Математические методы в экологии

      Избирательное воздействие на отдельные виды микроорганизмов, растений или животных, исключение этих организмов из природных сообществ  вызывают неконтролируемые цепные реакции, которые затрагивают многие виды, нарушают устойчивость экосистем и  ведут к разрушению многих из них. 
Антропогенное преобразование ландшафтов и загрязнение среды часто имеет неконтролируемое последействие, приводящее к возникновению зон повышенного экологического риска, экологических бедствий и экономических потерь. Ответы природы относятся непосредственно и к природе человека. 
 3. Человек оказался в ловушке противоречия между своей консервативной биологической сущностью и нарастающим отчуждением от природы. Используя изобретенные им технологии и средства жизнеобеспечения, человек в большой степени освободился от давления естественного отбора и межвидовой конкуренции. Он на несколько порядков превысил биологическую видовую численность и еще в десятки раз - объем использования веществ и энергии для удовлетворения надбиологических потребностей. 
 Огромное увеличение и продолжение роста численности людей отнюдь не связано с повышением их биологического качества. Наоборот, для людей в целом характерны совершенно немыслимые в природе: груз наследственных заболеваний, наследственная предрасположенность к болезням, низкий иммунобиологический статус и огромное число инфекций, возрастная хронизация болезней. Проблемы экологии человека все больше становятся проблемами здравоохранения. 
Человечество XX в. приобрело черты цивилизации потребления, экономика которой поддерживается преимущественно за счет провокации большого числа вторичных, факультативных потребностей. Именно их удовлетворение ведет в основном к избыточной техногенной нагрузке на природу и на окружающую человека среду. 
 Экологические проблемы человечества тесно сопряжены с экономическими и социальными. Региональные экологические проблемы часто становятся прямым источником имущественного неравенства, социальных и геополитических коллизий. Перечисленные выше проблемы сохраняют свое значение и для России. Исключение составляет разве что отсутствие перенаселенности. Как крупная страна Россия вносит существенный вклад в планетарную экологическую ситуацию. Вместе с тем некоторые экологические проблемы приобрели в России своеобразие и остроту, особенно в связи с переменами в политике и экономике. 
Все эти проблемы будут подробно охарактеризованы в последующих главах учебника. Они имеют не только экологические причины. Многое зависит от экономики, общественной идеологии и политики. Но именно современная экология вносит важные научные основания в их комплексное изучение и решение.

     Главной задачей современной экологии как  науки является консолидация различных  ее разделов и огромного фактического материала на единой теоретической  платформе, сведение их в систему, отражающую все стороны реальных взаимоотношений природы и человеческого общества. 
Это необходимо для понимания современных экологических проблем планеты, выработки новой экологической идеологии и методологии, правильной организации экологического образования и практической деятельности в области природопользования.

     В научно-практическом плане общие задачи современной экологии в ее широком понимании  можно сформулировать следующим образом: 
1. Всеобъемлющая диагностика состояния природы планеты и ее ресурсов; определение порога выносливости биосферы по отношению к антропогенной нагрузке, т.е. к тем помехам и утратам, которые обусловлены человеческой деятельностью, и выяснение степени обратимости этих изменений. 
2. Разработка прогнозов изменений устойчивости, продукционного потенциала наиболее важных природных комплексов и биосферы в целом, а также регионального и глобального состояния окружающей человека среды при разных сценариях экономического и социального развития разных стран, регионов и человечества в целом. 
3. Отказ от природопокорительской идеологии; формирование новой идеологии и методологии эксцентризма, связанной с переходом к постиндустриальной цивилизации и направленной на экологизацию экономики, производства, техники, политики, образования. 
4.Выработка критериев оптимизации - выбор наиболее согласованного с экологическим императивом и экологически ориентированного социально-экономического развития общества. 
5.Формирование экологического мировоззрения и такой стратегии поведения человеческого общества, такой экономики и таких технологий, которые приведут масштабы и характер хозяйственной деятельности в соответствие с экологической выносливостью природы и предотвратят глобальный экологический кризис. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Задача  №1

     По  территории области протекает 358 рек длиной более 10 км, общей протяженностью 12331 км.

     Водные  ресурсы, формирующиеся в пределах области, распределяются по основным бассейнам: бассейн Волги - 161 река; бассейн Дона - 162 реки; бассейн рек Большой  и Малый Узени - 35 рек. Используя микрокалькулятор, подсчитайте процент рек каждого бассейна (результат округлите до десятых).

     Решение:

Дано: А  – бассейн реки Волги

           В – бассейн реки Дона

           С – бассейн реки Большой, Малой Узени

Найти: % А - ?

            % В - ?

            % С - ?

Решение: 1) А=

                 2) В=

                 3) С=

Ответ: Процент бассейна реки Волга 45%

              Процент бассейна реки Дон 45,3%

              Процент бассейна реки Большой, Малой Узени 9,8% 
 
 
 
 
 
 
 

Задача  №2

     С 1600 г. человеком уничтожено на Земле 162 вида птиц (381 на грани исчезновения) и около 100 видов млекопитающих (255 видов на грани исчезновения). Гибель 75% видов млекопитающих и 86% видов птиц, из числа исчезнувших обусловлена влиянием антропогенных факторов. Вычислите количество видов исчезнувших под этим влиянием. Округлите до целых.

     Решение:

     Дано: А – (видов птиц) = 162

               А` – (видов птиц) = 86%

                В – (видов млекопитающих) = 100

                   В` – (видов млекопитающих) = 75%

          

           Найти: А`` – видов исчезнувших птиц

                        В`` – видов млекопитающих 

            Решение: А``=  

                             B``=

       

            Ответ: Исчезнувших вид птиц  – 139

                        Исчезнувших вид млекопитающих  – 75 
 
 
 
 
 
 

Задача  №3

     Основные  проблемы радиационной опасности на территории области тесно связаны с развитием и эксплуатацией объектов атомной энергетики и промышленности. Это, в первую очередь, Балаковская АЭС. Отрицательной особенностью является то, что Балаковская АЭС расположена в густонаселенной части области и в непосредственной близости от Волги.

Задание. Радиус площади зоны наблюдения Балаковской АЭС равен 30 км. Вычислите площадь, которую занимает зона наблюдения. Число П округлите до сотых.

      Решение:

    Дано: R = 30 км

             радиус направления

     Найти: S – зоны наблюдения

    

     Решение: 

                     км²

    Ответ: S которую занимает зону наблюдения – 2826 км² 
 

       
 
 
 
 

Заключение

     Современная математическая экология представляет собой междисциплинарную область, включающую всевозможные методы математического и компьютерного описания экологических систем. Теоретической базой для описания взаимодействий между видами в экосистемах служит динамика популяций, которая описывает базовые взаимодействия и дает качественную картину возможных паттернов поведения переменных в системе. Для анализа реальных экосистем применяется системный анализ, при этом степень интегрированности модели зависит как от объекта, так и от целей моделирования. Моделирование многих водных экосистем, лесных ценозов, агроэкосистем является действенным средством разработки методом оптимального управления этими системами. Построение глобальных моделей позволяет оценить глобальные и локальные изменения климата, температуры, типа растительного покрова при разных сценариях развития человечества. 
 
 
 
 
 
 
 
 

Литература.

1. Ризниченко, Г.Ю., Математические модели биологических продукционных процессов : учеб. пособие / Ризниченко, Г.Ю.Рубин А.Б. 4-е изд., стер. - М. : Академия, 1993. – 330 с. : ил.
2. Медоуз, Д.Х., пределами роста : учеб. Пособие / Медоуз, Д.Л., Рандерс, Д.А. 3 – изд., - М. : Академия, 1994. – 360 с. : ил.
3. Одум, Ю.М. / Экология, 3 – изд., М, 1986. – 240 с. : ил.
4. Левич, А.П., Теоретическая и экспериментальная экология планктоновых водорослей / .Максимов, В.Н , Булгаков, Н.Г., М. 1997. – 160 с.: ил.
5. Федоров, В.Д., / Экология : учеб. Пособие / Федоров, В.Д Гильманов, Т.Г., 2 – изд., М. : Академия, 1980. – 230 с. : ил.
6. Бигон, М., Экология. Особи, популяции и сообщества : учеб. пособие / Бигон, М., Харпер, Дж.., Таунсенд, К., 4 – изд., М.: Академия, 1989. – 158 с. : ил.
7. Свирежев, Ю.М., Устойчивость биологических сообществ : учеб. пособие /  Свирежев, Ю.М., Логофет, О.Д., 4 - изд., М. : 1978. - 352 с. : ил.
8. Киселёв, В.Н., Основы экологии: Учеб. пособие / 1-е – изд., М.: Просвещение, 1998. – 246 с.: ил.
9. Чернова, Н.М., Экология: Учебное пособие для студентов биологических специальностей пед. институтов / Чернова, Н.М, Былова А. М.: – 2-е изд., – М.: Просвещение, 1988.  – 160 с.: ил.
10. Уланова,  Н.Г. Математические методы в геоботанике / 2-е изд., M.: МГУ, 1995. – 150 с.: ил.
11. Степановских, А.С., Общая экология: Учебник для вузов / М.: ЮНИТИ, 2001. - 510 с.: ил.
12. Радкевич, В.А. Экология. Высшая школа / 2 – е изд., Минск, 1998. -  159 с.: ил.
13. Бигон, М., Экология. Особи, популяции и сообщества / Бигон, М., Харпер, Дж., Таунсенд, К. / Пер. с англ. М.: 1989. – 410 с.: ил.
14. Сукачев, В.Н. Методические указания к изучению типов леса / Сукачев, В.Н., Зонн, С.В. М.: 1961. - 362 с.: ил.
15. Молчанов, А.А. Методика изучения прироста древесных растений / Молчанов, А.А., Смирнов, В.В. М.: 1967. - 95 с.: ил.
16. Уткин, А.И. Программа и методика биогеоценологических исследований /  М.: Наука, 1974. – 317 с.: ил.
17. Крылов, А.Г. Жизненные формы лесных фитоценозов /  2 – е изд., М.: 1984. - 184 с.: ил.
18. Галанин, А.В. Лекции по экологии / 3 – е изд., М.: 1992. – 188 с.: ил.

 

19. Интернет http://botsad.ru/p_papers22.htm

 

20. Интернет  http://www.library.biophys.msu.ru/MathMod/EM.HTML