Рассказано о новом понимании процессов, происходящих в дупле с зимним клубом пчел.

Так сложилась моя пчеловодная судьба, что с самого начала занятия пчеловодством (а было это более 20-ти лет назад) меня постоянно интересовали вопросы зимовки пчел. Да и первая моя книга, вышедшая в 1997 году, имела название «Современные технологии зимовки пчел». Скажу прямо — проблема благополучной зимовки пчел уже несколько столетий остается актуальной и пока (увы!) не до конца решенной. А мне нравится решать именно такие задачи — сложные и востребованные. Поэтому я продолжаю держать вопрос зимовки пчел в сфере своего внимания: ищу новую информацию, анализирую, в чем-то пересматриваю свои взгляды, генерирую свежие идеи и новые знания. Ведь чаще всего решение сложной задачи именно так и происходит — методом постепенных приближений.

Результатом этой моей работы стало более четкое понимание некоторых вопросов зимовки пчел: новые аспекты жизнедеятельности зимнего клуба пчел на основе нового видения механизмов влаго- и воздухообмена в дупле с пчелами, отличительные особенности осенних (зимних) пчел, а также организация зимовки пчел с использованием диффузионной вентиляции через низ улья. Планирую осветить все эти вопросы в серии статей «Зимовка пчел: новые аспекты». В первой статье разговор пойдет о новых аспектах в понимании функционирования зимнего клуба.

***


ТЕРМОРЕГУЛЯЦИЯ


Зимний клуб пчел представляет собой плотное скопление рабочих пчел, которое формируется при переходе пчелиной семьи к зимовке. Образование зимнего клуба — одно из важнейших приспособительных биологических свойств медоносной пчелы, благодаря которому пчелиная семья выживает в неблагоприятных зимних условиях. Только в пределах клуба она поддерживает витальные (необходимые для жизни) температурные и газовые условия, экономно расходует корм и в результате благополучно доживает до начала очередного активного сезона весной.

С наступлением осенних холодов, особенно ночных, пчелы начинают группироваться и занимать меньшую площадь сотов. Когда внешняя температура понизится до 8-10 °С, пчелы образуют зимний клуб, имеющий шарообразную форму. Из физики известно, что для заданного объема минимальная площадь поверхности будет у шара. Применительно к клубу это значит, что, собираясь в шарообразную форму, клуб будет иметь минимальную площадь охлаждения, а, следовательно, потреблять наименьшее количество меда для поддержания необходимой для пчел температуры внутри клуба.

У пчел, объединенных в клуб, существенно уменьшаются теплопотери, а потребление корма в период зимнего покоя снижается в 20-25 раз по сравнению с расходом корма одиночной пчелой за одно и то же время. При нормальной зимовке семья массой 2 кг съедает в среднем 50 г меда в сутки, или около 10 кг меда за 6 месяцев зимовки. Обмен веществ и расход энергии в зимнем клубе в 250-300 раз меньше, чем в активный период.

Однако процесс образования тепла в зимнем клубе пчел до конца не изучен и является предметом исследований многих ученых. Так, например, А.И. Касьянов (2007) на основании измерения теплопроводности слоя пчел при различной степени его уплотнения утверждает, что зимний клуб следует квалифицировать как гетерогенное (разнородное) образование, которое обладает природным свойством самопроизвольного повышения температуры по направлению к ее центру. Оно состоит из системы тел с внутренними источниками тепла — пчел, сотов и ячеек, заполненных медом или воздухом. Источник тепла этой системы — пчелы, выделяющие энергию в процессе их естественной жизнедеятельности. В природе часто встречаются такие системы, у которых по направлению к центру температура самопроизвольно повышается. Например: копны сырого сена, вороха зерна, насыпи плодов, кучи каменного угля и др. Даже при небольшой мощности тепловых источников температура в центре таких систем может самопроизвольно достигать большой величины, и при определенных условиях даже вызвать их самовозгорание.

Следует напомнить, что пчела за счет метаболических (обменных) процессов непрерывно и непроизвольно выделяет тепло, т.е. она являются телом с внутренним источником тепла. Если считать клуб гетерогенным образованием, то это значит, что для поддержания необходимой температуры пчелам необходимо только собраться вместе в клуб (не предпринимая каких-то специальных усилий), а регулирование температуры осуществлять изменением плотности клуба и активности метаболизма за счет увеличения (уменьшения) потребления корма.

Кроме того, такой подход делает возможным пересмотр общепринятого утверждения о том, что основное тепло в клубе выделяют пчелы, находящиеся внутри клуба. Скорее всего, больше тепла должны выделять как раз пчелы, сидящие во внешней оболочке клуба, чтобы избежать чрезмерного охлаждения низкими внешними (по отношению к клубу) температурами. Подобное допущение делает и П.Г. Москаленко в [8]. А пчелам, находящимся внутри клуба, достаточно выделять естественное тепло за счет своих текущих обменных процессов, и этого будет достаточно для того, чтобы данная гетерогенная система самопроизвольно «разогревалась» до необходимых для семьи температур.

Установлено, что при внешней температуре в 5 °С температура тела пчелы равна 10 °С (разница Δt = 5 °C), а при внешней температуре 35 °С величина Δt = 0 °C (Таранов, 1961). Понятно, что в первом случае пчела будет выделять тепло в окружающую среду (обогревать ее), а во втором — не будет. Установлено также, что при сравнительно низких температурах в 5-10 °С (температура корки клуба) активность обмена веществ у пчел резко повышается, что ведет к повышению теплообразования (Таранов, 1961). Следовательно, пчелы, вынужденно увеличивая при такой температуре метаболизм, активно противостоят холоду, за счет увеличения температуру своего тела, в то время как пчелам, находящимся в тепловом центре (ядре) клуба при более высоких температурах, этого делать не надо. Они просто пассивно поддерживают температуру своего тела на уровне температуры ядра за счет текущего, хотя и высокого (в соответствии с высокой температурой ядра), метаболизма.

Исследованиями также установлено, что «оболочку клуба формируют особи с лучше развитым жировым телом и яичниками. Можно допустить, что находящиеся в оболочке (клуба) пчелы продуцируют больше тепла для компенсации тепловых потерь, чем особи внутри клуба. Повышенное производство тепла пчелами оболочки может осуществляться не только за счет дополнительного потребления углеводного корма (меда), но и за счет резерва питательных веществ, содержащихся в жировом теле и в яичниках», П.Г. Москаленко, 1987.

Исходя из сказанного, утверждение о том, что в генерации тепла зимующими пчелами доминирующая роль принадлежит той их части, которая локализуется в тепловом центре (Еськов, 2013), на мой взгляд, нуждается в некоторых уточнениях. Первое — пчелы ядра увеличивают свой метаболизм потому, что в этой зоне клуба — своеобразной гетерогенной системы — за счет ее свойств температура самопроизвольно повышается до высоких значений в районе 30 °С. Второе — причиной «разогрева» теплового центра клуба является природная реализация свойств гетерогенной системы, а не генерация тепла находящимися там пчелами. Последнее — всего лишь следствие первого фактора.

В центральной части клуба, в зоне повышенной температуры, где плотность «населения» меньше, чем во внешней корке, пчелы находятся в движении. Эта часть клуба всегда захватывает часть рамок с кормом, который прогрет и доступен для потребления пчелами. Холодный же мед за пределами центра клуба пчелы не способны потреблять. Ближе к поверхности температура клуба понижается, и хотя находящиеся там пчелы вынуждены увеличить метаболизм и выделять больше тепла, они становятся менее подвижными и образуют наружный слой клуба, называемый коркой. Однако на поверхности клуба они долго оставаться не могут и поэтому переходят в теплую зону за очередной порцией корма. Хотя вся масса клуба и расчленяется сотами, пчелы в нем размещаются таким образом, чтобы использовать тепло особей, находящихся в соседних улочках. Поэтому они забираются в пустые ячейки, которые с противоположной стороны заняты и обогреваются размещенными в них пчелами. Благодаря этому центры концентрации пчел в соседних улочках практически совпадают. В зимнем клубе до 75% всех пчел размещаются на сотах и в ячейках, свободных от меда. Остальные сидят на запечатанных или распечатанных ячейках с кормом.

Природа выработала у пчел очень ценное приспособление на период зимнего покоя — замедленный обмен веществ. Зимой они живут, потребляя ничтожно малое количество корма. Процесс питания пчелиного клуба осуществляется путем непосредственного потребления меда каждой пчелой в отдельности по мере его расходования. В медовом зобике пчелы постоянно содержится от 3 до 16 мг меда, которого при температуре 15—20 °С хватает на 24— 36 часов.

По мере поедания корма вся масса пчел перемещается вверх гнезда, а затем — к задней стенке улья. Затраты корма находятся в прямой зависимости от расхода энергии. За зиму здоровая пчелиная семья расходует на питание от 5—6 до 10—12 кг меда. При зимовке на воле потребление корма увеличивается на 20-25%. В слабых семьях пчелы потребляют меда больше на единицу своей массы, чем в сильных, так как им приходится интенсивнее выделять тепло. Так, например, семья пчел весом 1 кг съедает за сутки до 100 г меда (10 мг на пчелу), а семья весом 3,0 кг — только 50—70 г меда (2 мг на пчелу).

Реализация заложенных в пчелиной семье природных способностей противостоять холоду позволяет ей даже при очень низких внешних температурах поддерживать внутри клуба высокие положительные температуры. В качестве примера хочу привести (рис. 1) результаты натурного эксперимента в виде графика распределения температур в центральной улочке улья, зимующего на воле (Жданова, 1967). Внешняя граница клуба проходит по изотерме 10 °С.


Рис. 1. Распределение температур в центральной улочке
(внешняя температура – 20 °С, а ночью было до – 31 °С)


Этот рисунок также хорошо иллюстрирует утверждение о том, что пчелиный клуб поддерживает необходимые положительные температуры только в своем объеме, но не обогревает весь ульевой объем.

Выводы.

1. Зимний клуб пчел поддерживает необходимые для своей жизни (витальные) температуры только в пределах объема, который он занимает. На температуру остального пространство вокруг клуба он активно влиять не может по причине своей маломощности.

2. Зимний клуб можно рассматривать как гетерогенное (разнородное) образование, состоящее из системы тел с внутренними источниками тепла — пчел, а также сотов и ячеек, заполненных медом или воздухом, которое обладает природным свойством самопроизвольного повышения температуры по направлению к центру.

3. Есть основания полагать, что пчелы корки клуба — активно противостоя холоду — вынужденно увеличивают свой обмен веществ (метаболизм). Это позволяет им за счет увеличения температуры тела не допускать его резкого охлаждения, что обеспечивает возможность поддержания температуры тела пчел на нижней границе витальных температур.

4. Пчелы, находящиеся в тепловом центре (ядре) клуба, пассивно поддерживают температуру своего тела на уровне температуры ядра за счет текущего метаболизма.


ВОЗДУХООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ


В отличие от многих видов насекомых, живущих в одиночку, медоносные пчелы на период зимы не впадают в состояние анабиоза (см. на нашем сайте страницу "Зимний анабиоз пчел..."), а живут нормальной жизнью, питаются и активно реагируют на окружающую среду. Поэтому внутри зимнего клуба, имеющего слабо проницаемую корку, концентрация углекислого газа может достигать 4—5%, т.е. более чем в 100 раз превышает его содержание в свежем воздухе. Следовательно, пчелы зимуют в условиях повышенной концентрации углекислого газа.

При появлении в клубе расплода газовый обмен изменяется, так как в 2 раза увеличивается потребление корма. Пчелы поднимают температуру в центре клуба до 34—35 °С, увеличивается приток кислорода и резко уменьшается концентрация углекислого газа, поэтому пчелы в это время требуют хорошего воздухообмена.

А как вообще происходит воздухообмен в зимнем клубе? О механизмах воздухообмена в природном жилище пчел — дупле живого дерева и поведем дальше речь. Попутно замечу, что при рассмотрении вопросов воздухообмена в клубе надо иметь в виду расчлененность его сотами. И если при рассмотрении вопросов терморегуляции мы обоснованно полагали клуб единым образованием, то в вопросах воздухообмена клуб это — сумма соприкасающихся дискретных (отдельных) улочек, находящихся в едином объеме дупла (улья).

Создаваемые в дупле естественным образом оптимальные условия для жизни пчел предполагают, в частности, наличие там необходимого воздухообмена. Это означает, что пчелы в дупле имеют возможность беспрепятственно получать нужное для обеспечения их жизнедеятельности количество кислорода (О2) из свежего воздуха и удалять из гнезда отработанный воздух — углекислый газ (СО2) и водяной пар (Н2О).

Попробуем разобраться, как происходят эти процессы. Однако сначала произведем краткое описание тех характеристик зимнего клуба, которые будут непосредственно влиять на воздухообмен. Замечу при этом, что в настоящее время существует довольно устоявшееся представление о структуре зимнего клуба, хотя некоторые авторы отдельные детали этой модели могут трактовать по-разному.

Итак, зимний клуб пчел состоит из плотной, слабо проницаемой для воздуха, внешней корки плотно сидящих пчел. Толщина этой корки, в зависимости от внешней температуры, может изменяться от 1-2 до 5-7 см. Соответствующим образом изменяется и воздухопроницаемость корки – чем она толще, тем меньше ее воздухопроницаемость, и наоборот. В корке клуба пчелы сидят упорядоченно: все они, плотно сцепившись, располагаются на сотах вверх головкой. При этом головка пчел, находящихся внизу, прячется под брюшком сидящих вверху пчел. Крылья пчел, расположенных в корке, полураскрыты и имеют возможность двигаться. Часть пчел корки клуба влезают в пустые ячейки сотов и сидят там совершенно неподвижно. Внутри под коркой располагается так называемый тепловой центр (ядро клуба), где пчелы могут свободно перемещаться, а воздух – относительно свободно циркулировать. Плотность населения пчел в ядре клуба ниже, чем в корке.

Традиционно зимний клуб рассматривается как пассивное сообщество малоактивных зимних пчел, которое участвует в регулировании воздухообмена только изменением толщины своей корки, приводящим к изменению размеров клуба. Исходя из этой концепции, в качестве исходной статической модели будем рассматривать дупло, в верхней части которого (выше летка) находится зимний клуб, окруженный теплым воздухом, а в нижней части находится холодный атмосферный воздух. Логика подсказывает, что граница раздела между областями теплого и холодного воздуха будет проходить по верхнему срезу летка (рис. 2).


Рис. 2. Традиционная статическая модель распределение воздушных масс в зимнем дупле


В этом состоянии, когда теплый воздух клуба будет как бы закупорен вверху, нижняя часть дупла окажется заполненной внешним воздухом с высоким содержанием кислорода О2 и низким содержанием СО2, а также водяного пара на уровне атмосферного. В дальнейшем через всю площадь соприкосновения теплой верхней зоны и нижней холодной (через границу их раздела) будет самопроизвольно происходить диффузия газов и водяного пара, что будет приводить к выравниванию концентраций газов и водяного пара в обеих зонах. Но при этом не будет происходить выравнивания температур в зонах, поскольку теплая зона находится вверху, а конвективное тепло вниз не распространяется. Площадь соприкосновения этих двух зон для диаметра дупла 25-30 см составляет соответственно 0,05-0,07 м2. Мои расчеты показывают, что в единицу времени только за счет диффузии через эту площадь в нижнюю часть дупла будет удаляться из клуба значительная часть выделяемого за это же время углекислого газа и водяного пара, а также поступать в клуб необходимое количество кислорода.

Напомню, что суть явления диффузии состоит в выравнивании на молекулярном уровне концентраций одноименных газов, находящихся в двух соприкасаемых объемах. При диффузии не происходит механического перемещения потоков газа, поскольку выравнивание концентраций происходит на молекулярном уровне. Поэтому для явления диффузии не существует понятий «верх» или «низ», так как градиент происходящего выравнивания концентраций всегда направлен через границу раздела от объема с большей концентрацией газа в сторону объема с меньшей концентрацией независимо от того, как эти два объема будут расположены в пространстве. Так как разноименные газы химически несмешиваемые (не путать с механическим смешиванием!), то процесс диффузии каждого из них будет происходить самостоятельно, то есть независимо, а также со своей скоростью (в зависимости от величины разности концентраций) и по своему направлению.

Приведенные выше описания хорошо «ложатся» на традиционную статическую модель воздухообменных процессов клуба. Однако в ходе переосмысления предложенной мной ранее гипотезы воздухообменных процессов и на основе появившейся новой информации, стало ясно, что традиционная модель нуждается в уточнении. Об этих уточнениях и пойдет речь дальше.

Для начала уточним направление осуществления воздухообмена.
Рассматривая улочки, находящиеся в дупле (которое имеет воздухонепроницаемый потолок), можно прийти к выводу, что воздухообмен в каждой из автономных улочек может осуществляться только через их нижнюю часть. А почему?

Во-первых, в естественных условиях в дупле клуб в большинстве случаев находится выше летка и своим объемом перекрывает пустоту дупла. Учитывая, что верхняя часть дупла непроницаема для воздуха, удалять отработанный и получать свежий воздух клуб может только снизу.

Во-вторых, при повышении концентрации СО2 до 3-4% зимний клуб может «включать» и активную вентиляцию гнездового пространства (Е.К. Еськов, 1983). Но поскольку пчелы в клубе располагаются вверх головками, то вентиляционный поток воздуха в этом случае тоже будет направлен вниз.

В-третьих, как показал Н. Решетников (2000), объем выдыхаемого пчелами отработанного воздуха на 30% больше объема потребляемого свежего воздуха. Это объясняется тем, что в процессе переработки меда к объему газовых составляющих выдыхаемого воздуха добавляется метаболическая вода в виде дополнительного объема водяного пара, который вырабатывается естественным образом в пчелином организме в результате окисления сахаров меда. Проведенные мною расчеты подтверждают корректность гипотезы Н. Решетникова. Кроме того, косвенным доказательством гипотезы является установленный факт того, что дыхание у пчел несимметрично по времени – выдох обычно длится дольше, чем вдох (Г.Ф. Таранов, 1968).
Увеличение объема выдыхаемого воздуха внутри клуба порождает увеличение избыточного давления, которое будет «выталкивать» из клуба отработанный воздух вниз в сторону летка, ибо другого направления для его выхода в замкнутом объеме дупла просто нет.

В-четвертых, избыточное давление создается также за счет теплого воздуха, который находится в «герметичной» верхней части дупла, где его постоянно подогревает зимний клуб – источник тепла. Это следует из газового закона Шарля, согласно которому при постоянном объеме давление газа (р) прямо пропорционально его температуре (Т), то есть р = f(Т). Если бы указанное явление происходило в полностью замкнутом объеме, то это привело бы к тому, что в соответствии с законом Бойля-Мариотта увеличилась бы плотность воздуха. В нашем же случае мы имеем дело с открытой системой, имеющей связь с внешней средой через леток. Следовательно, применительно к нашей ситуации это означает, что за счет нагрева воздуха клубом в верхней части дупла, которая имеет постоянный объем, давление этого воздуха станет выше, чем давление холодного воздуха в нижней части дупла и снаружи (в окружающем пространстве). По этой причине отработанный теплый воздух клуба будет всегда стремиться самопроизвольно покинуть дупло через верхнюю часть его летка. На его смену через нижнюю часть летка в дупло будет поступать холодный атмосферный воздух.

Для желающих убедиться в том, что этот процесс будет иметь место на самом деле, предлагаю провести простой натурный эксперимент, который я непроизвольно осуществил в своей бане. К парилке в моей бане примыкает небольшое помещение (где находятся раздевалка и душ), перед выходной дверью которого на расстоянии одного метра от нее висит целлофановая занавеска. Дверь в парилку находится в противоположной стороне этого помещения. Так вот, когда я одновременно открываю дверь из парилки и выходную дверь, то занавеска надувается парусом и буквально стремиться вылететь в выходную дверь. Что ее туда толкает, если учесть, что в парилке закрыта вентиляция наружу и во всем этом замкнутом объеме нет ни вентиляторов, ни сквозняков? А толкает ее туда избыточное давление, которое образуется за счет горячего воздуха парилки (по отношению к холодному окружающему воздуху), см. рис. 3.


Рис. 3. Иллюстрация работы физического закона Шарля


Так что я могу свидетельствовать: закон Шарля работает. Кто желает в этом убедиться сам, проведите этот несложный натурный эксперимент. Обратите внимание при этом также на то, что освобождаемый горячим воздухом объем в помещении занимает холодный воздух, который поступает низом (по полу).

У кого нет бани, откройте зимой форточку в хорошо натопленной комнате при закрытых других форточках и дверях. Вы увидите, что при этом теплый воздух будет выходить из комнаты через верхнюю часть форточки, что хорошо видно по образовавшемуся пару. Холодный же воздух будет «вливаться» в комнату через нижнюю часть форточки, и мы это хорошо чувствуем – холодный воздух «бьет» по ногам.

Приведенные выше аргументы, дают мне основания полагать, что в дальнейшем зимний клуб пчел можно рассматривать как своеобразный источник (генератор) небольшого избыточного давления выделяемого им и нагретого отработанного воздуха.

А теперь возвратимся к непосредственному рассмотрению вопросов воздухообмена.
Известно, что при потреблении 1 кг меда пчелам для его усвоения необходимо получить 800 г кислорода, а выделяют они при этом 680 г водяного пара, 1000 г углекислого газа и около 12,57 МДж (3000 ккал) тепловой энергии. Во время зимовки одна пчела съедает за сутки 2,5-3,0 мг, в среднем — 2,75 мг меда. Тогда семья из 20 тыс. пчел за сутки потребляет 55 г меда и 44 г кислорода, а выделяет 38 г водяного пара и 55 г углекислого газа. Основные выделения пчелы делают с дыханием. Для того чтобы удалить из своего организма указанное количество Н2О и СО2, пчелы выдыхают воздух, содержащий 4% углекислого газа (нормальный воздух содержит 0,03% СО2) и почти 100% влажность (А.Д. Комиссар, 1994). Выходящий из клуба отработанный воздух подогрет и имеет температуру не ниже температуры корки клуба (8-10 °С), а содержание кислорода в нем может опускаться до 3-4% (в нормальном воздухе содержится 21% О2).

Определив характеристики отработанного воздуха, рассмотрим теперь сам механизм воздухообменных процессов в дупле с пчелиным клубом.
За счет описанных выше процессов воздухообмена (нагрева воздуха пчелами и превышения объема выдыхаемого воздуха над вдыхаемым) давление воздуха в верхней части дупла будет всегда выше, чем в нижней. Тогда теплый воздух, как имеющий более высокое избыточное давление, будет оттеснять вниз холодный воздух, и отработанный теплый воздух, получит возможность дальнейшего беспрепятственного выхода наружу через верхнюю часть летка и удаления из гнезда излишков влаги и углекислого газа (рис. 4).


Рис. 4. Динамическая модель распределение воздушных масс в зимнем дупле


Что же касается снабжения клуба кислородом, то оно осуществляется по другому пути. Дело в том, что одновременно с процессом механического удаления отработанного воздуха из дупла будет действовать и механизм диффузии через границу раздела теплой и холодной зон. При этом направление диффузии каждого газа и паров воды будет определяться только концентрацией соответствующего газа (паров воды): из зоны с высоким их содержанием — в зону с низким содержанием. Тогда получается, что удаление из клуба за счет диффузии углекислого газа СО2 и паров воды Н2О будет проходить по одному пути (сверху — вниз), а снабжение клуба кислородом О2 — по другому (снизу — вверх).
При этом все описанные выше процессы будут проходить постоянно и самопроизвольно, а движущими механизмами их осуществления будут физические законы и сам клуб как генератор небольшого избыточного давления отработанного им воздуха. Поэтому есть все основания говорить о самовентиляции дупла с клубом пчел в зимнее время.

Хочу заметить, что при резких изменениях внешних условий (резких колебаниях наружных температур, ветровых потоков, давления атмосферы) функционирование описанного механизма воздухообмена может нарушаться, а его течение на это время – изменяться случайным образом.

Выводы.

1. Основным движущим механизмом воздухообмена клуба пчел с внешней средой является сам клуб как генератор небольшого избыточного давления отработанного им воздуха. Причинами этого является то, что:
а) существует разность температур теплого воздуха клуба и более холодного наружного воздуха. В результате в соответствии с законом Шарля для открытой термодинамической системы, за счет более высокого давления теплого воздуха он будет стремиться самопроизвольно покинуть дупло через верхнюю часть летка;
б) объем выдыхаемого пчелами воздуха на 30% больше объема потребляемого ими воздуха (гипотеза Решетникова). В результате этого в верхней части дупла, где находится клуб, будет создаваться небольшое избыточное давление и теплый воздух будет стремиться самопроизвольно покинуть дупло по тому же пути;
Все это позволяет мне сказать, что происходящие в дупле и зимнем клубе биологические и физические процессы обеспечивают постоянную самовентиляцию дупла.

2. Удаление отработанного воздуха с повышенными концентрациями углекислого газа и водяного пара из клуба будет проходить через верхнюю часть летка. При этом через нижнюю часть летка в дупло будет самопроизвольно поступать чистый атмосферный воздух.

3. Снабжение клуба необходимым кислородом будет осуществляться за счет явления диффузии О2 из нижней части дупла через границу раздела в верхнюю зону с клубом.

4. Все воздухообменные процессы в зимнем дупле с пчелами будут происходить самопроизвольно и непрерывно по указанным выше причинам.


ВЛАГООБМЕН


Известно, что в процессе своей жизнедеятельности пчелы потребляют мед, в результате чего выделяют так называемую метаболическую воду. Потребляя 1 кг меда, пчелы выделяют около 700 г воды в виде пара. Избыток воды, выделяемый пчелиной семьей, накапливается в дупле. Часть этой влаги удаляется через леток, а часть – поглощается пограничным слоем трухлявой пористой древесины дупла (ситовиной). Поскольку пчелы выделяют влагу постоянно, то подпитка пограничного слоя влагой будет тоже идти постоянно. Следовательно, этот слой с накопленной в нем влагой можно рассматривать как посторонний источник влаги для дерева.
Поскольку к пограничному слою примыкает живая древесина заболони с открытыми концами (перфорациями), а также с боковыми порами сосудов и трахей, то через них влага из пограничного слоя (постороннего источника) будет засасываться в проводящую систему дерева и в нем использоваться по назначению (рис. 5).


Рис. 5. Механизм удаления влаги проводящей системой живого дерева


Образование влаги в виде воды из влажного теплого воздуха клуба происходит в ситовине (примыкающей одной стороной к живой древесине (заболони), а с другой — непосредственно к гнезду), за счет разности температур Δt °C. Имеется в виду то, что температура выходящего из клуба воздуха всегда положительна (в районе 10 °C), а температура заболони зимой будет ниже этой температуры. В таком случае влага, которую самопроизвольно всасывает сита по причине своей пористой структуры, по мере приближения к заболони в какой-то момент переходит температуру точки росы и начинает конденсироваться внутри ситовины, превращаясь в воду. Для удобства дальнейших рассуждений назовем предложенный механизм удаления влаги: «удаление влаги проводящей системой дерева».

С действием механизма удаления влаги проводящей системой растений мы встречаемся довольно часто в быту. Например, таким образом идет потребление воды срезанными цветами или черенками винограда, которые мы ставим в воду на проращивание. Ну а уж полная аналогия будет при посадке срезанного черенка винограда, черной смородины, малины и др. в землю. В этом случае до образования корней (а это довольно продолжительный процесс) черенки будут потреблять (удалять) воду прямо из влажной земли за счет действия механизма удаления влаги проводящей системой.
Исходя из сказанного выше, можно полагать, что живое дерево на протяжении вегетационного периода является постоянным потребителем и регулятором влаги в дупле, заселенном пчелами.

А как же будут обстоять дела зимой, когда деревья лиственных пород, в дуплах которых в основном и селятся пчелы, сбрасывают листву и переходят в состояние покоя? Оказывается, в живой древесине даже в состоянии глубокого зимнего покоя обменные процессы полностью не прекращаются, они только замедляются. Это объясняется тем, что при низких и отрицательных температурах в живой древесине должна сохраняться нормальная структура клетки. Проще говоря, живая клетка не должна замерзнуть, а для этого обменные процессы в древесине не должны прекращаться. Кроме того, в состоянии зимнего покоя в дереве постоянно происходит транспирация (испарение) влаги с поверхности сбросивших листву веток и с поверхности ствола. И хотя интенсивность ее в 10-20 раз ниже летней транспирации, все же объем испаренной влаги в состоянии зимнего покоя у деревьев лиственных пород может составить до 10-30 литров в сутки. Увеличению зимней транспирации способствует низкая влажность морозной зимней атмосферы, а также иссушающее действие зимних ветров.

Кроме того, установлено (С.И. Лебедев, 1982), что при подготовке к зимовке в клеточном соке растения значительно увеличивается количество сахара, что придает ему свойства своеобразного растительного "антифриза", замерзающего только при очень низких температурах.

Еще одна, на мой взгляд, интересная информация. Известно, что в дупле живого дерева пчелы при заселении оставляют изнутри дупла слой трухлявой древесины (так называемой ситовой древесины) толщиной 1-2 см. Посчитаем ее объем для той части дупла (высотой 1 м и диаметром 0,25 м), где размещается клуб. Подсчеты показывают, что объем этой ситовой древесины равен 7,8-15,7 л. Если учесть, что плотность ситовой древесины в 2-2,5 раза меньше плотности живой древесины, а водопоглощение выше, то можно небезосновательно предположить, что в ситовой древесине дупла может потенциально накапливаться до 5-10 литров воды, конденсирующейся в ней из выдыхаемой пчелами влаги. Для справки: если пчелы за зимовку съедят 10 кг меда, то при этом они выделят около 7 л влаги.

Помимо всего сказанного выше, надо еще иметь в виду и то, что для сохранения своей жизнедеятельности живые клетки должны постоянно дышать. Под дыханием при этом подразумевается внутриклеточный процесс окисления органических веществ. Дыхание есть неотъемлемое свойство, которое присуще всем живым организмам, тканям и клеткам. Главным материалом для дыхания древесной клетки есть глюкоза. Во время дыхания в результате расщепления глюкозы, кроме углекислого газа и воды, выделяется 2867 кДж/моль (686 ккал/моль) энергии. Эта энергия по большей части сохраняется в дереве в форме высокоэнергетических химических соединений, но часть освобождаемой энергии при этом выделяется в виде тепла. Таким образом, можно утверждать, что дерево в процессе своей жизнедеятельности само себя «подогревает». Зимой этот фактор благотворно влияет на процесс зимовки пчел в дупле.
Обобщая все сказанное выше, можно сказать, что в состоянии глубокого зимнего покоя в сбросивших листву деревьях обменные процессы в интересах обеспечения жизнедеятельности дерева хотя и замедляются, но полностью не прекращаются.
В соответствии с разработанной мною моделью функционирования живого дерева (см. на нашем сайте страницу "Живое дерево в жизни пчел") в зимнее время, проводящая система дерева продолжает выполнять свои функции осушения дупла с зимующим клубом пчел и в состоянии глубокого зимнего покоя при наступлении отрицательных температур. Однако в случае наступления продолжительного периода низких температур (ниже –15…20 °C) дерево переходит в состояние вынужденного (экзогенного) покоя, при котором сокодвижение в стволе и ветвях на некоторое время прекращается. Чаще всего начало периода экзогенного покоя (в случае его наступления) приходится на декабрь-январь. Возобновление нормального сокодвижения в дереве в дальнейшем будет происходить в периоды продолжительных потеплений или же с началом весеннего сокодвижения в феврале-марте (Корж, 2011).

Таким образом, максимальная продолжительность периода вынужденного покоя в зависимости от географической широты может составлять в холодные зимы не более 1-3 месяцев. В южных широтах европейской части и в более северных широтах при мягкой зиме период экзогенного покоя может и вовсе не наступать. С точки зрения физиологической, для обеспечения нормальной жизнедеятельности дерева этот период (в отличие от периода органического покоя) не является обязательным. Просто под воздействием низких отрицательных температур дерево вынужденно переходит в это состояние, хотя прекрасно может обходиться без периода экзогенного покоя в своем жизненном цикле.

Ну а уж если этот период наступил, то функционирование проводящей системы дерева в это время будет носить ограниченный характер и отвод влаги из дупла проводящей системой существенно уменьшится, а в отдельные периоды и вовсе прекратится. В основном в этот период влага из клуба будет удаляться вместе с отработанным воздухом при самовентиляции гнездовой полости, о чем мы говорили выше, а также накапливаться при ее конденсации в трухлявой пористой ситовине дупла. При наступлении весенних потеплений и возобновлении функционирования проводящей системы эта влага будет удаляться из дупла так, как было сказано выше.

В завершение хочу процитировать два мнения известных ученых по рассматриваемому вопросу.
«Живое дерево облегчает пчелам существование в зимнее время, активно адсорбируя избыточную влагу через стенки дупла» (Поправко, 1985).

«В дупле… пчелы тщательно замазывают прополисом потолок, а в летке оставляют небольшое отверстие. В таких условиях не может проходить вентиляция, достаточная для (полного. — К.В.) удаления водяных паров. В процесс удаления излишка воды включается само дерево. В дупле живого дерева в течение всей зимы жидкости протекают по сосудам снизу вверх. Даже во время морозов идет ток жидкости, хотя и замедленный. Пчелы пропитывают прополисом, непроницаемым для водяных паров, только потолок своего естественного жилья, оставляя открытыми боковые стенки дупла. Водяные пары проникают через них в сосуды дерева и уносятся в крону. Происходит медленное удаление воды» (Таранов, 1982).

Выводы.

1. Образование влаги в виде воды из влажного теплого воздуха зимнего клуба происходит в ситовине, примыкающей к гнезду, за счет разности температур Δt °C между теплым воздухом клуба, поглощаемым ситовиной, и температурой более холодной заболони дерева.

2. Примыкающие к этой ситовине водопроводящие сосуды дерева через свои поры будут самопроизвольно засасывать эту влагу внутрь и транспортировать ее вверх дерева, удаляя ее таким образом из дупла (удаление влаги проводящей системой дерева).

3. Удаление влаги из зимнего клуба происходит также и в результате самовентиляции дупла, о движущих причинах которой было подробно рассказано выше.


Валерий КОРЖ

P.S. Прошу желающих поделиться своим мнением о статье кликнуть слева внизу "Добавить комментарий".
Спасибо!

Литература.
1. Еськов Е.К. Микроклимат пчелиного жилища. 2-е изд. М.: Россельхозиздат, 1983.-191 с.
2. Еськов Е.К. Экология медоносной пчелы. М.: Росагропромиздат, 1999.-221 с.
3. Еськов Е.К. Биология пчел: Энциклопедический словарь-справочник. – М.: ИНФРА-М, 2013. – 388 с.
4. Касьянов А.И. Биология обогрева пчелиного гнезда // Пчеловодство №2, 2003.
5. Комиссар А.Д. Высокотемпературная зимовка пчел. К.: Лаборатория биотехнологий, 1994.-166 с.
6. Корж В.Н. Рациональное практическое пчеловодство (серия): Книга 3. Зимовка пчел. Харьков: «Апостроф», 2011. — 184 с.
7. Лесная энциклопедия: в 2-х т./ Гл. ред. Воробьев Г.И. М.: Сов. энциклопедия, 1985.-563 с.
8. Москаленко П.Г. Физиологические показатели пчел зимнего клуба // Пчеловодство №12, 1987.
9. Петров Е.П. Башкирская бортевая пчела. Уфа, 1983.-220 с.
10. Поправко С.А. Растения и пчелы. М.: Агропромиздат, 1985. — 240 с.
11. Решетников Н. Расчет воздухообмена клуба пчел зимой // Пчеловодство №7, 2000.
12. Таранов Г.Ф. Анатомия и физиология медоносных пчел. М.: Колос, 1968.-344 с.
13. Таранов Г.Ф. Биология пчелиной семьи. М.: Сельхозгиз, 1961.-336 с.
14. Таранов Г.Ф. О вентиляции в ульях и зимовниках // Пчеловодство №7, 1982.

Счетчик посетителей

1439632
Сегодня
Вчера
Неделя
Прошлая неделя
Месяц
Прошлый месяц
Всего
502
895
1397
8289
20247
41898
1439632

Forecast Today
1464


Ваш IP:18.212.90.230