大自然和谐相处，不能恣意妄为，否则，失去的将不只是绿色青山……

本文曾刊发于《科学24小时》2018.10，这里有所修改