Черное становиться серым

К чему сводится работа земледельца? К тому, чтобы создать растениям по возможности комфортные условия. Прежде в сельском хозяйстве многое решалось на глазок, экспертным, так сказать, путем. Но время шло: копились знания, понимание совершающихся в недрах посева процессов становилось все более полным. Посев начали рассматривать как зеленую машину, которая потребляет из окружающей среды энергию и необходимые ей вещества и продуцирует нужную для человека органику. Собственно, это был уже чисто кибернетический подход. С позиций кибернетики идущие з посеве процессы можно изучать как функционирование некоторой очень сложной саморегулирующейся системы со множеством обратных связей.

Вначале посев мыслился просто как черный ящик: на входе - факторы внешней среды, на выходе - урожай; детали идущих в посеве процессов можно было и вообще считать полностью неизвестными. Но, конечно, постепенно черное становилось серым: в кибернетические модели стали вводить и различные характеристики растений. И чем дальше, тем их становилось больше. Так на бумаге в различных вариантах стали вырисовываться основные блоки системы почва - растения - атмосфера. Эти квадратики, кружочки (ради красоты и легкости обозрения их раскрашивают в яркие цвета), получившие собственные имена: Фотосинтез, Дыхание, Надземная фитомасса, Рост, Листья и так далее. Их стали соединять линиями со стрелками, отмечающими связи и взаимовлияния частей модели-схемы. Стрелки были помечены словами «радиация», «осадки», «ветер»... И вот уже в ход пошли математические символы, буквы, индексы, значки. Так можно было точно судить, куда переносятся потоки лучистой энергии, тепла, влаги, где фиксируется приход углекислого газа.

По существу, здесь действовал, торжествовал тот же, что и в уравнении Иванова, балансный подход. Только он очень усложнился. Так трудом многих исследователей разных стран создавались и совершенствовались модели урожая.

Теперь о роли математики. Без нее труд ученых, занятых исследованием отдельных биологических блоков, оказался бы для теории урожая потерянным. Мозаику отдельных частностей надо было соединить в стройную картину. Это положение, как остроумно заметил один математик, аналогично тому, как если бы, взглянув на разобранные детали часов, мы попытались узнать по ним, который теперь час. И как бы хорошо детали эти ни были изготовлены, они никогда не покажут время, пока мы их правильно не соединим и не приведем в движение.

В теории урожая  «узнать время» удалось только лишь благодаря математике. Дело в том, что за линиями, связывающими главные узлы «зеленой машины», скрываются формулы и уравнения, часто очень сложные, дифференциальные и интегральные - высшая математика (!), которые количественно описывают обмен энергией и веществами. Весь спектр данных о погоде, о состоянии почвы и атмосферы, сведения о «самочувствии» посевов - ученые стараются учесть все, что может оказать влияние на формирование урожая - кодируется в интегралах и дифференциалах, в буквенных обозначениях. Так сконструированная с помощью биологов и агрономов кибернетическая модель стала еще и математической, содержащей обычно многие десятки коэффициентов и параметров.

Конечно, математическая трактовка реально идущих в природе процессов и явлений еще довольно груба. И неудивительно: научный поиск в этой области начат не так давно, лет 20 назад, и возникающие тут проблемы необычайно сложны. К примеру, влияние погоды нельзя правильно оценить, не зная предшествовавших условий. Солнечная сухая погода может быть чрезвычайно полезной растениям, если до этого было влажно. Однако те же условия снизят урожай, если запасы влаги в почве невелики.

Да, предыстория играет первостатейную роль. Растения снесут и засуху, если успели развить мощную корневую систему, а так это или нет, определяется условиями предшествующего периода вегетации. Так и получается, что растения как бы суммируют прошлые условия погоды, и их реакция на текущее во многом определяется этой «памятью».