Математика в экологии исследовательская работа: Научно-исследовательская работа на тему: «Математика на службе экологии»

Содержание

Научно-исследовательская работа на тему: «Математика на службе экологии»

Исследовательская работа «Математика на службе экологии»

I. Введение……………………………………………………………………

II. “Лесная” математика ……………………………………………………

III. Математики предупреждают: “ Вода – основа жизни ”

IV. Экология транспорта

V. Вред почве от пакетов

VI. Заключение………………………………………………..

VII. Список используемой литературы…

В работе раскрываются вопросы о том, что происходит с экологией на нашей планете. Показано практическое применение математики в вопросах экологии окружающей среды.

Математика на службе у экологии. Великая книга природы написана математическими символами.(Галилео Галилей). В начале третьего тысячелетия вступило в новую эпоху своих взаимоотношений с окружающей средой — «эпоху, когда людям, для того, чтобы выжить, приходится начинать думать по-иному, чем до сих пор» Если мы в ближайшем будущем не научимся бережно относиться к природе, мы погубим себя. Чтобы этого не произошло, необходимо воспитывать экологическую культуру человека с раннего возраста.

Математика – один из предметов, который, на первый взгляд, мало связан с экологией, а между тем эти науки тесно переплетаются. Как и все другие науки, математика возникла из практической потребности людей. Целые разделы математики создаются для анализа явлений природы и для решения технических задач.

«Воздух – наш отец. Вода – мать. Земля – дом. Роса – национальное сокровище. Настало время осознать каждому, что мы живем в озоновом одуванчике…А мы взрываем его ранимую оболочку, стираем пыльцу, смахиваем нежные тычинки лесов. Птицы и звери, цветы и деревья взывают к человеку: сбереги, сохрани, где стоишь, где живешь – на расстоянии взгляда и голоса, хотя бы на расстоянии вытянутой руки! И твое активное личное пространство, помноженное на миллионы, станет охраняемым пространством Отечества…” Для жизни человеку нужны чистый воздух, качественная вода, незараженная почва, растения, энергетические ресурсы и другое, но с развитием цивилизации вредное воздействие людей на природу становится угрожающим для нее.

Может ли математика помочь экологии?

Экологические проблемы возникли не сегодня. Но в наши дни ситуация резко ухудшилась : каждую минуту на планете исчезает 23га леса и 9 биологических видов.

Поэтому, обращая пристальное внимание на экологию, человек пытается, прежде всего, сохранить самого себя. Но, спасая себя, необходимо спасти природу.

Однако без изменения сознания человека все планы спасения природной среды останутся лишь благими пожеланиями. Поэтому, я считаю, одной из важных задач является формирование экологического сознания. Это не только любовь и бережное отношение ко всему живому, но и чувство личной ответственности за то, что происходит вокруг, потребность действовать.

Математика создает условия для реализации умения давать количественную оценку состоянию природных объектов и явлений, положительных и отрицательных последствий деятельности человека в природном и социальном окружении.

В своей работе попытаюсь раскрыть вопросы о том, что происходит с экологией на нашей планете, показать практическое применение математики в вопросах экологии окружающей среды.

Объект исследования: исследование влияния автомобильного транспорта, бытовых отходов на окружающую среду села; сохранность леса; экономия воды в бытовых условиях

Предмет исследования: транспорт, бытовые отходы, бумага, вода.

Методы исследования: сравнение, обобщение, аналогии, изучение литературных и Интернет-ресурсов, анализ и классификация информации.

Цель исследования:

Может ли математика помочь в решении экологических проблем.

Гипотеза:

Предполагаю, что математика напрямую связана с экологией.

Цели:

1.Выяснить, какой вклад вносит математика в экологию.

2.Показать практическое применение математики в вопросах экологии

окружающей среды.

Задачи:

1.Изучить экологические проблемы местности.

2.Дать количественную оценку состоянию природных объектов и явлений,

положительных и отрицательных последствий деятельности человека.

3.Раскрыть вопросы о том, что происходит с экологией на нашей планете.

4.Выполнить практические исследовательские работы.

Актуальность и практическая значимость проводимого исследования заключается в том, что экологические проблемы приобрели первостепенное значение в мире и возникла необходимость вовлечения и нас, подрастающего поколения, для их решения.

«Раньше природа страшила человека, а сейчас человек страшит природу»-так сказал французский океанолог Жак Ив Кусто.

С нашей планетой произошла беда, ее здоровью угрожает опасность.

Признаки грозной беды:

1.Вырубка лесов.

2. Гибель животных.

3.Загрязнение воды.

4.Загрязнение воздуха.

5. Накопление мусора.

6. Отравление почвы.

Что происходит с лесами на нашей планете?

Лес — это не только украшение земли. Это ценнейшее сокровище нашей природы. Лес необходим для строительства сел и городов, фабрик и заводов, гидроэлектростанций. Производство бумаги и кинопленки, искусственного волокна и мебели, музыкальных инструментов и спортивного инвентаря не может, обойдись без древесины. Древесина служит сырьем для получения ценных химических продуктов: спирта, кислот, канифоли. Высококачественный лес охотно покупают другие страны. Деревья — бесценная часть окружающей среды. Деревья не только поглощают углекислый газ и выделяют кислород. Они «работают» как фильтры, очищая воздух от сажи и пыли, болезнетворных микробов. Продолжительность жизни у различных видов деревьев не одинакова. Осина живет сравнительно недолго – менее 100лет. Возраст ели может достигать 600лет. Как и все живое, деревья умирают от возраста и болезней.

Ученые мирового сообщества признают исчезновение лесов одной из самых серьезных экологических проблем.

Примерно 10 тысяч лет назад на земном шаре шумели дремучие леса. Их площадь составляла 60 миллионов квадратных километров. Некогда обширные лесные пространства заметно поредели.

В настоящее время общая площадь лесов на планете составляет 42 миллиона квадратных километров.

В последние годы площади вырубленных и сгоревших лесов в 7раз превышает площади территорий, где посадили новые деревья.

Каждый год вырубается примерно 400 тыс.кв.км леса. 125миллионов деревьев вырубается для производства бумаги.

Бумажная промышленность является одним из главных потребителей древесины, которая расходуется на изготовление учебных и письменных принадлежностей.

«Лесная» арифметика.

1.Рассчитать, сколько леса потребуется на изготовление всего тиража алгебры и начала анализа 11класс.

Решение: Размер одной страницы учебника 14,5см на 21,5см, т.е. площадь 312см². В учебнике 580страниц или 290листов, значит площадь всех страниц учебника 312290=90480см² или 9,048м²

На 1000м² нужно вырубить 1/4га =2500 кв.м деревьев. Значит на производство одного учебника требуется 22,62м

На весь тираж в 30000 экземпляров требуется примерно 68га.

На другие учебники потребуется:

1.Русский язык -81,3га

2.География – 73,1га

3.Математика -89,46га

4.Обществознание – 36,2га

Какое количество тетрадей необходимо иметь для успешной учебы в году среднестатистическому ученику. С этой целью были заданы следующие вопросы учителям — предметникам и студентам:

1.Какое количество простых тетрадей необходимо иметь для занятий в течение года?

2. Какое количество общих тетрадей необходимо иметь для занятий в течение года?

Часть тетрадей покупается зря, то есть нерационально тратятся бумага, следовательно, и все природные ресурсы, необходимые для ее производства, и, конечно, нерационально тратятся деньги из семейного бюджета.

Студентам было предложено ответить на вопрос

Как вы используете оставшиеся тетради?

Предлагалось 5 вариантов ответов:

а) оставляем на следующий учебный год;

б) используем для черновиков;

в) отдаем младшим братьям или сестрам для рисования;

г) используем в неординарных целях;

е) сдаем на макулатуру.

Было опрошено 100 студентов. Получили следующие результаты:

Вариант а — оставляем на следующий учебный год — 25

Вариант б — используем для черновиков — 30

Вариант в — отдаем младшим братьям или сестрам для рисования — 10

Вариант г — используем в неординарных целях — 25

Вариант е — сдаем на макулатуру — 10

Мое внимание привлекло обычные классные корзины для мусора, которые есть в каждой аудитории. За один день в мусорный корзине накапливается изрезанной, измятой, исписанной бумаги примерно на одну простую тетрадь. Если только по одному листку за один день выбросят в мусор в нашем колледже (в колледже — 1160 студентов), то получится примерно 20 тетрадей. За учебный год — 5100тетрадей. Одна простая тетрадь весит 27г, следовательно, вес этих тетрадей составляет — 137,7кг.

Известно, что 20кг макулатуры сохранит одно дерево. Таким образом, только наши студенты могут сберечь за год 6 деревьев, если не будут выбрасывать тетради в мусорные урны.

В среднем жители села запасают на зиму 2-3машины дров. В среднем в одну машину вмещается 4куб.м дров. Итак, жители села в год используют 8 – 12куб.м дров.

Испокон веков лес был и остается верным другом и защитником человека.

Гулять в лесу полезно для здоровья. Часовая прогулка среди сосен даст заряд бодрости, укрепит иммунитет и повысит работоспособность даже совершенно здоровых людей. Ведь лес и кормит, и лечит, и одевает, и согревает людей.

Мы решили узнать:

1.Какова площадь нашего приколледжевского участка?

2.Какую площадь занимают деревья?

3.сколько кв.м зеленых насаждений приходится на одного студента нашего колледжа?

Решение:

Общая площадь участка — 0,5га = 5000м²

Деревьями и кустарниками засажена – 4 часть участка, т.е.25 кв.м

В колледже обучается 1160 человек, значит, на одного студента приходится

0,02кв.м зеленых насаждений.

Таким образом, количества кислорода, который выделяют деревья около нашего колледжа 23,2 для наших студентов.

Лекарственные растения, ягоды, грибы, плоды дарит лес людям, а взамен требует только одного – бережного отношения с ним. Любить лес, охранять его — это долг каждого человека.

Математика предупреждает: «Вода – основа жизни»

В мире в наши дни одна из острых проблем — нехватка чистой воды. Все мы используем воду, поэтому на нас лежит и ответственность за ее охрану от загрязнения и экономию. Морями и океанами покрыто около 70% земной поверхности, а на пресную воду приходится всего лишь 2% от всего объема водных запасов планеты.

А сколько же нужно человеку воды каждый день? В бытовых целях вода расходуется для питья, приготовления пищи, стирки, мытья, смывания нечистот в канализацию и поливки сада и огорода. В среднем в мире каждый городской житель расходует до 200л воды ежедневно.

Качественно чистой воды на Земле не хватает.

Представьте, если каждый человек сэкономит в день хотя бы 1л воды, а в мире 6,8млрд. человек, значит экономия в день 6800000000л воды по всему миру.

Если семья сэкономит хотя бы 20% водопроводной воды от того объема, которым обычно пользуется, то за год такое количество воды может образовать озеро диаметром 200м и глубиной 2метра.

Чрезмерное расходование приходится уже на подсознательном уровне. Ведь нет никакой необходимости открывать кран на половину или даже больше, ради того, чтобы умыться или помыть руки. Пока нет проблемы с водой, и стоит она относительно недорого — люди будут лить ее тоннами.

Установка счетчиков воды. Когда человек знает, что каждый литр стоит копеечку – желание сэкономить не столько воду, сколько деньги, растет.

Экология транспорта. Чистый воздух – залог здоровья.

Сегодня в мире свыше 600млн автомобилей. Ежегодно год выпускается 30млн новых автомобилей. Каждый из них выбрасывает на 1000л топлива 200кг окиси углерода, 20г окиси азота, 25кг углеводородов, 1кг сажи. Уровень загрязнения воздуха зависит от ряда причин. Так, дизельные двигатели расходуют на 25% меньше топлива, чем бензиновые; в дизельном топливе нет соединения свинца; при их работе выделяется многократно меньше угарного газа, но больше сажи и соединений серы. Чем больше расходуется топлива на единицу пробега, тем выше загрязнение: тяжелые грузовики расходуют его также в несколько раз больше, чем легковые автомобили. Состав выхлопных газов зависит также и от того, насколько отрегулирован двигатель.

Норма расхода топлива автотранспортом

Тип транспорта	Средние нормы расхода топлива (л на 100км)	Удельный расход топлива (л на км)
Легковой автомобиль	11-13	0,11-0,13
Грузовой автомобиль	29-33	0,29-0,33
Автобус	41-44	0,41-0,44
Дизельный грузовой автомобиль	31-34	0,31-0,34

Рассчитать количество топлива, сжигаемое двигателями автомашин R= SK-

Расход топлива на 1км пути в литрах, для бензиновых двигателей он примерно составляет 0,4л для дизельных – 0,1л.

В последние годы наибольшее количество вредных веществ в атмосферу выбрасывается выхлопными газами автомобилей, причем их доля постоянно растет. Кроме загрязнения воздуха, автомобили потребляют кислород. Автомобиль, пробежав 900км потребит столько же кислорода, сколько человек расходует на дыхание за целый год.

Автомобиль — главный источник экологических проблем. Легковому автомобилю для сгорания 1кг бензина требуется 2,5кг кислорода. Кроме того, каждый автомобиль, стирая шины, поставляет в атмосферу 5-8кг резиновой пыли ежегодно.

Почва- наше богатство.

Почву часто называют главным богатством любого государства в мире, поскольку на ней и в ней производится около 90% продуктов питания человечества. Деградация почв сопровождается неурожаем и голодом, приводит к бедности государств, а гибель почв может вызвать гибель всего человечества.

Накопление мусора, отравление почвы — экологическая проблема. Специалисты подсчитали, что если мусор не уничтожить, то через 10-15лет он покроет нашу планету слоем толщиной 5м.

Большую часть мусора составляют предметы из пластмассы (70%), на втором месте стеклянные и жестяные предметы (25%), и на третьем месте деревянные и бумажные (5%).

За неделю только одна семья использует 10 полиэтиленовых пакетов.

Исследование показывает среди студентов группы «ФКиС-01е»:

Сколько пластиковых бутылок в среднем их семья используют в год?

36 бутылок в среднем выбрасывается за год одной семьей. Эта цифра может быть гораздо больше.

В группе 21 человек, следовательно, 36 21= 756 бутылок в год нашими студентами из группы «ФКиС-01е».

Площадь одной бутылки 932=288см²

Площадь, занимаемая 756288=217728см² = 21,7728м², в колледже всего обучается 1160студентов, тогда 21,7728м²1160 = 25256,448 м²

За 10лет – 252564,48 м²

За 50лет – 1263822,4м²

На этой площади можно было бы посеять пшеницу, кукурузу, гречиху и другие с/х культуры.

Для разложения пакетов требуется 15лет. Если мы безрассудно будем выбрасывать сейчас пакеты, то в течение десятков лет почва будет содержать вредные вещества.

Не надо ждать, когда проблемы утилизации мусора будут решены на государственном уровне. Пока наша Земля не превратилась в пластмассовую планету, каждый из нас может способствовать ее спасению. Один из способов – это дать упаковке вторую жизнь, т.е. использовать вторично.

Емкости из пластика является одним из самых распространенных видов упаковки.

Дизайнеры из разных стран, имеющие креативный и оригинальный взгляд на вещи, нашли новые творческие подходы. Что только не делают из пластиковых бутылок мастера: украшения для одежды и дома, сумки, корзины, вазы, шкатулки, детские игрушки, плечики для одежды, кормушки для птиц, искусственные деревья и многое другое. Из бутылок можно сделать и красивое обрамление или бордюр для клумб и дорожек. А также используется в качестве клумб автомобильные покрышки. Сделав в бутылке по всей окружности отверстия и закрепив ее на шланге, дачники используют это простейшее устройство для полива сада, огорода или газона. Во многих странах проводятся выставки — конкурсы под названием «Вторая жизнь упаковки». Целью их проведения является экологическое воспитание и привлечение внимания общественности к проблемам утилизации упаковки и раздельного сбора мусора.

Заключение.

Экологическая проблема с каждым годом обостряется. Воздух, которым мы дышим, вода, которую мы пьем, почва с каждым днем все больше и больше загрязняется. По нашим исследованиям видно, что транспорт загрязняет воздух, количество родников и колодцев с каждым годом становится меньше, а количество свалок наоборот увеличивается.

Мы должны научиться отказываться от маленьких удобств во имя избежания возможных экологических катастроф. Может ли математика помочь в решении экологических проблем? Да может. На основе математических вычислений, люди делают выводы о том какую пользу или вред мы наносим природе. Автомобили и фермы загрязняют воду. Для этого нам необходимо на территории села и за ее пределами проводить субботники, очищать все вокруг от мусора, уменьшить количество свалок и посадить деревья для озеленения.

Пути решения проблемы:

1. Начнем с себя самих – будем выбрасывать мусор только в мусорные баки, урны – «Чисто не там, где убирают, а там, где не сорят!»

2.Чаще проводить субботники по уборке территории

3.Вывесить плакаты с природоохранной темой в лесу, в местах возможного появления свалок.

4.Ликвидация мусора на несанкционированных свалках в пределах населенного пункта.

5.Брежно относиться к учебникам.

6.Собирать макулатуру.

7.Вернуть природе лес, который был срублен для изготовления наших учебных и письменных принадлежностей и пособий, тем самым улучшить окружающую среду (высаживать больше деревьев, цветов)

8. Экономить воду.

Вывод. Математика напрямую связана с экологией и это подтвердилось.

При изучении экологии возникают много вопросов, ответы на которые можно получить при помощи математики. Математика позволяет проводить точные измерения, делать расчеты и подтверждать наблюдения.

Это слишком серьезная проблема и она касается каждого! А потому мы все сообща (несмотря на предмет, который преподаем) должны формировать в подрастающем поколении устойчивое желание жить так, чтобы сохранить нашу планету для настоящих и будущих поколений.

Путей много, но главное – результат!

Использованная литература.

« Я познаю мир. Экология» А.Е.Чижевский ,2003г

Газета «Первое сентября» №2, 2005г.

«Математика в школе» №4, 2005 « Экология человечества глазами математики»

Интернет

исследовательская работа «Экология в цифрах и задачах»

Содержание

Введение

1. Взаимосвязь экологии и математики

2. Литературный обзор. Математические модели

3. Задачи экологического содержания на уроках математики

Практическая часть

Что происходит с лесами на нашей планете?

Человек и животный мир

Экология и человек

Заключение

Список использованной литературы

Введение

В последнее время интерес к экологическому воспитанию резко возрос. Человек — часть природы: он не может жить вне ее, не может нарушить законы, которые существуют в окружающем мире. Только живя в полном согласии с природой, мы сможем лучше понимать ее тайны, сохранить жизнь на Земле.

Актуальность экологического воспитания диктует сама жизнь. Это наше отношение к природе, способность воспринимать и чувствовать ее красоту, умение бережно относиться ко всем природным компонентам. Экологические проблемы возникли не сегодня. Но в наши дни ситуация резко ухудшилась: каждую минуту на планете исчезает 23 га леса и 9 биологических видов.

Однако без изменения сознания человека все планы спасения природной среды останутся лишь благими пожеланиями. Поэтому, я считаю, одной из важных задач в школе является формирование экологического сознания. Это не только любовь и бережное отношение ко всему живому, но и чувство личной ответственности за то, что происходит вокруг, потребность действовать.

Исследования, в которых экологигические проблемы решались на основе принципов математики, стали появляться ещё в 19 веке. Их авторами были математики, биофизики, биологи. Это было далеко не первым соприкосновением математики и экологии. Грамотная, квалифицированная обработка наблюдений всегда базировалась на теории вероятности и математической статистике. С другой стороны, многие интересные проблемы математической статистики обязаны своим возникновением биологии.

Цель работы: Показать решение экологических задач с использованием математического аппарата

Задачи работы:

Изучить применение математического аппарата
Рассмотреть конкретные примеры применения математического аппарата в решении задач экобиологического содержания.
Расширить личный запас знаний в областях экологии и математики.

Считаю, что решения задач экологического содержания будут способствовать получению учащимися знаний об окружающем мире и его экологических проблемах.

Взаимосвязь экологии и математики

Постигая законы природы, человек становится все более могущественным. Современный человек все в большей мере приобретает власть над силами природы, все шире использует эти силы, богатства природы для ускорения научно-технического прогресса. Но прогресс имеет свою теневую сторону. Возрастает ущерб, наносимый человеком природе: загрязняется атмосфера, на поверхности морей и океанов губительная для морской флоры и фауны пленка нефти, все меньше остается лесов. Более того, могущественный человек сегодня в состоянии уничтожить все живое на Земле. Поэтому в наше время, как никогда раньше, особую важность приобретает нравственная сторона отношения человека к природе.

Особое место в экологическом образовании занимают предметы естественно-математического цикла. Решая задачи экологического содержания, мы тем самым объединяем эмоциональное восприятие с рациональным. В результате мы научимся видеть красоту в математике и, более того, учимся вообще более глубоко чувствовать прекрасное. Математика создает условия для развития умения давать количественную оценку состояния природных объектов и явлений, положительных и отрицательных последствий деятельности человека в природном и социальном окружении. Текстовые задачи позволяют раскрыть вопросы о среде обитания, заботы о ней, рациональном природопользовании, восстановлении и приумножении ее природных богатств. Каждый курс может вносить вклад в формирование экологического сознания.

Литературный обзор. Математические модели

Даже в древнем мире нельзя было получать и использовать точные знания без основных понятий счёта и измерения, а также арифметики, необходимой для выполнения этих операций.

Бурное развитие математики в 17 веке сразу же привело к впечатляющим успехам в области познания реального мира. Наиболее смелые люди отваживались даже в то время применить математический подход при изучении форм живых организмов и их развития. Например, Галлилей пытался установить максимальную высоту дерева, при превышении которой отклонение ствола приводит к изгибу, изучить влияние увеличения размеров тела животного на размеры и прочность скелета и мышц и т.д.

Высшая ступень в развитии такого рода описательно-математической истории была отмечена появлением в 1917 году книги д,Арси Томпсона «Рост и форма», которая до сих пор считается классической. Значительная её часть посвящена применению математики, статики, физики и химии для описания живых организмов. Большое внимание уделяется также правильному выбору математических понятий и теорий для решения задач. Так, в книге рассматривается интересный вопрос, дающий широкие возможности применения математики, — листорасположение у деревьев и других растений. Не только листья на стеблях растений, но и отдельные цветочки в соцветии подсолнечника, чешуйки в еловой шишке образуют правильные спирали, возбуждающие интерес многих биологов и математиков. Цветорасположение у гигантского подсолнечника имеет схему, и числа рядов равны соответственно 34 и 55, 55 и 89, 89 и 144 и т.д. являются последовательными числами арифметического ряда Фибоначчи (итальянского математика, известного ещё как Леонардо из Пизы, 1170-1250гг.) Ряд начинается с единицы, и каждый его член в точности равен сумме двух предыдущих. Одно из наиболее важных математических свойств этого ряда состоит в том, что последовательность дробей, образованных путём деления каждого члена на последующий ,т.е. ряд 1, ½, 2/3, 3/5, 5/8,8/13 …, стремится к так называемому золотому сечению. Разве не удивительно, что такие же числа встречаются и в живой природе?

Чем сложнее рассматриваемое явление, тем труднее построить его достаточно точную количественную модель.

Математические модели делятся на статические и динамические. Все живые существа рождаются, растут, а затем стареют, претерпевают непрерывные изменения и, в конце концов, умирают; иными словами, все они всегда вовлечены в какие-то динамические процессы во времени. В мире неживой природы также непрерывно протекают различные динамические процессы. Многие задачи динамики могут быть решены с достаточной степенью точности в математической форме.

Задачи экологического содержания на уроках математики.

Классификация задач

Использование экологических задач на уроках математики создает условия для реализации связи обучения математике с жизнью, развитие меж предметных связей.

Математические задачи с экологическим содержанием могут быть классифицированы:

информационные задачи несущие определенную информацию, которая дает представление об объектах и явлениях, связанных с экологической наукой;
практически направленные задачи содержащие описание способов определения или оценки величин на местности, в окружающем пространстве;
прикладные задачи — в содержании которых имеется постановка не которой проблемы, разрешение которой возможно осуществить методами математики – математическим моделированием. Проблема, поставленная в задаче, должна иметь экологическую направленность;
исследовательские задачи, целью которых является выявление математических закономерностей в природных явлениях, процессах.

Практическая часть

Цель: привести конкретные примеры задач, при решении которых используются различные математические правила и теоремы.

Что происходит с лесами на нашей планете?

Учёные мирового сообщества признают исчезновение лесов одной из самых серьёзных экологических проблем.

Примерно 10 тысяч лет назад на земном шаре шумели дремучие леса. Их площадь составляла более 60 миллионов квадратных километров. Человек в это время только начинал осваивать земледелие и животноводство. Вначале незаметная, эта деятельность привела к постепенному уничтожению лесов на огромных территориях. Быстрое разрушение лесных экосистем наблюдалось и в России. Некогда обширные лесные пространства, занимавшие более половины площади европейской части России, заметно поредели. Территория, занятая лесными массивами, на сегодняшний день составляет лишь чуть более 30 процентов. В ряде районов юга России леса вырублены полностью.

В настоящее время общая площадь лесов на планете составляет 42 миллиона квадратных километров.

Бурятия богата лесами. В республике около 4/5 всей территории занято лесом. В Бурятии господствуют хвойные породы деревьев, на долю лиственных пород приходится менее 15% общих запасов древесины. Общие запасы древесины составляют 2000млн. м3. Это лесоизбыточный район. Всего лесного фонда 30,1млн. га, площадь, покрытая лесом, составляет 22,2млн. га. Лесистость территории 63,3%, общие запасы древесины составляют 2160,5 млн. м3.
Задача 1.

В палаточном лагере на площади 1га за 3 месяца отдыхают 10 тыс. туристов. За сутки один невоспитанный турист может:

1) сжечь 1м3 древесины;

2) оставить на дереве автограф площадью 1 дм2;

3) сломать до 10 молодых деревьев.

Какой вред могут принести лесу 10 тыс. невоспитанных туристов?

Решение.

Из текста ясно, что автор задачи считает всех туристов невоспитанными, а все месяцы одинаковыми по числу дней – 30. За 90 дней 10 тыс. человек могли бы сжечь 900 000 м 3 леса, «украсить» своими подписями 900 000 дм2 = 9000 м2 коры деревьев, сломать 9 000 000 молодых деревьев. И все эти бесчинства будут проделаны только на одном гектаре леса. Впрочем, для решения данные о площади леса оказались ненужными. Они несут только эмоциональную нагрузку. А почему говорится только о трёх месяцах, почему не о 12 месяцах года? Потому, что туристический сезон в наших холодных краях длится только 3 месяца.

Задача 2

Лиственница даёт ежегодный прирост древесины 11 куб. м на каждом гектаре. В соседнем лесном массиве прирост составляет 4, 35 куб.м. В каждой роще запас древесины равен 200 куб. м на 1 га. Деревья какого массива производительней? Во сколько раз? Какие технические преимущества имеет лиственница перед другими деревьями?

Решение.

Более производительным назовём то дерево, у которого отношение прироста древесины к общему его запасу больше. Будем считать, что в знаменитой роще одни лиственницы, а в другом лесном массиве лиственниц нет. Тогда у лиственницы отношение объёма прироста древесины к общему запасу древесины равно 11: 200 = 0, 055, а у других деревьев это отношение 4,35 : 200 = 0,0217. Выходит, что лиственница производительней других деревьев в 2,5 раза (0,055 : 0, 0217 ≈ 2,5). Лиственница не только растёт быстрей других деревьев, но и имеет древесину устойчивую против гниения. К тому же эта древесина очень прочная. Так, предел прочности вдоль волокон при сжатии у лиственницы такой же, как у дуба, около 520 г/см2. Но дуб растёт значительно медленней.

Человек и животный мир

Истребление птиц началось достаточно давно. Зато мы хорошо знаем, что сделали люди с животным миром нашей планеты за последние четыре века: с 1600 года по 1700 год исчезло около 10 видов и подвидов птиц, в 18 веке – около 20. Примерно столько же исчезло с лица земли в первой половине 19 века, а со второй половины 19 в. по вторую половину 20 века – 100 видов!

Существует список животных, которых надо охранять, которые стали редкими или вообще находятся на грани исчезновения. Это Красная книга.

Наш долг защищать птиц от охотников и браконьеров.

Задача 1

С 1600 г. на Земле вымерло 94 вида птиц. Из них гибель 86 % птиц связана с деятельностью человека. Сколько примерно видов птиц погибло по вине человека?

Решение.

94 : 100 * 86 = 80,8 ≈ 80 видов птиц. Округление в меньшую сторону связано с тем, что количество видов птиц выражается целым числом, причём число видов нельзя увеличить на 0,2.

Задача 2.

Охотоведы установили, что весной на площади 20 км2 таёжного леса обитало 8 соболей, из которых 4- самки (взрослые соболи не образуют постоянных пар). Ежегодно одна самка в среднем приносит трёх детёнышей. Средняя смертность соболей (взрослых и детёнышей) на конец года составляет 10 %. Определите численность соболей в конце года; плотность весной и в конце года; показатель смертности за год; показатель рождаемости за год.

Решение:

1) *(100%-10%)= (8+3*4)*0,9= 18 особей – численность соболей в конце года.

= 0,4 особи/ км2 – плотность популяции весной.

3)= 0,9 особи/ км2 – плотность популяции в конце года.

4) * 10%= 2 особи/ год – показатель смертности за год.

5)3*4= 12 особей/ год – показатель рождаемости за год.

Задача 3.

Рассчитайте смертность во время спячки в двух популяциях малого суслика. В первой из них плотность популяции перед впадением в спячку составляла 160 зверьков на 1 га, выжили 80, во второй – соответственно 90 и 56.

Решение:

Пусть x% – смертность во время спячки.

1) 160 — 100%,

(160-80) — x%,

X= ,

X=50.

Смертность во время спячки в первой популяции составила 50%.

2) 90 — 100%,

( 90 – 56) — x% ,

X= ,

X≈37.

Смертность во время спячки во второй популяции составила ≈ 37%.

Ответ 50%, 37%

Экология и человек

Проблема экологии городов – это в первую очередь, проблема уменьшения выбросов в окружающую среду различных загрязнителей. Для разложения в природной среде бумаги требуется до 10 лет, консервной банки – до 90 лет, фильтра от сигареты – до 100 лет, полиэтиленового пакета – до 200 лет, пластмассы – до 500 лет, стекла – до 1000 лет. Вспомните об этом, прежде чем бросить в лесу полиэтиленовый пакет или бумагу. Постройте соответствующую столбчатую диаграмму

Задача 1

В крупном городе большой процент пищевых отходов приходится на отходы овощей и фруктов. Это связано с тем, что большой процент их, реализуемых через торговую сеть, часто бывает некондиционным. Прекращение поставок в торговую сеть некондиционных овощей и фруктов позволит одновременно решить ряд экологических и экономических задач.

Какой процент пищевых отходов приходится на овощи и фрукты? (см.приложение)

Решение.

Из этой схемы я узнал, что на пищевые отходы овощей и фруктов приходится: -90 + 45 : (-5) *9,6 – 12 =14,4 %

Задача 2

Какому русскому академику принадлежат слова: «Дайте самому лучшему повару сколько угодно свежего воздуха, сколько угодно солнечного света и целую речку чистой воды и попросите, чтобы из всего этого он приготовил вам сахар, крахмал, жиры и зерно, — он решит, что вы над ним смеётесь. Но то, что кажется совершенно фантастическим человеку, беспрепятственно совершается в зелёных листьях растений»

Вывод.

При изучении экологии возникает много вопросов, ответы на которые можно получить при помощи математики. Математика позволяет проводить точные измерения, делать расчеты и подтверждать наблюдения.

Действие	Пример	Ответ	Код
1	-5-26	-2,4	М
2	-47+24	-3/7	Р
3	-6,1-(-3,7)	-23	И
4	2,6-3,56	-3 5/6	В
5	1/7 – 4/7	— 5/12	З
6	0,16-(-0,26)	-31	Т
7	1/12 – ½	-9,4	Е
8	-3,65-5,75	-0,96	И
9	-7 1/6 – (-3 1/3)	0,42	Я

Заключение

Подводя итог, можно сказать, что математика создает условия для развития умения, давать количественную оценку состояния природных объектов и явления, положительные и отрицательные последствия деятельности человека в природном и социальном окружении. Текстовые задачи дают возможность для раскрытия вопросов о среде обитания, заботы о ней, рациональном природопользовании, восстановлении и приумножении ее природных богатств.

Решение задач с экологическим содержанием влияет в целом на качество математических знаний учащихся, способствует их общему умственному развитию, в некоторой степени способствует развитию исследовательских навыков.

В ходе написания научно-исследовательской работы:

Я рассмотрела математические модели (статические, динамические), применяющиеся в экологических исследованиях.

Осуществила практическую часть работы, решив много задач из различных областей экологии и, тем самым, наглядно показав применение математического аппарата в экобиологических исследованиях. Мы, учащиеся МАОУ СОШ №48 вносим определённый вклад в охрану окружающей среды:

участвуем в акциях «Чистый город», «За здоровый образ жизни»,
участвуем в конкурсах рисунков «Моя малая родина», «Знатоки Байкала»,
подкармливаем зимой птиц,
убираем мусор на территории школы, и ее окрестностей.

Мы хотим, чтобы наша Бурятская земля процветала.

Источники информации

http://tube-victoria.narod.ru/rezenzia.html
http://festival.1september.ru/articles/529852/
http://www.bibliofond.ru/view.aspx?id=518236
«Я познаю мир. Экология» А.Е. Чижевский (Астрель 2003)
Большая энциклопедия знаний (жизнь на земле) перевод с англ.В.В. Свечников, О.И. Чибисова (РОСМЭН 2008)
Моисеев Н. «Экология человечества глазами математика». М., Молодая гвардия, 1996г.

Наши люди | зоология-dev

Michael B Bonsall

Профессор математической биологии

Майк Бонсолл является популяционным биологом и занимается исследованиями в различных областях, включая биоразнообразие, экологию, эволюцию, биологию развития, здоровье и экономику.

Подробнее

Кэссиди Нельсон

Студент доктора философии

Кэссиди закончила бакалавриат в области неврологии и биологии развития и получила медицинскую степень в Университете Квинсленда, а также имеет степень магистра общественного здравоохранения Мельбурнского университета. Она имеет более чем пятилетний опыт работы в больничной и лабораторной медицине, биобезопасности человека и общественном здравоохранении в области инфекционных заболеваний.

Подробнее

Десислава Вельчева

BBSRC DTP DPhil Student

Меня зовут Десси, я родилась в Болгарии, но выросла в Японии. Я получил степень бакалавра в области биоархеологии в Йорке и степень магистра в области биоинформатики и системной биологии в Манчестерском университете.

Подробнее

Кери Уоткинс

NERC DTP DPhil Студент

Кери получила степень магистра энтомологии в Harper Adams в 2014 году со стипендией Королевского энтомологического общества. Впоследствии она работала в Музее естественной истории Оксфордского университета, занимаясь изучением сапроксиловых (мертвых) жуков Уитхэм-Вудс в рамках программы TCV Natural Talent. Кери является одним из основателей Британского картографического проекта по навозным жукам (DUMP).

Sebald Verkuijl

BBSRC DTP DPhil Студент

Sebald учится на междисциплинарной программе биологических наук DTP DPhil. Прежде чем приступить к защите докторской диссертации, он изучал биомедицинские науки и работал в лабораториях молекулярной генетики, особенно с CRISPR. Он интересуется (эукариотической) синтетической биологией, генной инженерией, генным драйвом и созданием стартапа.

Подробнее

Margaux Steyaert

Студентка DPhil

В рамках своей докторской диссертации я исследую разнообразие и движущие силы сообществ криптофауны тропических коралловых рифов в Индийском океане.

Подробнее

Марк Роупер

BBSRC DTP Студент DPhil

Марк изучал биологические науки в Оксфордском университете, прежде чем присоединиться к Оксфордскому междисциплинарному биоDTP BBSRC. Он работает с MERG, чтобы использовать теоретические методы для изучения того, как родственный отбор может управлять эволюцией старения.

Подробнее

Мэйси Волланс

BBSRC DTP DPhil Student

Мэйси изучала биологические науки в Оксфорде, а затем получила степень магистра экологии тропических лесов в Имперском колледже в Лондоне. Ее основные интересы связаны с экологией переносчиков, и поэтому ее проект DPhil сосредоточен на широких экологических последствиях выпуска самоограничивающихся генетически модифицированных комаров. Она будет подходить к этому, используя как теоретические математические модели, так и эксперименты в лаборатории/поле.

Подробнее

Laura Warmuth

NERC DTP DPhil Student

Лаура присоединилась к программе экологических исследований NERC для своего проекта DPhil по взаимодействию коралловых рифов в Индийском океане. До поступления в Оксфорд она изучала биологию в Университете Эберхарда Карлса в Тюбингене в Германии, а затем перебралась ближе к воде, чтобы изучать морскую биологию и экологию в Университете Джеймса Кука в Австралии и Папуа-Новой Гвинее. Увлекшись коралловыми рифами и изменением климата, она получила степень магистра тропической морской биологии в Университете Эссекса в Великобритании. Ее интерес к моделированию распределения кораллов и сценариев изменения климата привел к тому, что она заняла должность научного сотрудника в Морской лаборатории Университета Дьюка в Северной Каролине, занимаясь экологическими и социальными последствиями морских охраняемых районов.

Подробнее

Стефан Даскалу

BBSRC DTP DPhil Student

Основной задачей проекта Стефана DPhil является применение высокопроизводительного секвенирования для изучения влияния различных факторов адаптивного иммунного репертуара птиц-хозяев.

Подробнее

Джон (Дж.Т.) О’Брайен

Студент доктора философии

Джон Т. (Дж.Т.) О’Брайен, магистр медицины, научный сотрудник Двухпартийной комиссии по биозащите и в настоящее время получает степень доктора философии в области биологии в Оксфордский университет. Он профессионал в области биозащиты с опытом работы в области биоинженерии и новых инфекционных заболеваний.

Подробнее

проектов | зоология-dev

Virus Dynamics

Вирусы с РНК-геномами, такие как лихорадка денге, Зика, полиомиелит и вирус везикулярного стоматита, могут быстро эволюционировать в течение времени, аналогичного передаче, из-за отсутствия корректирующей полимеразы. Помимо ошибок репликации из-за низкой точности, для некоторых вирусов их внутриклеточная стратегия репликации также увеличивает скорость мутаций. Следовательно, существует потенциал для отбора как на внутриклеточном, так и на межклеточном уровнях.

Подробнее

Теоретическая биология развития

Раннее развитие млекопитающих после оплодотворения представляет собой идиосинкразический процесс, который, как полагают, зависит от положения и ориентации клеток. Системы стволовых клеток прекрасно контролируются с помощью механизмов обратной связи. Выяснение ответов на любую из этих проблем требует применения идей популяционной биологии и математических моделей.

Биоразнообразие

Одной из старейших задач в экологии является понимание процессов, лежащих в основе состава сообществ. Разгадка сложности распределения, численности и взаимодействия между видами требует новых подходов. Вместе с таксономией, экологическими экспериментами и наблюдениями мы разрабатываем математические и статистические подходы для интеграции различных аспектов (признаков, филогении, систематики, динамики) взаимодействия видов и биоразнообразия.

Подробнее

Будущее продуктов питания

Этот междисциплинарный проект, возглавляемый Оксфордским институтом старения, направлен на углубление понимания демографических изменений человека, проблем небольших фермерских хозяйств и борьбы с вредителями в условиях изменения окружающей среды. Мы стремимся разработать количественные подходы, которые позволят нам более комплексно рассматривать изменения в процессах окружающей среды, экономике сельского хозяйства и демографии человека.

Подробнее

Эволюционная экология

Эволюционная экология явно связывает экологическое мышление и мышление, основанное на истории жизни. Мы заинтересованы в разработке математических моделей для решения широкого круга проблем эволюционной экологии, включая эволюцию родительской заботы, долголетия и сотрудничества. Центральное место в нашей исследовательской парадигме занимает различие между эволюцией и сохранением стратегий жизненного цикла.

Подробнее

Генетическая борьба с насекомыми

Насекомые-вредители наносят огромный ущерб здоровью человека (путем передачи таких заболеваний, как лихорадка денге и малярия) и сельскому хозяйству (повреждая сельскохозяйственные культуры или домашний скот). Наша междисциплинарная исследовательская программа изучает экологические и генетические аспекты новых методов контроля над популяциями насекомых. Основное внимание мы уделяем трансгенному варианту метода стерильных насекомых, широко распространенному методу биологической борьбы с вредителями, при котором высвобождается большое количество стерильных насекомых-вредителей; они спариваются с дикими насекомыми, но не дают потомства, поэтому репродуктивный потенциал популяции снижается, а численность подавляется.

Подробнее

Динамика метапопуляции

Теория и концепции метапопуляции являются центральной парадигмой для понимания пространственной и временной динамики взаимодействия видов. Наше исследование исследует эти виды экологической динамики с использованием математических инструментов, баз данных записей видов и экспериментальных подходов. Мы сосредоточены на понимании влияния различных форм неопределенности на распределение и численность отдельных видов, взаимодействие ресурсов и потребителей и более сложные сообщества видов.

Подробнее

Экзистенциальный риск, биобезопасность и биотехнология

В ближайшие десятилетия достижения в области биотехнологии могут создать новые риски как для людей, так и для экосистем. Это исследование сосредоточено на изучении и снижении наихудших возможных рисков, которые могут угрожать самой человеческой цивилизации. Эта междисциплинарная инициатива является результатом сотрудничества с Институтом будущего человечества. Он использует множество инструментов, начиная от динамических систем и стохастических процессов и заканчивая тематическими исследованиями и государственной политикой.