Математические расчёты в экологии

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Казанский национальный исследовательский технологический университет»

 «НОБЕЛЕВСКИЕ НАДЕЖДЫ КНИТУ - 2018»

Номинация « Математика»

Исследовательская работа

«Математические расчёты в экологии»

Выполнила:  Ахметзянова Инзиля Разимовна)

Ученица 10 класса

МБОУ «Азбабинская СОШ

Апастовского муниципального района РТ

Руководитель):

 (учитель математики Курмашева А.А..,

Казань, 2018

Содержание

I.Введение…………………………………………………………….         2стр.

II.Основная часть………………………..……………....................................4стр.

О территории Азбабинской СОШ…………………………………………4стр.

Влияние деревьев на воздушную среду…………………………………   5 стр.

Экологические задачи Азбабинской СОШ……………………………….6 стр

III.Заключение…………………………………………………………………8стр

 Список использованной литературы……………………………………   9стр

I.Введение.

Долгая, счастливая, а самое главное – здоровая жизнь человека зависит от состояния окружающей нас природы. 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 бережное отношение человека к природе.

Что же такое экология? Это наука  о взаимодействиях живых организмов и их сообществ между собой и с окружающей средой [4]. 

 Может ли математика помочь экологии?  

Гипотеза: математические расчёты помогают выяснить экологическое состояние   окружающей природы.

 Объект исследования: экологическое состояние   территории Азбабинской СОШ

 Предмет исследования: зелёные насаждения на территории Азбабинской СОШ

Цель:

• провести статистическое исследование растительности (деревьев, кустарников) на пришкольной территории.
• применение математических знаний для обработки данных других предметных областей (экологии)

Задачи

• выяснить какие деревья произрастают на пришкольной территории, выделить доминирующие виды;
• собрать информацию о данных видах деревьев.
• определить их влияние на воздушную среду.

Методы исследования 

• теоретический (работа с научной литературой,  материалами электронных ресурсов)
• Эмпирический (анализ и сравнения полученных результатов)
• математический

      Теоретическая значимость исследования заключается в том, что  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. В данном случае воздействие зеленых насаждений на территории школы на  здоровье учеников.

       Прикладная значимость результатов исследования определяется  вкладом в развитие  логического математического мышления, развитие умения самостоятельного решения экологические задач  математическими методами. Результаты исследования могут быть использованы при проведении недели экологии, на уроках биологии и географии.

                                II.Основная часть

                         О территории Азбабинской СОШ

 Территория  Азбабинской СОШ богата зелёными (древесными) насаждениями, некоторые из них высажены более  40  лет назад. Причем,  нашей школе  в 2018 году исполняется 80 лет.  В школьном дворе растут   акация, вишня, тополь, сирень, яблоня, клён, липа. Также есть участки, на которых могут быть высажены деревья.

Данные  о деревьях представлены в таблице:

Для удобства и наглядности  я представила эти данные в диаграммах: столбчатых и круговых[3].

 Таким образом,  доминирующим видом зелёных насаждений являются  тополь и вишня.

 Определение влияния деревьев на воздушную среду.

К санитарно – гигиеническим свойствам относится их способность выделять особые летучие органические соединения, называемые фитонцидами, которые убивают болезнетворные бактерии или задерживают их развитие.

Деревья выделяют биологически активные вещества- аромат, фитонциды, могут решительно воздействовать на самочувствие человека и здоровье воздуха в доме и рядом с ним, если нет аллергий, и обеззараживают воздух.

Хочу привести некоторые факты : 
- за один солнечный день 1 гектар леса поглощает из воздуха 120-280 кг углекислого газа и выделяет 180-200 кг кислорода; 
- одно дерево средней величины производит столько кислорода, сколько необходимо для дыхания 4-х человек; 
- наиболее активными поставщиками кислорода являются тополя. 1 га таких деревьев выделяет в атмосферу кислорода в 40 раз больше, чем 1 га еловых насаждений.

- один гектар хвойных деревьев задерживает за год 40 тонн пыли, а лиственных - 100 тонн. Лучшими поглотительными качествами обладают: тополь, ясень, сирень, жимолость, липа, меньшими – вяз, черёмуха, клён [2].

 Изучая экологическое состояние   территории Азбабинской СОШ, я выяснила: сколько деревьев могут выделить кислорода необходимого для дыхания учащихся школы, если 1  человек  потребляет в сутки 350 грамм кислорода , а 1 дерево за час производит  43,75 г  кислорода.

Всего учащихся в Азбабинской СОШ – 55, работники школы 24 человека, а также воспитанники детсада «Сказка»  с персоналом  - 16 человек. Всего-95 человек  функционируют в здании Азбабинской СОШ.

 95  человек  в сутки потребляют 95 · 350 грамм кислорода = 33250  грамм кислорода.

Одно дерево в сутки производит 43,75 · 24 = 1050 грамм кислорода. Значит, деревьев понадобится 33250 : 1050 =31,67.

 Таким образом,  понадобится 32 дерева.

 В ходе исследования я сравнила  выделение кислорода деревьями и поглощение кислорода машинами и учащимися  школы с педагогическим персоналом за год на территории школы.

               Экологические задачи  Азбабинской СОШ

     В течение одного года обычное дерево выделяет объем кислорода, необходимый для 4 учащихся, а один автомобиль за 2 часа работы поглотит столько кислорода, сколько 1 дерево выделит за 2 года. Т.к. возле школы не расположена проезжая часть, т.е. тупик дороги, по этой дороге мало ездят машины, будем считать,  что за год 30 машин проработают по 2 часа.

За год дерево выделяет 1050 · 365 = 383 250 грамм кислорода = 383,250 кг кислорода.

Один учащийся за год поглощает 383,250 : 4 = 95,8125 кг кислорода

Все учащиеся , а также учителя, персонал детсада «Сказка» за год поглощают 95,8125 · 95 = 9102,1875  кг кислорода

За два часа 1 машина поглотит 383,250 · 2 = 765,5 кг кислорода.

За год 30 машин поглотят 765,5 · 30 = 22965 кг кислорода.

За год все деревья выделяют 383,250 · 140 = 53655 кг кислорода.

53665– 22965 – 9102,1875 =2 1597,8125 кг кислорода

 Таким образом, за год деревья вырабатывают больше кислорода, чем поглощают машины и учащиеся.

       Ввиду того, что на территории Азбабинской СОШ можно ещё сажать деревья, я попыталась выяснить:   сколько можно посадить деревьев на участке  земли размером 10 м х 20 м и сколько это даст дополнительно кислорода.

Итак, если соблюдать расстояние между деревьями и между рядами по 2 метра, то на территории в 200 м2 можно посадить 5 рядов по 10 деревьев ,т.е.  50 деревьев.

1  дерево в сутки производит 43,75 · 24 = 1050 грамм кислорода, значит,  50 деревьев выделят 50 · 1050 = 52 500 грамм кислорода

III.Заключение       

       На пришкольной территории в наибольших количествах произрастают тополь, который был высажен для озеленения территории , и вишня, которая высажена последние 7 – 10 лет.

           Я  научилась применять на практике знания, полученные на уроках математики, при выполнении расчетов в области экологии. Очевидно, что математические знания – это необходимые прикладные знания, которые используются в других науках. Математика создает условия для умения давать количественную оценку состояния природных объектов и явлений, положительных и отрицательных последствий деятельности человека в природе и социальном окружении. 

  Исследования показали, что тополь является наилучшим «санитаром».

      Учёные подсчитали, что за время существования человека вырублено 50% лесов. Все признают значимость деревьев, однако площади лесов сокращаются с каждым годом. 

     Я считаю, что нужно изменить сложившуюся ситуацию.  Нужно на территории школы посадить деревья, причем, растения будут подбираться с условием комфортной адаптации к нашему климату. Это будут такие виды как тополь, клён. Из кустарников можно посадить сирень, так как сирень обладает лучшими поглотительными качествами.

     Исследуя природу родного края, мы понимаем, насколько она зависима от нас, людей, насколько уязвима и насколько она сильнее нас. Ведь если исчезнут растения, даже те же деревья, погибнут и животные и люди. Это должны понимать все.

Используемая литература:

1. Л.Н. Боголюбов, Л.Ф. Иванова, А.И. Матвеев и др.под ред. Л.Н. Боголюбова. Введение в обществознание: учебник для 8-9 классов - М.: Просвещение, 2008, стр. 46-50.
2. В.В. Пасечник, А.А. Каменский, Е.А. Криксунов, Г.Г. Г.Г. Швецов Биология: Введение  в общую биологию. 9 кл.: учебник/ -М.: Дрофа,2014, стр.164-168.
3. Угринович Н.Д. Информатика и ИКТ: учебник для 9 класса/ М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2010, стр. 93-96.
4. Экология. Википедия. Свободная энциклопедия[Электронный ресурс]. Режим доступа  https://ru.wikipedia.org/wiki