3.2. Особенности использования биотектоники при изучении лесных насаждений

Выше отмечены особенности, отличающие лесные насаждения от зданий и сооружений. Эти особенности значительно усложняют применение биотектоники и основанных на ней методических подходов к организации лесоведческих исследований. Применение биотектоники в изучении природы леса связано с необходимость учета специфики структуры биотектоники как системы закономерностей, и многочисленных связей ее составных частей, предложенных применительно к архитектонике А.Э. Коротковским (1987).

Специфика методологии, методических основ и методик изучения лесов связана с необходимостью учитывать их комплексное значение как части биосферы, объекта лесохозяйственной деятельности, направленной на повышение продуктивности и хозяйственной значимости лесов, их ландшафтообразующей и экологической роли. При этом совмещение этих требований достигается оптимальным образом далеко не всегда. Необходимо в каждом конкретном случае учитывать основные установки лесовыращивания (хозяйственно-экономические, социальные, экологические) и их соотношения в целевом спектре выращивания леса.

При моделировании биологических форм эффективно применение ЭВМ. При этом они могут быть использованы как для формального алгоритмического описания форм объектов, так и для имитации процессов их естественного образования в конкретных условиях среды.

В лесоводстве наиболее важное значение имеет моделирование биомассы древесной растительности, определяющее хозяйственное, экологическое и социальное значение лесов. Наиболее простой задачей является моделирование роста ствола как основного исследуемого в лесном хозяйстве компонента древостоя, а наиболее сложной – моделирование роста биомассы дерева, древостоя и насаждения ввиду сложности структур этих компонентов леса.

Как было показано выше, основные фундаментальные свойства материи являются составляющими основного закона роста – Закона спирально-логарифмического кумулятивного роста. Он имеет свое алгебраическое выражение в виде формулы и геометрическое выражение в виде Золотой спирали. Эти выражения являются математической моделью роста дерева и важнейшей составной частью методологии лесоведения, в частности, биологической его части.

Закону спирально-логарифмического кумулятивного роста подчиняется рост биомассы дерева в целом и его основных составных частей – корней, ствола, кроны и фотосинтезирующий массы с учетом особенностей их взаимодействия. К Золотой спирали как математической модели роста, эталону, стремится дерево в своем росте в процессе онтогенеза и в обеспечении биологической устойчивости к неблагоприятному влиянию условий природной среды.

В связи с применением биотектоники в методологическом обеспечении исследования лесов возникает необходимость проработки ряда вопросов, которая обеспечит переход от эмпирического пятого уровня лесоведения к использованию фундаментальных природных закономерностей третьего уровня научного познания:

1. обоснование биотектоники как методологической основы исследования лесов, представляющих собой конгломерат специфических объектов с их сложной природной структурой, развивающейся в динамике;

2) разработка математических методов аппроксимации роста дерева Законом спирально-логарифмического кумулятивного роста (Золотой спиралью);

3) обоснование соответствия роста дерева основному закону роста  Закону спирально-логарифмического кумулятивного роста (Золотой спирали);

4) выявление степени влияния различных экзогенных и эндогенных факторов, препятствующих достижению деревом наиболее полного соответствия его роста Золотой спирали (к таким факторам относятся: биологические свойства древесной породы, условия произрастания, породный состав древостоя, его густота, полнота, ярусная структура и т.д.);

5) выявление суммарного действия и сопряженного взаимодействия экзогенных и эндогенных факторов на рост дерева и на отклонения его от Закона спирально-логарифмического кумулятивного роста;

6) составление математической модели роста дерева;

7) составление математической модели роста древостоя;

8) адаптация существующих методик исследований к установленным требованиям Закона спирально-логарифмического кумулятивного роста.

Разработка математической модели роста дерева позволит перейти к составлению математической модели роста древостоя как совокупности математических моделей роста деревьев, составляющих древостой. Использование интегрального исчисления позволит осуществить переход от роста дерева и древостоя к их строению в статике на любом временном отрезке роста.

Успешное решение сложной проблемы составления интегральной математической модели роста древостоя является отправной точкой для составления еще более сложной математической модели формирования древостоя. Представляется целесообразным использование вероятностно-статистических приемов оценки совокупности моделей роста деревьев, которая после необходимой математической обработки будет представлять собой интегральную модель роста древостоя.

Решение сложной проблемы составления математических моделей роста дерева и древостоя не означает сокращения интенсивности применения традиционных методов исследований лесных объектов и явлений, так как традиционные и предлагаемые к разработке на тектонической основе методы дополняют друг друга в научной оценке этих объектов и явлений, в составлении их интегральной характеристики.

С учетом приведенного анализа проблемы математического моделирования, установленному в настоящей работе способу математического моделирования строения и роста дерева и древостоя более соответствует название «денротектонический».

Дендротектонический способ математического моделирования это установление закономерностей строения и роста дерева и древостоя путем аппроксимации результатов исследования Законом спирально-логарифмического кумулятивного роста с построением соответствующих дендротектонических моделей.

Лесная таксация является эмпирическим разделом лесоведения, осуществляемым методическое, математическое и информационное обеспечение исследований, проводимых на методических уровнях наблюдения и эксперимента. При этом лесная таксация на эмпирическом уровне включает фрагменты математических закономерностей, разработанных специалистами как для реализации научных разработок в практике лесного хозяйства, так и для обоснования теоретических вопросов лесоведения и совершенствования методов таксации. Фрагментарное использование этих закономерностей не позволяет считать лесную таксацию самостоятельной наукой, так как у нее отсутствует методологическая основа, которой призвана стать биотектоника.

Неотъемлемой составной частью лесоведческих исследований должна стать вариационная статистика, призванная математически обоснованно оценивать изменчивость случайных величин, преобладающих в лесных сообществах. Вероятностно-статистический анализ древостоя является основой для его характеристики в статике. Пример моделирования соснового древостоя с использованием статистических методов приведен в докторской диссертации М.Н. Егорова (1996). В качестве диагностических признаков М.Н. Егоровым изучены строение поверхности коры, архитектура кроны, цвет коры в одновозрастных древостоях естественного и искусственного происхождения на различных возрастных этапах их формирования в условиях произрастания на Среднем Урале и в ЦЧО. В некоторых случаях изучены признаки (толщина коры, очищаемость от сучьев), которые можно отнести как к диагностическим, так и к продуктивным. Изучена встречаемость деревьев, относящихся к различным морфологическим формам (фенофонды), дисимметрическая изменчивость сосны.

М.Н. Егоровым дан анализ групповой изменчивости естественных популяций и культур сосны в таежной зоне Урала и воронежской лесостепи, разработаны новые математические модели фенотипической структуры природных и искусственных дендроценозов. По его мнению, число различных моделей, использующих самый разнообразный математический аппарат в решении проблемы математического моделирования биологических сообществ, непрерывно возрастает, при этом выделяются два класса моделей – модели природных и искусственных сообществ. Специфические особенности биологических систем, такие как сложность строения каждой особи в отдельности, полифакторность условий среды, незамкнутость и нужность как в энергетическом, так и в структурном смысле и широкий спектр внешних характеристик, при которых сохраняется жизнеспособность систем, создают определенные сложности в их исследовании и моделировании.

И.М. Егоров предложил назвать использованную им методику «Лесной биотаксонометрикой» или, в общебиологическом аспекте, «Биометрикой». Такие названия обусловлены тем, что основной задачей этой науки является математическое моделирование лесных объектов, которое должно отвечать достижению фундаментальных целей исследования лесов. Необходимо заметить, что использованное М.Н. Егоровым моделирование не является математическим в точном его понимании, а является вероятностно-стохастическим, имеющем отношение к анализу совокупности в статике.