АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция

Биотектоника – методология лесоведения

Читайте также:
  1. А. П. Чехов и сценическая методология МХТ
  2. ВОПРОС: Методология теории государства и права. Классификация методов познания государства и права.
  3. Глава 2. Методология и периодизация
  4. Глава 3.1. Современная методология формирования эффективной системы управления организацией
  5. ГЛАВА 4. Методология и организация процесса разработки и выполнения управленческого решения
  6. ДЕ 2,3. Методы и методология изучения истории
  7. Занятие 26. МЕТОДОЛОГИЯ НАУКИ
  8. Как методология общественных наук
  9. Лекция 2. Методология педагогических исследований
  10. Логика, методология и методы научного познания
  11. Маркетинг как философия и методология современного предпринимательства

 

Цель включения настоящего раздела – на примере методологических исследований роста дерева и древостоя ввести будущих специалистов-лесоведов в мир некоторых закономерностей, основанных на фундаментальных свойствах организации материи и жизни, показать пути перевода исследований с господствующих в лесоведении эмпирических методов познания (наблюдения и эксперимента) на уровень объективно существующих природных закономерностей. Решение многочисленных методологических и методических вопросов, связанных с переводом научного лесоведения на новый методологический уровень, позволит кардинально повысить научную эффективность исследований.

Исследования с использованием наблюдения и эксперимента обеспечивают эмпирический, фрагментарный и локальный характер выявленных закономерностей. Эмпирическое знание философия определяет как совокупность научных фактов, образующих базис теоретического знания; наблюдение – целенаправленное преднамеренное восприятие исследуемого объекта; эксперимент – прием научного исследования, предполагающий соответствующее изменение объекта или воспроизведение его в специально созданных условиях.

Конечной целью любого научного исследования является составление математической модели изучаемого объекта или явления. Математическая модель – это приближенное описание какого-либо класса явлений внешнего мира, выраженное с помощью математической символики.

Применявшийся до настоящего времени эмпирический подход к изучению дерева не позволил составить математическую модель дерева и его роста. Нужен был иной взгляд на изучаемый объект – дерево, принципиально отличающийся от традиционного взгляда. Таким, предлагаемым впервые, альтернативным подходом служит изучение дерева как высоко организованной материальной субстанции, формирующейся на основе глобальных законов существования и организации материи. При реализации такого подхода появилась возможность решить проблему составления математической модели роста дерева, а затем и математической модели роста древостоя, перенести эти приемы моделирования на другие растения и растительные сообщества.

Достигнутый лесоведами уровень совершенствования эмпирических моделей явлений и объектов, создаваемых по результатам использования методов наблюдения и эксперимента, методологически исчерпал себя, в связи с чем возникла необходимость перевода лесоведческих исследований на принципиально иную научно обоснованную методологическую основу – биотектонику, основные свойства которой соответствуют свойствам архитектоники.



Основы архитектоники как методологии были разработаны философами и архитекторами с использованием положений системного анализа преимущественно на растительных объектах (Кимберли Элам, 2012). Архитектоника – это художественное выражение закономерностей строения, присущих конструктивной системе зданий, художественных произведений, обусловливающее соотношение его главных и второстепенных элементов. Архитектоника является системой закономерностей, занимающей промежуточное положение между разделом философии «Системный анализ» и конкретной наукой архитектурой в широком ее понимании.

Архитектоника – это специально-научная методология (Назаров, 2012).

Особенностями лесных насаждений (являющихся природными архитектурными объектами), отличающими их от архитектурных сооружений, являются:

– более высокая сложность размещения в пространстве своих составных частей;

– более высокий уровень формирования структуры объектов;

– развитие строения объектов в динамике при воздействии многочисленных эндогенных (включая наследственный аппарат) и экзогенных факторов;

– возможность применения мероприятий по улучшению строения и структуры объектов;

– более широкое разнообразие цветовой гаммы и её изменений во времени и пространстве;

– возможность применения широкого спектра методов исследования объектов;

– выполнение объектами экологических функций, и т.д.

Для интегрального обозначения тектоники биологических и архитектурных объектов целесообразно использовать термин «Биоархитектоника», объединяющий биотектонику и архитектонику. Архитектоника как методология обеспечивает разработку методических подходов к исследованию в архитектуре. Методологией в биологии является биотектоника как параллельная архитектонике методология, построенная на тех же принципах, но учитывающая более сложную структуру и динамику объектов. В составе биотектоники выделяется дендротектоника как методологическая основа для разработки методов исследования древостоев.

Первоочередной задачей применения основных положений биотектоники в лесном деле является обоснование возможностей их использования при разработке методических основ и методик исследования строения насаждений и древостоев, их изменений в процессе возрастной динамики в различных условиях произрастания. На втором этапе разработки практических мер по использованию полученных результатов исследований важно использовать также предложения, которые наиболее полно отвечают целевым установкам выращивания лесов и формирования лесных объектов.

Перед лесами как специфическими архитектурными и лесоводственными объектами, наряду с использованием симметрии, пропорций и визуального восприятия, составляющих основу искусства, ставятся не менее важные задачи повышения продуктивности и улучшения состояния лесов. Формирование лесов, выполняющих, наряду с эстетикой, многообразные лесоводственные функции, является сверхзадачей лесоводства будущего.

Использование теоретических положений, приемов и методов исследований, составляющих суть биотектоники, применительно к лесным объектам позволит коренным образом усовершенствовать методы изучения лесов с использованием фундаментальных закономерностей организации материи и разработать на этой основе практические приемы реализации результатов исследований.

Основными понятиями в биотектонике являются: системный подход, методология исследований, закономерности строения, симметрия, подобие, соотношение, пропорция, божественная пропорция, Золотое сечение, ряды чисел Фибоначчи и Люка, взаимосвязанность форм, пространство, движение, спиральное вращение, логарифмическая спираль, золотые динамические прямоугольники, Золотая спираль, основной закон роста (Закон спирально-логарифмического кумулятивного роста).

Симметрия - геометрические преобразования, сохраняющие неизменной структуру пространства с помощью зеркальных отражений; подобие – понятие, характеризующее наличие у геометрических фигур одинаковой формы независимо от их размеров; соотношение – количественное сравнение двух однородных величин или число, выражающее это сравнение; пропорция – соразмерность, соотношение между архитектурным сооружением в целом и его частями, между частями и их элементами.

Биотектоника, наряду с художественной выразительностью, определяет структуру лесного насаждения и древостоя, их функциональность, биологическую устойчивость, воспроизводство, экологическое и хозяйственное значение и др. Для природных объектов характерно широкое распространение основных характеристик биотектоники – органичного использования пространства, Золотого сечения, симметрии, подобия, спирали.

Основными формами организации материи являются гравитация, структурирование материи в пропорции Золотого сечения, движение (понимаемое как любое изменение вообще) преимущественно в виде спирали. Выделяют алгебраические спирали (архимедова, гиперболическая, параболическая) и псевдоспираль (логарифмическая). Основной формой жизни является логарифмическая спираль, алгебраические спирали встречаются редко.

Рис. 1. Божественная пропорция
B
C
Основой Золотого сечения является Божественная пропорция (рис. 1).

Божественная пропорция получается путем деления отрезка на два сегмента таким образом, чтобы отношение всего отрезка АС к более длинному сегменту АВ равнялось отношению последнего к более короткому сегменту ВС; это соотношение равно 1,61803, что можно выразить в виде дроби (1+√5)/2 (здесь приведено округленное цифровое значение бесконечного ряда Золотого сечения).

Золотое сечение – это образ соразмерности, целостности, единства разнообразия, динамичного равновесия и роста, упорядоченного множества, образ подобия строению многим природным организмам, неизменно вызывающий чувство полной гармонии и красоты статичных объектов (Божко, 1991).

Золотое сечение (число) представляет собой в природе фундаментальную константу формообразования, но константу не явную, а глубоко скрытую от поверхностных наблюдений. В ряду золотого сечения Ф закодирована генетика, в числе (логарифмическая спираль) закодированы элементарные основополагающие формы живой природы (Шевелев, 1986).

Золотое сечение Ф (фи) является основой организации материи во всех ее проявлениях. Оно лежит в основе всех биологических структур и является геометрическим выражением жизни. Платон называл пропорцию Ф ключом к физике Космоса.

Золотое сечение является основой организации материи на всех уровнях, основной пропорцией (соотношением величин) как в неживой, так и в живой природе. Тем не менее, Золотое сечение не довлеет над другими пропорциями, а присутствует вместе с ними (Шевелев, Марутаев, Шмелев, 1970; Шевелев, 2000; Шевелев, 2006).

Золотое сечение имеет место в распределении Лапласа-Гаусса – основного распределения случайных величин (рис. 2). В распределении Лапласа-Гаусса Золотым сечением является отношение величины срединной ординаты к величине ординат, востановленных из точек – ϭ и + ϭ до точек перегиба кривой распределения. Таким образом беспредельный мир вероятностно-стохастических величин связан с глобальными свойствами материи, лежащими в основе Закона спиарльно-логарифмического кумулятивного роста (Золотой спирали).

Рис. 2. Кривая нормального распределения Лапласа-Гаусса

М – средняя арифметическая; ϭ – стандартное отклонение.

 

Наряду с Золотым сечением и гравитацией основу организации материи составляет число π как форма организации пространства, Золотое сечение с числом π находится в отношении: = 4/π = 1,272 (Ф = 1,2722 = 1,61803), а e-натуральное является формой организации движения материи по спирали.

Золотое сечение является пропорцией ряда чисел Фибоначчи и ряда чисел Люка (начиная с 15 действия), которые получают аддитивным сложением из чисел 1 и 2.

|ряд Фибоначчи

76, 47, 29, 18, 11, 7, 4, 3, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55 и т.д.

ряд Люка | .

а
б
Уникальность рядов Фибоначчи и Люка в том, что соотношения соседних чисел в них соответствуют Золотому сечению; эта уникальность не числовая, а биологическая. Фундаментальность ряда чисел Фибоначчи и ряда чисел Люка заключается в их аддитивности и мультипликативности в пропорции Золотого сечения Ф. Понятие аддитивности означает, что целое структурно, а понятие мультипликативности – на все части структурно организованного целого распространяется одна и та же закономерность роста (пропорция). В едином организме все части растут по одному закону. Это свойство рядов чисел является основой ор ганизации жизни биологических существ и устройства их генетического аппарата (Шевелев, 1986).

 

 

Рис. 3. Спирали роста шишек сосны Рис. 4. Логарифмическая крымской (а), приморской (б) спираль

 

Спиралевидное строение генетического аппарата сопровождается спиралевидным строением генеративных и вегетативных органов древесных растений (рис. 3). Число правых и левых спиралей всегда неодинаково и соотносится оно между собой как пары соседних чисел в рядах Фибоначчи и Люка. Углы восходящих спиралей (углы дивергенции) определяют числа Золотого сечения. 8 спиралей шишки сосны направлены по часовой стрелке, а 13 – против часовой. Приведенные числа 8 и 13 – смежные пары ряда чисел Фибоначчи.

Логарифмическая спираль – это плоская трансцендентная кривая, пересекающая все радиусы-векторы под одним и тем же углом μ. В логарифмической спирали все лучи, исходящие из центра, пересекают ее под одним и тем же углом (рис. 4), а соотношения отрезков лучей, разделяемой точкой роста О, являются Золотым сечением. Логарифмическая спираль нарастает ускоряющимися темпами: чем больше становятся живые существа, тем быстрее они растут (ускоряется накопление биомассы).

Основным способом построения Золотой спирали как геометрического выражения Закона спирально-логарифмиического кумулятивного роста является использование золотых прямоугольников (Кимберли Элам, 2012) (рис. 5).

 

 

 

А
С
а
б


Рис. 5. Построение золотого прямоугольника по методу квадрата

 

Золотой прямоугольник уникален тем, что при его делении всегда получается такой же прямоугольник меньшего масштаба и квадрат. Благодаря этому особому свойству из золотого прямоугольника можно получить спираль, проводя дуги по радиусам, равным сторонам пропорционально уменьшающихся квадратов (рис. 6).

Алгебраическое выражение Золотой спирали:

Ρ = ae,(1)

где: k = lna = ctgμ (при μ = π/2, k = 0 и кривая – окружность). Полюс О – асимптотическая точка.

Золотая спираль является математическим выражением основного закона роста организма в живой природе – Закона спирально-логарифмического кумулятивного роста. Это математическая модель роста, которая отражает изменение массы организма с возрастом.

Закон спирально-логарифмического кумулятивного роста, выражаемый графически Золотой спиралью, объединяет в себе все основные свойства организации материи – числа π,

Рис. 6. Построение Золотой спирали
е-натуральное, золотое сечение Ф и основную форму движения материи и организации жизни – спиралевидное вращение. Закон является важнейшим инструментом исследования роста дерева и древостоя.

Применение биотектоники в исследовании лесов имеет перспективу в следующих направлениях:

1) обоснование биотектоники как методологической основы исследования лесов;

2) составление математической модели роста дерева;

3) разработка математических методов аппроксимации роста дерева Золотой спиралью;

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

5) составление математической модели роста древостоя;

6) выявление особенностей действия и сопряженного взаимодействия экзогенных и эндогенных факторов на рост деревьев в древостое, включая достижение его соответствия Золотой спирали;

7) выявление степени влияния экзогенных и эндогенных факторов, препятствующих достижению наиболее полного соответствия его динамики роста деревьев в древостое Золотой спирали;

8) адаптация разработанных таксаторами методик исследований к установленным закономерностям Золотой спирали.

При исследовании роста древостоя применяется дендротектонический уровень математического моделирования – установление закономерностей роста дерева в виде его математической модели на основе Закона спирально-логарифмического кумулятивного роста и математической модели роста древостоя как совокупности математических моделей роста деревьев. Использование интегрального исчисления позволяет осуществить переход к оценке биомассы дерева в статике на любом возрастном этапе.

 


1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 |


Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.016 сек.)