茶叶邻近叶片SPAD差值混沌行为研究

陈永明 林萍 何坚强 王东洋

摘 要：对于茶叶品质的研究目前主要通过集中在内部化学成分测量，目前国内外很少研究将内部化学成分构成动力学系统进行研究分析。该文研究茶叶邻近叶片SPAD差值混沌行为。用SPAD-502叶绿素计测量龙井茶和径山茶邻近叶片SPAD指标，接着计算SPAD差值。利用分形和混沌理论中的Grassberger-Procaccia （G-P）算法计算提取龙井茶和径山茶和邻近叶片SPAD差值队列的分形维数，分别为9.07和12.29，这证明了龙井茶和径山茶茶叶在受自然环境因子的制约和龙井茶和径山茶邻近叶片SPAD差值存在混沌行为。并根据茶叶茶叶片SPAD关联维饱和度的混沌特性来定量复杂和多变叶绿素演化度和自然环境因子管理行为，进而确定茶叶的品质。

关键词：茶叶叶片 混沌行为 环境因子 SPAD差值

中图分类号：S24 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）08（c）-0101-02

茶叶品质的好坏将直接决定其在茶叶销售市场上的经济价值，因此对茶叶品质相关的研究得到了过国内外相关研究人员广泛的重视与关注[1]。对于茶叶品质的研究目前主要通过集中在内部化学成分测量，例如：吴云影等人运用原子吸收分光光度计法测量茶叶中所含的锰、锌等微量元素指标，实验结果显示锰、锌等微量元素会呈现一定程度上的损失[2]。王安俊等人对贵州省湄潭县茶园茶叶以及土壤中所含有的水溶性氟指标进行测量 [3]。但是，目前国内外很少研究将内部化学成分构成动力学系统进行研究分析。

文章提出利用分形和混沌理论中的Grassberger-Procaccia （G-P）算法[4-5]提取龙井茶和径山茶和邻近叶片SPAD差值队列的分形维数，来证明龙井茶和径山茶茶叶在受自然环境因子的制约下叶片SPAD差值存在混沌行为，根据茶叶茶叶片SPAD关联维饱和度的混沌特性来定量复杂和多变叶绿素演化度和自然环境因子管理行为，进而确定茶叶的品质。

1 材料与方法

1.1 仪器与材料

使用KONICA MINOLTA 公司生产的便携手持式叶绿素计SPAD-502 定量龙井茶和径山茶邻近叶片SPAD指标，该仪器对于叶片测量测量精度为 SPAD单位偏差。检测方式采用红光外吸收及近红外各一只光电二极管作为发射源，利用植物叶片双波长吸收强度差度量方式来获得植物叶片SPAD值。径山茶叶采集自杭州西北部约浙江杭州市余杭区径山茶种植园，龙井茶叶采集自浙江杭州市西湖区西湖龙井茶园，其中随机选择了100对叶片用SPAD仪器进行测量，每对叶片共测量3次差值，最后计算3次测量的取平均值作为后续分析使用。

1.2 GP算法

关联积分定义为[4]：

（1）

其中，表示与的欧式距离，（·）阶跃函数，因此可以计算出关联维数：

（2）

当足够大到不再随发生变化时，即吸引子最小嵌入维数：

（3）

2 试验结果与分析

根据（1）～（2）式分别对径山茶叶与龙井茶叶叶邻近叶片SPAD差值队列进行饱和关联维计算。对于径山茶当时间增量确定后，与的关系曲线在无标度区呈近似直线，且随着嵌入维数的增加，直线段趋于平行。采用最小二乘法来确定·无标度区的斜率，即相空间的关联维饱和度的值。从估计的关联维数·演化状况来看，当时趋向于稳定。根据实验结果可以计算出饱和关联度最小嵌入维数和。换句话说说，径山茶叶片邻近叶片SPAD差值队列演化动力系统会在相空间中的运动轨道上缩变到一个值约为12.29维度的吸引子上，描述该近叶片SPAD差值队列演化动力系统需要8个因素，说明径山茶叶邻近叶片SPAD差值队列受自然环境因子的制约混沌行为。对于西湖龙井茶叶邻近叶片SPAD差值队列进行分析显示，饱和关联度，最小嵌入维数，这也说明龙井茶叶邻近叶片SPAD差值队列会受自然环境因子的制约混沌行为。

3 结语

该研究将分形和混沌理论应用到径山和龙井茶茶叶叶片分析中，使用自相关函数检验使用叶绿素计SPAD-502仪测量得到的径山和龙井茶茶叶SPAD差分系列值，并确定径山茶和龙井茶迟滞时间，利用GP算法在相空间重构该差分系列值，进而获得径山和龙井茶茶叶SPAD差分系列关联维饱和度，分别为9.07和12.29，这证明了龙井茶和径山茶茶叶受自然环境因子的制约，龙井茶和径山茶邻近叶片SPAD差值存在混沌行为。

参考文献

[1] 朱旭君，王玉花，张瑜，等.施肥结构对茶园土壤氮素营养及茶叶产量品质的影响[J].茶叶科学，2015（3）：248-254.

[2] 吴云影，庄东红，李张伟. 新鲜凤凰单枞茶叶与成品凤凰单枞茶叶微量元素含量比较[J].江苏农业科学，2014（11）：359-361.

[3] 王安俊，林丽，毛博文，等.贵州湄潭县茶园土壤和茶叶中的氟含量分析[J].湖北农业科学，2014（16）：3907-3909.

[4] 冯光烁，杨海青，魏民祥.发动机转速时间序列分形特征分析[J].机械科学与技术，2008（11）：1283-1286.