5. Биотектоника как направление методологии лесоведения

Биотектоника основывается на свойствах и закономерностях морфогенеза, которые были открыты биологами, математиками, учеными других специальностей преимущественно на растительных объектах; в их число входит основная пропорция рядов чисел Фибоначчи и Люка – Золотое сечение.

Применение закономерностей биотектоники наиболее целесообразно и доступно при изучении морфогенеза древесных растений; они являются развитием закономерностей морфогенеза, в частности, роста и симметрии.

Традиционное понятие «форма в живой природе» – поверхность, очерчивающая объем животного или растения, статично, не учитывающее их главного свойства – свойства роста. Чтобы исследовать морфогенез, формообразование, необходимо понятию «форма» дать динамичное определение, которое объединяло бы в одно целое представление о росте как энергетическом процессе и освоении пространства при развитии из зародыша (Точки начала роста). Такой взгляд включает цель исследования и заключенное в нем содержание. Необходимо учитывать, что все происходящие в процессе роста изменения форм животных и растений происходят в пространстве.

Растения – сложно и по заданному плану устроенные живые организмы. В мире растений, в отличие от животных, клеточные структуры не компонуются из готовых конструкций других живых организмов, а создаются изначально. Растения находятся в тесных отношениях с окружающей средой – произрастают там, где есть свет, тепло, вода, кислород, углекислый газ, минеральные питательные вещества, из которых они формируются.

Высшее совершенство в строении дерева, являющегося частью материи, могло сформироваться лишь в полном соответствии с глобальными свойствами и законами материи, с законами природы. Рост и форма изучаемого объекта в процессе математического моделирования выражаются одной формулой. Золотое сечение представляет собой в природе фундаментальную константу формообразования, но константу неявную, а глубоко скрытую от поверхностных наблюдений [45].

В живой природе функции и формы сближены и взаимно обусловлены. Для конструктивной формы стволов и стеблей растений характерно распределение строительного материала по линиям максимальных напряжений, в связи с чем опорные элементы организма обладают значительной его массой. Одной из опорных форм в природе является конус. Он присутствует в конструктивном построении крон и стволов деревьев, стеблей и грибов, раковин и пр. [21].

Для крон деревьев характерно занятие максимального пространства с целью повышения возможностей синтезирования строительного материала. Для крон деревьев характерно взаимодействие двух конусов; кроны внизу начинают развиваться по принципу конуса роста (основание конуса вверх), а заканчивают развитие по принципу гравитационного конуса – вершиной вверх.

В природе часто встречаются конструкции в виде яйца. Благодаря непрерывности и плавности форм они обладают свойством равномерного распределения сил по всему сечению, а геометрия формы помогает этой конструкции стать прочнее. Формирующаяся с возрастом яйцевидная форма кроны многих светолюбивых древесных пород (наряду с формой гравитационного конуса теневыносливых древесных пород) является оптимальной, способствуя повышению прочности древесины ствола. Древесина ствола древесных пород с формой кроны в виде гравитационного конуса, наоборот, обладает рыхлостью, так как такая крона не способствует формированию прочности ствола из-за сравнительно ограниченных ветровых нагрузок. Древесные породы (сосна, лиственница) с яйцевидной формой кроны (сосредоточенной в верхней части ствола и способствующей усилению ветровой нагрузки), формируют мощную глубокую корневую систему, а деревья с конусовидной формой кроны (ель, пихта) – поверхностную.

В природе встречается большое разнообразие геометрических форм: окружности, овалы, кубы, ромбы, квадраты, треугольники, многоугольники и др. При исходных принципах развития (линейный, плоскостной, пространственный), несмотря на бесконечность форм и множественность принципов формообразования, выделяют несколько наиболее распространенных принципов пространственного развития – линейный, радиально-концентрический и спиральный. Кроме того, развитие происходит и по кривым различных порядков – параболе, гиперболе, синусоиде и др.

Линейное пространственное развитие имеет две разновидности – линейно-полосовое и линейно-сетевое. Радиально-концентрический принцип развития является наиболее распространенным в природе – в виде окружности, на базе овала, эллипса, квадрата, прямоугольника, многоугольника и других геометрических фигур. Сочетание радиально-концентрического и линейно-полосного принципов дает лучевой способ развития.

В основе спирального пространственного развития лежит спираль – кривая, закручивающаяся вокруг точки на плоскости (плоская спираль) или вокруг оси (винтовая спираль). Спиральный принцип пространственного развития осуществляется непрерывным нарастанием объекта вокруг центральной точки или центрального ядра. Развитие пространства может осуществляться или по горизонтали без роста в высоту (горизонтальная спираль), только в высоту (вертикальная спираль) или в высоту и ширину (при этом она может быть восходящей или нисходящей).

Перед лесами наряду с использованием их ландшафтообразующих свойств, ставятся не менее важные задачи повышения продуктивности и улучшения состояния лесов, выполняющих многообразные социальные, экологические и народно-хозяйственные функции. Разработка теоретических основ формирования лесов, выполняющих, наряду с эстетикой, природообразующие и лесоводственные функции, является сверхзадачей лесоводства будущего.

В составе биотектоники выделяется дендротектоника как методологическая основа для разработки методических основ исследования деревьев и древостоев.

Использование теоретических положений, приемов и методов, составляющих суть дендротектоники, позволяет усовершенствовать методы изучения лесов с использованием фундаментальных свойств материи и законов ее организации, а с привлечением результатов натурных исследований – разработать практические приемы их реализации.

Ученым, будущим разработчикам использования основ биотектоники в лесном деле, важно учитывать особенности формирования лесных объектов с учетом многообразных целевых установок их создания и выращивания.

Первоочередной задачей применения основных положений биотектоники в лесном деле является обоснование возможностей их использования при разработке методических основ и методик исследований строения насаждений и древостоев, их изменений в процессе возрастной динамики в различных условиях произрастания. На втором этапе разработки практических мер важно использовать закономерности биотектоники в сочетании с результатами исследований, полученными с применением традиционных методов.

Применяемые в настоящее время методики лесоводственно-таксационных исследований широко используют приемы, разработанные лесной таксацией, служащей методическим и математическим обеспечением распространенных в лесоведении методов эмпирических исследований – наблюдения, описания и эксперимента.

Достигнутый лесоводами уровень совершенствования эмпирических моделей явлений и объектов, создаваемых по результатам использования методов наблюдения и эксперимента, методологически не обоснован, в связи с чем возникла необходимость перевода лесоведческих исследований на принципиально иную, научно обоснованную, методологическую основу – морфогенез, включая биотектонику.

До настоящего времени биотектоника не нашла достойного применения в лесоведческих исследованиях, не было обосновано ее применение в качестве одной из методологических основ лесоведения, что ограничивает возможности выявления природных закономерностей строения основных компонентов леса и их динамики.

Требуется обоснование применения схемы А.Э. Коротковского в изучении лесных объектов, что является важнейшей предпосылкой признания биотектоники в качестве одного из направлений методологии лесоведения [41].

Биотектоника, несомненно, должна занять свое место в теоретическом обосновании строения как естественных, так и искусственных лесонасаждений. Биотектоника – это специально-научная методология биологии, включая лесоведение. «Специально-научная методология – промежуточное звено, мост между общей философской методологической и конкретной научной областью знаний лесоведением; этот «мост» ведет к научной теории в лесоведении. «Специальная научная методология не есть лишь область философии. Она целиком передается специалистам конкретных научных областей при условии их ориентации на философскую методологию».

Основополагающими закономерностями в биотектонике являются симметрия и пропорция принимающие непосредственное участие, а морфогенезе дерева.

Симметрия  геометрические преобразования, сохраняющие неизменной структуру пространства с помощью зеркальных отражений.

Если пропорция выражает однородное изменение, то симметрия – наоборот, равенство состояний, равенство расстояний и углов, сохранение равного, одинакового, однородного строения.

В природе симметрия распространена у цветочных растений. Выделяют:

– актиноморфный цветок – правильный цветок, имеет более двух плоскостей симметрии (гвоздичные, розоцветные, зонтичные);

 асимметричный цветок (валерьяновые, некоторые жимолостные);

– зигоморфный цветок – околоцветник имеет одну плоскость симметрии, проходящую через середину прицветника, цветоножку и ось прицветника (бобовые, губоцветные, орхидные).

Зеркальное отражение (симметрия) – ортогональное преобразование, изменяющее ориентацию в пространстве (в отличие от собственного движения), осуществляемое последовательным выполнением конечного числа зеркальных отражений. Симметрия широко распространена в биологии (рис. 6, 7, 8).

Основной пропорцией роста живых организмов служит Божественная пропорция, более известная в науке как Золотое сечение, являющееся важнейшей закономерностью рядов чисел Фибоначчи и Люка и лежащее в основе фундаментального свойства этих рядов чисел – их мультипликативности.