О ФИЗИКЕ КУЛЬТУРЫ ПЛОДОВОГО ДЕРЕВА

Часть 1. О ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКОМ ОПРЕДЕЛЕНИИ УРОВНЯ КУЛЬТУРЫ

 ПЛОДОВОГО ДЕРЕВА

Владлену Викторовичу Лебедеву, моему главному учителю в технике и в жизни,  посвящается.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Что заставило меня взяться за эту работу и тему – о физических основах культуры плодовых деревьев, а также разных проявлениях культуры в Жизни, в объектах и процессах?

Отвечаю – крайняя важность, «сердцевидность» понимания этой темы для Жизни вообще, и для современного российского общества, в частности. Поэтому мне поневоле пришлось коснуться в работе и других проявлений культуры в жизни, в поисках аналогий (от общественных систем до технических устройств, в частности) для лучшего понимания, по аналогии, смысла культуры применительно к многолетнему плодовому дереву – венцу растительной природы, что является главной темой статьи, «красной нитью» проходящей через всю работу (разбитой условно на четыре части, для удобства работы читателям в Интернете, со сквозной нумерацией разделов).

А начальным побудительным толчком для обдумывания этой темы стал вопрос: «А что такое культура - применительно к плодовому дереву, любому растению, и как ее понимать?» - после прочтения, весной 2011 года, книг по садоводству, со ссылками на труды и мысли И. В. Мичурина, русского народного гения садоводства, о создании новых «культурных» сортов плодовых культур, для нашей необъятной по пространствам и сильно различной по природно-климатическим поясам России.

Слово «культура» давно используется к искусственно создаваемым сортам растений в улучшенными параметрами, как антиподам, противостоящим «дичкам» - исходным формам, участвующим в селекции, взятыми из «дикой» природы. Есть сорта «полукультурки», «среднекультурные» и «высококультурные», отличные по степени отдаленности от «диких» исходных форм. И. В. Мичурин пытался найти возможность и способы определения  культурных растений по  внешним признакам, (форме и конструкции веток и листьев, расстоянию междоузлий, другим физическим и физиологическим признакам и т. п.),  что позволило бы выделять наиболее  культурные из них и определять их уровень культурности, на ранних стадиях развития растения и селекции (даже в саженцах однолетках). Он,  нашел и дал такие определения параметров, характеризующих высокую потенциальную культурность плодовых деревьев, которыми на практике садоводы и селекционеры пользуются и поныне (толстые короткие ветки, с близкими междоузлиями листьев и др.). [Однако до четких физических определений «культуры» растений он, естественно, не мог в то время дойти, и, тем более, до создания расчетных моделей (позволяющих например, определять конечные важнейшие параметры плодового дерева – его продуктивность/урожайность и выносливость, к различным негативным воздействиям среды, по первичным его параметрам – конструктивным, биологическим параметрам, элементов или всего дерева и его физиологическим параметрам, в функции от времени года.) Хотя и сейчас, думаю, мало кто из садоводов практиков допускает их потребность или, тем более, необходимость.]

Помимо этого, завершающего толчка к данной работе, меня подтолкнула к ней также назревшая необходимость понять, для дальнейших моих работ в садоводстве, по моделированию в частности, физический смысл понятия «культура», чтобы математически рассчитать ее величину. Потому что я стал сомневаться, что понятия/параметры «интенсивность» (основного, используемого для определения конечной цели при селекции и оценке сортов, а также развития всего современного садоводства) и «культурность» дерева совпадают.

 Поэтому и возникла острая необходимость создания физической модели «культурности» плодового дерева, позволяющая найти ее точный физический смысл и рассчитывать этот параметр количественно, с использованием математики, ибо наука начинается только там, где начинается количественный расчет параметров, и возможность их прогнозирования, на основе найденных законов поведения объектов.             

***

О ФИЗИКЕ КУЛЬТУРЫ ПЛОДОВОГО ДЕРЕВА

ОГЛАВЛЕНИЕ

Общее к четырем частям работы

Часть 1. О ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКОМ ОПРЕДЕЛЕНИИ УРОВНЯ КУЛЬТУРЫ

 ПЛОДОВОГО ДЕРЕВА

        Предисловие ......……………………………………….………………………………....... с.1

         Оглавление …………….……………………………………………………………………. с.2

1. Введение. Три «закона Абакумова в садоводстве» ……………………………………….. с.3

1.1. Первый закон Абакумова - для определения эффективности «идеальной» кроны плодового дерева………………………………………………………………………………………………..с.4

1.2. Второй закон Абакумова – для определения эффективности «реальной» кроны

плодового дерева …………………………………………………………………………………. с.6

1.3. Третий закон Абакумова – для определения уровня культуры сложного объекта (плодового дерева в том числе) ……………………………………………………………………………….…… с.8

1.4. Формулы для определения уровня культуры объекта или процесса …………………………………… с.9

1.5. Пример технического устройства – дисплея – для пояснения определения

его параметра «уровень культуры» …………………………………………………………. с.13

2. Теоретическое приложение.

2.1. Простейшая колебательная модель биообъекта – электрический контур ………….… с.14

2.2. Определения и способы нахождение параметра «добротность» контура ……………. с.15

2.3. О культуре сложных систем ……………………………………………………………… с.16

2.4. Пример сложной технической системы – антенной решетки – для пояснения

 понятия культура ……………………………………………………………...………… с.18

2.5. Моделирование антенной решетки как аналога плодового дерева ……………….… с.19

2.6. Физический смысл понятия «культура» ……………………………………………...... с.20

3. Какая необходимость во введении физического определения понятия «культура» в садоводстве…………………………………………………………………………………………. с.22

4. О культуре плодового дерева в физической трактовке …………………………………….... с.23

5. Практические методы определения уровня культуры конкретного плодового дерева … с.32           

5.1. Как определяют качество сорта плодового дерева сейчас профессионалы? ………… с.32

5.2. Как предлагается определять параметр «уровень культуры» плодового дерева? ... с.32-38

Часть 2. РАЗНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ И ПРОЯВЛЕНИЯ КУЛЬТУРЫ В ЖИЗНИ

6. Другие определения и проявления культуры в жизни, для технических устройств

 и биообъектов ……………………………………………………………….……………... с.1

7. Определения культуры для человека – как отдельного биообъекта и как для  элемента социума ……………………………………………………………………………………………. с.6

8. Физическая «культурность» человека как независимого биообъекта (организма) и как элемента общественной системы ……………………………………………………………………….…… с.9

9. О «культурности» процессора и всего переносного компьютера (ноутбука) ………….... с.11                            

10. Четвертый закон Абакумова ……………………………………………………………….… с.14

11. Некоторые выводы из приведенного сравнительного рассмотрения вариантов

многоядерного процессора, а также из «четвертого закона Абакумова»……………………… с.15

12. Применение «четвертого закона Абакумова» к садоводству …………………….……… с.16

13. Определение параметров культурность, продуктивность и экономичность – на единицу произведенной продукции и на всю продукцию за один цикл (годовой урожай) …………………………………………………………………………………………………….…. с.18

14. Направления развития садоводства – экстенсивное и интенсивно…………………………... с.19

15. Какие деревья (яблони) культурнее – сильнорослые или карликовые? ……………...……. с.19

16. Объяснение действия «культурности» дерева, приводящее к увеличению его 

качественных показателей ………………………………………………………………………...… с.23

17. Пути развития садоводства и способы повышения «культурности» садов ………………… с.28

Часть 3.  О РОЛИ ЭКОНОМИЧНОСТИ В КУЛЬТУРНОСТИ

18. О важном значении множителя «экономичность» в параметре «культурность» биообъекта ………….………………………………………………………………………………………………. с.1

19. Немного теории, философии, о цели жизни и связи ее с культурой …………………..……. с.3             

Примечание, для пояснения вездесущности физики в жизни ……………………………….…….. с.5

20. Зачем нужен и что дает спектральный анализ при оценке уровня культуры плодовых деревьев? ……………………………………………………………………………………...…………. с.8

21. Рассмотрение и определение оптимальных по уровню культуры крон с физических

 позиций – с помощью спектрального анализа в области пространственных частот…………. с.17

22. Расчет пространственных периодов Lo, как функции от места расположения роста       

в кроне и наклона ветви. «Формула Панарина» …………………………………………… с.19-25

Часть 4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО КУЛЬТУРЕ ПЛОДОВЫХ ДЕРЕВЬЕВ

23. Заключение. Выводы ……………………………………………………………………………… с.1

24. Краткое резюме о физике культуры и обобщенные итоги работы ………………………….. с.11

25. Послесловие …………………………………………………………………….………….…….. с.25

1. ВВЕДЕНИЕ. ТРИ ЗАКОНА АБАКУМОВА. 

   Данная статья – одна из цикла статей по данной тематике – «О культуре» в Жизни, (в разных ее областях, не только в садоводстве.) Эта тема представляется мне, в последнее время - не просто чрезвычайно важной, но самой важной для понимания каждого человека, поскольку физическое понимание смысла понятия «культура» - в разных областях человеческой деятельности - является ключевым для выбора цели и модели жизни Личности и общества в целом (только человек, живущий сознательно, является Личностью).  Поэтому в последний год она (эта тема) меня мучает более всего, особенно после прочтения цикла книг по садоводству этой весной - 2011 года, со ссылками на труды В. И. Мичурина, нашего отечественного гения садоводства, который ставил целью выведение культурных сортов плодовых деревьев для северной российской зоны. В частности, он искал и предложил признаки высокой культуры у растений, которые бы, например, позволяли определять уровень культуры растения на самом раннем этапе развития – в саженце однолетке, что позволило бы быстрее и эффективнее вести селекцию и выведение новых перспективных сортов, получаемых на основе скрещивания известных с нужными параметрами.

Тогда, после прочтения этих книг, я глубоко задумался, а как действительно физико-математически определить понятие «культура» применительно к многолетнему плодовому дереву, «царю растительного мира», (с более простыми однолетними растениями много проще). Мне это было крайне необходимо для моделирования плодовых деревьев с целью расчета их эффективности (удельной продуктивности) по сортовым биологическим параметрам дерева – ведь для того, чтобы выводить новые сорта, надо знать цель, к которой стремиться, а это значит физически (качественно) и математически (количественно) определить понятие «культура» для плодовых деревьев.

Когда я «окунулся» в эти размышления,  «поиски смысла» понятия «культура» – для плодовых деревьев (и не только) – то очень долго, более полугода, фундаментально путался в этом вопросе, не понимая разницы понятий «эффективность» (плодового дерева) и его «уровень культуры». Первое понятие я ввел уже более 10 лет назад, когда сумел подобрать модель для расчетов удельной продуктивности (я ее тогда назвал «эффективностью») кроны плодового дерева, в зависимости от ее формы, размеров и сортовых параметров дерева.

Затем многие годы успешно пользовался в своих расчетах и практических работах данными того моделирования, введя два т. н. «закона» для определения эффективности кроны дерева - «идеальной» (упрощенной и без учета собственных «внутренних» потерь) и реальной (учитывающей внутренние физические потери при сокодвижении – в процессе массо-энергетического обмена в дереве - в зависимости от высоты и формы кроны, а также биологические параметры сорта).

Однако теперь пришла пора и необходимость разобраться с физическим содержанием понятия «культура», и ввести параметр, определяющий ее количественную величину. Мы его назвали «уровень культуры», Ук, или, сокращенно, «культурность». Настоящая работа как раз посвящена объяснению этого параметра, с физических позиций - причем не только для садоводства и плодовых деревьев, но и применительно для разных областей жизни, для более полного сравнительного понимания того, что такое культура и ее значение в Жизни.

                                               1.1. ПЕРВЫЙ ЗАКОН АБАКУМОВА -

для определения эффективности «идеальной» кроны плодового дерева

Первый «закон» позволял упрощенно определить «коэффициент жизненной силы» (Кжс) любой кроны дерева, для так называемого «идеального дерева». (Функционирующего в идеальных условиях – без учета внутренних физических потерь, определяемых  конструкцией кроны и, связанных, прежде всего, с преодолением сил притяжения Земли, а также внутреннего «сопротивления» сосудов дерева перемещению соков. Здесь также не учитывался отдельно сортовой фактор экономичности процесса биосинтеза в листовом аппарате дерева, «биологический» параметр). Кжс - это чисто «конструктивный» параметр кроны дерева. Он записывался следующей формулой (1):

Кжс = площадь листового аппарата кроны / массу (лучше сухую) дерева.         (1)

 Эту простую формулу, для определенности,  я условно (нахально) назвал «Первым законом Абакумова» в садоводстве. Математически, с помощью введенных обозначений, он записывается так (см. мою работу по моделированию крон «Коммунистические принципы интенсивного садоводства», на этом сайте):

     Кжс =  S кр /m кр         (1)

Где:

 S кр – общая площадь листового аппарата кроны (или площадь проекции кроны, в упрощенной модели, учитывающей получение энергии деревом только через прямое солнечное облучение, без учета переотраженного света и теплового всенаправленного облучения);

m кр – масса кроны дерева (или всего дерева, в сумме с корневой системой - массу которого примерно можно считать равной в два раза большей). Эту массу удобнее всего рассчитывать по параметрам дерева зимой, когда скелет его голый (или просто оценивать «на глазок»).  И, наверно, лучше было бы оценивать сухой массой (без наполнения жидкостью соков сосудов), однако, в связи с трудностью этого, можно вполне обойтись и учетом массы в сыром виде, поскольку качественное содержание формулы от этого не меняется.

Поначалу я его называл «вторым законом Ньютона» в садоводстве, он ему близок по физическому смыслу и форме записи, поскольку S кр пропорциональна получаемой энергии от солнца, а значит – силе (электродвижущей), и тогда Кжс приобретает смысл ускорения – в данном случае скорости прироста массы дельта m кр за год:       Кжс = дельта m кр / m кр (для простоты считаем только прирост массы кроны, предполагая корневую систему симметричной и равной по массе).

Более верно учитывать не прирост массы (сырой тем более), а прирост «энергетической массы» (понимаемой как содержащейся в массе энергии – химической в основном). Тогда смысл формулы (1) можно трактовать как величину, обратно-пропорциональную КПД биосинтеза по преобразованию энергии облучения (солнечного в данном случае) в энергию дерева, в целом.

При всей своей простоте закон позволяет иметь правильные ориентиры для оценки деревьев по их кроне и, соответственно, для ее формирования  наиболее эффективной. А именно, показывает, что крона должна быть максимально облиственной и равномерно заполненной, компактной, (не иметь оголенных скелетных веток и удаленного листового аппарата). А также быть минимальных размеров  - поскольку ее эффективность падает обратно-пропорционально линейным  габаритным размерам кроны – т. н. «геометрический фактор»  1/h - ибо площадь поверхности листового аппарата – или проекции кроны – возрастает во второй степени от ее размеров, а масса дерева – в третьей. (Пусть с различными постоянными коэффициентами для разных форм крон, но в данном случае это не важно, а значение имеет только отмеченная общая переменная зависимость для всех видов крон.). Таким образом:

 Кжс = пропорционально = 1/h              (1а)  

  где   h – высота дерева;   1/h  - «геометрический фактор».

1.2. ВТОРОЙ ЗАКОН АБАКУМОВА

для определения эффективности «реальной» кроны плодового дерева

Второй «закон», который я условно назвал «Вторым законом Абакумова», служит для определения реальной эффективности  (эквивалентной в модели плодовой удельной продуктивности) кроны (любой типовой) в зависимости от ее конструктивных (естественных и искусственных – высоты, формы кроны дерева) и сортовых параметров,  уже с учетом внутренних физических потерь, (обусловленных преодолением сил притяжения земли и сил «трения»/ «сопротивления» для перемещаемых соков в сосудах дерева). Этот закон имеет вид:

К эф = К жс х Кб х Кф х (1/ho –ho) =примерно

 =  Кжс х Кб х Кф х (1/2h) х h крит                              (2)

Где:

Кжс – коэффициент жизненной силы «идеального» дерева (любого сорта, это итоговый  конструктивный параметр), найденный по формуле (1);

Кб – коэффициент коэффициента полезного действия (КПД) биосинтеза - для листьев дерева данного сорта, биологический - физиологический сортовой параметр,  который интегрально на практике отражают такие параметры сорта, как плотность листа (отношение его площади к массе, или только черешка; нормальное внутреннее осмотическое давление в пиковых состояниях – которое характеризует эффективность - экономичность обменных процессов), плотность древесины, плотность расположения листьев (почек), или расстояний междоузлий; удельный вес плодовой древесины или плодовых образований в общей массе дерева, (вместе с ростовой массой) и прочие.

Заметим, что максимальный коэффициент жизненной силы для любого сорта дерева есть этот параметр, найденный для минимального размера дерева, равного его одному листу:

К жс макс = S л /m л              (3)

где S л  - площадь листа, а m л – масса листа, в модели предполагалось, что вся масса листа сосредоточена в черешке, а листовая пластинка – невесома). К жс макс – это тоже сортовой параметр, который прямо связан с параметром Кб.

 (1/hо – hо) = примерно = 1/2hо =1/2 х (h крит/ h)= 1/2 (h/ h Крит)                              (4)

– безразмерный параметр, показывающий примерную степень (скорость) падения эффективности дерева в зависимости от его высоты (для молодого растущего дерева, у которого высота еще существенно меньше, чем предельная – «критическая» h крит; а точно отношению         1/2hо эта приближенная формула записи соответствует при hо=0,7 h крит, т. е. как раз примерно для взрослого дерева в пике активного возраста плодоношения). (Здесь, в этом выражении, параметр относительной высоты hо  измеряется в относительных величинах от «критической» высоты дерева  h крит, так что это – величина  hо – безразмерная.)  Как видно из этой формулы, по мере приближения к некоторой критической величине высоты дерева для данного сорта h крит, когда оба слагаемых формулы сравниваются, дерево перестает расти в принципе (имеет место т. н. «пороговый эффект»).

h  - высота дерева в метрах.

hо – относительная высота (кроны) дерева, выраженная в величинах (долях от) h крит.

h крит  - критическая высота естественной кроны дерева данного сорта, биологический параметр, когда внутренние потери энергии в дереве сравниваются со всей получаемой (и усваиваемой) деревом энергией, КПД его – в целом - становится равным нулю, и рост дерева прекращается.

h ол - относительная высота дерева, выраженная в величинах h л (размерах листа).

h л – «высота» (длина, ширина, линейный размер) листа, или черешка листа (в модели форма листа принята условно прямоугольной, и каждая сторона – длина и ширина, равными длине черешка).

Заметим, что величину h крит в ф-ле (4) можно заменить величиной h л (высота /длина/ листа, или черешка листа), тогда формула-параметр (4) также останется безразмерной, и зависимость падения эффективности кроны от высоты сохранится, но численное выражение параметра «эффективность кроны» изменится,  ибо будет в величину h крит / h л раз больше. Первое выражение записи формулы (4) - через h крит -  представляется удобнее, и физический смысл его более полезен (как и его меньшая величина удобнее для расчетов и нагляднее, поскольку связывает эффективность /продуктивность/ дерева с его реальными размерами). Поэтому предлагаем его использовать в качестве основного. Однако второе выражение ф-лы (4), через  h л, иногда бывает удобнее, поскольку может быть полезнее для детальных математических расчетов кроны, и к тому же параметр h л  легче и непосредственно измеряется, прямо на молодом саженце, чем параметр h крит, для определения которого требуется испытать – и притом статистически – уже взрослые деревья данного сорта (примерно 15 летние), у которых проявятся признаки старения и естественного замедления роста.

Кф – коэффициент формы кроны дерева.

Прим. Кф был  рассчитан предварительно для различных форм крон – объемных полусферических, линейных (упрощенных колонновидных), уплощенных полудисковых и прямоугольных (для плодовых стенок), приземленных дисковых, наклонных уплощенных (при нормированной массе кроны). Его численная величина сильно зависит от формы кроны (при равной высоте или линейных габаритных размерах кроны, например - при горизонтальном ее расположении, как у радиальной приземленной), и находится в пределах от примерно 0,25 для объемной кроны до 2 – для линейной одномерной (для саженца однолетки). [В упрощенной модели, учитывающей только прямое излучение точечного неподвижного источника - солнца. А также в предположении избыточного «перенасыщенного» солнечного освещения и тепла, т. е. энергии, поступающей из внешней среды, и избыточного плодородия почвы, с учетом влаги и хорошего ухода, т. е. избыточных внешних «высококультурных» условий, обеспечивающих, без ограничений, энергией все листья кроны, при их максимально плотном заполнении (ее проекции), и массой питательных веществ все мелкие всасывающие корешки, при их максимально плотном расположении у сорта подвоя, перекрывающими всю зону почвы под деревом. Заметим, что для более бедных внешних условий, «малокультурных», малонасыщенных теплом, освещением для кроны и питательными веществами для корневой системы – картина кардинально может измениться в пользу «больших», более «культурных» деревьев – но это уже другая тема - моих последних работ, где новых моделей и точных расчетов не приводится, из-за их сложности.] (См. мои предыдущие работы по садоводству, где приведена таблица   Кф для различных типов крон, начиная с работы «Коммунистические принципы интенсивного садоводства», где рассмотрена «пространственная модель» кроны, по которой проводились расчеты.).

Данный закон («второй Абакумова») позволяет учесть по отдельности вклад разных факторов в итоговую величину параметра «эффективность» кроны данного реального дерева, а именно:

- фактора биологической эффективности сорта;

- фактора размеров (габаритных) дерева  - естественно или искусственно сформированного, (первый фактор – размер естественной кроны - тоже биологический, сортовой);

- фактора формы данного дерева (опять же естественной или искусственной).

Такое разделение «мух от котлет» - различных по природе факторов, влияющих на эффективность (продуктивность) отдельного дерева, представляется чрезвычайно важной при оценке сортов и, естественно, при их селекции в заданных направлениях.

Кроме того, закон позволяет провести сравнительную оценку эффективности крон различных типов, в зависимости от их формы (при равных, «нормированных» высотах /иногда при  максимальных линейных размерах/, или при равных массах). Что я и сделал, рассчитав таблицу «коэффициентов формы» для крон разных основных типов (см. далее).

(Прим. Я не претендую на точность этих расчетов – хотя в приближенном виде в них не сомневаюсь и ими пользуюсь на практике много лет, но главная моя цель – всего лишь обозначить подходы к моделированию в садоводстве и вызвать к нему интерес).

1.3.  ТРЕТИЙ ЗАКОН АБАКУМОВА -

 ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УРОВНЯ КУЛЬТУРЫ СЛОЖНОГО ОБЪЕКТА

(ПЛОДОВОГО ДЕРЕВА В ТОМ ЧИСЛЕ)

Однако, когда я начал искать численный параметр для измерения уровня «культуры» плодового дерева, только как его «экономичности», то оказался в большой «яме», потому что все мои прежние формулы и рассуждения при их обосновании «поплыли» и стали негодны, т. к. начали противоречить, (с точностью до наоборот), понятию «эффективность» - с позиции жизненной «интенсивности» (смысл которой рассмотрен и используется в приведенных выше  законах - «первом и втором Абакумова»). Так, если представить, что смысл жизни (и культуры, как ее цели и проявления) заключается только в повышении экономичности существования, то мы приходим практически к смерти биообъекта (в смысле «летаргическому сну, с возможностью «пробуждения») – т. е. доходим до отрицания главного принятого определения жизни как «вечного движения» (максимально интенсивного, предполагается)! (Наверное, также, как геометрия Евклида не могла объяснить более сложные явления, описываемые геометрией Лобачевского – простите за нескромное сравнение, но потом увидите, что оно довольно уместно, так как когда почти через год, в конце концов, я все же - примерно - разобрался с физическим содержанием понятия «культура», то сумел в него «втиснуть» прекрасно и понятие «эффективность», и понятие «экономичность», - в моих данных определениях).

Короче, пришлось основательно помучиться почти с год, но зато теперь я «выстрадал свое счастье» и разобрался, как противоречиво и едино одновременно состоит из двух полюсов, физическое содержание понятия «культуры» объекта (как и самой Жизни, носителем, проявлением, характеристикой и концентратом которой она является) - с одной стороны находится его количественное начало, а с другой – качественное. Находясь в диалектическом единстве и в борьбе противоположностей.

Обе эти характеристики объекта («эффективность» - процесса или объекта /по использованию времени и пространства/ при его максимальной интенсивности и «экономичность» - при его минимальной интенсивности /в том же времени и пространстве/– в равной степени необходимы для его оценки степени «культурности» (величины уровня культуры). Первая определяет предельную (максимальную, пиковую) интенсивность/мощность жизненных (то есть любых детерминированных) процессов в биообъекте (или техническом устройстве) Рмакс, а вторая – экономичность Э (или его предельную выносливость В), понимаемую как минимально допустимую интенсивность/мощность процессов жизнедеятельности (или работы, функционирования устройства) Рмин (где Р – латинская буква для обозначения мощности, обычно используемая в технике).

Первая – интенсивность - отражает количество жизненной энергии (попросту – Жизни) в единице времени и пространства - занимаемого объектом (фактически вне зависимости от экономичности этого процесса по использованию массо-энергетических ресурсов), т. е. степень концентрации Жизни. А вторая – экономичность – отражает эффективность использования массо-энергетических ресурсов (объектом, биообъектом), и /через формулу КПД=f(Q), см. далее/, коэффициент полезного действия КПД объекта по преобразованию первичных (хаотичных) массо-энергетических ресурсов в организованные массо-энергетические ресурсы «жизни», или, попросту – в Жизнь (уже вне прямой зависимости от концентрации во времени и пространстве такого процесса или объекта, его совершающего, поэтому эта экономичность обычно достигается за счет увеличения использования свободных имеющихся ресурсов по пространству и времени).

Первая составляющая характеристика «культуры», (компонента параметра «уровень культуры») – максимальная интенсивность (мощность процесса, объекта Рмакс)  - проявляется в наибольшей степени и является главной характеристикой объекта в начальный («переходной») период возникновения жизни или процесса, (когда для «победы» - сложного объекта – в окружающей среде подобных, важна быстрота, скорость «выхода на режим»  - для того чтобы захватить первым у окружающих ресурсы для развития – пространство, энергию и массу; а не его экономичность.) Например, в начальные периоды роста дерева или разгона автомобиля. В первом случае мощность/интенсивность его процессов определяет минимальное время роста дерева до уровня достижения зрелого плодоносящего возраста, или его скороплодность. Во втором – время ускорения автомобиля до «крейсерской» скорости, нормальной, на трассе (в технических характеристиках на автомобиль обычно приводят время разгона до 100 км в час). Графически это соответствует переднему и/или заднему фронтам трапециидального «импульса жизни/функционирования»,  отражающим способность объекта к ускорению или замедлению.

1.4. ФОРМУЛЫ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УРОВНЯ КУЛЬТУРЫ ОБЪЕКТА ИЛИ ПРОЦЕССА

В результате я вывел (пусть только для себя, если другие уже знали), занимаясь моделированием в области интенсивного садоводства, формулу для определения уровня культуры Ук физического объекта (в том числе биообъекта, вроде плодового дерева) или процесса, как произведение его пиковой мощности Рмакс (максимальной интенсивности действия, в активный период, без учета экономичности расхода массы и энергии) на экономичность Э в пассивный период (выносливость В) (величину, обратную минимальной мощности Рмин, достаточной для обеспечения жизнедеятельности объекта - требуемой для поддержания работоспособности объекта в  периоды пауз, отдыха, бездействия – отсутствия работы во вне, на «внешнюю нагрузку»  - т. е. в режиме «холостого хода») – вне учета затрат пространства и времени (и пропорциональных им пиковой достижимой мощности Рмакс – в модели - при фиксированном параметре «уровень культуры» Ук). 

Прим.1. Очень важно. Здесь под экономичностью понимается только расход энергии (и, косвенно, массы, как ее промежуточного состояния), но не расход пространства и времени – двух других физических ресурсов, участвующих во всех процессах природы, среди имеющихся четырех:  массы, энергии, пространства и времени. Поэтому, естественно - в таком понимании и трактовке «экономичности», что для повышения своей экономичности «культурный» объект/процесс (при определенном фиксированном его «уровне культуры») будет стремиться максимально, использовать все имеющиеся ресурсы пространства и времени.

Например, то же плодовое дерево, оказавшись в условиях критического ограничения в массо-энергетических ресурсах (концентрации питания в почве и тепловой/световой энергии в пространстве кроны) будет стремиться к максимальному использованию временных ресурсов [растягиванию процесса развития (причем в большей степени именно развития, т. е. созревания, а не самого роста дерева в размерах, которое необходимо для использования «дармового» пространственного ресурса) во времени, и при  этом тормозя его (процесса) интенсивность]; а также пространственных ресурсов – за счет предельно возможного увеличения размеров отдельного дерева, как единой синергетически организованной биосистемы – при минимальной массе самого дерева и количестве его листьев (для данных условий и с учетом вступления с силу других физических ограничений, типа сил притяжения земли, квадратичного увеличения расходов энергии на распространение соков и кубического увеличения непроизводительной массы несущей конструкции - с линейным /пропорциональным/ увеличением размеров дерева). Так, например, выглядит дерево, растущее в глухом лесу - в тени других деревьев – оно имеет редкую крону максимальных размеров и затяжной период созревания.

Условно назвав эту формулу, для определения параметра «уровень культуры» Ук - «третьим законом Абакумова» (применимую не только к садоводству, о котором иногда пишу, - закон имеет общую силу для разных видов объектов и областей их использования, см. раздел 6.). Это первая (основная, общая) форма записи и трактовки этого «закона»: 

Ук = Рмакс х Э                       (8)

Параметр «уровень культуры» объекта (в соответствии с этой формулой) численно равен динамическому диапазону (коэффициенту «контрастности» К) его Жизни, или отношению его максимальной и минимальной мощностей функционирования при жизни (или в процессе работы), в активной и пассивной фазах: 

У к = Рмакс / Рмин = К                       (9)

Прим.2. Пример, по определению параметра «уровень культуры» плодового дерева. Это динамический диапазон в интенсивности процесса - у данного сложного (культурного) объекта - по выработке организованной энергии/массы (например, биомассы у плодового дерева), в единицы времени и пространства (в проявлении максимальной силы жизни): в пиках его активности, в течение сезонного цикла жизни (при t=1/4T  и t =3/4T),  и его интенсивностью в состояниях (моментах) покоя  (при t=0,  t =1/2Т и t=T).

Число (параметр) К физически равно числу различимых градаций энергии, обеспечиваемых данной системой, или ее параметру «сложность», понимаемая как число входящих в систему простых составляющих элементов (в данном случае «этажей» сигнала, по мощности).

Это вторая, (основная, энергетическая) трактовка и форма записи «третьего закона Абакумова» для количественного определения параметра «культура», выражаемого параметром «уровень культуры».

Физический смысл параметра К в  формуле (9) подобен широко используемому в радиотехнике отношению Рс/Рш (сигнала к шуму, по мощности, обычно принятой пиковой для сигнала, равной/обозначенной в модели как Рмакс=Рс, или, иногда, средней, (равной для «простых» одноконтурных систем, у которых скважность q мощностного процесса колебаний равна двум, и потому она в два раза меньше пиковой:   Рср=Рк=Рмакс/2),  обеспечиваемому приемной (обрабатывающей входной сигнал) системой. Отношению (Рс/Рш) определяющему ее (сложной системы) качество - как коэффициент «различимости», или превышения сигнала над порогом «чувствительности» приемной системы к входному воздействующему сигналу, обычно выражаемой минимальной обнаруживаемой мощностью сигнала Рмин, равной мощности собственных шумов Рш приемной системы в данной полосе (согласованной со спектром сигнала).

 Заметим, что для простейшей колебательной системы, состоящей из одного контура с добротностью Q, параметр   К = Рмакс/Рмин= Рс/Рш= 2 Q      (10)

Впоследствии я привел ряд других определений и проявлений параметра «культура» в разных областях жизни (см. их примеры в разделе 6 данной работы), полезных для более широкого понимания смысла понятия «культура» (я его и сам только «нащупывал», приближаясь к его пониманию на разных примерах из знакомых мне областей техники и жизни).

Однако, в конечном итоге (на данный момент), еще через три месяца размышлений, я пришел к выводу, что самым правильным (точнее - важным, исходным) количественным определением для параметра культура («уровень культуры» Ук) будет его нахождение аналогично параметру «добротность» для простейшей колебательной системы – электрического контура Q (или «базы»  для сложных сигналов, состоящих из N простых элементов, с Q=1): (см. п. 6…. , а также следующий раздел  ….). Другие предложенные формы записи для определения Ук (например, 8 и 9) лишь пропорциональны правильному его математическому значению, хотя и вполне отражают его физическую суть и часто даже более удобны для практических действий.

В некоторых возможных предложенных определениях/проявлениях Ук, (приведенных в разделе 6), он пропорционален величине параметра Q (например, 2Q), в других -  Q (в квадрате),  в третьих - Q (в степени 1/2), в четвертых – как функция Q, но во всех определениях Ук, как результирующей функции, параметр Q фигурирует как аргумент. Поэтому при расчетах параметра «уровень культуры» Ук для системы, в любых его удобных и используемых формах для различных применений (см. примеры в  разделе 6), необходимо все равно сначала определить параметр «качества», «сложности» – его «добротность» Q для колебательной («сложной») аналоговой системы или «базы»  N для импульсной/дискретной системы (физический смысл этого базового параметра,  Q, для колебательных  систем описан в следующем разделе 2 данной работы).

***

Итак, самая важная (хотя, возможно, и не самая строгая и верная) форма записи для Ук, среди всех перечисленных в разделе 6 и в данной статье его определений форма записи «третьего закона Абакумова» - по формуле (10), (для «простейшей» одноконтурной колебательной системы):

Ук=Q=Рк/Ра=(Рмакс–Рмин)/2Рмин =примерно =Рмакс/2Рмин=К/2                   (10)

где К = Рмакс / Рмин

(Прим. Данная форма записи, через параметры Рмакс и Рмин, приводится,  поскольку непосредственно определить амплитуду колебаний активной мощности Рк трудно, но более удобно пользоваться на практике, в том же садоводстве, относительными величинами Рмакс и Рмин = Ра – активная мощность «потерь»).

***

Для более сложных систем – условно – состоящих из нескольких контуров, каждый из которых обладает своей добротностью i, его уровень культуры будет определяться по формуле:

Ук слож = Q1+Q2+Q3+Q4 +… Qi                               (11)

Если у всех контуров сложной системы добротности равны, то общая сложность (уровень культуры всей сложной системы) составит Ук= N Q        (12)

(См. раздел «Теоретическое приложение», где поясняется физический смысл параметра «добротность» у колебательной системы «электрический контур», как отношение напряжений на реактивных элементах и активном – эквивалентном сопротивлении потерь; или, что тоже – как корень квадратный из отношения реактивной мощности, циркулирующей в контуре, к активной мощности потерь.)

1.5. Пример технического устройства – дисплея - для пояснения определения его параметра «уровень культуры»

Сравним по «культурности» два типа плоских экранов (дисплеев), ныне наиболее востребованных и популярных, производители которых насмерть бьются за захват «рынков» сбыта и прибыль: ЖК (жидко-кристаллические) и плазменные панели.

Первые – ЖК панели – работают «на просвет», у них ЖК цветной фильтр управляет яркостью ячеек (по каждому из трех цветов) путем уменьшения своей прозрачности, причем он работает в определенном – и ограниченном - окне (диапазоне) значений, скажем, К1=const. Поэтому, для того, чтобы повысить предельную яркость свечения переключаемого элемента (и экрана), требуется повысить и яркость свечения «черного» (рекордсмен по уровню максимальной яркости – европейская фирма Филипс, «последний из могикан» в Европе). И наоборот – если из ЖК экрана разработчики хотят выжать все возможности по контрастности (глубине передачи черного, что так ценится у «киноманов» и специалистов) – то они вынуждены несколько уменьшать максимальную яркость экрана (так делают большинство солидных фирм «брендов» - Панасоник, Сони и прочие.)   (Обманные методы искусственного повышения контрастности – т. н. «динамической», когда в зависимости от сюжета «интеллектуально» меняется яркость подсветки «пятна» в данном месте – не будем учитывать.).  Таким образом, «честный» физический параметр «контрастность» (отношение К = Ря макс/Ря мин) такой панели будет определяться ограниченной величиной контрастности прозрачности самих ЖК  фильтров, которая находится в пределах всего от нескольких десятков до нескольких сот.

Вторые – плазменные панели, работают по принципу прямого излучения элементов газоразрядного типа, что позволяет обеспечить практически нулевую яркость в режиме передачи «черного» (Ря мин). Поэтому величина контрастности у них (отношение К = Ря макс/Ря мин) может быть близка к бесконечности, благодаря малому знаменателю – несмотря на малую максимальную яркость свечения отдельных элементов. Которая к тому же сильно падает, когда включаются все элементы экрана сразу (у данной панели ограничена общая энергетика и она обладает повышенным энергопотреблением).

Яркость экрана можно мерить по одному элементу (Рмакс) или как среднюю по экрану (Рср), для «шахматного поля» (есть такая методика, когда светится половина элементов, а вторая передает уровень черного). По максимальной яркости плазма уступает не сильно, но вот по средней яркости – примерно в 3 раза для экранов 50 и более дюймов, и в 5 раз – при сравнении «малых» экранов, 42 дюйма (речь идет о современных экранах Full HD, полного ТВЧ, у которых малые размеры элементов; у экранов  плазмы формата HD Ready дело обстоит получше – там элементы в два раза крупнее по площади). Отсюда видно, что по первому важному «количественному» показателю – уровню яркости – явное преимущество перед ЖК экранами, особенно большое при относительно малых размерах (менее 50 дюймов). Более того, некоторое преимущество у ЖК экранов есть и по энергопотреблению от сети, которое сильнее проявляется при малых сравниваемых экранах (42 дюйма). Однако следует ли из этого однозначный вывод о преимуществах ЖК пере плазмой? И чем объяснить такую «непотопляемость» и популярность плазмы на протяжении почти уже 20 лет, несмотря на все потуги ее конкурентов ее ославить?

Ответ один: в ее большей степени «культуры», («культурности») – качественного, относительного, параметра, определяющего основные преимущества «плазмы». Это, во-первых, больший динамический диапазон передаваемого (воспроизводимого) видеосигнала, обеспечивающий его более точную передачу (по яркостному диапазону – контрастности, и по точности передачи полутонов). Во-вторых, выигрыш по точности передачи правильной «логарифмической» шкалы амплитудных градаций (амплитудной характеристики яркости). В-третьих – выигрыша по динамике передачи движущихся изображений, благодаря ее практически безынерционности для переключений видеосигналом. В-четвертых, по правильности цветовой передачи темных тонов, двух первых ступенек шкалы «черного» – не цветными, как это обычно бывает у ЖК, а чисто серыми. В пятых, у плазмы есть еще одно важное преимущество, о котором не любят вспоминать разработчики и сторонники ЖК экранов – абсолютно равномерная светимость экрана по всей его площади.

Но все же главный параметр, из преимуществ плазмы, и бесспорный – это ее высочайшая «честная» контрастность (физическая, а не искусственная «динамическая», как у последних ЖК панелей, за счет изменяющейся подсветки по полю экрана) - достигающая миллионов, т. е. один элементик («пиксель») может отличаться по уровню светимости в миллионы раз, между белым и черным.

 И это очень хороший пример, из техники, победы качества над количеством, культуры (контрастности) у плазмы перед яркостью ЖК-дисплеев.

2. Теоретическое приложение.

 2.1.ПРОСТЕЙШАЯ КОЛЕБАТЕЛЬНАЯ МОДЕЛЬ БИООБЪЕКТА – ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КОНТУР

Контур – есть пример простейшей («элементарной», «атомарной») колебательной системы, способной формировать одно колебание с определенной частотой. Её коэффициент «внутренней сложности» равен величине добротности контура Q, а «внешней сложности» (по отношению к более сложной системе, в которую он входит) - равен  единице (возможно – два, в другой интерпретации, где элемент сложности – один полюс, а не контур). Сложность всей «большой» системы («сложной», «молекулярной») определяется общим количеством входящих в нее независимых колебательных элементов – «контуров», которое называется «базой» сложной системы N. (В радиотехнике аналогом такой сложной системы является сложный фильтр, согласованный для приема с т. н. «сложным» сигналом с базой N, состоящим из набора соответствующих этим контурам гармоник).

Прим. В принципе, более правильным будет разложение параметра «сложность» (объекта или процесса), равного параметру «уровень культуры» - на две его составляющие: «внутреннюю» сложность, самих входящих элементов системы  Qi и «внешнюю», как системы, которую они образуют, определяемые ее «базой» N (суммы контуров, полюсов или простых элементов).

***

Для лучшего понимания смысла термина «культура» и наглядности определения параметра «уровень культуры» приведем пример простейшей модели биообъекта – колебательной системы (электрического контура), с помощью которой можно проиллюстрировать процессы сезонного энергообмена в плодовом дереве, у которого, как известно, имеют место циркулирующие потоки растворов питательных веществ (сокодвижение): то восходящие (в первой половине летнего сезона), то нисходящие (летнего сезона), изменяющиеся по синусоиде. Это позволяет их имитировать колебательным контуром в предлагаемой упрощенной модели (см. мою работу «Волновые процессы сезонного массо-знергетического обмена в плодовом дереве», на этом сайте).

Для наглядности представим графически процесс колебаний в функции изменяющихся  мощностей, на нагрузке контура - активной колебательной, «динамической» Рк и активной постоянной, Ра («подставка» под переменной функцией Рк). Первая, с амплитудой Рк, изменяются с удвоенной частотой f=2/Т колебаний контура (на частоте f=1/Т) относительно средней составляющей Ро=Рк+Рмин, по закону –cos 2ft. Пики (максимумы) такой синусоиды, соответствующие Рмакс, приходятся на моменты периода, равные 1/4Т и 3/4Т, а минимумы, соответствующие Рмин, имеют место при 0Т, 1/2Т и Т, находясь на «подставке» – постоянной, «апериодической» составляющей мощности «потерь» Ра=Рмин=const, которая отражает «неорганизованную» составляющую процесса. (См. рисунки к работе «Волновые процессы сезонного массо-энергетического обмена в жизни плодового дерева», на этом сайте).

В соответствии с этой моделью уровень культуры Ук такой колебательной системы (контура) Укк будет определяться через величину ее параметра «добротность» Q (греческая буква Ку), как будет показано ниже: Укк = Q.

2.2  Определения и способы нахождения параметра добротности контура Q

А) Математически параметр Q в электрическом контуре (модели «культурного» биообъекта - дерева) определяется как отношение «реактивной» составляющей колебания (напряжения на емкости Uc или индуктивности UL) к активной (напряжению на сопротивлении потерь Ur):

 Q = Uc/Ur = UL/Ur                                     (13)

Б) Интенсивности полезного (колебательного) процесса в реальном биообъекте, имитируемом в модели контуром, соответствует параметр средняя мощность (активная, колебательная) – в контуре  Рк=(Рмакс+Рмин)/2 (она активная, но выделяется на внешней и внутренней полезной нагрузке при циркуляции реактивной мощности), а активная мощность потерь этого процесса отражается в модели параметром Рап=Рмин (условно, в модели – это постоянная составляющая процесса, постоянная энергетическая «подставка», на графике, рис.  ). Таким образом, можно дать второе определение (и способ нахождения) для добротности контура Q:

Рк/Рап= (Рмакс+Рмин)/2Рмин = Q                                                     (14)

Физический смысл параметра  Q  имеет несколько значений. Во-первых, в соответствии с формулой (14), он означает отношение «организованной» волновой, колебательной, «гармонической» части энергии обменного процесса (в установившемся режиме) к неорганизованной «шумовой», активной его части энергии, в единицу времени (или отношение мощности «реактивной», колебательной составляющей, циркулирующей в контуре, Рр, пропорциональной Рк, к мощности активных потерь, Рап=пропорционально Рмин. Где Рмин – минимальное значение общей суммарной мощности процесса Робщ, состоящей из двух составляющих: колебательной Рк х sin 2ft и постоянной Ра=Рмин).

Прим. Ра – это мощность «шума», всех помех – внутренних и внешних, нарушающих работу колебательно системы, уменьшающих ее эффективность (определяемую отношением «сигнал/шум» на ее выходе). Но это, по смыслу, Ра вовсе не Рмин – которое имеет другое физическое содержание – как минимум энергии, потребляемой в режиме покоя для поддержания «жизнедеятельности» работы контура или объекта, который он моделирует. Они равны, в данном выражении, только в том смысле, что уровень всех внешних «шумовых помех», в пределе, не должен превышать внутренних, которые и определяют величину «добротности» контура «на холостом ходу» (по принципу согласования, «генератора с нагрузкой», 50 на 50, или «фифти – фифти»). Рмин – это тот минимум активной  энергии, ниже которой она не может упасть в нагрузке, при смене знака реактивной мощности, поэтому эта величина и удобна на практике для определения параметра «добротность» Q колебательной системы, при определении ее экспериментальным путем.

В) Другая форма записи (и способ нахождения, а также очередной смысл) параметра  Q – это отношение частоты колебаний fо к полосе спектра частот (дельта f), пропускаемой данным контуром, по уровню половинной мощности.

Г) Эта же полоса (дельта f) есть характеристика степени «размывания» чистой, четкой, «идеальной» «палки» спектра одной гармоники – сигнала, под который согласовывается фильтр – модулирующими шумовыми флюктуациями; при «выкусывании» им «данной полосы» из «белого шума» - которым называется равномерное заполнение гармониками всех частот от нуля до бесконечности). Таким образом, параметром Q контура можно характеризовать уровень относительной нестабильности частоты колебаний, которую этот контур способен усиливать (накапливать ее энергию).

Д) В оптике и видеотехнике параметр Q будет характеризовать степень насыщенности цвета Нц, соответствующего данной линии спектра, по формуле:

Нц = Q/(1+ Q)                           (15)

Е) В различных устройствах, использующих колебательные процессы, их КПД будет тоже определяться параметром добротность по формуле (16), аналогичной формуле (15):

КПД =  Q/(1+ Q)                     (16)

Например, для радиокабеля, использующего бегущую волну, представляющего из себя линию с распределенными реактивными постоянными емкости и индуктивности, (т. е. систему из последовательно соединенных контуров), параметр  Q будет указанным образом связан с ее КПД - на единицу длины и общим коэффициентом передачи такой линии (как произведение КПД  одного звена на их количество по всей длине линии). При этом сам параметр Q будет определяться как отношение волнового сопротивления этого кабеля (линии) р (греческая буква, читается «ро») к сопротивлению его потерь на единичной длине  r (малая латинская буква). В свою очередь волновое сопротивление «ро» находится как корень квадратный из отношения распределенной индуктивности и емкости на единичной длине кабеля.

(Прим. Обратим внимание, что ствол и ветви дерева - в реальном биообъекте, имитируемом такой сложной колебательной системой из последовательных контуров – будут аналоги такой волновой линии передачи, при том, что каждый отрезок единичной длины Lo, равной годовому приросту, будет соответствовать одному контуру этой последовательной цепочки.)

Ж) Еще один смысл параметра Q – это количество свободных колебаний, которое может совершить контур, оставленный без внешней подпитки энергией, (когда его внутренняя энергия, уменьшающаяся во времени, из-за внутренних потерь, по экспоненте, упадет наполовину – подобно периоду полураспада для ядерных элементов). Время Тк, за которое это происходит, называется постоянной времени контура, и, в реальном аналоге модели – дереве,  имеет смысл продолжительности угасания Ту жизни биообъекта – дерева Тужд = Тк, [оно вычисляется как Тк = Q х Т,  где Т – длительность периода колебаний контура (годовой цикл дерева),  и она же длительность краткого импульса, в течение которого может выделиться с пиковой мощностью вся накопленная контуром энергия при его мгновенной остановке].

Аналогично этот же параметр Тк – постоянная времени контура, определяет время нарастания колебаний в контуре Тн (до уровня их половинной мощности от максимальной, в стационарном режиме) и количество  Q периодов колебаний длительностью Т, которые может накопить контур за это время: Тн = Ту = Тк = Q х Т. Этот параметр обозначает, приближенно, длительность переднего фронта «импульса жизни» биообъекта. (В реальном биообъекте, имитируемом колебательной моделью контура, время нарастания колебаний Тн = Тк -  аналог интервалу времени до вступления дерева данного сорта в плодоношение, или «периодом созревания» дерева, определяемому параметром «скороплодность», измеряемому в годах.)

Прим. Забегая вперед, отметим пока, для будущих детальных рассмотрений функционирования реального дерева, тот важный факт (наличия противоречий), что, с точки зрения повышения эффективности /интенсивности плодовых деревьев (и садов) – надо уменьшать время «созревания» дерева (увеличивать его скороплодность), а заодно и уменьшать его размеры, но это вступает в противоречие с необходимостью повышать его уровень «культуры», пропорциональный долговечности дерева и его размерам (в пределах других физических ограничений по росту размеров биообъекта). А «культуру» дерева – как самостоятельной сложной системы – необходимо повышать для увеличения экономичности дерева, определяющую его долговечность, выносливость в условиях ограниченных ресурсов развития и КПД в преобразовании «неорганизованных» массо-энергетических ресурсов «дикой» природы в «организованные» Жизни.

И) (Букву «З» пропускаем, как суеверные японцы и китайцы пропускают цифру 4, считая ее несчастливой, а «западные» люди - цифру «13»).   Этот смысл параметра добротности контура Q  связан с описанными в п.п. Б, В, Г.

Значение параметра Q можно найти как отношение средней мощности поступившего в приемную систему колебательного сигнала Рс ср=Рк (средняя колебательная активная мощность, которую выделяет на своей нагрузке контур, как результат падения напряжения на активной нагрузке от циркулирующих в обменном процессе реактивных мощностей) к мощности шума, равной спектральной плотности мощности «белого» шума No, умноженной на  полосу пропускания контура, с данной добротностью, (дельта f), согласованной по ширине с полосой спектра частот принимаемого/обрабатываемого сигнала:

Q = Рс ср/Рш = Рс ср/No х (дельта f) =Рс ср/Рмин =Рк/Рмин = Рмакс/2 Рмин                  (17 )

Где мощность шума Рш равна минимальной мощности обнаруживаемого сигнала Рс=Рмин, «различимой» приемной системой, который характеризует уровень ее «чувствительности» к воздействию «правильного», («организованного», «детерминированного») сигнала среди шумов.

2.3. О КУЛЬТУРЕ СЛОЖНЫХ СИСТЕМ

Для сложных систем, рассчитанных для приема т. н. «сложных» сигналов (с большей сложностью формы, состоящей из более мелких деталей – коротких импульсов или длинных, но с малой длительностью фронтов), имеющих «базу» N  много больше единицы (где N есть произведение полосы спектра импульсного сигнала на его длительность), отношение сигнала к шуму (по средней мощности Рср=Рр которое есть основное определение «уровня культуры» Ук объекта) будет определяться его «эквивалентной добротностью» (общей сложностью, «культурностью») «Qэ»:

Ук = Qэ =N х Q                        (18)

где Q – добротность отдельного колебательного элемента системы, предположительно одинаковые; Qэ равно N в случае «простых» составляющих элементов, у которых  Q=1. При этом КПД такой сложной системы определится по формуле, аналогичной (16):

КПД = Рс/(Рш+Рс) = Рср/(Рш+Рср) = Рш N/(Рш+Рср)= N/(1+Рср/Рш) = N/(1+ N)            (16б)

Прим. По другому, основному, определению «уровня культуры», как отношение пиковой мощности сигнала Рмакс к шуму (Рш=Рмин), величину Ук надо удвоить:

Ук=2Qэ=2(NхQ)                     (19)

***

Чем, в главном, отличается сложная (составная) система от «простой», одноконтурной, в своем графическом отображении функции мощности процесса во времени?  У «простой» системы эта зависимость (мгновенной мощности процесса от времени) имеет вид плавной синусоиды, у которой, если ее аппроксимировать прямоугольными импульсами (сильно ограниченная по амплитуде синусоида), скважность такой импульсной последовательности q равна 2.

 В то время как у «высокоорганизованной» сложной системы (с базой  N много больше единицы) сигнал, аппроксимированный импульсами, будет «ступенчатый», состоящий из последовательности N импульсов. (В идеале это один узкий/короткий импульс в широком «окне» малых, выровненных по амплитуде, «боковых» импульсов - половинной длительности от основного, или ограниченных порогом боковых «лепестков»).

 При этом отношение ширины основного «окна» между основными импульсами/лепестками, (называемого в технике периодом «неоднозначности») к длительности единичного бокового импульса/лепестка (или половины основного лепестка по уровню половинной мощности), которое в радиотехнике называется «скважностью» и обозначается малой латинской буквой q,   будет равно величине базы системы N.

Превышение по амплитуде [этой функции мощности Р=f(t)] пиковой мощности главного лепестка (импульса) над уровнем мощности боковых импульсов (реально «лепестков» ограниченной синусоиды, ее полупериодов) – будет тоже равно «базе» системы N, которая численно равна количеству ее независимых элементов.

Отсюда виден еще один физический смысл понятия «база» N (аналог для понятия добротности Q, используемого для описания «внутренней» сложности, «гармонической», в частотно-спектральной  области): это степень концентрации процесса (по мощности, интенсивности) во времени или в пространстве (в зависимости от того, в области каких частот происходит организация, «сжатие», преобразование Фурье - временных или пространственных). Причем, поскольку энергия в основном лепестке, превышающая линию средней составляющей (функции мгновенной мощности во времени), равна суммарной энергии боковых лепестков (мощность которых находится ниже средней линии), то чем относительно (общего окна неопределенности, или периода повторения основного импульса) более узким будет основной импульс/лепесток (всегда в  N раз), тем, во столько же раз, более высоким, относительно боковых лепестков, он будет - т. е. отношение Рс макс/Рс бок = Рс макс/Рсмин  тоже  будет равно N.

Прим. Заметим, что скважность q и параметр добротность Q обозначаются в технике одной буквой, хотя одна заглавная, а другая – строчная. Возможно, это не случайно, ибо физический смысл их близок.

2.4. ПРИМЕР СЛОЖНОЙ ТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ – АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ - ДЛЯ ПОЯСНЕНИЯ ПОНЯТИЯ КУЛЬТУРА

Приведем в качестве примера сложной системы, рассмотренной в предыдущем подразделе 2.3, работу антенной решетки (АР), физические принципы которой аналогичны пространственной модели плодового дерева, при моделировании его в области пространственных частот - с помощью широко используемых в радиотехнике методов спектрального (гармонического) анализа. С этим техническим устройством (АР) мне пришлось близко столкнуться в начале своей трудовой научной деятельности и неоднократно впоследствии, так что оно мне физически наиболее понятно, и потому я его использовал в качестве модели-прототипа при поисках подходов к моделированию оптимальной пространственной структуры кроны (и корневой системы) дерева. 

Суть аналогии (антенной решетки и конструкции дерева) в том, что они обе представляют собой некую организованную (в определенной степени) пространственную структуру, где присутствуют явно выраженные периодические компоненты, которые являются «простыми» резонансными элементами («колебательными контурами», условно – в области пространственных частот). Следовательно, могут быть использованы общие методы их исследования.

Пространственному моделированию далее будет посвящен целый раздел, а здесь только чуть коснемся этой темы для  ознакомления.

Дело в том, и это известный факт, что правильно сформированное («высокоорганизованное», «высокодобротное», «культурное» - в моей терминологии, принятой в статье) плодовое дерево (по конструкции своей кроны и корневой системе), обладает максимальной интенсивностью плодоношения, экономичностью в использовании имеющихся ресурсов (развития) и выносливостью. Возникла потребность – при создании расчетной модели дерева – объяснить и связать эти параметры физически и математически.

А они действительно связаны, и интегрально это в наибольшей степени отражается параметром «уровень культуры» (или «культурность») формы дерева. Хорошее по конструкции (форме) дерево «звенит» в резонанс с «тепловой волной» сезона, оно настроено на средний годовой цикл (места произрастания), и в работе такого дерева участвуют синхронно (в определенной, достаточной степени) его элементы, взаимно поддерживая друг друга, при образовании совместно волны соков (восходящих или нисходящих), переносящих питательные и строительные вещества по дереву, а порой, в критических ситуациях, и просто выручая погибающих «соседей» (другие элементы, не получающие необходимого массо-энергетического питания – например, листья и ветки, не получающие света или корни, не получающие питания), или вообще обеспечивающие функционирование всего дерева в периоды «невзгод» - когда дерево живет только за счет своих внутренних собственных многолетних запасов. Для такой наиболее успешной совместной работы многих элементов они должны действовать максимально синхронно (синфазно), объединяясь «синергетически» в единое целое, (поскольку потери на распространение энергии  в такой системе /ее функционирование/ будут обратно пропорциональны пиковым напряжениям в узлах сложения токов/соков от отдельных элементов).

Этому соответствует и способствует ряд факторов, при формировании конструкции кроны. Во-первых, что очень важно – кратное, как тона в музыкальных аккордах, (натуральным нечетным числам) - расположение узлов отхождения ветвей, по отношению к общему для биосистемы пространственному периоду Lо, равному длине проходящих в данном месте кроны соков за сезон, или длине годового прироста веток (в этом месте и в данном направлении). Во-вторых, максимальное выравнивание (уменьшение разброса по длинам) отрезков волокон, между узлами отхождения ветвей, представленных в ветвях, идущих к каждому листу – вокруг среднего значения (матожидания), равного длине пространственного периода Lо (опять же переменного для каждой точки объема кроны и направления роста ветви). В-третьих, максимальное выравнивание активных элементов в пространстве кроны, что обеспечивает возможность ее наиболее полного и эффективного - по ее освещенности, и мимимизации ее массы -  заполнения. И другие факторы, довольно регулируемые.

Об этом будет более подробно рассказано в следующих, специальных садоводческих разделах. А здесь упоминается лишь всхоль, для обоснования возможности использования общих методов пространственного моделирования антенных решеток и конструкций плодовых деревьев, с помощью разработанного аппарата спектрального анализа - в области пространственных частот (как то делается для определения диаграммы направленности и коэффициента усиления антенны с помощью Фурье – преобразования).

2.5. Моделирование антенной решетки (АР) как аналога плодового деререва

Каждая элементарная антенна (элемент АР) может быть расположена на линии (по одной оси, для начала) на определенном расстоянии друг от друга. Эти расстояния могут быть распределены по разным законам, но, как показала наша практика (а потом и осознанная теория), они должны были быть распределены по закону кратных (натуральных) чисел. Здесь рассмотрим только один, самый простой закон – равномерного распределения, когда антенны устанавливаются с одинаковым шагом – для иллюстрации примера моделирования. [Которое использовалось нами когда-то для исследования свойств организованных структур таких расстановок элементов АР, образующих определенную «диаграмму направленности» ДН (так называется функция, отражающая изменение усиления антенны в зависимости от направления прихода волны).] …

Каждая элементарная антенна моделировалась генератором радиочастоты, выдававшим радиоимпульсы частот, кратных по сдвигу расстояниям между антеннами решетки. Затем сигналы эти сбивались на сумматоре. В результате их смешения образовывались биения промежуточных частот, которые по своей огибающей в сумме давали форму кривой ДН. Но вот что здесь интересно.

Меняя форму закона распределения элементов АР на каждом полотне «креста» (по каждой координате плоскости), можно было получить разные соотношения следующих двух основных параметров.  Выигрыша в усилении главного лепестка по отношению к уровню боковых лепестков (обычно мерили по максимальному из них), или, что одно и то же – в достигнутом уровне подавления боковых лепестков, относительно главного (в радиолокации это очень важный параметр, определяющий уровень «ложных тревог» - когда ракета могла выстрелить «вхолостую», по ложной цели). И относительной ширины главного лепестка (к «окну неопределенности»), который определял точность наведения (определения угловых координат).

Смысл работы заключался в том, как с наименьшим количеством антенных элементов, в заданных габаритных ограничениях, максимизировать точность наведения и минимизировать вероятность ложных тревог.

Важно:

Для яблони подобная задача звучит так: как оптимальным образом расположить ограниченное (малым содержанием/насыщением света для кроны или питанием объема почвы для корней) количество листьев и веток в кроне дерева, определенных заданных размеров, чтобы обеспечить максимальную степень его концентрации сил в случае регулярного («правильного») сезонного цикла изменения тепла, (созданного в растущем дереве под данные условия местности), при том, что минимизирована вероятность (и уровень влияния) случайных «вредных» аномальных воздействий, способных   заставить дерево реагировать «неправильно», не в основной фазе развития (например, быстро отреагировать на случайные – довольно краткие - аномальные выбросы погоды, не по сезону, и тем катастрофически ослабить дерево, «разрегулировать» его, заставив потратить свои запасы не по назначению, «вхолостую», – в частности, при оттепелях поздней осенью, зимой, ранней весной).

Подобная задача также может иметь место для северных условий, бедных по массо-энергетическим ресурсам, когда оптимальной будет не загущенная до предела крона, (как на юге, в «пресыщенных» тепловой и солнечной энергией окружающих условиях), а наоборот – разреженная крона.

Для нас здесь важно то, что для моделирования (оптимальных) конструкций крон можно использовать хорошо отработанные, в радиотехнике, методы спектрального анализа, в области пространственных частот. Особенно с развитием методов машинного проектирования и самой вычислительной техники, ставшей общедоступной. В настоящее время для специалистов – математиков и программистов - не составит большого труда по фотографиям в сечениях сделать такой расчет любой формы кроны, хотя бы упрощенных типовых видов (основная сложность заключается в учете переменного масштаба пространства, в котором функционирует реальное дерево, в частности, из-за сил притяжения Земли).

2.6. ФИЗИЧЕСКИЙ СМЫСЛ ПОНЯТИЯ КУЛЬТУРА

Отсюда – из рассмотрения модели, колебательного контура - виден и физический смысл понятия «культура» в целом, (как и параметра для ее количественного описания «уровень культуры» объекта Ук, или, для сокращения, в одном слове - «культурность»). Он заключается в том, чтобы путем усложнения системы добиться ее способности накапливать,  как можно дольше,  энергию ресурсов и затем, по необходимости, решать две  задачи. Во-первых, при необходимости, концентрировать отдачу всей максимальной накопленной энергии в минимальный отрезок времени, выделяя при этом максимальную пиковую мощность, (поскольку именно пиковые достижения обычно оказываются в жизни решающим фактором для победы и выживания – «пуля убивает слона», которая является концентратом энергии в пространстве и времени - как я часто говорю для примера). Во-вторых, сохранить максимально продолжительное функционирование колебательной системы (отражающей в модели работу биообъекта) без получения извне новых массо-энергетических ресурсов.

А для количественного определения параметра (понятия) «культура» введем параметр «уровень культуры», который отражает численно, во сколько раз система (или объект) способен накопить ресурсов (энергетических в эквиваленте) больше, чем требуется для поддержания его функционирования (на цикле работы или жизнедеятельности). Этот параметр, характеризующий уровень сложности, (аналог информационной емкости V) является произведением выигрышей («различимостей», т. е. числом различимых градаций) по всем входящим в определение объекта независимым параметрам. (Величину V можно назвать «объемом» параметров, он может быть и многомерным, не знаю пока таких примеров в биологии, хотя они наверняка есть, но как минимум двумерным – точно, в упрощенной модели «контура», которой я пользуюсь. Здесь двумя измерениями объема «культуры» являются мощность объекта/процесса и его экономичность, связанная со скоростью процессов; которые (оба параметра по ортогональным осям) могут перераспределяться - «перетекать» одно в другое, при равном общем уровне культуры объекта/процесса Ук, который равен их произведению.).

***

Прим. Заметим, что в простых (одноконтурных) колебательных системах, с линейной фазовой характеристикой, у которых произведение полосы пропускания на постоянную контура есть единица – база сигнала N равна единице. Но в сложных колебательных системах («многополюсных»), состоящих из многих контуров и имеющих нелинейную (например, квадратичную) фазовую характеристику, «база» сигнала или согласованного с ним фильтра (аналог объекта), обозначаемая в технике латинской буквой N, может во много раз превышать единицу. Физически она равноценна параметру Q по влиянию (на увеличение общей сложности), то есть потери в сложной системе будут уменьшаться пропорционально N, а ее производительность увеличиваться пропорционально N (при этом произведение производительности на экономичность, определяемую величиной обратной мощности потерь, будет константой, равной N). В этом случае Ук = N Q.

Признаком сложных колебательных систем с базой N больше единицы является выраженная скважность импульсов, (при прямоугольной аппроксимации кривой годового колебания энергии в дереве, например), существенно большая единицы – в то время как у простых, одноконтурных колебательных систем будет плавная синусоидальная кривая колебаний во временной области.

В практике садоводства это означает резко выраженную, в «пике», одновременность роста дерева в момент 1/4Т и созревания («наливания») плодов в момент 3/4Т, с относительно длительными провалами относительного покоя в середине сезона (в моменты около значения 1/2 Т) и в моменты около значения Т (то есть затяжное начало роста весной и досрочно раннее угасание – отливной волны - к зиме, с плавным подходом к ее началу, подготовленного к зимней спячке дерева.). Это признак высокой культурности дерева. (Не знаю, насколько есть в реальности такие «концентрированные» во времени сорта и деревья, с /относительно/ прямоугольно импульсной характеристикой жизни (подобно импульсному «цифровому» усилителю), со скважностью до нескольких единиц – но если они есть, то они более высококультурны, что следует из теории).

***

При этом культурный объект может, по необходимости или желанию, перераспределять выигрыш по отдельным параметрам, увеличивая его для нужных за счет ослабления для ненужных (или менее важных). Например, в случае простого колебательного контура, (имитирующего реальный объект), можно либо проявить все его преимущества по культурности в пиковой мощности, если выделить всю ее (обычно половину, чтобы система не погибла) в один период колебаний, когда необходима активная борьба за выживаемость; либо, наоборот, минимизировать ее потребление до «прожиточного» минимума, чтобы прожить на ограниченных ресурсах возможно дольше и пережить трудный период (при «пассивных» методах борьбы за выживание). (Например, полярник, попавший в прорубь, должен сконцентрировать все силы организма, чтобы не околеть, или, оказавшись на вынужденной зимовке на льдине – обходиться минимумом продовольствия и тепла, чтобы дожить «до весны, до корабля» - до спасения.)

Если взглянуть на проблему шире, то скажем, что уровень культуры информационного сигнала (к которому тоже, и даже в первую очередь, применим термин «культура»)  будет определяться числом бит информации, содержащихся в нем. Физически они могут содержаться в количестве ступенек (градаций) сигнала по амплитуде, частоте, фазе, поляризации и по времени (длительности) сигнала.

3. КАКАЯ НЕОБХОДИМОСТЬ ВО ВВЕДЕНИИ ФИЗИЧЕСКОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОНЯТИЯ «КУЛЬТУРА» В САДОВОДСТВЕ?

Данная статья посвящена садоводству и потому рассмотрению понятия «культура» применительно к плодовому дереву определенного «культурного» сорта.

В обычной агрономической практике уровень «культуры» (качества) сорта плодового дерева отражают такой его характеристикой, как удельная продуктивность дерева (или, чаще - сада из таких деревьев данного сорта), т. е. средняя урожайность с единицы площади сада [поскольку именно площадь занимаемой земли наиболее интегрально полно отражает общее количество основных - внешних природных - потребляемых ресурсов – солнечной энергии (прямого излучения и тепловой); массы питательных веществ - из почвы и воздуха, а также главного физического ресурса «простого» (экстенсивного) развития – самого пространства].

В экономических расчетах рентабельности садоводческих/плодоводческих хозяйств используют параметр «рентабельность», которая вычисляется как отношение дохода от продажи произведенной продукции (с учетом ее рыночной стоимости, количества товарной продукции каждого сорта и т. д.) к вложенным финансовым средствам, выраженным в деньгах. Этой «ненаучной» темы мы здесь касаться не будем (поскольку, как известно, «есть наука, и есть экономика»).

  У селекционеров, ученых в области генетики, выводящих новые сорта, помимо чистой  удельной продуктивности (которая тоже косвенно учитывает потери от негативных факторов, связанных с т. н. «экологической» неустойчивостью – к морозам, засухам, плохим почвам, болезням и вредителям) сорта учитывают, во все большей степени в последнее время, ставя во главу угла  – его общую «выносливость», обеспечивающую надежность плодоношения (а значит и суммарное, и среднее количество производимой плодовой продукции деревом или садом из таких деревьев) в данной климатической зоне – для которой выводится сорт.

Именно с этих, научных позиций, и следует рассмотреть содержание понятия «культура», четко определить ее физический смысл и найти способ для чистого количественного (математического) ее определения, назвав такой параметр «уровнем культуры».  (Что я и попытался сделать.)

Зачем это нужно, спросите Вы, ведь и так селекционная наука генетика идет по правильному пути, (выйдя из периода лысенковских гонений сталинского периода) – и все новые сорта выводятся в научных школах страны, теперь обязательно исходя из необходимой их экологической устойчивости для данной зоны: по температурному климатическому режиму в зимний и летний периоды, количеству естественной влаги в данном районе, устойчивости к наиболее опасным в данной местности заболеваниям и прочим неблагоприятным факторам? А затем, отвечаю, что пока нет четкого математического определения понятия «культура», (в садоводстве, применительно к одному дереву или саду) выраженного одной формулой, что необходимо, во-первых, для объективного анализа и сравнения разных сортов, а во-вторых, использования математических методов моделирования. (По крайней мере, я, темный в биологии человек, о таком четком физико-математическом определении понятия «Культура» не знаю, уж извините. Но я работаю бесплатно, как «любитель», не потребляя от общества никаких средств,  – поэтому мне, надеюсь, простительно поумствовать от скуки, «на досуге», для разминки пустующего без работы мозга «бывшего» инженера, /хотя инженер бывшим не бывает/).

Вот и у ученых, в области садоводства – генетиков, селекционеров – искомые основные параметры сортов – тех же плодовых деревьев – рассматриваются по отдельности, и селекция по каждому направлению ведется тоже в определенной степени независимо, порознь (даже программные направления для исследований в области селекции новых сортов, представленные в орловском ВНИИСПК, думаю – главном научном центре страны в области практического садоводства средней зоны – представлены порознь, по отдельным важным параметрам – отмечу в подтверждение этого тезиса.)  Но дело в том, что параметры эти в растении внутри глубоко физически взаимосвязаны, и порой противоречивы, антагонистически, поэтому их можно и нужно рассматривать только комплексно, чтобы получить их наибольшую сумму (правильнее – произведение параметров, если рассмотреть биообъект через модель, отметим, забегая вперед), возможную в данных природно-климатических условиях местности. 

Например, можно сделать исключительно важный вывод, даже предварительный, следующий из формулы - «Третьего закона Абакумова», который гласит: чем выше (пиковая и средняя) производительность биообъекта, тем ниже его выносливость/экономичность – при равном уровне культуры у обоих. (Напомним, что, в соответствии с этим законом, уровень культуры растения /биообъекта/ равен или пропорционален произведению его пиковой/средней продуктивности/интенсивности на экономичность/выносливость, возможно – с разными постоянными коэффициентами пропорциональности, в неосновных формах его записи. Для простой модели дерева – одним колебательным контуром, у которой скважность равна двум, отношение пиковой мощности/интенсивности к средней тоже равно двум.).

Теперь, надеюсь, становится предельно понятно, зачем нужно ввести четкое математическое определение «культуры» - потому, что только на базе ее увеличения можно повысить общий «объем» (произведение всех положительных параметров биообъекта), а не один за счет остальных.

Но, возможно, самое главное, что дает введение, рассмотрение и изучение внутреннего физического содержания понятия «культура» для каждого объекта (любого – биологического, технического) – это понимание взаимосвязи отдельных параметров и степени их участия в повышении качества объекта, а также роль количественных и качественных его параметров – в адаптации к окружающей среде (или по выполнению требований человека, как выразителя требований «искусственной» жизни, среды, например, при создании технических устройств).

***

 Отдельными важными вопросами, которые необходимо выяснить с помощью введения строго физического понятия «уровень культуры» и математического его определения, на базе которых затем использовать расчетные математические модели – являются, например, следующие вопросы.

1. Как связана экономичность дерева (по преобразованию «хаотичной» энергии внешней среды в «организованную» энергию дерева, определяемой его общим КПД биосинтеза) со скоростью роста и развития дерева, а также с его размерами и формой?

2. В каком направлении следует развивать садоводство в разных природно-климатических зонах (и в искусственно создаваемых условиях) – от северных и умеренных до южных, с позиции оптимального соотношения интенсификации и выносливости садов?

Эти вопросы и ответы на них будут рассмотрены в последующих разделах работы, и особенно в части 4, в заключительных выводах по работе.

4. О КУЛЬТУРЕ ПЛОДОВОГО ДЕРЕВА В ФИЗИЧЕСКОЙ ТРАКТОВКЕ

В настоящее время в садоводстве и агрономической науке, (насколько я понимаю, как не специалист, а всего лишь посторонний самоучка) – уровень культуры растения («культурного», то есть созданного человеком для повышения параметров «дичек» - бескультурных форм, найденных в естественной природе) определяется (весьма туманно, на качественном уровне) как «степень удаленности» от естественных диких форм, по величине их превосходства по отдельным параметрам (например, размерам, вкусу и другим качествам плодов, урожайности, зимостойкости, устойчивости к болезням и прочее). Однако такое обобщенно-расплывчатое понимание параметра «культура» (и его количественной оценки, отражаемой в параметре «уровень культуры») стало явно недостаточно теперь, когда садоводческая наука вплотную подошла к необходимости использования математических методов моделирования, в том числе для расчета параметров и сравнительной оценки новых выводимых сортов. Поэтому попытаемся разобраться детальнее и глубже в этом вопросе – что же такое «культура» и как ее понимать применительно конкретно к главному биообъекту садоводства – многолетнему плодовому дереву?

Напомним, что пока в садоводстве основным показателем уровня культуры отдельного дерева (как основного биообъекта) является его удельная продуктивность (средняя урожайность, в единицу времени – год, с единицы площади, занимаемой в саду, поскольку основные - внешние природные – ресурсы определяются площадью сада – энергия от солнца и питание из почвы,  потому что «третье» измерение – высота – для растений «бесплатно», как для небоскребов в Америке). Причем обычно урожай берется не с одного дерева, а для сада, или его большого участка, засаженного деревьями такого сорта, что дает более достоверные – статистически – данные. Данный критерий применяется в основном для промышленного садоводства, и не для одного дерева, а больших «площадных» садов (см. предыдущий раздел).

А теперь посмотрим, что получается с понятием «культура» для плодового дерева, если исходить из формулы «Третьего закона Абакумова».

В частности, для плодовых деревьев (например, яблони) уровень его культуры (дерева сорта) Укд будет определяться как произведение ее продуктивности (определяемой пиковой /или средней/ мощностью/интенсивностью роста и плодоношения сорта Рмакс /или Рср/, в течение года/сезона или жизни) - на его (дерева)  - «экономичность» Эд, определяемую как величина, обратная Рмин, (Эд=1/Рмин), которой является минимальная поступающая активная мощность Ра=Рмин, (мгновенная или усредненная за годовой период), необходимая для функционирования взрослого дерева. Причем «экономичность» Э (она же «выносливость» В) складывается (энергетически) из нескольких компонент, отличных в разных фазах – активных и пассивных - в течение годового цикла растения, и определяется ими. (Поэтому наиболее удобным представляется использование усредненной за год минимально необходимой величины мощности потребления деревом Рмин сред, определяемой как необходимая за год энергия растению Ед мин, поделенная на длительность активной части годового цикла Т – вегетативного сезона, равного, в нашей модели, половине полного года, или Т/2:    Рмин сред = Ед мин/ Т).

Экономичность в активных фазах развития дерева отражает экономичность в использовании исходных физических ресурсов  (энергии и массы) для образования «выходной» «энергетической (калорийной) массы» плодов (определяемой их калорийностью) - в активных фазах жизни, (пик которых приходится на моменты ¼ и ¾ периода годового цикла примерно начало июня и начало сентября). [Определяемая, во-первых, КПД по использованию этих ресурсов (назовем его КПД процесса биосинтеза Кб, это сортовой биологический параметр, характеризует эффективность процессов в листовом аппарате); и, во-вторых,  КПД кроны (и корневой системы), зависящий от оптимальности формы надземной и подземной частей дерева и их размеров, в условиях притяжения земли, а также  ограниченной «проводимости» сосудистой системы; от плотности древесины и прочих внутренних параметров - физических, конструктивных и физиологических – дерева, в его естественной или искусственно сформированной кроне (и корневой системе). Который назовем для краткости коэффициент (эффективности) формы дерева (Кфд). Заметим, что во влиянии формы дерева возрастает, по  мере его увеличения и усложнения, роль такого фактора, как согласование его структуры (в области пространственных частот), с временным периодом сезонного колебания погоды (тепла). (См. раздел «Спектральный анализ формы дерева»)].

А экономичность в пассивных фазах жизни дерева характеризует экономичность растения по интенсивности функционирования в фазах «покоя», (межсезонного – в зимний период и среднесезонного летнего, соответственно в интервалах, приблизительно:  при t1=Т+-1/8Т и  t2=1/2Т+-1/8Т), отражающую «глубину» его покоя; и определяется как минимальная мощность Рмин от внешних источников, необходимая для функционирования дерева в фазах «покоя», равная мощности потерь Рп на функционирование дерева в этих фазах. Все эти компоненты потерь мощности – в активный летний период и в пассивный зимний – с сумме дают общие - средние по году – потери Рмин сред, которые и определяют величину общей годовой экономичности дерева Эд (для нахождения  Рмин сред надо взять интеграл по необходимой мощности потребления – она же переменная мощность непроизводительных «потерь» дерева – на годовом интервале жизни дерева). В дальнейшем будем в расчетах иметь дело только со среднегодовым значением мощности потерь Рмин сред и называть ее сокращенно Рмин.

Этот же параметр Эд=1/Рмин, (определяющий, в знаменателе, внутренний запас сил/мощности дерева данного сорта, выделяемый на самосохранение/самоподдержание, и минимально достаточный для этого, в заданных определенных условиях естественного его произрастания; или его родительской исходной формы, передающий данный признак, заданной её местным климатом и природными условиями) характеризуют выносливость (неприхотливость) дерева В, в условиях скудного поступления внешних массо-энергетических ресурсов, т. е. его возможность произрастания/существования в бедных (в том числе северных и  восточно-континентальных) природных условиях. А именно: выносливость дерева к предельным низким температурам зимой (по параметру «морозостойкость») и засухам летом – (прим. но только в моменты «покоя», при «правильном регулярном» изменении погоды в течении года, см. объяснение далее); к общему (усредненному по времени и доступному пространству дерева) недостатку воды и питательных веществ в почве, тепла и солнечного освещения; возможно – косвенно - к болезням и вредителям, и прочее. Выносливость дерева В, в такой  трактовке, прямо пропорциональна его параметру «экономичность» Эд:  

      В=Эд = 1/Рмин              (20)

Физический смысл понятия годовая экономичность (дерева) Эд (упрощенно рассматривая только энергетическое потребление биообъекта, как колебательной системы «контур», которой оно моделируется - без участия массы, которая является промежуточным звеном в преобразовании энергии внешней среды и самого дерева) определяется величиной, обратной минимальной величине энергопотребления (био) объекта в год   Рмин (на весь объект) х Т, достаточной для поддержания его жизнедеятельности; то есть минимальной величине энергии, необходимой для совершения одной «операции» («импульса» Жизни) – одного (годового) периода колебаний, в данной модели.

Параметр экономичность (дерева) Эд=1/Рмин прямо связан с параметрами Ук(осн) («культурность» дерева, в «основной» трактовке, равной добротности системы Q) и параметром Таж  (продолжительности активной жизни дерева, в годах /пропорциональной долговечности Д/, в принятой упрощенной модели в виде контура – равной длительности интервала времени, при которой накопленная циркулирующая в контуре/дереве активная энергия Ед ср израсходуется наполовину) следующей формулой:

    Ук(осн) = Q =Ед ср/Ед мин =Ед ср/[(1/Эд) х Т)] = Ед/(Рмин х Т) = (Рср х Т)/(Рмин х Т) = Рср/Рмин = (Рмакс- Рмин)/2Рмин = Таж     (в годах)             (21)

Напомним, что, в соответствии со «строгим» определением «уровня культуры» колебательной системы как Ук = Q (формула 10, «третий закон Абакумова») он есть величина отношения общей запасенной в колебательной системе и циркулирующей в нем средней активной энергии,             Ед ср = Рср х Т - к минимально необходимой величине энергии для обеспечения ежегодного, односезонного - функционирования дерева (в модели это мощность потерь Рп в контуре, равная минимальной мощности потребления контуром Рмин, - которая должна компенсироваться внешним источником  - умноженная на длительность одного сезонного периода колебаний Т). 

где:

     Таж - период активной (плодоносящей) жизни, в годах (в модели контура – количество периодов, пока мощность колебаний упадет вдвое). За такое же время происходит нарастание амплитуды колебаний в контуре, до уровня половинной мощности от максимальной. Поэтому условно, примерно можно считать общую продолжительность жизни дерева – его общую долговечность Д – равной 2Таж:  Д=2Таж

Что означают все эти параметры модели: Q, Р макс, Рмин, Рср и прочие применительно к дереву, аналогами каких реальных параметров они являются и на что влияют?

Ключевой параметр Q означает уровень сложности объекта, относительно простого, «неколебательного», апериодического (попросту – однолетнего растения, хотя у последнего тоже есть внутреннее колебание, один период – но это за пределами рассмотрения данной модели). Физически параметр Q эквивалентен (пропорционален) отношению величины осмотического «порогового» давления (напряжения в модели) в момент открывания «клапана» клетки, после достижения определенной, необходимой ее  энергетической «накачки» мощностью процесса величиной Рмин, к величине остаточного напряжения «потерь», на условном эквивалентном «сопротивлении потерь», при транспортировке /перекачке/ соков по волокну, в данном случае из одной клетки в следующую. Однако в нашем случае – в модели – предполагается не маленькая клетка волокна дерева, а некое ее эквивалентное «крупное» подобие, (в виде ветки длиной, равной годовому приросту), которое пульсирует у дерева раз в год, образуя годовой прирост веток дерева (на их концах), или передавая порцию «энергетической массы» от одного такого «крупного» условного элемента дерева (длиной, равной годовому приросту) к другому, в направлении к концу ветки, в крону (и обратно, во второй половине сезона, завершая цикл одного колебания, к концам корней).

Величина Q определяет, поэтому, количество «этажей», которые могут помещаться в дереве один над другим, на которые хватит давления генератора энергии этой «сложной» (сложенной) конструкции. Таким образом, величина Q определяет предельные физические размеры дерева, как по вертикали, так и по горизонтали (хотя тут и с другими коэффициентами пропорциональности, см. с других разделах).

Параметр Рмакс есть характеристика максимальной мощности (интенсивности) ростовых процессов (в момент t=3/4Т) и процессов созревания (при t=3/4Т), в течение сезонного цикла Т, отражая пиковую мощность жизненной активности биообъекта «плодовое дерево».

Параметр Рмин отражает минимальную мощность процесса сезонного массо-энергетического обмена, в периоды минимальной жизненной активности (соответствующие моментам переключения направления движения соков с восходящего на нисходящий и наоборот, соответственно t=1/2Т и t=0Т, t=Т). Когда ток (аналог сокодвижения) в модели «идеального» дерева, без потерь - равен нулю.

Параметр Рср = (Рмакс - Рмин)/2 = Рк  – средняя активная (условно названная «колебательной») мощность переменной составляющей колебания, выделенная на нагрузочном «сопротивлении» (полезной нагрузке) контура при колебании реактивных мощностей (индекс «к» означает, сокращенно, «колебательный»).

Рср – общая, усредненная за год, интенсивность (активная мощность) обменных процессов в колебательной системе дерево (на внутренней – сопротивлении «потерь» и внешней «эквивалентной полезной нагрузке» - выделяемая мощность на которой отражает  в модели расходы энергии на плодоношение и рост - древесины).

Другие параметры, используемые в работе.

     Кб – коэффициент полезного действия (КПД)  биосинтеза.

     Кфд – коэффициент (эффективности) формы дерева.

     К пдд = Кб х Кфд – общий КПД дерева, отражающий его общие потери в преобразовании полученной солнечной (прямой и тепловой) энергии листовым аппаратом для полезной работы по плодоношению и росту дерева (в том числе самоподдержанию дерева и накоплению энергии в самом дереве - для будущего плодоношения, в органической биомассе - в листовом аппарате и древесине, а также аналогично симметрично и в корневой системе – всасывающих окончаний и скелетных корней).

****

Итак,  параметр «уровень культуры» биообъекта «плодовое дерево», определяемый по приведенным выше формулам (21 и других), отражает качественную характеристику внутреннего развития этого биообъекта, а именно его уровень организации (сложности, от слова «сложенности»), совершенства в пространстве – внешнем  (параметр К фд) - через форму кроны, корневой системы и конструктивные параметры) и внутреннем - через внутренние физиологические и конструктивные  параметры элементов дерева данного сорта – листьев, веток, корней, приводящей к его наименьшим непроизводительным внутренним потерям, которые отражаются параметром К б (КПД биосинтеза).

 Кроме того, параметр Ук=Q=Таж=Рк/Рмин=(Рмакс-Рмин)/2Рмин=примерно= Рмакс/2Рмин характеризует (при равном уровне максимальной развиваемой мощности/производительности объекта, отражаемой в модели параметром Рмакс, находящимся в числителе выражения для Ук) экономичность биообъекта Э - с точки зрения возможности сохранения («растягивания» во времени) его внутренних ресурсов в борьбе за выживаемость, т. е. его экономичность функционирования, самого организма дерева (в нормальных условиях по периодичности цикла) Э=1/Рмин, зависящая от внутренних потерь и отражаемых, в частности, коэффициентом полезного действия дерева Кпдд (по переработке первичных «неорганизованных» внешних массо-энергетических  ресурсов внешней среды в «организованную» материю Жизни, органические вещества) формулой:

Кпдд=Ук/(1+Ук)= Q/(1+Q)             (22)

Экономичность (функционирования) объекта Э (в данном случае биообъекта дерева) в безразмерном виде может быть отражена параметром долговечность дерева Д (в годах), которая условно принята равной 2Таж. Очевидно и естественно, что долговечность (и время активной жизни) дерева непосредственно связаны, обратно-пропорциональной зависимостью, со скоростью развития (и чуть в меньшей степени роста)  и старения дерева - причем в квадратичной степени, поскольку энергетические потери, (отражаемые, обратно-пропорционально, параметром экономичность Э=1/Рмин, т. е. просто, прямо-пропорционально, величиной Рмин), возрастают в квадрате от увеличения частоты колебаний (у гармонического) или переключений  (у импульсного)  процесса.

Параметр «уровень культуры» Ук отражает также и адаптивную способность  биообъекта по отношению к внешней среде, (на длительном интервале времени, равном продолжительности жизни многолетнего дерева), то есть способность дерева к наиболее избирательному и концентрированному («резонансному») приспособлению к ней (к ее естественному природному циклу - при продолжении ее  /природы/ работы в «правильном» режиме, то есть к ее средней, отработанной за предыдущий период жизни дерева в данной зоне, частоте сезонных тепловых изменений F=1/Т, где Т – длительность, «период» активного годового/сезонного цикла, принятый в модели равным 6 месяцам), с целью максимально повысить свою экономичность/эффективность функционирования (только по массо-энергетическим ресурсам, но не пространственно-временным), отражаемую параметром Э=1/Рмин.

Заметим, что высокая экономичность Э=1/Рмин (способность обходиться минимальными массо-энергетическими ресурсами для жизни), и, в этом понимании – «выносливость» В=Э дерева, пропорциональная его долговечности Д, принятой равной удвоенной продолжительности активной жизни Таж - в нормальных условиях стабильного жизненного цикла) - может быть достигнута и при невысокой «культурности» дерева,  за счет снижения максимальной полезной интенсивности функционирования Рмакс (уровня плодоношения, урожайности). Однако наша задача – получение именно полезного результата (высокой урожайности) и его максимальное увеличение, (при равных исходных массо-энергетических ресурсах); поэтому и ставится цель достижения высокого уровня культуры Ук = Q =        (Рмакс-Рмин)/2Рмин плодового дерева, который позволяет получить высокими не только оба эти параметра (урожайность Рмакс и природную выносливость В=1/Рмин), но и долговечность, определяемую продолжительностью активной жизни Таж=Ук = Q.

Следует ввести еще один важный параметр, для описания работы дерева, который назовем, для определенности, уровень «устойчивости» Ууст=Рмин, имеющий смысл характеристики, отражающей жизненную стойкость (био)объекта к изменениям (природных, погодно-климатических или искусственно создаваемых) условий, приводящим либо (а) к изменению частоты воздействия внешних колебаний (циклов) на многолетнее дерево, у которого сформировался собственный цикл колебаний за период жизни или переданный по наследству родительскими формами, выросшими в определенных условиях, закрепленный на генетическом уровне; либо (б) – к размыванию спектра частот воздействующего «правильного» природного сигнала колебания (основной частоты природного сезонного цикла) «шумовыми» (модулирующими короткими импульсными выбросами) дестабилизирующими погодными отклонениями, что приводит к его ослаблению (уменьшению максимума выделяемой энергии биообъектом дерево, эквивалентной его годовой «биопродуктивности» – урожайности плодов и массы приросшей древесины - при фиксированных, ограниченных потребляемых массо-энергетических ресурсах), поскольку энергия таких кратковременных отклоняющих тепловых погодных воздействий практически «не улавливается» инерционным биологическим высокодобротным механизмом дерева (при этом, чем выше «добротность» - аналог «уровня культуры» дерева – тем меньше дерево усваивает быстрые изменения погодные выпадов/выбросов, как «энергетические» – тепловые, температурные; так «массовые» - по обеспечению массой питательных веществ, пропорциональных поступлению естественной влаги из атмосферы – дождей, растворяющих питательные вещества в почве).

В такой трактовке параметр дерева «уровень устойчивости» Ууст=Рмин приобретает смысл «надежности», понимаемой как способность дерева адаптироваться к перемене внешних условий - по ритму воздействия:

 (а) годового периода колебаний внешнего природного воздействия – матожидания частоты сезонного/годового теплового воздействия;

 (б) погодным выпадам (сравнительно краткосрочным и относительно симметричным относительно средних условий), не нарушающим общий годовой период, но вызывающий «размывание» его концентрации воздействия, проявляющееся в расширении его спектра, эквивалентное уменьшению «добротности» самого сигнала (увеличению относительной ширины полосы спектра такого сигнала), или увеличению его дисперсии (квадрату СКО – среднеквадратичной ошибки отклонения средней частоты).

Большая устойчивость малокультурных /малодобротных/ деревьев типа (а) Ууст(а) - к изменению общегодового природного цикла, легко объясняется тем, что у малодобротных колебательных систем более широкая полоса пропускания (резонансного реагирования), и потому они менее чувствительны к отклонению ее от центральной (соответствующей «правильному» природному циклу). (Заметим, что такое отклонение по средней частоте природного воздействия - для данного дерева, может быть не только при «мгновенном» изменении окружающих природных условий, например, быстром потеплении климата, но и просто при переносе/пересадке такого дерева в другую климатическую зону, с большим или меньшим годовым периодом/сезоном вегетации, т. е. с резко отличным количеством «тепловых» годовых часов, по их сумме.)

Большая устойчивость дерева вида (б) Ууст(б) к погодным «выпадам» у менее культурных (с меньшей добротностью) деревьев можно объяснить с двух позиций. Во-первых, у менее культурных/добротных деревьев более широкая полоса резонансного восприятия природных сигналов (хотя и с меньшим усилением в ее пике). И поэтому они способны воспринимать (практически) без потерь более широкополосные («размытые» погодными выбросами) сигналы природного воздействия (массо-энергетического, «дождливо-теплового») – в отличие от более высококультурных/высокодобротных деревьев, которые «выкусывают» только центральную часть спектра сигнала, а боковые его «крылья» пропадают «зря», проходят мимо биосистемы (дерево их не воспринимает из-за слишком большой инерционности).

Второе объяснение, той же сути, но с другой стороны, следующее.  Здесь параметр Ууст– понимается как запас «сил» дерева, (энергии и массы), отражаемый параметром Рмин (Ууст=Рмин),  для противостояния дестабилизирующим, естественный природный цикл, случайным экстремальным выбросам природно-климатических условий, на которое дерево вынуждено тратить часть сил, (точнее – энергии). Поскольку Ууст=Рмин, определяется минимальной «пороговой» мощностью Рмин, отчасти отражающей, по определению, ее величину добротности/культуры Q=Ук (находясь в знаменателе Q = Ук=примерно=Рмакс/2Рмин, при Рмакс/Рмин = много больше 1), минимально достаточной для ее функционирования; то эта же величина Рмин является максимальной «пороговой» суммарной (по годовым компонентам) мощностью – для внешнего «помехового-шумового» сигнального (природного) воздействия, которая может достаточно успешно преодолеваться деревом (без резкого увеличения потерь и падения КПД дерева). При таком уровне мощности (Рмин) суммарных «шумовых» импульсных природных «помех» (отклонений), уменьшающих пиковую мощность сигнала (за счет его «размытия»), их общее негативное влияние сравняется с влиянием внутренних потерь самого дерева, выражаемых его эквивалентной мощностью потерь на условном эквивалентном сопротивлении потерь (в принятой электрической модели), определяющем его добротность/культуру. В итоге общие потери, вместе с внутренними собственными потерями дерева, удвоятся, что эквивалентно уменьшению «культурности» дерева вдвое, по сравнению с его «культурностью» (произведению продуктивности на экономичность) в случае нормального идеального регулярного воздействия «чистой синусоиды» сезонных/годовых колебаний массо-энергетического обеспечения биообъекта  «дерево».

Заметим, что, поскольку параметр «уровень устойчивости» Ууст обратно пропорционален параметру экономичность/выносливость Э=В (Ууст =1/В = Рмин),  то все относительные  преимущества деревьев по этому параметру - перед более высокодобротными/культурными деревьями - достигаются за счет потери в их экономичности общего функционирования, измеряемым его КПД, урожайности и пр. - при регулярных «правильных» воздействиях, а также по максимальной морозостойкости и засухоустойчивости в периодах зимнего и летнего покоя – свойственной более высокодобротным, «культурным» деревьям.

Но зато по устойчивости к оттепелям с последующими морозами и прочим, прежде всего особо опасным экстремальным погодным отклонениям, малокультурные деревья более устойчивы (т. е. по общей «зимостойкости», состоящей из четырех входящих компонент – по работам Кичины,  а не морозостойкости среди зимы, где культурные деревья впереди). Аналогично менее культурные деревья имеют превосходство к засухам (погодным выпадам) в периоды интенсивного роста и созревания (с пиками ¼ и ¾ Т), а высококультурные – по предельным переносимым засухам в период летнего (и, возможно – зимнего, но там могут быть другие ограничения) покоя (в интервалах времени около Т/2 и 0Т, Т).

Очевидно и интересно здесь то, что оба эти параметра, «уровень устойчивости»  Ууст и экономичность/выносливость Э=В (Ууст =1/В = Рмин) обратные друг другу и по своей зависимости от параметра «уровень культуры» биосистемы Ук = Q=примерно= Рмакс/2Рмин (поскольку у первых параметр Рмин стоит в числителе, а у второго, Ук – в знаменателе). Из этого следует, что более высококультурные деревья заведомо менее критичны к изменениям природных условий (нарушениям естественного цикла), хотя они более выносливы по своему массо-энергопотреблению (экономичности) и превосходят по урожайности/продуктивности (при равном ресурсном массо-энергетическом обеспечении) в нормальных («хороших») природных условиях «правильного» годового цикла (по энергообеспеченности – теплу, солнцу и регулярным дождям, обеспечивающим равномерность и достаточность поступления массы растворенных питательных веществ в естественных условиях выращивания – без искусственного орошения).

(Прим. «Правильным» годовым циклом называется такой, который совпадает по общей длительности с нормальным среднегодовым для данной местности и не имеет больших случайных выбросов по массо-энергообеспеченности внешней природной среды, снижающий равномерность поступления ресурсов и, как следствие,  эффективность функционирования биосистемы «дерево».)

Теоретическое отступление

С позиции физики (радиотехники) смысл этого понятия Ууст биообъекта заключается в его способности обеспечить «захват» частоты внешний воздействий («полезного сигнала») в свою полосу пропускания (колебательной системы «дерево»), для того, чтобы они «резонировали» и таким образом «усиливались». Если частота внешнего воздействия (сигнала) «уйдет» (и не попадет) в полосу приемной системы (биообъекта дерева), он ее попросту не воспримет, и вся энергия пришедшего сигнала не будет использована, «пройдет мимо». Так произойдет, если, например, при добротности колебательной системы Ку = 10 вдруг частота внешнего воздействия изменится в число раз, меньше 10, например, в 5раз (что будет, если длительность годового период уменьшится /или увеличится/ вдвое). Такой сигнал приемный контур не воспримет, и его энергия пропадет зря - для приемника. (В  реальном примере с деревом это соответствует случаю, когда период годового цикла дерева уменьшится или увеличится вдвое, по сравнению со среднегодовым, за время предыдущего роста дерева и с учетом заложенной генетической памяти о природном цикле в той исходной родительской форме, от которой унаследован этот параметр).

Напомним, что полоса пропускания по частотам (дельта f) контура (простейшей колебательной системы, используемой в качестве аналога в нашей модели и его параметр добротность Q (аналог параметру «культурность» Ук у дерева) связаны следующим соотношением:  Q = f о/(дельта f) = 1/Т(дельта f),

где f о=1/Т – средняя частота и период годовых (сезонных) климатических колебаний.

Параметр Ууст («уровень устойчивости») колебательной системы отражает ее устойчивость к изменению частоты (и факторов/условий, на нее влияющих, типа погодных «выбросов» в реальном прототипе модели в виде контура) внешнего воздействия, и определяется ее полосой пропускания [по формуле: Ууст=(дельта f)/fо = 1/Q = 2/Ук             (23)], в которых контур продолжает сохранять свою усилительную способность.

В следующих разделах будет рассмотрено, как практически можно определить параметр «уровень культуры» данного дерева известного сорта.

5. практические Методы определения уровня культуры конкретного плодового дерева

5.1.  КАК ОПРЕДЕЛЯЮТ КАЧЕСТВО СОРТА ПЛОДОВОГО ДЕРЕВА СЕЙЧАС ПРОФЕССИОНАЛЫ?

В настоящее время в практическом садоводстве качество сорта или отдельного плодового дерева (то, что мы назвали параметром «уровень культуры»), например, дерева яблони данного сорта, обычно определяют через такие его параметры, как: удельная продуктивность (урожайность) с единицы площади сада (средняя по годам, за период активной жизни/эксплуатации): скороплодность (период взросления дерева до первых урожаев и последующая скорость наращивания урожая, т. е. длительность переходного периода от рождения до активного плодоношения, или передний фронт «импульса жизни», в модели).

Реже используется дополнительно такая характеристика сорта, как долговечность дерева. [Поскольку в наше время интенсификации жизни долговечность не ценится, потому что не используется, поскольку все деревья, разных сортов, в саду вырубаются при его замене и раскорчевке старых деревьев – единовременно, и только в грубой градации по сроку службы садов в зависимости от уровня их интенсификации на три категории: сильнорослые (обычные, на сеянцевых подвоях) деревья служат 25 лет – в промышленных садах, полукарликовые – 20 лет, и карликовые – 15 лет.  Хотя ранее, в «древности», эта характеристика дерева – долговечность - считалась одной из основных, и в первую очередь учитывалась при закладке монастырских «вечных» садов.].

Все чаще, хотя и отдельно – учитывается продолжительность/длительность периода хранения плодовой продукции с учетом ее сложности и стоимости, с первую очередь определяемой таким параметром плодов, как «лежкость», который приобретает все большее значение при общей оценке  сорта (именно по этой причине все больше начинают цениться зимние сорта плодовых культур, способные храниться и сохранять высокие товарные и потребительские качества в течение многих месяцев, порой до следующего урожая).

При оценке качества сорта, прежде всего, конечно же, учитываются параметры плодов – внешний вид (размеры или масса, цвет и наличие румянца, чистота кожицы - от парши, шершавости и прочее) и вкус плодов (наличие достаточного количества сахаров, кислот и прочих компонентов, их сбалансированность), витаминность, устойчивость к болезням (в первую очередь грибковым и другим) и вредителям, зимостойкость, засухоустойчивость, к бедным почвам (в последнее время все чаще используют общий термин «общая экологическая устойчивость»). Разумеется, от сорта требуется высокая урожайность, скороплодность, скорость наращивания урожаев, регулярность плодоношения, средняя урожайность. Важны также такие характеристики, как одномерность плодов и одновременность урожая, высокий процент (доля) выхода «товарных» плодов – т. е. пригодных для продажи, как первого сорта (размером более 100 г, «чистых» и красивых), что характеризуется таким параметром, как «товарность» плодов.

Исключительно важны также такие характеристики деревьев сорта (не очень понятные и ценимые непрофессионалами, но в которых «зарыты» основные параметры сорта или дерева, его интенсивности и экономичности), как форма естественной кроны, которая должна быть малогабаритной, компактной, хорошо и равномерно облиственной (если не хватает природных данных, надо помочь искусственной обрезкой – прежде всего на понижение или, лучше, другими методами безвредного «нехирургического» воздействия – типа многократной пинцировки концов веток в течение сезона, их отгиба в нужном направлении, прививкой на карликовые подвои или скелеты деревьев с более «правильными» естественными конструктивными  параметрами – углами отхождения ветвей, общим размером и силой роста, прочной и плотной древесиной, более выносливой климатически и природно и т. д.).

****

При оценке общей экономической эффективности плодовых или садоводческих хозяйств используют также такой интегральный параметр, как «рентабельность» предприятия, которая определяется скоростью (периодом окупаемости) вложенных средств (насколько помнится, но в экономику я не лезу, ибо наукой ее не считаю). Смысл в такой общей оценке эффективности плодовых деревьев есть, и большой, поскольку затраты всех материальных ресурсов не измеряются только основными физическими из окружающей природной среды (энергия и масса питательных веществ из окружающей среды, время и пространство производства), которые определяются в основном площадью сада, но и другими вложенными средствами и ресурсами, «искусственного» происхождения: привозными дополнительными удобрениями, с учетом стоимости их доставки и внесения; водой (плюс работы по изготовлению системы орошения или ирригации); стоимостью трудовых ресурсов по обеспечению облуживания растений (по содержанию земли, обработке деревьев – обрезке, формировке, опрыскивании, а также сбору и хранению урожая).

****

Однако в данной статье все эти многочисленные аспекты понятия «культура» применительно к плодовым деревья мы касаться не будем, это удел ученых-профессионалов в данной области, и прошу прощения у них, что влез в их «епархию» со своими мнением и рассуждениями, необразованного дилетанта – самоучки; относитесь к ним только как к частному мнению, человека со стороны, «независимого» садовода-любителя. [Вроде того, как большие политики иногда (перед выборами в основном, или в критические моменты истории, как, например, Ильич в период революции прислушивался к мнению «ходоков» из народа) обращаются к мнению рядовых граждан, от том, что в нашем государстве не так и куда и как ему развиваться дальше. Или вроде того, как умный академик телевидения Владимир Познер, благородно взявший на себя функцию окультуривания нашего не шибко развитого народа, приглашает всегда на свои передачи «Времена» (последнее название) «свежую голову» - какого-нибудь известного,  «популярного» человека, далекого от политики (как говорится: «Устами младенца глаголет истина»).]

Моя цель, в данной статье – гораздо уже – только рассмотрение физической сути понятия «культура» применительно к многолетнему плодовому дереву. Что, во-первых, необходимо для большей глубины и объективности  понимания вопроса, благодаря количественной, численной оценке этого параметра (с помощью введенного параметра «уровень культуры»),  а, во-вторых, для обеспечения возможности физико-математического моделирования разных параметров плодового дерева, влияющих на такую итоговую его характеристику, как «культура» плодового дерева. Важнейшую для сравнительной оценки сортов плодовых деревьев, а также решения многих других ключевых вопросов садоводства, в частности, выбора оптимальных размеров и конструкций деревьев (крон и корневых систем) для разных природно-климатических зон (от северной до южной) и условий ухода.

5.2. КАК ПРЕДЛАГАЕТСЯ ОПРЕДЕЛЯТЬ ПАРАМЕТР «УРОВЕНЬ КУЛЬТУРЫ» ПЛОДОВОГО ДЕРЕВА?

В соответствии с общим определением параметра «уровень культуры» для всех объектов, следующим из третьего закона Абакумова,  в частности, для плодового дерева (например, яблони) уровень культуры (в условиях данной местности, где расположен сад) - это его удельная продуктивность на единицу площади сада (и прочих вложенных средств по уходу), средняя на протяжении срока эксплуатации дерева, умноженная на продолжительность его жизни (обычно ограниченной возрастом его активной эксплуатации).

Таким образом «уровень культуры» биообъекта можно отразить параметром общей продуктивности (принесенной «полезности») за период его жизни. Однако, этот параметр не совсем верен, если рассматривать жизнь биообъекта не отдельно, изолированно, а в составе «живой системы», а его полезность тоже через призму возможной продуктивности всей системы в тот же период времени и в том же пространстве (территории), в случае его замены на более эффективный биообъект («молодой» и более активный, в данном случае, из следующего поколения, к тому же более совершенного по параметрам). Поэтому более правильно измерять продолжительность жизни биообъекта (как, впрочем, и любого другого, не «живого», например, технического устройства, типа автомобиля) только активным периодом его жизни, пока его продуктивность (с учетом качества плодов, или их товарности) не стала резко уменьшаться по отношению к пиковой, в жизни. К «счастью», эта «проблема» легко решается системой, ее руководством, в своих общесистемных интересах, методом уничтожения ослабших («отживших») своих элементов. (Таким образом, задний фронт «импульса жизни» легко сделать мгновенным, в отличие от переднего – где требуются все знания биологии, физиологии растений и физики, для создания оптимальной физико-биологической биосистемы «плодовое дерево», обладающей максимальной скороплодностью. Плоскую среднюю, высоко продуктивную – «активную» - часть жизни дерева создают путем методов искусственной поддержки, типа правильной регулярной обрезки, подкормки удобрениями, нормировки плодов и прочими агроприемами.).

****

Более строгое определение для «уровня культуры» («культурности») сорта плодового дерева, которое можно найти через параметры функционирования дерева в течение одного сезона – есть произведение его пиковой интенсивности (мощности) Рмакс обменных процессов (восходящей, «ростовой» приливной волны сокодвижения в крону), соответствующей максимальной скорости роста кроны и, параллельно/одновременно, созревания корневой системы (в момент 1/4Т – примерно 5 июня); или равной ей мощности (Рмакс) нисходящей, отливной, «созревной» волны сокодвижения (оттока продуктов ассимиляции из листового аппарата кроны в многолетние ткани древесины надземной части дерева и в его коревую систему), соответствующей максимальной скорости «наливания» плодов (в момент сезонного цикла 3/4Т – примерно 1-5 сентября) - на природную «экономичность» дерева 1/Рмин [определяемой обратной величиной – по мощности для простоты, без учета промежуточной массы - минимума потребляемых массо-энергетических ресурсов, необходимого для обеспечения жизнедеятельности плодового дерева в периоды «покоя», (это периоды Т/2  - середина лета, примерно 20 июля и Т – с начала по конец зимы)].

Строго говоря, «культурность»  биосистемы будет определяться числом, равным отношению полезной усвоенной энергии (и массы) в процессе биосинтеза, преобразованной в химическую энергию (и массу) органических веществ, плодовой и ростовой продукции дерева, к энергии (и массе) потерь при этом процессе (в единицу времени, условно отражаемую величиной мощности обменных процессов Рмин = Э, см. выше). Химическую энергию органических веществ можно оценить в калориях, выделяемых при сжигании древесины и/или в калориях, содержащихся в  плодах. Для ее оценки можно ввести параметр «энергетическая масса» - определяющий энергию, содержащуюся в биомассе.

Культурность (параметр Ук) биосистемы равна ее параметру добротность Q (или 2Q, в основном определении) и связана с параметром КПД функционирования дерева Кпдд в целом следующей зависимостью:

       Кпдд = Q/(1+ Q) = Ук/(1+Ук)                     (25) (по упрощенному определению Ук= Q)

или Кпдд = Q/(1+ Q) = Ук/(2+Ук)                     (26) (в основном определении Ук=2 Q)

Первую величину – максимальной интенсивности обменных процессов в момент наибольшей скорости роста – можно определить через скорость (степень) прироста веток в длину в период пика роста (в начале июня, около 5 числа, соответствующий моменту 1/4Т), методом простых измерений (статистических).

Поскольку вторую величину – экономичность дерева Рмин=Э, в строгом определении, данном в предыдущем абзаце, прямо вычислить трудно, то можно её заменить другим параметром, пропорциональным ему – минимальным потреблением энергии колебательной биосистемой «плодовое дерево» в моменты ее «покоя», когда вся реактивная энергия находится в «застывшем» состоянии, т. е. в «потенциальной» форме (это периоды Т/2  - середина лета, примерно 20 июля и Т – с начала по конец зимы, с ноября по конец апреля). Летом эту «остаточную» активную энергию «утечки» (при обмене значительно больших, основных, реактивных видов энергий, в потенциальной и динамической формах циркулирующих в колебательной системе - постоянно восстанавливаемой за счет поступления новой энергии от солнца), которая проявляется в процессах «остаточного» роста (в моменты нахождения основной части обменной энергии в «потенциальной», статической форме, в моменты «положенного покоя» – около 20 июля) – можно определить по степени «остаточного»  роста ветвей в эти моменты;  либо по степени незаконченности процесса созревания к началу зимы (не залощившаяся концевая почка и остатки прироста недозрелых листиков на конце веток, или неопавших больших листьев – по степени их «остаточной» прочности крепления).

Для лучшего понимания проиллюстрируем графически процессы массо-энергетического обмена в модели плодового дерева. (См. работу «Волновые процессы сезонного массо-энергетического обмена в плодовом дереве», графические приложения, помещенную на наших сайтах).

 Основная функция, определяющая работу колебательной системы, по которой находятся другие производные функции (напряжения в верхних и нижних элементах дерева, а также потенциальной и кинетической энергии в кроне и корневой системе) – это зависимость тока в контуре (колебательной системе) от времени сезона (в долях его периода  Т). Напряжение на концах веток кроны соответствует косинусоиде, одному ее периоду в течение сезона. Напряжение на концах корней соответствует косинусоиде, с обратным знаком, т. е. противоположно по фазе на 180 градусов (напряжение в элементах дерева по длине ветви или корня пропорционально синусоиде в аргументе от расстояния данного элемента до корневой шейки). Функции энергии в каждом из двух видов (и потенциальной, «накопительной» и динамической - ростовой) имеют двойную частоту по сравнения с частотой напряжения. При этом максимумы потенциальной энергии соответствуют минимумам динамической энергии, в моменты  t=0Т, 1/2Т и Т, а минимумы потенциальной энергии соответствуют во времени максимумам динамической энергии  и имеют место при t=1/4Т и 3/4Т (сумма динамической и потенциальной энергий при этом всегда, во все моменты времени – равна общей энергии, запасенной и циркулирующей в контуре – в устоявшемся «стационарном» режиме, когда рост закончился). Функции энергии (любой – потенциальной или динамической) всегда имеют только положительную величину, поскольку энергия имеет размер, пропорциональный квадрату напряжения, а значит – отрицательной быть не может.

В моменты наибольших «провалов» - минимумов функции реактивной динамической энергии (и, соответственно - максимума потенциальной, в моменты  t=0Т, 1/2Т и Т) – вся динамическая энергия в реальной системе содержится только в «активной» форме «потерь», определяемых «не идеальностью» контура (т. е. тем, что его добротность Q не равна бесконечности) – поскольку в этот момент в идеальной системе «реактивный» ток прекращается и становится равным нулю. На этом основании можно вычислить реальную добротность конкура Q, как отношение половины максимумов реактивной/колебательной энергии (потенциальной в моменты t=0Т, 1/2Т и Т,  или кинетической в моменты t=1/4Т и 3/4Т), к энергии потерь (энергетической постоянной составляющей – «подставки», хорошо себя проявляющей в моменты остановки сокодвижения /токов в модели/ при t=0Т, 1/2Т и Т.)

Другой способ вычисления (и объяснения) параметра добротность Q описан выше в разделе   …., через мгновенные мощности процесса, как  Q = (Рмакс-Рмин)/2Рмин,

где Рмакс и Рмин – соответственно максимальная и минимальная активные мощности циркулирующего процесса обмена энергий между реактивными компонентами (и видами энергий, потенциальной на емкости и динамической на индуктивности), выделяемые циркулирующим переменным током на нагрузочном сопротивлении, отражающей в модели все «потери» (для внутренней циркулирующей энергии) процесса, или у суммы реактивных энергий за период колебаний, на совершение полезной (на суммарный биосинтез дерева - рост и плодоношение), и бесполезной (т. н. потери процесса, условно тепловые) работы. Максимум положительной полуволны (соответствующий Рмакс) и максимум отрицательной, относительно средней (соответствующий Рмин), сдвинуты по фазе (времени) на 1/4 Т. Функция Р=f(t) находится как квадрат функции I= f(t) х r, где r – сопротивление общей нагрузки для контура (полезной и бесполезной). Поскольку r = const, то для получения формы кривой Р=f(t) через функцию I= f(t) его можно не учитывать. Здесь важно то, что функция мощности имеет двойную частоту по сравнению с частотой исходной функции тока I= f(t).

Заметим, что постоянные коэффициенты (типа 1/2 для определения точной численной величины добротности) – не имеют принципиальной роли для качественного определения величины параметра «уровня культуры» плодового дерева, через предложенные параметры реального дерева, которые можно найти экспериментальным путем (через уровень максимальной потенциальной или кинетической энергии (или мощности) а также уровень минимальной активной энергии /мощности/ потребления дерева, в моменты /или интервалы/ «покоя»). Важно то, что необходимые параметры – для определения  (пусть с точностью до постоянных величин) параметра «уровень культуры» можно найти практически, по биологическим параметрам плодового дерева.

Так, величину максимальной реактивной энергии в колебательной системе (необходимой для постановки в числитель формулы для определения параметра «уровень культуры») можно найти следующими способами.

Во-первых, измерив (прямо или косвенно) уровень осмотического давления в пиковые моменты при t=0Т, 1/2Т и Т,  положительного на концах ветвей или отрицательного на концах корней. Потенциальная энергия будет пропорциональна квадрату этого напряжения в листьях или концах корней, умноженная на площадь листового аппарата кроны (в середине лета) или на суммарную площадь набухших корневсасывающих окончаний (зимой). 

Во-вторых, измерив пиковую мощность ростовых процессов в момент t=1/4Т или процессов созревания (в том числе плодоношения) в момент 3/4Т. Их можно определить визуально по скорости прироста молодых веток в начале лета, в момент t=1/4Т, или по интенсивности набора соков плодами в пике периода созревания, в момент 3/4Т (около 1-5 сентября в зоне Подмосковья, как раз когда имеет место пик роста корневой системы и грибов, обеспечивающих их в симбиозе водой, столь необходимой для интенсивного процесса обмена  – в обмен на минеральные вещества, которыми дерево готово поделиться). Или по скорости прироста в длину корней в этот момент - 3/4Т (как их измерить, пусть думают экспериментаторы-ученые или аспиранты – пишущие диссертации – но этим, как правило, наукой заниматься еще некогда – им надо торопиться «доказать, что они не рыжие», и получить добавку в зарплате и должность.)

Величину минимальной (активной) энергии, необходимой для поддержания жизнедеятельности биосистемы «плодовое дерево» - можно определить как остаток «динамической» энергии, присутствующей в колебательной системе в моменты «покоя» - т. е. когда реактивная (основная составляющая, во много раз большая, в Q раз, чем ток «утечки» активных потерь) – равна нулю. Это имеет место в моменты минимума динамической энергии в системе, когда сокодвижение (практически) прекращается, меняя направление на противоположное (при t=0Т, 1/2Т и Т). (Инерция этого обменного процесса, приводящая к задержке процессов роста – при  t - 1/2Т, или плодоношения – при t=Т – и определяет потери в реальной системе по сравнению с идеальной, которые и характеризуются параметром добротность Q). Практически (и физически) уровень активных потерь (обменных процессов биосинтеза в дереве) отражается в уровне остаточных ростовых процессов при  t = 1/2Т, или процессов созревания в конце сезона, при t=Т, когда дерево должно было бы спать, но оно продолжает частично /минимально/ функционировать на «остаточной» энергии. Уровень остаточной активной – в некоторой части «паразитной» энергии потерь – можно определить по степени прироста веток деревьев и листьев на их концах в моменты t - 1/2Т в середине лета; а также, в первую очередь, на молодых растущих деревьях, не достигших «стационарного» равновесия зрелых деревьев – еще  и в конце года, при t=Т, когда слабый остаток волны прироста дерева - на отливной волне, предназначенной для роста корневой системы, - отчасти сказывается и на приросте ветвей кроны, что приводит к неполному «вызреванию» ветвей и древесины дерева, проявляющейся в плохом опадении листьев и задержке этого процесса, плохому закладыванию концевой почки – вместо нее торчат маленькие недоразвившиеся листики в розетке; и прочим проявлениям плохого вызревания дерева (его древесины, снижению  зимостойкости против нормальной и т. д. ).

Заметим, что остаточная энергия (и масса, ее содержащая) – в моменты «положенного» покоя (при - t - 1/2Т  и t=Т), снижающие добротность дерева, играют и некоторую положительную роль в жизнедеятельности дерева. (Отрицательная ее роль заключается в снижении добротности колебательной системы «дерево», что снижает ее эффективность и КПД функционирования при нормальном течении годового цикла – то есть в отсутствие дестабилизирующих его погодных факторов, нарушающих «правильный» естественный ритм, на который настроено дерево – типа слишком ранних или наоборот, поздних начал зим или весен, жарких летних сезонов, длительных летних засух и холодов, зимних оттепелей, поздневесенних заморозков и т. п. «выпадов/выбросов» погодных условий).  Она (положительная роль) заключается в том, что дерево с меньшей «добротностью» (отражающей его общий уровень культуры) обладает большей «гибкостью» - в том понимании, что способно успешно «работать» в более широком «окне» /диапазоне/ годовых частот  колебаний (то есть при значительных отклонениях частоты нормального годового цикла колебаний - тепловых и прочих внешних условий – вызванных разными дестабилизирующими факторами, перечисленными выше) и большей суммарной за год мощности «помеховых» импульсных выбросов погодных условий. Это происходит благодаря постоянному наличию больших «остаточных»  запасов энергии и массы (не растрачиваемой в нормальных условиях периодичности сезонных колебаний), которые смягчают удар отклоняющего мелкого природного воздействия и тем  повышают надежность (измеряемой параметром «уровень устойчивости» Ууст колебательной системы «дерево»), за счет их использования при первой необходимости.

В частности, показано /Хаустович/, что общая зимостойкость дерева (включающая сумму разных зимних воздействий, в том числе морозов и оттепелей в разное время зимы) определяется как раз этим запасом влаги (воды) в тканях дерева (думаю, и массы растворенных в нем питательных веществ). (Тогда как предельная морозостойкость, в глубоком сне среди зимы - если следовать из моей модели – должна быть максимальной у дерева с наибольшей добротностью, «культурностью» - при равной их продуктивности). Таким образом, эта остаточная электрохимическая энергия («размазанная» во времени и «размывающая» в низкодобротной системе точку покоя, снижающая концентрацию «энерговыделения» высококультурных биосистем), позволяет, в некотором роде,  благополучно миновать трудный, но неопределенный - по возможным негативным воздействиям - зимний период, с его колебаниями температур и своей разной общей продолжительностью.

Аналогично, и в летний период избыточный остаточный (для нормальной жизни) запас энергии (не использованный, в «активной» форме) и питательных веществ, остающийся «неиспользованным до дна» (практически полностью, как это происходит  в высококультурном дереве), – находящийся всегда «под рукой», «оперативный» (в отличие от «стратегического» инерционного  запаса, имеющегося у высокодобротного, «высококультурного» дерева, который может использоваться только целиком, для длительных годовых провалов, за счет накоплений во всем дереве, в других его частях) - часто оказывается чрезвычайно полезен, когда происходят аномальные, сравнительно кратковременные и разнополярные (относительно средних условий) воздействия погоды и природы, лишающие дерево  нормальных условий (температурных, питания, полива, и пр.), для компенсации произошедших потерь. Он позволяет хорошо переносить небольшие негативные воздействия: непродолжительные засухи или, наоборот, прохладные периоды и прочие стрессовые ситуации, умеренной продолжительности, «внутри» сезона, а также попадания корневой системы в бедные слои почвы, при этом обладая тем большей устойчивостью к отклонениям колебаний сезонных погодных условий, (как к «фазовым» - сдвигающим во времени, так и «амплитудным» - количественным) от нормального ритма (частоты) и величины (амплитуды) колебаний,  чем ниже общая «культурность» дерева. (Чем чаще и «амплитуднее» дестабилизирующие природные воздействия в течение сезона, тем большее преимущество дают низкодобротные системы, в пределе это «одногодовые» растения, типа овощей).

Заметим при этом, что значительные (но медленные и плавные, см. примечание 5) «амплитудные» отклонения, при соблюдении нормального природного ритма в отдельном году (по тепловым температурам в разных годах, например), могут лучше компенсироваться как раз в высокодобротных (многолетних) системах, обладающих большим запасом внутренних накопленных ресурсов, массо-энергетических, (в виде реактивной циркулирующей внутренней энергии). Кроме того, высококультурные (высокодобротные) сорта (деревья) обладают также и большей экономичностью, и, соответственно, большим  КПД функционирования, а, следовательно, и урожайностью (полезной продуктивностью), на единицу потребляемых массо-энергетических ресурсов – в течение одного сезона, и жизни в целом – при нормальном ритме природы. Поэтому параметр «выносливость» (В) в таком понимании – как экономичность (Э), в нормальных условиях сезона «по ритму» - у них выше.

Примечание 5, для радистов и физиков. Медленные изменения, отражаемые малой частотой модулирующей по амплитуде функции, приводят всего лишь к небольшому расширению спектра основной несущей, который вполне захватывается высокодобротным фильтром (колебательной системой). Быстрые же изменения (выбросы погоды коротко импульсного типа) описываются большой частотой модулирующей функции, (близкой к белому шуму, для пиковых «дельта функций») сильно расширяющей спектр (до величины его полосы, равной двум модулирующим частотам). В результате высокодобротная (узкополосная и инерционная) система может не захватить большую часть энергии воздействующего сигнала (энергии быстро изменяющейся тепловой среды).

Параметр «выносливость» В (к малому потреблению ресурсов) и параметр «уровень устойчивости» Ууст (к отклонениям условий от нормальных по амплитуде или фазе – биоритму) – противоположны по своему физическому проявлению, но оба отражают «надежность» дерева, но с разных сторон: первая – для скудных условий по массо-энергетическому обеспечению при стабильном природном ритме. А второй – при нестабильном ритме, но ценой некоторой потери в экономичности, в условиях хорошего «правильного» стабильного ритма.

Степень культуры дерева можно оценить и по такому параметру дерева данного сорта, как «дружность» (единовременность)  плодоношения, и косвенному - одномерность плодов (которая вытекает из первого). Поскольку уменьшение длительности пиковой части функции созревания/плодоношения прямо связано в увеличением интенсивности этого процесса, степени его концентрации во времени (увеличивается скважность импульсов пиков плодоношения, которыми можно аппроксимировать плавную кривую функции реального процесса), а это прямо означает увеличение добротности (простой) колебательной системы Q (или даже переходя к сложной, многоконтурной, с базой N = более единицы, и тогда ее общая добротность будет равной NхQ), и ее «уровня культуры», со всеми вытекающими последствиями – типа увеличения продуктивной эффективности, уменьшения потерь (непроизводительных затрат энергии)  в системе «плодовое дерево», повышение его коэффициента полезного действия дерева в целом.

 Эти параметры (дружность плодоношения и одномерность плодов) - тоже нетрудно определить количественно на базе экспериментальных (статистических) данных.

****

Приведенное выше рассмотрение показывает - с общефизических позиций – противоречивость требований к плодовым деревьям по их предельной продуктивности (и соответственно, предельной культурности, «самоотдаче») и общеприродной («экологической») выносливости – зимостойкости, засухоустойчивости, устойчивости к бедным и «плохим» почвам, прокладным и дождливым летам.  (К вредителям и болезням, думаю, тоже – хотя бы через общую силу организма, вырабатывающую иммунитет).  Однако, тем не менее, очевидно, что общий уровень культуры растению крайне необходим, так как позволяет получить максимальное общее произведение («объем» независимых) параметров, (их «динамический» диапазон), которые можно перераспределить, при селекции нового сорта - любым желаемым образом под данные природно-климатические условия - или искусственно создаваемые уходом (или дерево само способно ими распоряжаться).

ВАЖНОЕ ЗАМЕЧАНИЕ

При этом важно отметить следующий момент. Если по максимальной продуктивности – первой, количественной компоненте интегрального параметра «культурность» дерева, удельной продуктивности, или интенсивности (количеству произведенной продукции в единицах времени и пространства) – впереди малоразмерные, простые (по форме и степени сложности – т. н. низкодобротные) биообъекты, такие, как одномерные однолетние деревца лугового сада или спуровые колонновидные карлики;

то по второй компоненте «культурности», качественной -  экономичности, (в потреблении массо-энергетических ресурсов для производства единицы биопродукции) – преимущество переходит к сложным «высокодобротным»,  биосистемам с большой «базой» (количеством независимых минимальных элементов – листьев, но, прежде всего, ветвей и элементов/волокон с длиной годового прироста) и сложной высокоорганизованной формой, с высокой добротностью в спектральной области пространственных частот. (Проявляющейся в «сгруппированности» длин пространственных периодов – расстояний узлов разветвлений расходящихся веток разных порядков – около среднегодового прироста дерева, в данной точке кроны, а также кратных ему меньших пространственных периодов – в основном для веток более высоких порядков). (См. последующие разделы, посвященные рассмотрению методов спектрального анализа параметров формы и конструкции кроны).

Такие сложные биосистемы позволяют лучше согласовать конструкцию дерева с разреженными, по массо-энергетическим ресурсам, «северными» окружающими средами – подземной и надземной, и т. о. решить проблему выживаемости биообъекта за счет других факторов – синергетического объединения большого количества элементов в одну (пространственную) систему, и притом максимально точно настроенную в резонанс с сезонными колебаниями природных факторов (тепла и солнца, прежде всего). При меньшей их относительной невысокой продуктивности в хороших, «перенасыщенных», «высококультурных» условиях окружающей среды – по сравнению с простыми линейными спуровыми карликами – на севере они дадут даже больший урожай, (помимо большей выносливости разумеется).

Карликовые деревья имеют большие преимущества по эффективности только в условиях перенасыщенных высококультурных сред – по теплу и солнцу в кроне и питанию в почве.

***

Окончание части 1, см. продолжение работы «О физике культуры плодового дерева»,

в частях 2, 3, 4.

Абакумов А. П.                 30.03.12.                            Москва

   Д. т.        8 499 200 58 44            моб. т.   8 499  722 60 97                 моб. т.     8 916 018 05 41             

Наши сайты:   

meshera.my1.ru                                садоводство

www.abak47.narod.ru     садоводство, публицистика, техника

www.sad47.ucoz.ru                             -//-

conception.my1.ru           публицистика, философия, размышления

адреса электронной почты:

       abak47&narod.ru                              abak4713&mail.ru