Философское вступление

Развитие материи происходит в направлении от простого к сложному, т. е. по пути увеличения уровня ее внутренней организации, или культуры (последний термин часто используется в биологии, а также других областях человеческой деятельности, имея широкое значение /1/). Так возникла жизнь, «цветущая сложность жизни» - высший этап развития организованной материи. И простейшим сложным элементом, - единицей, или «молекулой» сложности - материального объекта, в т. ч. «живого», является колебательная система (например, механический маятник, струна, упругая пленка, электрический контур и др.), либо периодическая пространственная структура, являющаяся также по сути «застывшей» колебательной системой, но в области пространственных частот (последняя более часто пригодна для описания «мертвых», «неживых» организованных объектов искусственного происхождения, типа технических устройств, например, антенной решетки). {Понятия «жизнь», «живой объект» трактуются по разному – здесь живым объектом считается любой объект, обладающий способностью адаптироваться под условия окружающей среды – с целью выживания/самосохранения, т. е. растения, как и все другие объекты флоры и фауны, относятся к этой категории «живых» объектов природы.}
Рассмотрение и анализ жизнедеятельности растений, в первую очередь многолетних, в данном случае плодовых деревьев, показывает, что она описывается колебательными (волновыми) процессами, нарастающими или затухающими, с периодами сутки, год (вегетативный сезон) или всего многолетнего срока естественной биологической жизни данного растения, (например, дерева). А значит, жизнедеятельность многолетних плодовых деревьев также подчиняется общим принципам работы колебательных систем, и ее вполне можно моделировать и изучать на этой основе, подобрав соответствующий аналог в качестве модели. {Среди прочих колебательных систем наиболее близкой по физическому смыслу представляется модель - аналог в виде электрического контура, которая используется в качестве основной в данной работе при рассмотрении процессов внутреннего массо-энергетического обмена в дереве, но иногда для образного сравнения удобно использовать модели механического маятника, упругой пленки (поверхностного натяжения либо эластичной резиновой трубки, наполненной жидкостью).}
В настоящей работе рассмотрен в основном годовой (сезонный) цикл жизнедеятельности плодового дерева, представляющий, по мнению автора, наибольший интерес (и, вскользь – весь жизненный цикл дерева). Данные для анализа и обобщения, использованные при разработке модели, почерпнуты главным образом из авторитетных литературных источников (приведенных в списке л-ры к работе / 2 /) и лишь незначительно из собственных наблюдений, которые в основном использовались для проверки правильности основных положений модели и полученных на ее основе выводов.
Понимание цикличности сезонных процессов развития дерева позволяет /при правильном определении времени прохождения каждой фазы - в данной местности - в течение года/ эффективно, т. е. с наименьшими потерями для дерева, управлять этими процессами и корректировать их для в нужном направлении для получения максимальной продуктивности дерева /и сада/ - благодаря точному определению оптимальных сроков проведения требуемых агромероприятий: обрезки и др. методов формирования кроны /отгиба веток, выломки побегов, пинцеровки, кербовки/, бороздования коры, обрезки корней и глубокой обкопки с внесением удобрений, поливов /усиленных или ослабленных/, прополки, мульчирования почвы, сбора плодов и пр.

Кроме того, более глубокое понимание общей физической сути колебательного характера массо-энергетического обмена в многолетнем растении и наглядность преподнесения учебного материала – с помощью графиков (иллюстрирующих интегрально в пространстве и времени поведение элементов растения) и привычных физических аналогов, – облегчает и ускоряет его усвоение, особенно людьми с техническим образованием, и позволяет быстрее начать правильно пользоваться агротехническими методами в своем саду, даже не зная биологических «тонкостей» данного вопроса.

Принцип действия «временной» модели сезонного массо-энергетического обмена плодового дерева

Как возникла идея создания «временной» модели

Предлагаемая для рассмотрения модель условно-сокращенно названа «временной», поскольку предназначена в первую очередь для изучения временных соотношений при массо-энергетическом обмене в дереве в течение сезона, в отличие от другой, описанной ранее, хотя и разработанной на несколько лет позднее, т. н. «пространственной» модели, где рассматривается влияние конструктивных параметров кроны (габаритов, формы и пр.) и ее элементов (листьев, волокон и пр.) на продуктивность плодового дерева /2/. [Кроме указанных, вчерне разработана т. н. «иерархическая» модель, рассматривающая «пирамидальный» принцип устройства дерева, или хорошо известный садоводам принцип соподчиненности, согласно которому верхние элементы дерева (ветви, листья, плоды) «господствуют» над находящимися ниже, или, выражаясь социальными категориями, «эксплуатируют» их; а нижние элементы, наоборот, в первую очередь отдают энергию и массу верхним - «господам», и лишь потом - оставшуюся часть – потребляют сами /3 /.]

В основу разработанной «временной» модели положены два явления. Во-первых, хорошо известный садоводам и широко отраженный в специальной литературе факт сезонной циркуляции сокодвижения внутри плодового дерева (в первой половине сезона вверх, в крону – куда стремятся восходящие потоки растворов питательных веществ, которые исходят из корневой системы и многолетней древесины нижних скелетных частей дерева; а во второй половине вегетативного сезона – вниз, куда направляются нисходящие потоки накопленных ассимилянтов от листового аппарата, стекающие в корень и внутренние центральные древесные части ствола и штамба).

А во-вторых, другое явление, следствие первого, тоже отраженное в литературе по садоводству, (хотя уже не столь широко и часто рассматриваемое, и понимаемое только более опытными садоводами), заключающееся в том, что прирост массы дерева происходит неравномерно в течение сезона и неодинаково в надземной и подземной частях дерева, но асимметрично: в кроне прирост происходит в основном в первой половине лета, а затем плавно затухает к концу сезона, а в корневой части, наоборот, в начале сезона происходит лишь очень медленное нарастание, которое достигает максимума в середине второй половины вегетативного сезона (в начале осени). Это иллюстрируется на рис. 1а, где:
- кривая 1 (сплошная линия зеленого цвета) отражает сезонное изменение (скорости) интенсивности роста (т. е. величины прироста в единицу времени дельта t) сухой массы кроны m кр штрих, (которое пропорционально квадрату величины разности приростов сырой массы кроны и корней в единицу времени т. е. величине интегрального потока жидкости в сосудах дерева, у его основания, П=Iо) для данного времени сезона;
- кривая 2 (темно-синяя пунктирная линия) соответствует величине интенсивности прироста сухой массы корней m кор штрих в течение сезона;
- кривая 3 (сплошная зеленая линия) иллюстрирует прирост сырой массы кроны дерева М кр (за счет перемещающейся – циркулирующей в течение сезона – массы соков, участвующей в обмене) в единицу времени дельта t , описываемое параметром М кр штрих, т. е. первой производной от функции М кр = f (t) /по сути этот параметр означает восходящий поток соков П= дельта М кр/дельта t = I, где параметр I – ток в контуре, аналог потока массы в реальности/;
- кривая 4 (синяя пунктирная линия) иллюстрирует сезонное изменение прироста сырой массы корней М кор (в абсолютных единицах) в единицу времени дельта t, описываемое параметром М кор штрих;
- кривая 5 (красная сплошная линия) описывает изменение разности приростов сырой массы кроны и корней на протяжении сезона, т. е. по сути, характеризует изменение разностного (между восходящим и нисходящим) потока соков П (его величину и направление по вертикали), аналогом которому в электрической модели будет ток I. /Следует особо отметить, что эта выделенная зависимость I=f(t), описываемая кривой 5, является ключевой для создания всей электрической модели – контура, и перехода к другим графикам, объясняющим работу колебательной модели и ее реального аналога, приведенным на рис. 1б, 1в и 1г./
- вспомогательная кривая 6 (синяя сплошная линия) является зеркальным отражением кривой 4 относительно оси абсцисс и построена для наглядного пояснения физики явления колебаний массы дерева по вертикальной оси, поскольку прирост массы корневой системы в реальности происходит вниз, по отрицательной оси ординат (она характеризует нисходящий поток соков);
- кривая 7 (сплошная синяя линия) – соответствует функции, описываемой кривой 2, со знаком «минус», который учитывает вектор направленности движения (по вертикали) сухой массы прироста корней. Это вспомогательная функция, удобная (при суммировании с функцией, описываемой кривой 1) для наглядного представления волнообразной природы процесса массообразования в дереве (прироста сухой массы, т. е. древесины) по вертикальной оси в течение сезона.

В некоторых книгах по садоводству приводятся зависимости прироста массы кроны и корневой системы дерева в течение сезона, подобные парам кривых 1,2 и 3,4. Если сложить алгебраически функции, описываемые кривыми 3 и 6, либо кривыми 1 и 7 (что равносильно вычитанию из первой функции пары второй), то получатся функции, близкие к синусоиде в течение одного периода, описывающие колебательный процесс (типа кривой 5). /Именно такая периодическая зависимость разности приростов массы кроны и корней дерева (формула 1) и привела к идее моделировать дерево колебательной системой для удобства ее последующего анализа и более глубокого изучения./

Однако, как показало дальнейшее более глубокое рассмотрение (уже при помощи модели), приводимые примерные графики прироста массы надземной и подземной частей дерева, полученные экспериментальным путем, не точны и не дают полного представления о происходящих процессах массо-энергетического обмена по следующим причинам. Во-первых, поскольку приросты массы трудно измеряются на практике, а во-вторых, поскольку существуют разные приросты масс частей дерева (кроны и корней) – сырой и сухой, имеющие совершенно разный физический смысл и, соответственно, вид временной (сезонной) зависимости. Путь, который пришлось преодолеть автору, от примерного понимания процессов массо- и энергообмена в дереве на уровне популярной литературы по садоводству, до относительно четкого знания, дающего возможность рассчитывать (пусть с точностью до модели – но ее можно постоянно дорабатывать и уточнять) параметры и сроки этих процессов, оказался очень неблизким (длиной почти 15 лет, в которые он, тем не менее, достаточно успешно применял свою «теорию» на практике в садоводстве).

Возможно, я изобретаю «Америку» для себя, а специалистам это все давно известно и ясно, но сам я только недавно, (при написании этой статьи и нового осмысления графиков), понял смысл этих явлений, и помогла мне в этом данная модель и ее рассмотрение. Надеюсь, также поможет и другим, не очень обремененным теоретическими познаниями в области физиологии растений садоводам. А знатокам даст лишний раз повод задуматься над сутью этих процессов для того, чтобы «навести критику» (как любил говорить мой незабвенный батя) на эту работу. А еще мой отец учил: «в каждом деле надо суметь ухватиться за главное». Думаю, что «временная» модель поможет и в этом.

ОПИСАНИЕ ВРЕМЕННОЙ МОДЕЛИ

В качестве основного физического аналога колебательной системы взята система из двух электрических контуров, один из которых соответствует надземной части дерева (кроне), а другой, симметричный первому относительно поверхности земли – подземной части дерева (корневой системе), /см. рис. 2/. Здесь аналогом емкости кроны С кр является условный конденсатор, верхней обкладкой которого является суммарная поверхность листового аппарата, а нижней – поверхность земли; а аналогом емкости корневой системы С кор считаем емкость, образованную нижней обкладкой конденсатора, которой является суммарная поверхность всасывающих корешков, и также поверхностью земли в качестве другой его обкладки.

Аналогом индуктивности контуров, имитирующих крону L кр, и имитирующих корневую систему L кор считаем суммарные волокна ствола и веток либо корней (проводники соков), способные накапливать - с задержкой во времени - «кинетическую» энергию движения этих соков, и вырабатывать на своих концах напряжение, противофазное создаваемому на обкладках конденсатора.

Аналогом сопротивления в контуре r считаем «условное сопротивление», определяющее общие затраты энергии на жизнеобеспечение дерева, а именно - потери энергии на транспортировку питательных веществ (затраты энергии на обеспечение «клапанной» работы сосудов плюс потери на подъем жидкости из корней на высоту кроны), а также прямые расходы энергии на массообразование в дереве всех видов (на рост листьев, корней, скелетной древесины, запасов питательных веществ и пр.).

Каждый листик (имитируемый элементарной емкостью Сл э = С кр э), подсоединен к собственному корневому всасывающему волоску (емкостью Скор э) отдельным волокном (сосудом) с эквивалентной индуктивностью L кр э + L кор э, и сопротивлением r э = r кр э + r кор э , образуя элементарную колебательную минисистему. Все вместе они образуют общую колебательную систему, имитирующую дерево (т. е. его модель).

Для взрослого дерева с раскрытой кроной, где листовой аппарат вынесен на периферию, все такие минисистемы имеют примерно одинаковую величину L, C, r. Поэтому поверхность всех листьев можно суммировать и представить одним большим листом, а индуктивности также представить одной эквивалентной индуктивностью (возможно, с учетом взаимоиндукции). Общее сопротивление потерь системы также можно выразить одним эквивалентным сопротивлением. В этом случае модель превращается в контур с сосредоточенными постоянными параметрами, наиболее простой в рассмотрении (см. рис. 2а).

Несколько сложнее схема модели для описания колебательной системы-аналога юному деревцу-саженцу, одно-двух летнему (у которого колебательные свойства не столь сильно выражены, как у многолетних деревьев), представляющему собой (условно) прутик с равномерно распределенными по всей длине листьями (пусть даже с неравными по площади листьями, а увеличивающимися кверху, что обычно имеет место в реальности). Каждый листик соединен со своим «корешком» при помощи отдельного волокна, образуя колебательную минисистему. У каждой такой минисистемы, для отдельных пар лист-корешок, будут разные колебательные характеристики (в т. ч. резонансные частоты f oj), поскольку длина волокон – элементарных индуктивностей Lo, (а отчасти и площадь листьев – элементарных емкостей Co) различны. Именно поэтому суммарная колебательная система, образуемая совокупностью таких минисистем с разными параметрами, будет обладать более «размытой» спектральной характеристикой (т. е. будет иметь более широкую «полосу пропускания», как говорят в радиотехнике). /Аналогом подобной системы в механике является рессора, собранная из упругих пластин разной длины, в результате чего она может резонировать в широкой области частот, но с малой амплитудой/. Такую электрическую колебательную систему, в первом приближении, можно имитировать отрезком коаксиального кабеля с разомкнутыми концами (см. рис. 2б), представляющего собой колебательную систему с распределенными параметрами и низкой добротностью Q (что это такое - см. ниже).

Соответственно разнице моделей, процессы в этой модели будут несколько отличаться от тех, что имеют место в предыдущей (основной) модели с сосредоточенными постоянными, как будет показано ниже. Реальные деревья функционируют где-то посередине между этими двумя крайностями (старые ближе к первой модели, молодые – примерно посередине, а юные – ближе ко второй) /см. рис. 3, 4/.

Для простоты полагаем, что в «устоявшемся» - здоровом многолетнем дереве, росшем естественным путем и не подвергавшемся резким «хирургическим» вмешательствам человека и природы в течение жизни, с выровненными (симмерированными) надземной и подземной частями - параметры обоих контуров одинаковы. А, следовательно, их емкости и индуктивности, а также сопротивления потерь одинаковы; а значит, и собственные частоты колебаний в обоих контурах.
(Заметим, что при обрезке надземной или подземной частей дерева изменяются и их частоты колебаний, что, во-первых, «сбивает» всю систему с «правильной» частоты природного цикла, увеличивая ее; а во-вторых, создает дисбаланс в работе системы относительно поверхности земли. Первое приводит к тому, что дерево ускоренно проходит все фазы сезонного развития и до окончания сезона успевает начать новый цикл развития (рост), что очень отрицательно влияет на зимостойкость дерева. Последнее приводит к усиленному приросту обрезанной части дерева и постепенному выравниванию надземной и подземной его частей).

Добротность контура

Главным интегральным параметром электрического контура, характеризующим его «качество», (или уровень «сложности», или внутренней его организации как сложного элемента, его «культуры»), или, на техническом языке - степень (выраженность) его колебательных/резонансных свойств – является параметр Q, называемый добротностью контура. Количественно параметр определяется как отношение всей накопленной и циркулирующей в контуре реактивной энергии Wo, содержащейся в «реактивных» элементах - емкости С и индуктивности L, к активной энергии Wа, необходимой для поддержания незатухающих колебаний в контуре в течение одного периода T:
Q = Wо / Wа (1)

Параметр Wo определяется при помощи отношения Wо = Wп + Wк (2), где:
Wо – полная энергия, содержащаяся в контуре;
Wп =Wc = CU(квадрат) - потенциальная энергия, содержащаяся в емкости С;
U – напряжение на емкости контура;
Wк = W(L) = LI(квадрат) – «кинетическая» энергия поля, содержащаяся в индуктивности L;
I – ток в контуре.

Параметр Q можно также определить как степень «спектральной чистоты» колебаний контура в частотной области, т. е. величиной относительной ширины полосы частот контура, равной отношению полосы частот пропускания контура (по уровню ослабления в два раза по мощности) дельта f к центральной – резонансной – частоте контура f o:
Q = дельта f /f o (3)

Применительно к реальному объекту моделирования (дереву) можно в первом приближении считать, что параметр Q для многолетнего здорового дерева (в активном возрасте) приблизительно равен возрасту дерева (в годах).

Великое «организующее» материю значение контура, как любой колебательной системы, состоит в его способности достаточно долго накапливать энергию (периодически, с его резонансной частотой, воздействующей внешней силы) и «владеть» ею, чтобы в необходимые моменты концентрированно во времени (импульсно) ее использовать в борьбе с препятствиями для поддержания ее функционирования (т. е. «самосохранения»). В результате импульсная мощность, выделяемая колебательной системой на встречаемой «помеховой нагрузке» в краткий момент времени, может в Q раз превысить среднюю (активную) мощность потерь, (т. е. мощность, которую необходимо получать от внешнего источника для поддержания работы колебательной системы в нормальном режиме, без затухания). Это позволяет колебательной системе «преодолеть» препятствие и продолжить работу на оставшейся энергии, в дальнейшем постепенно восстанавливаясь энергетически. /Так, например, тяжелый маятник легко ломает соломину на его пути и продолжает колебания с несколько уменьшенной амплитудой, которую можно свободно восстановить за несколько периодов воздействиями малой мощности/.

В частности, способность колебательных биосистем, (таких как многолетние растения), накапливать, а затем при необходимости концентрированно использовать всю энергию в борьбе за жизнь, многократно повышает их жизнестойкость, т. е. адаптационную способность к изменениям окружающей среды: как к временным неблагоприятным выбросам климата (засухам, похолоданиям и пр.), так и, что особенно ценно, к постепенно происходящим общим изменениям климата, интегрально отслеживаемого таким «выносливым» деревом за весь многолетний период его жизни.

Указанные возможности колебательных биосистем, наиболее сильно выраженные в многолетних растениях, дают им неоспоримые преимущества перед т. н. апериодическими (не колебательными) биосистемами в борьбе за выживание. (В биологии относительно «апериодическими» - в течение сезона, но не суток – в первом приближении могут считаться однолетние растения. Хотя даже они имеют годовую цикличность развития, но только слабо выраженную, поскольку величина их добротности Q близка к единице). Несмотря на то, что однолетние растения (например, травы) растут гораздо быстрее (в десятки раз), чем многолетние деревья, т. е. берут верх в «количественном» отношении, но последние – деревья – побеждают в конечном итоге, поскольку превосходят «однолеток» в качественном отношении, как более высокоорганизованные биосистемы. А проявляется это в их способности достигать больших габаритов (благодаря слаженной работе большего количества элементов биосистемы «многолетнее дерево», образующих «пирамиду») и побеждать таким образом растения-однолетки в борьбе за световое пространство и солнечную энергию: территории, не подвергающиеся воздействию человека, (заброшенные поля и т. п.), постепенно зарастают лесами. (Разумеется, это относится только к определенным условиям существования, пригодным для роста деревьев – средняя полоса, тропики и т. д.). Леса же создают собственный микроклимат, сберегают воду (зимние и летние осадки), являются «легкими» планеты и т. п.

Безусловно, деревья являются вершиной Земной флоры, а плодовые деревья – элитой среди них.

ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ ВРЕМЕННОЙ МОДЕЛИ

Работа временной модели описывается серией графиков и рисунков, главными из которых для понимания сути обменных процессов являются графики, представленные на рис. 1а, б, в и г. Но ключевой зависимостью является, как уже указывалось, обнаруженная экспериментальным путем и выделенная периодическая зависимость потоков сезонного сокодвижения, обозначенная кривой 5 (сплошная красная линия на рис. 1а и б). В предлагаемой модели дерева на базе электрического колебательного контура аналогом потока (массы) соков (дельта М/дельта t) является ток I в последовательном контуре.

В дальнейшем, при изучении сезонных обменных процессов в дереве, можно уже «оторваться» от рассмотрения реального «живого» объекта (дерева) и перейти к описанию и изучению модели, находя соответствующие параметры-аналоги. Так, например, напряжение U кр на емкости кроны С кр будет имитировать внутриклеточное (осмотическое) давление d кр на вершине дерева, т. е. на периферии кроны (кривая 2 на рис. 1б, сплошная зеленая линия). Напряжение U кор на емкости корней С кор соответствует (в реальном дереве) давлению в концевых (самых нижних) корневых клетках (кривая 3 на рис. 1б). Это давление d кор всегда обратно по знаку одномоментному давлению в клетках кроны d кр. Если рассматривать физику явления, то такое «противостояние» давлений в кроне и корнях приводит к тому, что они работают как двухтактный двигатель: когда нижние клетки (корней) выталкивают, выдавливают жидкость наверх (весной), то верхние клетки веток в это время с такой же силой всасывают эти соки. /Заметим, что давление измеряется относительно нормального атмосферного давления окружающей среды./ Осенью наблюдается обратная картина.

С другой стороны, давление в клетках ветвей или корней в любом сечении, находящемся на определенном расстоянии от корневой шейки дерева, будет пропорционально погонной массе циркулирующих (в течение сезона) соков дельта М в данном сечении, определяемой параметром дельта М/дельта L. Поскольку жидкость – погонная масса соков – не сжимается, то увеличение погонной массы соков приведет к растяжению (в случае их эластичности) стенок сосудов, которые примут форму эпюры давления по длине дерева (как показано на рис. 4, 5 и 6). Таким образом, величина давления d будет характеризовать распределение перемещаемой сырой массы дерева (т. е. массы соков) по длине дерева (по вертикали). Следовательно, кривые 2 и 3 отражают также относительное перемещение центра общей массы соков дельта М о, участвующих в обменных процессах в дереве в течение сезона (что позволяет также пользоваться моделью механического маятника, если это кому-то удобнее для понимания).

Заметим, что функция тока в контуре модели I есть первая производная от функции напряжения U кр на емкости контура С кр, т. е. есть скорость ее изменения U кр штрих; и одновременно она является скоростью изменения (перемещаемой) массы соков дельта М /умещаемой на элементарном отрезке длины дерева по вертикали/, т. е. характеризует прирост сырой массы данной части дерева относительно средней ее величины, или поток (соков) П=дельта М/дельта t. Если рассматривать процесс с другой стороны, то напряжение U кр находится как интеграл от тока I , подобно тому, как давление в сосудах d с точностью до коэффициента пропорциональности равно интегралу от потока массы соков П. В данной - электрической - модели аналогом перемещаемой сырой массы М является заряд электронов Q, /а аналогом потока жидкой массы соков П является ток в контуре модели I, как уже указывалось выше/.

Интенсивность процессов энергообмена в данной «электрической» модели, т. е. скорость перехода всей накопленной внутренней реактивной энергии, циркулирующей в контуре, из одного состояния в другое (а именно из «динамической» энергии поля, создаваемого индуктивностью, в потенциальную энергию заряженного конденсатора, и наоборот), характеризуется мощностью колебательного процесса Р, которая - с точностью до постоянного коэффициента (r – сопротивление потерь) - пропорциональна квадрату от величины тока в контуре I, поскольку P = I(квадрат) r. Зависимость P = f (t) иллюстрируется кривой 4 (красная пунктирная линия) на рис. 1б.

Можно также перейти к трактовке сути явления происходящего колебательного энергообмена в дереве на примере механической модели аналога, более наглядной для многих, в которой сезонные колебания масс соков имитируются качающимся по вертикали - на пружине - маятником с массой Мо, равной общей массе сезонно циркулирующих в дереве соков и сосредоточенной в точке центра этой массы. В этом случае энергия в такой колебательной системе переходит из потенциальной формы, в которой она содержится в моменты покоя мятника, и равной Wп=Mgh, в кинетическую энергию движения, определяемую по формуле Wк = Mv (квадрат)/2 (здесь М – общая масса соков, g - ускорение притяжения Земли, h - высота дерева, равная глубине корней, v - скорость перемещения массы соков).

Можно провести следующие аналогии между параметрами предложенных моделей и параметрами процессов в реальном объекте (дереве). Интенсивность обменных процессов в дереве, определяющая прирост сухой (древесной, многолетней, а не сырой – сезонной, «зеленой») массы в данный момент сезона, соответствует (в электрической модели) активной мощности Р, выделяемой переменным током I в контуре на его внутреннем сопротивлении r, которое отражает затраты общей циркулирующей энергии в дереве - накопленной за все (многие в старом дереве) годы его жизни в его надземной и подземной частях - на обеспечение всех процессов жизнедеятельности дерева, включая строительство новой биомассы (вегетативной – ростовой и генеративной – плодоносящей, несущей скелетной и запасов питательных веществ и энергии, в химическом виде, а возможно, и в других видах энергии - например, электростатической, механической).

Мощность Р вычисляется по ф-ле: Р = I(квадрат)r, т. е. ее величина с точностью до коэффициента пропорциональна квадрату тока в колебательной системе I. Зависимость функции P от времени Р = f (t) имеет удвоенную - по сравнению с функцией I = f (t) частоту повторения, как показывает кривая 4 на рис. 1б. Однако эта зависимость /Р = f (t)/ отражает только общее изменение прироста всей массы дерева и не отражает физическую разницу между процессами этого прироста в корнях и кроне, поскольку при возведении в квадрат была утеряна информация о знаке, т. е. о направлении этих процессов. (Подробнее этот вопрос рассмотрен ниже, при объяснении графиков на рис. 6 и 7, на которых показана асимметрия процессов приростов ветвей и корней для «зеленой» и древесной массы).

Эта новая вегетативная биомасса используется деревом для трех целей. Во-первых, для создания ежегодной временной конструкции на летний период - в виде листового аппарата – необходимого для жизни дерева и создающего в процессе биосинтеза в течение сезона новые запасы массы и энергии. После окончания вегетативного сезона эта масса пропадает, сбрасываясь с дерева в виде листьев. Во-вторых, для создания – посредством последующего биосинтеза при помощи новых листьев – плодов, с находящимися в них семенами, которые также являются «внешней» нагрузкой на дерево, которую на него возложила природа ради продолжения жизни вида, и которые также сбрасываются деревом или собираются людьми. А в третьих, непосредственно для собственного развития, или для «внутренних» целей (т. е. для использования в будущем самим деревом), путем как создания сухой (древесной) массы, используемой для построения растущей скелетной конструкции дерева, так и путем создания собственных запасов питательных веществ и энергии - в результате ее (сырой массы) преобразования в определенные химические вещества (крахмалы, жиры и др.). Вторую и третью категории сухой массы, преобразованной из вегетативной, («переработанной» и «сконцентрированной»), будем условно называть генеративной (что, возможно, несколько отличается от традиционного определения генеративной массы, принятой в биологии, но по сути одно и то же). Прирост вегетативной массы (в кроне) происходит в первую половину летнего сезона, а прирост генеративной массы - во второй половине сезонного цикла (в модели точно так, а в реальном дереве, особенно растущем, только в основном, поскольку корни тоже прирастают одновременно с элементами кроны, хотя и в гораздо меньшей степени) - как показано на рис. 1в, г.

По закону «согласования генератора с нагрузкой», известного из электротехники, следует, что максимальную мощность генератор может выдать на нагрузке при равенстве внутреннего и внешнего сопротивлений, что физически означает равные затраты источника энергии на внутренние потери («потребление») и внешнюю нагрузку («отдачу») для оптимальной работы системы. В садоводстве этот закон проявляется в целесообразности выравнивания ростовых и генеративных процессов при функционировании дерева - различными агротехническими методами (типа обрезки, отгиба веток, кербовки и пр.), что необходимо для обеспечение длительного продуктивного срока жизни плодового дерева и что хорошо известно всем опытным садоводам и входит в список азбучных истин, втолковываемых начинающим.

Применительно к данному рассмотрению сезонного функционирования дерева и работы «временной» модели это означает, что энергия, затрачиваемая деревом на «саморазвитие», (т. е. его функционирование и рост, включая создание новых веток и теряемых впоследствии листьев, древесной массы, а также запасов питательных веществ, концентрирующих энергию в химическом виде в сердцевинных частях ствола и корня, плюс собственно энергии в древесине дерева в других ее видах - механическом, электростатическом), должна быть примерно равна энергии, затрачиваемой на плодоношение плюс создание плодовых образований («зародышей» будущих плодов).

Из рассмотрения временной модели следует, что нарастание сухой массы и запасов энергии в дереве происходит по очереди и волнообразно, как это показано на рис. 1в. В моменты сезонного цикла, соответствующие первой и третьей четверти его периода, наиболее быстро изменяется сырая масса дерева (т. е. поток соков максимален) и в то же время нарастает «сухая» масса дерева со скоростью (величиной прироста в единицу времени), пропорциональной квадрату от величины потока. Причем в первой половине года это происходит в кроне за счет нарастания (у ветвей и в листьях) сухой массы в составе «зеленой» вегетативной массы; (а в корнях за счет прирастания древесной массы из зеленой, приросшей полгода назад в камбиальном слое), а также из усыхающих листьев. А во второй половине года это происходит, наоборот, за счет прироста сухой части «зеленой» (условно, в смысле «ростовой», т. к. цвет камбия у корней другой – коричневый) массы – у коневой системы, и древесины - у ветвей кроны.

Это иллюстрируется на рис. 6 и 7, на которых показаны вертикальное и горизонтальное сечения условного дерева соответственно, в динамике сезонного роста, где прирост зеленой массы (т. е. массы соков плюс сухой массы) дерева на рис. 6 представлен заштрихованной областью. При этом возрастает диаметр соответствующих частей дерева – наружного и внутреннего слоя камбия (условного) дерева, первый из которых является внешним диаметром дерева (мертвую кору не учитываем), а второй – внешним диаметром древесной его части (что показано на рис. 7 а и б).

Кривая 3, красная линия на рис. 1в - демонстрирует рост площади сечения дерева в области корневой шейки So, где он происходит наиболее быстро и в наибольшей степени, и где сосредоточен основной прирост сухой массы дерева, что особенно сильно выражено у юных деревьев (это поясняется при помощи эпюр распределения суммарных токов в волокнах и напряжений – в терминах модели - по длине ствола для деревьев разных возрастов: саженцев, молодых и старых деревьев, как показано ниже, на рис. 4 а, б; а также при помощи эпюр распределений потенциальной и кинетической энергий по длине дерева – реально по высоте/глубине расположения его элементов, как показано на рис. 3 а, б, в). В этом сечении So – у основания дерева – в обеих фазах максимального прироста древесины дерева (1/4 и 3/4 Т) нарастание внешнего и внутреннего диаметров слоя камбия происходит параллельно, так что его толщина остается практически постоянной (но диаметр дерева при этом волнообразно нарастает, с переменной интенсивностью - с периодичностью ее изменения, равной полпериода сезонного цикла Т/2). /Если быть совсем точным, то толщина слоя камбия тоже должна немного изменяться - прирастать – при каждом полуцикле растущего молодого дерева/.

А в моменты, соответствующие началу (либо концу) сезона и его середине (в фазах 0, ½ и 1 Т) – наоборот, рост массы дерева прекращается (его прирост равен нулю), но зато в эти фазы происходит максимальное нарастание (прирост) потенциальной энергии в дереве (в различных ее видах, но, в основном, в химическом). Образно этот процесс можно представить таким образом, будто из приросших молодых зеленых водянистых травянистых тканей (листьев и камбиального слоя веток либо корневых всасывающих волосков и камбия корней) выжимается вода т. о., что общая (сухая) масса не нарастает, а химическая энергия в тканях годового прироста увеличивается – за счет процессов биосинтеза, обеспечиваемых при помощи выросших листьев (либо за счет аккумулирования химической энергии из почвы, содержащейся - видимо - в гумусе, при помощи всасывающих корневых окончаний – «волосков»). /Химическая энергия в тканях дерева аккумулируется сначала в сахарах и крахмале, а затем частично переходит в жиры/.

Именно поэтому, кстати, в эти фазы развития дерева не требуется его полива, ибо оно испытывает избыток внутренней влаги. (Лично для меня такое объяснение причин отсутствия необходимости в поливе деревьев в эти фазы вегетативного цикла дерева более убедительно, чем те, что приводят уважаемые авторы прочитанных мною книг, объясняя это «биологическим» аргументами типа того, что полив в это время не рекомендован по причине возможного растрескивания завязавшихся маленьких плодов, хотя это действительно и происходит).

Процесс прироста наружных (зеленых, вегетативных) и внутренних (древесных, генеративных) тканей в сечении ствола и корня в течение сезона показан на рис. 1в., а также на рис. 6 и 7а, б, где видно, что сначала нарастает наружный диаметр и «живой», «зеленый» слой коры (т. е. камбия, сухая кора не в счет), а затем к нему «подтягивается» - как хвост растянувшейся гусеницы - внутренний слой камбия, разделяющий древесную и зеленую части, т. е. увеличивается диаметр древесной части ствола (или корня). Последнее происходит путем последовательного прирастания внешнего слоя древесных волокон ветви или ствола, преобразующихся из сырой («рыхлой», «зеленой», вегетативной) массы внутренней поверхности слоя камбия - в результате процесса накопления потенциальной энергии в тканях дерева. (Насколько «калорийнее» - т. е. «заряженнее» химической энергией - древесные ткани дерева, чем «зеленые» - высушенные – можно судить по интенсивности горения обеих).

Колебания приростов (сухой) массы и энергии, представленные графиками на рис. 1в, «пульсируют» относительно средней восходящей линии, характеризующей сезонный прирост массы и энергии в дереве. Как следует из рисунка, эти колебания нарастающих массы и энергии противофазны и равны по величине - при эквивалентном пересчете массы и энергии в процессе обмена (и биосинтеза). Очевидно, что без прироста (ежегодного) биомассы не будет и прироста (запасов) энергии, (т. е. у дерева нет будущего, и когда его прошлые запасы истощатся, оно погибнет).

Процесс перехода состояний дерева из «статического» в «динамическое» и обратно в течение сезона имитируется в электрической и механической моделях изменением видов энергии в них – потенциальной и кинетической (в механической модели, либо энергии поля, образуемого изменением тока в индуктивности, которая та же по сути для процесса обмена, являясь динамической, поэтому ее тоже в дальнейшем для простоты будем называть «кинетической»). Изменение потенциальной и кинетической энергии в модели иллюстрируется графиками на рис. 1г, где зеленая линия отражает функцию кинетической (ростовой) энергии, а синяя линия показывает изменение потенциальной (накопленной, «накопительной») энергии, величина которой соответствует скорости прироста химической (в основном) энергии в тканях дерева.

Как известно, сумма потенциальной и кинетической энергии в колебательной системе всегда постоянна, но один из ее видов постепенно переходит в другой, что и показано на рис. 1г. Следует отметить, что в течение одного периода сезонных колебаний (переменной массы соков) Т «умещается» два периода колебаний энергии обоих типов, сдвинутых по фазе на 180 градусов относительно друг друга. Амплитуда этих колебаний энергии изменяется относительно среднего значения, равного половине полной энергии, содержащейся в колебательной системе. Важно также отметить, что (для модели) форма зависимостей (от времени сезона) для кинетической энергии в колебательной системе Wк =f (t) и для мощности P, пропорциональной параметру I(квадрат)=f(t), совпадают. Физически - для дерева - это означает, что мощность ростовых процессов, определяемая квадратом величины потока соков П в сосудах - параметром П (квадрат), - совпадает по фазе с функцией изменения кинетической энергии в системе Wк во времени и пропорциональна ей по величине.

Модель «резиновая трубка»

Пояснить процесс массоэнергетического обмена, происходящего в дереве в течение сезона) может помочь другой вариант модели колебательной системы – представление дерева в качестве эластичной (упругой, например, резиновой) трубки, наполненной жидкостью (соков, циркулирующих в системе «дерево» в течение сезона по вертикали).
Сначала для простоты представим, что, во-первых, колебательный процесс стационарный, что соответствует отсутствию прироста дерева (что физически невозможно, но при относительно малом приросте в многолетнем дереве им можно пренебречь в данном рассмотрении). Во-вторых, что в любом сечении по высоте суммарный диаметр (и площадь сечения) «единого» ствола и «единого» корня (т. н. «условного» дерева) одинаковы (считаем, что все ветки и корешки сложены в один пучок, что все листья вынесены на периферию и что диаметр всех волокон одинаков и постоянен по длине). Полагаем также, что сверху и снизу резиновая трубка упирается в ограничивающие по высоте (или глубине) стенки, что соответствует отсутствию прироста дерева по длине. Тогда весь прилив массы соков пойдет на расширение резиновой трубки.

Если такую трубку сжать с одной стороны, а затем отпустить, то в ней начнутся незатухающие колебания (потерями пренебрегаем), при этом масса соков будет волнообразно перемещаться вдоль трубки, поочередно отражаясь от верхней и нижней стенок. При этом диаметр трубки будет пропорционален количеству погонной массы жидкости (массы на единицу длины дельта М/дельтаL) в данном сечении, которая создает также пропорциональное ее величине внутреннее давление d. (Заметим, что это давление измеряется относительно средней величины, равной нормальной величине атмосферного давления d o, при котором диаметр трубки D одинаков во всех сечениях. Поэтому величина давления d, аналог величине напряжения U в электрической модели, может быть как положительной, так и отрицательной. Положительное давление соответствует избыточному давлению на стенках трубки в случае «распирания» ее изнутри приливной волной соков. Отрицательное давление соответствует сжатому состоянию трубки, в которое ее приводит всасывающая сила отливной волны, т. е. сдавливающая сила внешнего атмосферного давления d o на трубку, оказавшуюся без отсосанной жидкости).

Этот процесс иллюстрируется на рис. 5, где показано распределение внутренних (осмотических) напряжений U, пропорциональных давлению d и пропорциональных погонной массе дельта M/дельта L перемещаемых соков с общей массой М о (т. е. переменной - циркулирующей - части сырой массы дерева Мо) вдоль длины дерева (по вертикали, где + Н – высота, а – Н – глубина данного сечения дерева) в различные фазы сезонного вегетативного цикла с периодом Т - с кратностью до 1/8 Т:
U пропорционально = d = f (t; дельта M/дельта L) (4)

Данные графики давлений (для каждой фазы сезона) для наглядности построены зеркально с двух сторон по отношению к вертикальной оси дерева (слева и справа от нее одновременно, правильный знак у правой кривой), что позволяет визуально представить, как расширяется или сжимается трубка, (имитатор дерева), т. е. как изменяется толщина условного реального дерева.
На самом деле, так нарастает не диаметр реального дерева, а толщина его живой коры (которую будем называть слоем камбия) ствола/корня дерева по его длине, т. е. только его прирост сырой массы( за счет циркулирующей ее части в дереве в течение сезона). Поэтому, переходя к модели реального дерева в качестве резиновой трубки, правильно было бы представить ее охватывающей находящийся внутри твердый стержень меньшего диаметра (чем у трубки), являющийся аналогом древесной части ствола. При этом циркулирующая жидкость в такой модели находится между стенками стержня (внешней его поверхности) и резиновой трубки (внутренней ее поверхности). Пространство между стенками, заполненное жидкостью (соком, раствором, или - в терминах модели - сырой массой), является аналогом камбиального слоя у реального дерева.

Это поясняется графически на рис. 6, с единственной оговоркой, что приросты колеблющейся сырой массы в сечении дерева (для основных фаз сезонной вегетации) здесь показаны не относительно неизменного в диаметре древесного стержня, (т. е.как у нерастущего дерева, что условно принято для упрощения на рис. 5), а относительно нарастающей толщины древесной части ствола реального растущего дерева. Однако на этом рисунке, для большей наглядности, дан «крен» уже в другую сторону от истины: здесь условно считается, что весь прирост сырой массы переходит в прирост древесины (и т. о. толщины ствола и/или корня), хотя реально в древесину переходит в основном лишь сухой остаток от прошедшей волны соков (растворов), который количественно имеет на два – три порядка меньшую величину. Но такие малые величины просто невозможно отобразить графически, а для пояснения сути рассматриваемого явления такая «масштабная» ошибка (вернее - «приписка») не имеет принципиального значения.
/Если бы приросты массы – сырой или тем более сухой – отражались на рисунке в натуральной пропорции, то их относительная величина на превышала бы относительной толщины годовых колец реального дерева/.

Пояснения к нарастанию толщины, массы и энергии реального дерева в течение сезона

На рис. 6 и 7 показаны процессы нарастания сырой и сухой массы вдоль ствола/корня молодого деревца – саженца однолетки, в вертикальном и горизонтальном сечениях соответственно, также для 8-ми основных вегетативных фаз сезона. Сырая масса показана на рис. 6 заштрихованной зеленой областью, что соответствует толщине камбиального слоя, а древесная масса отображена незаштрихованной центральной областью (единого условного ствола или корня). Видно, что толщина камбиального слоя соответствует приведенным на рис. 5 графикам для толщины слоя прироста сырой массы (соков).

На рис. 7 показаны внешний и внутренний диаметры камбиального слоя (в принятом понимании, см. выше) для двух крайних сечений по длине условного дерева – для вершины и для корня, в разных фазах вегетативного сезонного цикла. Видно, что нарастание толщины условного дерева происходит волнообразно в течение сезона и асимметрично для надземной и подземной его частей. В первой половине сезона вместе с приливом в крону соков восходящего потока нарастает внешний диаметр условного ствола за счет увеличения толщины камбиального слоя, (содержащего сырую массу); а во второй половине сезона внешний диаметр не растет, но зато к нему прирастает внутренний диаметр камбиального слоя (его догоняет, как хвост растянувшейся гусеницы «оторвавшуюся» голову). При этом увеличивается (внешний) диаметр древесной части ствола дерева, которая прирастает за счет вызревающих и отдающих влагу внутренних частей камбиального слоя.

В реальном дереве – в отличие от рассмотренного условного – происходят гораздо более сложные процессы (которые и сам автор знает весьма поверхностно, поэтому в трактовке модели он может допускать ошибки, хотя общие физические принципы колебательной модели остаются незыблемы). В частности, например, расширение камбиального слоя «сырой массы» на вершине ствола условного дерева можно трактовать как увеличение сырой массы листьев и новых приросших веток в кроне реального дерева, а не только как набухание (утолщение коры) старых веток, входящих в состав единого ствола «условного» дерева, как принято в модели. (Аналогична ситуация и с корневой системой реального дерева, где в моменты прилива соков происходит максимальное набухание как корневых окончаний – новых, приросших в этом сезоне - так и слоя камбия у старых. Заметим попутно, что набухание корневых всасывающих волосков приводит к увеличению их поверхности соприкосновения с почвой, что способствует увеличению интенсивности усвоения ими питательных веществ из земли и т. о. скорости накопления потенциальной энергии корневой системой.)

Таким образом, графики и эпюры, изображенные на рис. 6, помимо простого изменения количества соков в камбиальном слое старых веток или корней, отражают также изменение структуры тканей дерева и состава его элементов в зависимости от его расположения по высоте: ближе к его концам – верхнему и нижнему. На периферии кроны и корневой системы – увеличивается (и достигает максимума в фазах ½Т для кроны и фазах 0 и 1 Т для корней) содержание новых «зеленых» элементов с высоким содержанием воды (соков, растворов): для кроны это листья, молодые ветки и завязи плодов, а для корневой системы – молодые корни, всасывающие волоски. При этом в те фазы, когда количество молодых («зеленых», вегетативных) тканей в надземной части достигает максимума (1/2 Т), их количество в подземной системе становится равным нулю; и наоборот, в фазах 0 и 1Т, где максимума достигает количество сырой массы (в основном соков) в корнях, в кроне ее содержание минимально.

В фазах сезонного цикла ¼ и ¾ Т баланс молодых тканей в обеих частях дерева, симметричных (приблизительно) относительно поверхности земли, одинаков, с той лишь разницей, что в корнях их количество в это время нарастает, а в кроне – падает, (т. е. первая производная от функций их изменения имеет разные знаки). В эти фазы скорость нарастания сухой массы в ветках кроны и корнях, т. е. величина прироста сухой массы, (характеризующая интенсивность обменных процессов), достигает максимума, тогда как прирост энергии в тканях дерева становится равным нулю (см. кривые 1 и 2 на рис. 1в и рис. 1г).

С другой стороны, прирост энергии в тканях дерева достигает максимальной величины в фазах «статического» состояния дерева (0, ½ и 1Т), когда на верхнем и нижнем концах дерева имеет место максимальный наплыв или отток соков, что соответствует максимальному или минимальному давлению (относительно атмосферного). Фазе 1/2Т соответствует максимальная скорость роста (т. е. прирост) энергии в вегетативных тканях кроны и в древесных тканях корней, а в фазах 0 и 1Т имеет место наиболее быстрый прирост энергии в вегетативных (новых) тканях корневой системы и в древесных тканях кроны (где сахара и крахмал переходят в жиры).

О РАЗЛИЧИИ ПРИРОСТОВ СЫРОЙ И СУХОЙ МАССЫ

Следует еще раз вернуться к рассмотрению принципиальной разницы между приростом сырой массы дерева (и его надземной и подземной частей), определяемой перемещением циркулирующей массы соков (кривые 2 и 3 на рис.1б), и приростами сухой (древесной) массы (зеленая кривая 1 на рис. 1в).

Изменение количества сырой массы в элементах дерева определяется, главным образом, сезонным притоком соков в них и наибольшей амплитуды достигает в концевых элементах дерева (кроны и корня), а именно в его листовом и в «корневсасывающем» аппаратах. Это изменение (т. е. прирост сырой массы) характеризуется величиной потока соков дельта М/дельта t, имеет колебательный характер и происходит оно противофазно в кроне и корневой системе, достигая максимальной скорости в фазах ¼ и ¾ Т. Период Т такого колебательного процесса равен году (сезону). Само количество «сырой» массы в тканях над- и подземной частей дерева (в кроне и корневой системе) достигает максимального значения в фазы (сезонного цикла) 1/2Т для кроны и 0 и 1Т - для корня. (Кривые 2 и 3 на рис. 1 б).

А изменение приростов «сухой» массы происходит в два раза чаще (с периодичностью 1/2Т) и главным образом в центральных частях дерева. По вертикальной оси, или по длине дерева, этот прирост сосредоточен в области корневой шейки, т. е. в первую очередь в штамбе. А в горизонтальной плоскости он группируется ближе к центру - по радиусу - в сечении скелетных его частей, надземных либо подземных, (т. е. ветвей и штамба кроны и скелетных корней), накапливаясь прежде всего в срединных, «сердцевинных» областях в виде особо «калорийных» веществ, содержащих наиболее высокое количество химической энергии. (Кривая 4 на рис. 1б; кривые 1 и 2 на рис. 1в).

/Заметим, что в горизонтальной плоскости сечения ветвей и корней находятся только для условного дерева, которое для упрощения мы рассматриваем, в реальном дереве ветви и корни могут иметь любое расположение, вплоть до отрицательных углов, так что сечения ветвей и корней могут располагаться в пространстве как угодно – например, вертикально для горизонтальных ветвей и корней. Это не меняет сути – главное, что приросты сухой массы направлены по радиусу: наружу при приросте сухой части массы - элементов дерева - в составе вегетативной (зеленой, ростовой) массы ветвей (максимальном в фазе ¼ т); и во внутрь при «сухом» приросте древесной части ветвей (максимальном в фазе 3/4Т), происходящем за счет преобразования выросшей за сезон вегетативной массы./

Наиболее мощный прирост сухой массы наблюдается у основания дерева (в районе корневой шейки), что особенно сильно выражено у молодых деревьев, имеющих листовой аппарат по всей высоте дерева (так он должен быть выражен и у колонновидных деревьев, с которыми автор не работал), как это показано на рис. 3а. Это объясняется большим сосредоточием токов в центральных сечениях дерева, находящихся у его основания, где больше волокон «минисистем» «лист – волокно – всасывающий корневой волосок». /По-видимому, именно это объяснение лежит в основе подмеченного известным ученым биологом Анзиным явления сильного прироста ствола дерева у корневой шейки, которое сигнализирует о хорошем состоянии дерева. К тому же это явление усиливается, по-видимому, «сопротивлением» сокодвижению в месте прививки и плохого сращивания подвоя и привоя. Подобно тому, как это происходит в последовательной электрической цепи, где выделяемая мощность на отдельных ее участках пропорциональна величинам их сопротивлений, в месте корневой шейки локально выделяется значительная «ростовая мощность»/.
Процессы сезонного прироста сухой массы и энергии в дереве во времени показаны на рис. 1 в и г; а в пространстве (по длине условного дерева) их характеризуют эпюры, представленные на рис. 3 а, б и в соответственно для юных, молодых и старых деревьев. Здесь приросты сухой массы дерева по его длине пропорциональны распределению вдоль длины колебательной модели (аналога условному дереву) кинетической энергии системы, а приросты химической энергии в тканях дерева пропорциональны распределению потенциальной энергии.

ОБЩАЯ ЧАСТЬ

ГИМН КОЛЕБАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЕ

Колебательная система является «кирпичом мироздания», поскольку объединяет основные физические субстанции – массу и энергию в разных ее видах, статических (потенциальных) и «динамических» (кинетических) – в пространстве и времени. Например, электрический контур способен содержать в конденсаторе энергию в статическом, потенциальном виде (электростатического поля), а в индуктивности она содержится в «электродинамическом» виде (переменного магнитного поля). Причем при переходе электрической энергии в магнитную и обратно образуется электромагнитное поле - излучаемое в открытой колебательной системе - которое способно распространяться на большие расстояния (практически без потерь в свободном пространстве) со скоростью света. (Примером являются солнечные лучи). В этом явлении содержится связь энергии, массы, пространства и времени в соответствии с формулой Энштейна E=mC (квадрат).
/Заметим, что статические поля, присущие «апериодическим» «линейным» материальным объектам не способны к далекому распространению, т. к. быстро затухают при увеличении расстояния/.

Колебательная система, как уже говорилось во введении, является «элементом сложности» материального мира, природы и, на высшей фазе ее развития – жизни. В ней (колебательной системе) содержится диалектическое начало жизни, описываемое философскими законами «единства и борьбы противоположностей», «отрицания отрицания», «перехода количества в качество», «спиралеобразного развития».
Так, например, «закон единства и борьбы противоположностей» - применительно к колебательной биосистеме «дерево» - проявляется в поочередном развитии одного за счет другого двух (противоположных относительно поверхности земли) частей дерева, над- и подземной, т. е. кроны и корневой системы. Или, другими словами, в постоянном обмене элементов дерева массой и энергией, причем энергия также переходит из одного вида в другой и обратно.
Закон «перехода количества в качество», применительно к колебательной системе «дерево», отражает переход количества «ростовой» зеленой массы, накопленной деревом на первых фазах вегетативного сезонного цикла, в химический концентрат «энергозаряженной» массы (древесины и содержащихся в ней запасов высококалорийных и биоактивных веществ) – происходящий во второй половине сезонного цикла.
Закон «отрицания отрицания» проявляется в противофазных – по знаку давления - состояниях клеток дерева на разных концах дерева (верхнем и нижнем) или его элементах – корнях и кроне; притом что они постоянно изменяются и меняются местами.
Закон «спиралеобразного развития» напрямую отражает периодический (т. е. колебательный, волнообразный) нарастающий характер развития молодого растущего дерева.

Т.о. колебательная система есть основной элемент жизни, поскольку в динамике объединяет два противоположных свойства (возможных полярных состояния) в одном элементе, (что увеличивает ее адаптационные возможности по самосохранению в изменяющихся условиях окружающей среды), а именно: способности к максимальной концентрации сил и энергии в ее динамической форме, соответствующей активной фазе жизни в определенных - благоприятных – условиях; и способности к максимальной степени «расслабления», (полного покоя) или, наоборот, максимального статического напряжения в фазах жизни, соответствующих неблагоприятным условиям или враждебному окружению, когда ее вся энергия переходит в потенциальную форму, а сама система в статическое (пассивное) состояние.

(В более сложных системах, состоящих из нескольких колебательных систем, эти два противоположные состояния в одном объекте могут присутствовать одновременно в разных его элементах – частях. Такое имеет место, например, в биосистеме «дерево», состоящей из двух связанных колебательных систем, для подземной и надземной частей. В этой системе у противоположных – относительно земной поверхности – элементов, верхушки кроны и концов корней – в фазах покоя, зимой и в середине лета - имеют место два полярных состояния: на одном конце - полного «расслабления», а на другом – максимального напряжения. Через половину периода сезонного цикла эти два состояния меняются местами.).

Колебательная система является простейшим элементом материального мира, находящимся в состоянии динамического равновесия. Это дает ей огромное преимущество в устойчивости при воздействии внешних сил перед статическими и линейными апериодическими (т. е. не колебательными) системами или объектами материального мира (подобно тому, как движущийся велосипедист благодаря инерции и возможному колебанию руля имеет гораздо большую устойчивость, чем стоящий на месте велосипедист). Колебательная система способна накапливать и содержать в себе компактно в пространстве значительную энергию - в статическом и/или динамическом виде, переходящую из одного вида в другой – которая при необходимости может выделяться концентрированно во времени (и пространстве) и т. о. быть использована для преодоления встечающихся помеховых воздействий.

С другой стороны, благодаря своим избирательным (резонансным) свойствам такая колебательная система позволяет выделять полезные (положительные) воздействия (окружающей среды), используя их для саморазвития и повышения запасов внутренней энергии, и «режектировать» (т. е. «отражать», подавлять) вредные, «помеховые» (отрицательные) воздействия среды. Это ценнейшее свойство колебательных систем (конкретно, электрических контуров, на базе которых построена вся радиотехника) называется «фильтрацией», а сам контур является простейшим «фильтром». Такие фильтры бывают как «пропускающие» (обычные, усиливающие нужные электромагнитные «сигналы», т. е. воздействия, в широком смысле), так и «режекторные», или «заградительные», которые специально настраиваются на частоты вредных сигналов (воздействий). Совместное объединение таких «положительных» и «отрицательных» фильтров позволяет создать очень сложные («высокоадаптивные») системы, т. н. сложные фильтры, или фильтры, приспособленные для приема, выделения среди шумов и помех, а также обработки «сложных сигналов». (Теории фильтрации, спектрального анализа и обработки сложных сигналов лежат в основе всей современной радиотехники и теории информации).

Сложность системы определяется общим количеством внутренних независимых корреляционных связей между всеми ее элементами, т. е. зависит от количества независимых элементов системы и числа степеней свободы каждого. Для т. н. «простых» систем, состоящих из «апериодических» (не колебательных) элементов, т. е. стационарных либо линейно движущихся, коэффициет сложности К сл п пропорционален количеству элементов n в первой степени. А для «сложных» систем, строящихся на базе «динамических» колебательных систем в качестве элементарных «кирпичей», коэффициент сложности К сл к будет пропорционален величине n к (квадрат) = К сл к. /Физически это означает, что суммарная пиковая (мгновенная, импульсная) мощность Ри, получаемая при сложении мощностей (предполагаем равных) n а апериодических элементов, в простых системах возрастает просто пропорционально числу элементов: n а (в степени 1); а для сложных систем, в случае синфазного сложения n колебательных элементов n к, импульсная мощность возрастает пропорционально количеству элементов в системе n к (в степени 2). Т. е. в первом случае - некогерентных элементов простых систем – их усилия складываются по мощности, а во втором случае – колебательных элементов сложных (организованных) систем, их усилия складываются синфазно, или по напряжению /.

На пути естественной эволюции материи (земной природы) из состояния хаоса до цивилизационной самоуправляемой ноосферы (по Вернадскому) переход от использования ею простых линейных элементов - «кирпичей мироздания» - к сложным колебательным элементам был революционным прорывом от простого количественного развития материи (которое правильнее было бы назвать ростом), к сложному качественному (интенсивному, а на определенной фазе и лавинообразному-экспотенциальному), в результате которого только и могла возникнуть жизнь.

Примечания.

1.Только что, после написания этой статьи, мне сообщили (в пересказе) об одной новой научной гипотезе, (или даже открытии), согласно которому все материальные объекты состоят из микрострун, т. е. механических колебательных микросистем. Это подтверждает ход моих умозаключений о значении колебательных систем для развития материи, в результате которого возникла жизнь.
2. Известный советский ученый-философ Р. В. Ильенков, (погибший 25 лет назад), юбилей которого отмечался недавно, разработчик теории «идеального» в историческом процессе, получил всемирное признание главным образом за открытие «принципа относительности» применительно к категории «идеального» (т. е. разного его понимание в человеческом обществе на разных этапах его исторического развития, вплоть до полярных представлений). Т. е. он впервые ввел диалектический (относительный, «динамический» в историческом понимании) подход к понятию «идеального» (характеризующего основную цель человечества в общем виде - в его историческом развитии); в отличие от принятого до него с древнегреческих времен абсолютного («статического») понимания философской категории «идеального» как «возвышенного», «прекраснодушного» и т. п. Этим он «оживил» статическое материалистическое представление учения «диалектического и исторического материализма» об общественном «идеале», основанное на понимании сознания только из физиологических предпосылок в соответствии с павловской теорией рефлексов, показав, что вслед за развивающейся нарастающими волнами (по восходящей спирали) историей меняется и вектор ее развития, т. е. понятие «идеала». (Иногда история временно развивается вспять, «отхлынивает», откатывает, как волна, если опередила свое «среднее значение», положенное на данный исторический период. Так, как это случилось с нашей страной, вставшей на социалистический путь несколько раньше, чем это соответствовало общепланетному, общечеловеческому развитию.)
По сути, он ввел в категорию «идеального» понятие «колебательности», как основы жизни, во всей ее диалектической противоречивости и волнообразном развитии. Эти мысли также коррелируют с моими рассуждениями в этом разделе о роли колебательной системы, как «кирпича» жизни.

КОЛИЧЕСТВЕННОЕ И КАЧЕСТВЕННОЕ РАЗВИТИЕ

Напомним, что количественное развитие объекта, в том числе биологического происхождения, происходит по критерию увеличения абсолютных показателей объекта (например, его размеров), поэтому вернее было бы его называть «ростом». Это «простой» тип экстенсивного развития – «наружу», «во вне». Он предполагает неограниченный, опережающий («конкурентов») захват новых ресурсов для развития, безотносительно эффективности их использования. А качественное развитие – это «сложный» тип развития, интенсивный, и характеризуется оно увеличением относительных показателей, например, в садоводстве - приростом растения на единицу затраченных основных физических ресурсов – массы, энергии, времени и пространства (из которых наибольшее значение в конечном итоге часто приобретает последний ресурс – пространство /2/, например, в садоводстве оно измеряется площадью, занимаемой деревом или садом).

Качественное развитие, в отличие от количественного, направлено во «внутрь» объекта и происходит путем улучшения его внутренней организации, приводящей к увеличению эффективности данного объекта (например, экономичности его функционирования, будь то яблоня или автомобиль). Говоря о биообъектах, на примере дерева в плодовом саду, отметим, что оно происходит не за счет «соседей» (их опережения в борьбе за жизненные ресурсы или «ограбления» путем неограниченного максимального роста и заполнения светового и почвенного пространства), а за счет самосовершенствования: формирования наиболее эффективных типов крон, использования интенсивных сортов, повышения эффективности его функционирования путем различных агромероприятий (типа внесения удобрений в почву или в крону путем опрыскивания; мульчирования почвы; капельного, дополнительного и своевременного, орошения; дренажа почвы и мн. др.).

В случаях, когда ресурсы ограничены или, тем более, подходят к исчерпанию, остается единственный путь развития – интенсивный. В общем случае, например, развития биосистем, количественное развитие – первично, и соответствует первой половине всего биологического (или сезонного, а возможно и суточного) цикла жизни растения; а качественное развитие происходит на заключительном, конечном этапе его жизни (или сезонного цикла), во второй его половине. И происходит оно за счет переработки ресурсов, добытых - пусть «неэффективным» образом - на первом, «экспансионистском», этапе количественного развития /роста/ растения. Здесь в «чистом виде» работает философский закон «перехода количества в качество».


Оба эти типа развития – простое количественное и сложное качественное – равно важны для растения и соответствуют его различным фазам жизни. Споры о том, какое из них «лучше», предпочтительнее - так же нелепы, как в известной притче споры ведущего колеса и ведомого у велосипеда, «кто из них главнее». Нет смысла развиваться сложным качественным путем, когда еще полно материальных, энергетических и пространственных ресурсов, а времени мало – тут не до экономичности. Точно также как нет смысла (растению) расточительно растрачивать остатки массоэнергетических ресурсов на неэффективный путь простого количественного развития, сокращая себе жизнь, когда есть другой, более совершенный способ длительного существования после внутренней организационной «экономичной» перестройки - в результате качественного развития. Оба эти типа развития, количественное и качественное, диалектически сосуществуют в растении, например, сменяя одно другое (как в однолетних растениях), либо чередуясь на разных фазах сезонного развития отдельных его элементов для дерева, как многолетнего растения - в соответствии с философским законом «единства и борьбы противоположностей».

Как сказано в библии: «Есть время разбрасывать камни, и есть время их собирать». Первое время соответствует периоду количественного развития, а второе – качественного.

ПРИМЕРЫ КОЛИЧЕСТВЕННОГО И КАЧЕСТВЕННОГО РАЗВИТИЯ

Приведем несколько примеров: количественного, экстенсивного, простогоразвития и качественного, сложного, интенсивного развития из разных областей.
В агрономии. Повышение площадей под посадками – количественное развитие, экстенсивное. Повышение урожайности с единицы площади поля или сада – это интенсивный путь развития.
В садоводстве. Достижение эффективности сада за счет посадки малого количества быстрорастущих сильнорослых деревьев на больших площадях и снижения трудоемкости по их выращиванию за счет их относительной неприхотливости – это экстенсивный, простой путь развития. Получение большей продуктивности яблонь благодаря переходу на выращивание более капризных и трудоемких в уходе карликовых деревьев, но дающих значительно большие нормированные к площади сада урожаи, причем намного более качественных плодов – это качественный, или интенсивный путь развития садоводства.
Применительно к плодовому дереву этап количественного развития – это рост дерева в первой половине сезона, а этап качественного развития – вторая половина сезона, период созревания плодов и «вызревания» древесины из зеленой вегетативной (ростовой) массы нового сезонного прироста.
В животноводстве. Увеличение поголовья скота – и увеличение надоев от одной коровы.
В зоологии. Рост динозавров и возникновение теплокровных млекопитающихся, способных стабилизировать внутреннюю температуру организма и т. о. условия для его работы – независимо от внешних условий среды обитания.
В радиолокации. Повышение дальности действия локатора путем простого увеличения мощности импульса и достижение того же путем использования в передатчике «сложных» маломощных «шумоподобных» сигналов большой длительности (со сложной внутренней структурой) и согласованных под них фильтров в приемном устройстве.
В спорте. Культуризм (глупое наращивание лишнего мяса) и атлетическая гимнастика, повышающая физическую культуру человека – его силу, особенно в движении, при той же массе, и выносливость.
В образовании. Умение «зубрить», т. е. механически запоминать. И умение понимать логические взаимосвязи, способность думать.
Применительно к человеку. 1. Реальная созидательная деятельность (особенно в нетворческих ее видах) по «зарабатыванию» денег «на жизнь» – это этап количественного развития. «Идеальная» (виртуальная) деятельность человека по осмыслению (сделанного и происходящего), по приобретению и усвоению новых знаний – это фаза качественного (духовного) развития человека, (именно ее обычно называют «жизнью» и показывают по телевизору в мыльных сериалах, а вовсе не «постылое» производство).
2. Большой, массивный человек (американец) сильнее и мощнее маленького (японца), но последний экономичнее первого на единицу производимой продукции, т. е. «экономически» эффективнее. Первый лучше по количественному критерию, второй – по качественному.
В социологии. Расточительный капитализм, основанный на возможности предельного развития отдельных элементов этого общества за счет интересов общества в целом. И оптимальный как система в целом коммунизм, наиболее экономичная (или экономически эффективная) общественная система, использующая в максимальной степени - благодаря эффекту синергизма (взаимоиндукции) - совместные согласованные усилия отдельных членов общества для решения проблем всех и каждого. Капитализм – это общественная система, развивающаяся «простым, количественным» путем, в основном в сфере материального производства, «рынка», но наиболее быстрая в развитии в мирное время благодаря своей жестокости (конкуренции), за счет в основном быстрого и «безжалостного» поглощения окружающих ресурсов (других народов и их самих). Ее историческое значение – в подготовке МТБК (материально-технической базы коммунизма) для человечества и самого передового человека (через трудовое воспитание) на своих производствах, сверх экономичных, взятых отдельно. Как система в целом капитализм чрезвычайно не эффективен и обречен на гибель сразу и в страшных муках, как только будет лишен дармовых ресурсов третьих (т. н. «развивающихся») стран после их истощения; а еще ранее это произойдет в результате их частичного (и быстро увеличивающегося) отбора другими конкурентами в борьбе за ресурсы планеты и жизненное пространство, прежде всего азиатскими: Китаем, Индией, Японией, Пакистаном, Ираном и др.
А коммунизм – общественная система, соответствующая этапу качественного развития человечества, прежде всего духовного и интеллектуального, т. е. внутреннего мира всех и каждого – на базе достигнутого при капитализме материального уровня жизни.

Наглядным примером количественного и качественного развития в садоводстве является сравнение сильнорослых (на сеянцевых подвоях) и карликовых деревьев яблони. Так, по показателям количественного развития – силе роста, размеру, урожаю с дерева - сильнорослые деревья превосходят карликовые; зато по качественным показателям значительно им уступают, т. к. на единицу занимаемой площади дают меньший урожай (т. е. обладают меньшей удельной продуктивностью), и при том плодов значительно худших качеств (вкусовых, по размеру и внешнему виду). Это происходит оттого, что в сильнорослых (обычных) деревьях преобладают ростовые, вегетативные процессы, (соответствующие количественному развитию), над генеративными, (соответствующими качественному развитию), которые находятся в пропорции 60% на 40%; а в карликовых деревьях они представлены в обратной пропорции – как 40% и 60%.
(Чтобы этот «крен» на плодоношение в карликовых деревьях не усугублялся с годами, что может ослабить и погубить дерево, садовод должен постоянно его выравнивать омолаживающей обрезкой, внесением повышенных доз органических удобрений и др. методами. И наоборот, сильнорослые деревья, особенно в благоприятных южных зонах с мягким климатом и черноземами, где их рост особо силен – надо всячески «старить», т. е. тормозить ростовые процессы разными методами с целью усилить генеративные процессы, разными способами - от пригиба ветвей и кольцевания коры штамба до весенней обрезки корней и летней и осенней – ветвей; весенним внесением фосфорных и калийных удобрений; подсушиванием в пики роста надземной и подземной частей дерева и др. методами).

О КУЛЬТУРЕ

Культура - очень широкое понятие, используемое в разных областях человеческой деятельности. Например, культура – как понятие в агрономии означает искусственно выведенные сорта с улучшенными характеристиками. Культура животноводства, растениеводства, производства, техническая, физическая, вплоть до культуры бытия, поведения, человека. Но какова же общая суть этого понятия?
А главное в разных вариантах понятия «культура» – это характеристика уровня внутренней организации, т. е. степени качественного развития объекта рассмотрения, или, что то же – его внутренней «сложности» (от слова «сложенность», т. е. объединение).
А.П.Чехов так сказал о человеческой культуре: «Культура – это терпимость» - (т. е. способность к общению с окружающими), очень точно выделив главное. В общем виде понятие «культура» для любой системы (сложного объекта) характеризует способность элементов системы к объединению (взаимовыгодному) в единое целое (т. е. степень их взаимной корреляции), и само количество этих внутренних связей в системе, которое пропорционально общему количеству элементов системы и их независимых степеней свободы (например, при рассмотрении общества оно равно числу видов деятельности отдельных людей).
Культура объекта –аналог егоуправляемой «сложности», уровня внутренней организации, степени качественного развития.
Например, физическая культура человека характеризует уровень качественного развития его организма, определяемый такими относительными параметрами, как удельной силой или мощностью (штангист, в своей весовой категории); или выносливостью (бегун-марафонец, лыжник); и т. п.

РЕСУРСЫ РАЗВИТИЯ МАТЕРИИ

Развитие материи (в самом широком ее смысле, в виде различных материальных объектов, как живой природы, например, биообъектов, так и неживой природы, например, технических устройств) требует определенных ресурсов, которые назовем «ресурсами развития материи» /1/. К ресурсам развития материи относятся четыре вида основных, «реальных» ресурса, а именно: материя, энергия, пространство и время; и одинвспомогательный, «идеальный», (т. е. не реальный, виртуальный), который назовем «информационным».
Последний, «информационный» ресурс развития материальных объектов, отражает наличие знаний, или информации о том, как наилучшим образом использовать все наличные реальныересурсы для развития (часто для решения конкретной задачи, например, для биосистем - по выживанию или по противодействию окружающей среде в данный момент на данное воздействие). Роль этого ресурса, несмотря на его «не физическое» происхождение – огромна на всех фазах развития материи – от начальной, когда ресурсы для такого развития еще почти бесконечны, до последних, когда реальные «физические» ресурсы становятся близкими к истощению. Но все же особенно она велика на заключительных фазах развития, когда извлекать оставшиеся ресурсы становится все труднее и труднее, как металлы из обедневших руд.

Без этого «виртуального» информационного ресурса все остальные – реальные ресурсы – остаются мертвым кладом для объекта, он не может ими воспользоваться, ибо не знает, как это сделать. Такое великое значение этого ресурса позволяет некоторым сделать (а в наш взрывной в информационном отношении период развития человеческой цивилизации легко впасть в такую крайность) ошибочный вывод о безграничности этого ресурса, способного обеспечить и безграничное развитие цивилизации, подобно вечному двигателю.

Так, мой друг, философ-идеалист Малахов А. И., горячо утверждает подобное, приводя следующий пример. «Если ты отдаешь яблоко (материальный предмет) другому, а он тебе свое, то у вас обоих ничего не прибавляется. Но если ты отдаешь свое знание (идеальный «объект») другому человеку, а он отдает свое знание тебе – вы оба ничего не теряете, но оба приобретаете. Получается саморегенерация знаний, новой информации взрывного типа». На основании этого утверждения делает также вывод о способности «чистого» знания (духа, бога и т. п.) управлять миром и т. п. ложные выводы, возвеличивающие роль элиты (особенно интеллектуальной) в развитии человечества и пр. Однако идеализм опасен для жизни, поскольку несет ошибочные представления о действительности. Это роскошь душевного комфорта, которую могут себе позволить большие, сильные и небитые. «Маленькие» («простые», «низовые» и т. п.) люди – стихийные материалисты, и более правильно понимают жизнь /5/. И, в частности, то, что не элита управляет обществом по своему усмотрению и воле, а само общество, состоящее их отдельных низовых элементов, развивается и управляется их суммарными усилиями, вполне закономерными в своем историческом развитии - в его материалистическом понимании. А лидеров «массы» выдвигают сами, и лишь только те из них оказываются востребованы историей и имеют право относиться к элите, кто умеет чутко прислушиваться к «ропоту толпы» и осознать ее интересы.

На самом деле, при всей важности «информационного ресурса» - первичны и конечны именно реальные ресурсы (массы, энергии, пространства и времени), только в рамках которых и возможно развитие реального объекта – так диктует материалистический подход. Но это нисколько не умоляет важности информационного ресурса - который, следует заметить, существует применительно только к высшим формам материи, описывающим живой мир – поскольку именно этот ресурс является ключом к использованию всех основных материальных ресурсов, а самое главное – возможности их перераспределения (или трансформации из одного вида в другой) оптимальным образом для выживания ( а это в конечном итоге и есть главная задача всех биосистем, включая человеческую цивилизацию).

Важно отметить, что, как показывает рассмотрение биосистем в земных условиях, наиболее важным «реальным» ресурсом их развития обычно является пространственный. Это можно показать на примере сада. Здесь это можно объяснить тем, что при постоянстве плотности потока солнечного излучения получаемая садом энергия пропорциональна его площади, равно как и количество питания, получаемого им из земли, которое также пропорционально площади сада (количество питательных веществ, содержащихся в гумусе, есть аналог «ресурса массы»; этот ресурс в известных пределах можно перемещать в сад извне). Временной ресурс, определяемый количеством тепловых часов в году (сезоне) в днях со среднесуточной температурой выше 10 градусов С, (принятых условно как порог «жизни» для развития растения) - для всех растений (данного вида) в данной зоне примерно одинаков, поэтому при сравнительном анализе поведения культур в пределах одной зоны в первом приближении его можно не учитывать – с точностью до микроклимата в отдельных районах. /Сильно он отличается только для разных зон. Например, для Вьетнама, где снимается три урожая риса в год, он в три раза выше, чем для юга России, где удается снять только один урожай в году, и то не в каждом/.

Аналогично для человека и человечества главным ресурсом развития также является пространственный ресурс. Это объясняется тем, что массо-энергетические ресурсы могут быть перемещены в любую нужную точку; а время – хотя это и важнейший ресурс развития, но если сравнивать относительное развитие соседних объектов (людей, государств) – то его масштаб одинаков для обоих, с учетом возможности создания микроклимата и среды, пригодной для жизни. Следовательно, главным и самым ценным физическим ресурсом развития остается пространственный, и роль его для человечества будет постоянно возрастать.

(Например, человек не может развиваться «качественно», духовно, если у него нет для этого элементарного личного пространства, хотя бы квартиры, где он может принадлежать себе, изолировавшись временно от мира, думать и чувствовать; где может почитать книгу, посмотреть передачу по телевизору, пообщаться с друзьями и близкими; куда может поместить необходимые для этого личные вещи и, прежде всего, средства коммуникации с окружающим миром – персональный компьютер, телевизор; книги, кассеты, диски; а также вещи, необходимые для комфортного обустройства жизни – типа электроплиты, ванны, книжного шкафа, дивана и пр.. И, наконец, куда он может привести свою супругу и где сможет дать возможность развиваться уже своей семье, детям, т. е продолжить жизнь уже в следующих поколениях. Квартира, а еще лучше – дом, усадьба - минимальная предпосылка для развития личности.)
Подобная картина наблюдается и для государств, развитие которых также ограничено их территорией. Причем если раньше в основном территорией, пригодной для жизни, то по мере развития цивилизации и возможности создания искусственной среды обитания, а также увеличения необходимости свободных территорий для дальнейшего строительства, складов отходов и пр., уже общей их территорией. /Однако эти доводы верны только для независимых государств, ведущих самостоятельную политику в интересах собственных народов и способных защитить свои территории от использования другими государствами./.

Поэтому решающим ресурсом развития биообъектов, особенно на последних его этапах, станет пространство, за которое и разгорится страшная борьба. И здесь России «не повезло» - поскольку эта борьба будет вестись (всеми ведущими странами мира) за ее территорию (вместе с природными ресурсами), на ее территории и руками (в основном) ее граждан – за интересы, прежде всего, основных противоборствующих сил нового мира – США и Китая. (Как сказал Бжезинский, «победа над Китаем будет нам стоить жизни 40 млн. русских»).

«ЖИЗНЕННАЯ» ЦИКЛИЧНОСТЬ БИОСТЕМ

Помимо сезонной (и суточной), существует также и явно выраженная цикличность развития биосистем на протяжении его естественной жизни, которую назовем условно «жизненной». Естественную биологическую жизнь, занимающую один полный период, условно можно разбить на четыре основные фазы.
Первая четверть жизни – период усиливающегося роста, достигающего максимума по интенсивности в конце этой фазе, в момент ¼ Т, (где Т – продолжительность жизни). Это – весна жизни. (Например, конкретного для человека, у которого нормальная продолжительность жизни 80 лет, этот счастливый период длится до 20 лет, пора детства и юности).
Вторая четверть – ослабление интенсивности ростовых процессов до нуля (в фазе ½ Т) и начало подготовки к созреванию. Это – жаркое лето жизни. (На примере того же человека это период активной молодости – от 20 до 40 лет).
Третья фаза – от ½ Т до ¼ Т – период нарастающей интенсивности созревания организма, заканчивающий пиком его зрелости, когда его отдача для внешнего мира достигает максимума – это возраст от 40 до 60 лет для нашего «нормального» (т. е. среднего) человека. В этот период «созревания» происходит качественная (т. е. внутренняя) переработка биосистемой всех накопленных на первой фазе его количественного развития (правильнее – роста) материальных ресурсов из внешней среды, «сырья» («сырого материала, массы). /Для человека это период максимальной отдачи обществу за счет всего, что оно в него вложило – как просто пищи, одежды, ухода и пр., до знаний, воспитания, «культуры»/. Это период золотой осени человека, плодового дерева (они, кстати, довольно близки по сроку биологической жизни).
И четвертая, заключительная фаза развития биосистемы – период постепенного угасания. Это – холодный конец осени с переходом на начало зимы. Для человека – это период 60-80 лет, в начале которого он еще находится на пике своей полезности обществу, а в конце – только обуза для него.
У старого же дерева может наступить и пятая фаза – возрождения, когда из усохших веток начинают вновь пробиваться молодые побеги – волчки, и оно начинает как бы новый цикл роста. Такое дерево уже не сможет восстановиться (хотя при помощи квалифицированной помощи от человека и правильной сильной обрезки оно еще способно некоторое время пожить и даже сохранить потомство для передачи сорта в виде семечка плода или черенка). Однако само возникновение новой волны роста подтверждает волновой (циклический) характер развития биосистем.

На первый взгляд, говорить о сильно выраженных колебательных свойствах в «жизненной» цикличности нельзя, поскольку в системе с одним периодом колебаний невозможно получить большую добротность, характеризующую степень «колебательности» системы. Однако, это неверно, и здесь следует под биосистемой понимать уже систему более высокого уровня – все общество (или вид растений) на протяжении его существования, складывающемся из продолжительности жизней многих поколений. Так задумано природой, что из этих разорванных во времени элементов точно также складывается жизнь всей биосистемы (вида растений или общества), как из материальных элементов одного времени сложная конструкция.
Каким образом генетически передается временной код для синхронизации процессов отдельных элементов (общества или вида), связывающих их в систему – для меня загадка, но, по-видимому, это происходит подобно тому, как это делается природой для муравейника, где отдельные муравьи не знают общих целей системы, но выполняют необходимые функции для ее существования, предписанные им природой.
Ясно только одно, что из жизненных циклов отдельных особей складывается и жизненный цикл системы в целом, например, того же общества. Отсюда и периодичность его развития (между революциями, войнами, демографическими взрывами и спадами, фазами подъемов и спадов наций, периодами героическими и национальных апатий), конфликты отцов и детей (как в отдельных семьях, так и в поколениях) и т. п. И вполне очевидно, что эти циклы тоже можно рассчитывать, что я и делаю в своих политических и исторических прогнозах).

КРАТКИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. На базе известных закономерностей циклического сезонного массоэнергетического обмена в дереве предложена физическая модель в виде колебательной системы (в основном электрического контура), имитирующая эти процессы с помощью параметров-аналогов (например, заряд эквивалентен массе, ток в контуре - потоку соков, напряжение на емкости – осмотическому давлению в клетках и т. п.). Эта модель условно названа «временной», поскольку описывает временные процессы в дереве (по аналогии с названной «пространственной» другой моделью, предложенной ранее, которая позволяет установить влияние параметров кроны на продуктивность дерева /2/). Использование хорошо известной физической модели позволяет наглядно (синхронно во времени) отобразить различные процессы массо- и энергообмена реального изучаемого биообъекта (дерева) с помощью графиков, что облегчает усвоение материала учащимися.
2. Сезонный цикл удобно представить состоянием дерева в 8-ми характерных точках периода колебаний, соответствующих определенным фенологическим фазам сезонного развития: 0Т; 1/8Т; 2/8Т; 3/8Т …….7/8Т; 8/8Т. В зоне Подмосковья было принято считать, что эти временные точки сезона соответствуют следующим дням календаря: 20 апреля (пробуждение деревьев после зимней «спячки», начало сезонного цикла); 13 мая; 5 июня (первая четверть сезона), 28 июня; 20 июля (середина сезона); 12августа; 5 сентября (третья четверть сезона); 27сентября; 20 октября (конец сезона, начало зимней «спячки»). Период зимнего «сна» деревьев - практически ровно полгода для этой зоны - из годового цикла исключается («выкусывается»).
3. С помощью графиков на рис. 1а, б, в, г; рис. 3а, б, в; рис. 4а,б; рис.5, рис.6 и рис. 7а, б показаны следующие сезонные зависимости.
Изменение сырой массы кроны и корней в течение сезона в абсолютных величинах (рис. 1а, кривые 3 и 4).
Изменение интенсивности прироста сухой (древесной) массы кроны и корневой системы в абсолютных величинах (рис.1а, кривые 1 и 2).
Изменение сырой массы кроны и корней в течение сезона (в абсолютных величинах) относительно поверхности земли, т. е. потока соков, или «кривая сокодвижения» (рис. 1а, кривая 1 и рис. 1б, кривая 1).
Изменение давления на вертикальных концах дерева (вершине ствола и нижних концах корней) – кривые 2 и 3 на рис. 1б.
Изменение относительных величин сырой массы кроны и корней, т. е. переменной в течение сезона части общей сырой массы - в кроне и корнях - (по отношению к средней ее величине за сезон). Кривые 2 и 3 на рис. 1б.
Изменение интенсивности ростовых (обменных) процессов в дереве в течение се зона (рис. 1б, кривая 4).
Нарастающий интегральный прирост сухой массы дерева в течение сезона, со стоящий из прироста сухой массы кроны (в первой половине сезона) и корней (во второй половине сезона), кривая 1 на рис. 1в.
Нарастающий интегральный прирост энергии (в основном в химическом виде) в дереве в течение сезона, состоящий из прироста энергии в корневой части (в пер вой половине сезона) и в кроне (во второй половине сезонного цикла), кривая 2 на рис. 1в.
Изменение толщины дерева (в сечении у его основания) в течение сезона (рис. 1в, кривая 3).
Изменение потенциальной и кинетической («динамической») энергии в колеба- тельной модели, соответствующие в реальном объекте (дереве) интенсивности процессов накопления энергии и вещества (сухой массы) соответственно (кривые1 и 2 на рис.1г).
Распределение потенциальной и кинетической энергии (соответствующее генера- тивным и вегетативным процессам) вдоль ствола дерева в течение сезона, для трех возрастов дерева – саженец, молодое дерево и старое дерево (соответственно на рис. 3 а, б и в).
Распределение величины потоков соков и давлений (токов и напряжений в модели соответственно) вдоль ствола дерева (от нижних концов корней до верхних концов ветвей) в течении сезона для деревьев двух возрастов: саженца и взрослого дерева (рис. 4 а, б – где красная линия обозначает ток, зеленая – давление в элементах кроны, синяя – давление в корнях).
Изменение величины давления, выраженное графически как толщина слоя кам- бия, вдоль длины дерева (по вертикали) в течение сезона (относительно средней величины, приростом абсолютной величины этого слоя в сезоне пренебрегаем). Рис.5.
Изменение величины прироста зеленой массы (толщины слоя камбия) и прироста древесной массы (толщины древесного ствола), а также общее нарастание толщины ствола по всей длине дерева по вертикали (от концов корней до концов верхних ветвей) в абсолютных величинах в течение сезона. Рис. 6.
Нарастание общей – условной - толщины ствола (суммы ветвей) и толщины ус ловного корня (суммы корней) на обоих концах дерева, верхнем и нижнем, (т. е. их внешнего диаметра); толщины древесной части ствола и корня (внутреннего диа- метра слоя камбия); а также толщины самого слоя камбия (расположенного между внешней поверхностью ствола и древесной его частью (как принято для упроще- ния) в течение сезона. Рис. 7а, б.

4. Основные закономерности сезонного массоэнергетического обмена в дереве, поясняемые при помощи физической «временной» модели (см. рис. 1, 3-7).
Масса соков, составляющая основную часть сырой массы дерева, циркулирует (по синусоидальному закону) по вертикальной оси (условного) дерева, в первой половине сезона вверх, от корней в крону, а во второй половине сезона обратно, вниз, из кроны в корни.
Интенсивность роста (величина прироста в единицу времени) сухой массы дерева (древесной, конечной – а не сырой, включающей в основном переменную массу соков, циркулирующих в дереве) – имеет два пика в течении сезона – в фазах ¼ Т и ¾ Т. Первый из них соответствует приросту кроны, а второй – приросту корней. Т. е. пики роста корней и кроны сдвинуты по фазе на полпериода. Кривая 4 на рис. 1б. Интегральный прирост сухой массы дерева в течение сезона показан при кривой 1 на рис. 1в.

Интенсивность накопительных процессов энергии в дереве сдвинута по фазе на одну четверть периода относительно фаз максимумов ростовых процессов в нем и приходится на фазы сезонного цикла 0Т, ½ Т и 1Т. Причем фаза ½ Т соответствует максимальной скорости (интенсивности) прироста энергии для надземной части дерева (кроны); а фаза 0Т=1Т соответствует максимальной интенсивности прироста энергии подземной части дерева (корней). Интегральный прирост энергии во обоих (надземной и подземной ) частях дерева в течение сезона демонстрируется кривой 2 на рис. 1в.

Фазы максимального роста и созревания (прироста древесной массы) элементов кроны сдвинуты по фазе на полпериода (аналогично это верно и для корней).

Прирост толщины дерева в сечении, а соответственно толщины камбиального слоя и древесной части ствола, происходит в течение сезона волнообразно, приливами. Причем фазы этих приливов (и отливов, если считать толщину относительно средней составляющей сезонного прироста), для элементов кроны (ветвей) и корней сдвинуты по фазе на полпериода. (Рис. 6 и 7). Кроме того, прирост массы камбия (вегетативной, «зеленой» массы) – так же как и прирост древесной массы, происходящий со сдвигом по фазе на полпериода – происходит неравномерно по всей длине дерева: он максимален на его концах и минимален в средней части дерева (у его основания); а прирост древесины, наоборот, имеет максимальную величину в области корневой шейки дерева и минимальную – на его верхнем и нижнем концах (кроны и корней). Это отражается в разнице вегетативного и генеративного приростов и их составляющей в общей массе дерева по его длине (т. е. по его высоте, или, по-другому, в зависимости от удаления элемента дерева - ветви или корня – от основания дерева).
Другими словами – в средней части дерева (штамбе и скелетных ветвях и корнях) происходит основной прирост (сухой) массы дерева, а в концевых частях дерева (на периферии кроны и корневой системы) происходит основной массо-энергетический обмен и прирост потенциальной (химической) энергии и ее носителей – генеративных образований. (Последнее наиболее сильно выражено у старых деревьев, у которых вся листва вынесена на периферию кроны). Рис. 3в.
Прирост толщины ветвей происходит по наружному диаметру в первой половине сезона, нарастая за счет увеличения толщины слоя камбия; а во второй половине внешний размер ствола и ветвей остается неизменным, но зато начинает увеличиваться толщина (и соответственно диаметр) древесной части ствола (и веток). При этом толщина слоя камбия уменьшается до минимума (так «вызревают» ветви, подготавливаясь к зимним невзгодам). Рис. 7б.
В сечении корней в то же время происходит обратная картина: в первой половине сезона внутренний диаметр слоя камбия, равный диаметру древесной части корня, «догоняет» внешний диаметр корня, который в этот период остается неизменным. А во второй половине сезона уже «древесный» диаметр остается постоянным, зато начинает быстро нарастать слой камбия и вместе с ним толщина (и наружный диаметр) корня. Рис. 7 а.

Важные примечания.
1. Вышеприведенные результаты и рассуждения относятся к «условному» дереву, принятому в качестве реального аналога предложенной физической (колебательной) модели, которое имеет ограниченную длину сверху и снизу; и у которого весь прирост зеленой массы идет на увеличение толщины слоя камбия (его «набухание»). В реальном дереве, с неограниченной высотой и глубиной, приросты зеленой вегетативной массы на периферийных элементах дерева будут направлены в первую очередь в длину – в соответствии с апикальным законом развития ветвей, и проявляться в виде приростов молодых зеленых образований (веток, листьев, завязей плодов).
2. В условном дереве предполагается также, что вся сырая перемещаемаямасса (соков) находится в слое камбия, который расширяется пропорционально количеству содержащихся соков данном сечении. На рис. 6 такой условный слой «камбия» заштрихован зеленым цветом. В реальном дереве сокодвижение происходит во всех волокнах древесной части ствола, а камбий представляет собой всего лишь тонкий слой между живой древесной частью ствола и сухой отмершей корой, в котором происходит прирост дерева в толщину (сначала происходит внешний прирост «зеленых» вегетативных тканей, а затем преобразование их изнутри слоя в древесные) .

5. Формирование «колебательных» свойств реального моделируемого биообъекта «дерево», (позволивших перейти к его рассмотрению и изучению при помощи колебательной модели-аналога) обусловлено таким природным фактором, как вращение Земли вокруг Солнца при наклонной оси собственного вращения. Именно последнее обстоятельство приводит с циклической смене климата в течение года, от условий, вполне благоприятных для жизнедеятельности растений, до экстремальных, на пределе их адаптационных возможностей по выживанию. В результате многих миллионов лет адаптации дерево смогло выработать собственный механизм приспособления к изменяющимся условиям климата и суровым условиям зимнего периода (и экстремальным «выбросам» летнего), заключающийся в приобретении «колебательных» свойств (описанных выше), обеспечивающих огромные преимущества в борьбе с окружающей стихией (включая биологических конкурентов). В частности, «колебательный» механизм приспособления позволил стать дереву многолетним растением (со всеми его преимуществами).

А проявляется этот «колебательный» механизм у дерева в том, что оно имеет генетически заложенную способность заранее и постепенно перестраиваться под внешние, «известные» ему изменения климата. Если выражаться техническим языком, оно имеет собственную резонансную частоту, совпадающую с частотой внешнего природного воздействия, что позволяет ему усиливать (накапливая) положительные воздействия внешней среды, и одновременно отфильтровывать негативные воздействия (пропускать зимний удар климата «через себя» с минимальными потерями). В этой замечательной адаптационной способности колебательной системы, как элемента организованной материи, заключающейся в способности кардинально (иногда полярно) изменять свое состояние (от полного напряжения сил и до полного «расслабления», покоя; и/или от максимально динамической формы существования до статической) и есть ее огромные и бесспорные преимущества перед «линейными» или «апериодическими» элементами материи, позволившие ей стать основой для возникновения жизни.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Автор сознает, что данная работа настолько же спорна, насколько и «сыра», если подходить к ней с высокими мерками профессионалов в каждой из упоминающихся областей знаний: биологии и физиологии растений, садоводства, физики и пр., поскольку по профессии он всего лишь инженер, а в садоводстве - самоучка. Тем более, что это всего лишь первый печатный вариант, (хотя черновые рукописи написаны лет 15 назад и автор пользовался пониманием процессов, которые давала эта модель, все эти годы в своей практической работе). Однако, если без ложной скромности, он не сомневается, что здравое зерно в этой работе все же присутствует, также как и в самой идее физического моделирования процессов массо-энергетического обмена в плодовом дереве между его элементами в течение сезонного вегетативного цикла. И его главной целью является привлечение внимания к вопросу моделирования биообъектов специалистов и ученых аграриев.

Никаких «научных открытий» и даже сложных экспериментов автор не делал, он просто обобщил данные по развитию растений, почерпнутые им из книг по садоводству и биологии в пределах – максимум - вузовских учебников и исследований ученых-аграриев, а затем попытался подобрать соответствующую физическую модель-аналог, позволяющую изучать (и глубже понять) суть происходящих в исследуемом объекте (дереве) обменных процессов - массой и энергией между его элементами - без трудоемких, дорогих и требующих большого времени практических экспериментов. В частности, исследование функционирования биообъекта «дерево» с использованием нескольких физических моделей (электрическая, механические), основанных на разных физических принципах действия, позволяет выйти на новый уровень обобщения разнообразных явлений природы и подойти к пониманию процессов возникновения жизни в результате развития материи.

Никаких математических или физических сложностей в изложенной примитивной модели аналоге (в виде электрического контура) на первом предложенном уровне рассмотрения - практически лишь качественного или относительного – нет, поэтому она без проблем может быть принята к работе агрономами или преподавателями. От них пока требуется лишь общая проверка правильности данной «временной» модели на предмет выявления грубых принципиальных ошибок в «биологической» ее трактовке, поскольку физические принципы функционирования собственно электрической модели (контуров и пр.) - в качестве колебательной системы, иллюстрируемые приведенными графиками, несомненны.
Хотя в последующем, при более глубоком изучении «временной модели» с целью уже количественных расчетов параметров дерева, (таких как запасы массы и энергии в разные моменты времени в разных элементах дерева; приростов сырой и сухой древесины в разных его сечениях в разные фазы сезонной вегетации; изменения периода собственных колебаний над- или подземной частей дерева в результате сильной обрезки ветвей или корней; и др.), придется хорошо поработать, чтобы нарастить «мясо» биологических данных на физический остов данной упрощенной модели.

Например, чтобы выявить, сколько «сухих» веществ содержится в «сырой» («зеленой») массе и в древесине (в разных фазах вегетативного цикла), и какова концентрация растворов соков. Сколько энергии удаляется из дерева при его обрезке в то или иное время сезона, и какова ценность удаляемой массы ветвей – или корней - в их разных частях в зависимости от удаленности их от концов дерева и от его основания, а также оснащенности листвой, почками или плодовыми образованиями. Какова энергетическая «емкость», или химическое содержание энергии (калорий) в сухих веществах камбия (зеленой высушенной массы) и древесины в разных сечениях дерева и на разном удалении от сердцевины. Сколько воды участвует в условном (принятом в модели) массо- и энерго- обмене корней и кроны – т. е. в циркуляции вещества и энергии в дереве в течение сезона. Каков к. п. д. процессов фотосинтеза и преобразования массы в энергию и обратно. Как все эти и многие другие параметры деревьев различаются по сортам и видам культур, для деревьев разной силы роста и типов подвоев, в разных климатически зонах и мн. др. Определение этих параметров реального дерева и численного их соответствия с параметрами модели позволит вплотную подойти к количественному моделированию этих процессов и выявлению влияния агротехнических мероприятий - в различных фазах сезонного цикла развития дерева - на его продуктивность.

Если автору удалось заинтересовать читателя и привлечь внимание специалистов к вопросам моделирования как способу изучения биообъектов типа плодовых деревьев, а также помочь начинающим садоводам и студентам в более быстром усвоении материала по данным вопросам и в практическом его применении – автор будет считать поставленную перед собой задачу выполненной.

Абакумов Александр Петрович. 4 апреля 2006 г. д. тел. 8 499 200 – 58 -44,
8 499 200 62 31 (зима) (

127572, Москва, ул. Череповецкая, д. 5/14, кв. 139. т. 8 919 722 60 97, 8 916 018 05 41