Экология городской среды

В свою очередь, физическая (абиотическая) среда обитания подразделяется на воздушную, водную и геологическую среду.

Искусственные компоненты — это физические или духовные объекты: предметы, средства и результаты деятельности человека, как познающей субстанции. Сюда относятся объекты искусственной техногенной среды: жилища, производственные, деловые и культовые здания, сооружения, системы коммуникаций и жизнеобеспечения, орудия производства и предметы домашнего обихода, технические средства передвижения, энергоносители и пищевые продукты, а также отходы производства и жизнедеятельности населения. К объектам духовно-культурной среды относятся результаты проявления человеческого духа, выраженные как в материальной форме (книги, произведения живописи, музыки, скульптуры, архитектуры, драматургии, фото-, кинематографии и т. п.), так и не существующие в вещественной форме (идеи, знаки). Все объекты искусственной среды человека, существующие в вещественной форме, являются результатами преобразования объектов природной среды. Последние, в свою очередь, также взаимодействуют с объектами искусственной среды обитания человека.

Социально-психологическую среду обитания составляют люди, объединяемые в половозрастные, психологические, социальные, профессиональные и этнокультурные группы.

Города представляют уникальное сочетание места и населяющих его людей, и обычно они своим происхождением и развитием обязаны социально-экономической активности человека.

Город, занимающий определенную часть земной поверхности, включает популяцию человека с высоким показателем плотности, производственный комплекс, инфраструктуру и специфическую природную, искусственную и социально-культурную среду обитания, представляет собой урбогеосоциосистему (рис. 1.3). Социальный блок в такой системе выполняет системообразующую и управляющую функции.

Природная подсистема урбогео социо системы, через которую город формирует и сохраняет связи с биосферой, называется урбоэкосистемой.

Состояние и устойчивость урбоэкосистемы, включая ее способность к самоочищению, зависит от размеров городской территории и ее особенностей (характер ландшафта и городской застройки, наличие открытых пространств, водоемов, зеленых насаждений и др.), климатических условий, количества и состава поступающих загрязнений и воздействий.

Рис. 1.3. Город как урбогеосоциосистема (Голубец, 1994)

Город формируется на основе природной экосистемы, которая в дальнейшем изменяется и функционирует под влиянием техногенных и социальных факторов.

Техногенные факторы – архитектурно-планировочное решение городов, промышленное производство, энергетика, транспортные и другие коммуникационные потоки, иные виды хозяйственной деятельности.

Социальные факторы – демографические процессы, образование, массовая культура, управление функционированием городского комплекса через органы власти и средства массовой информации и т. д.

Таким образом, город является комплексной системой, в состав которой входит:

• урбоэкосистема, т. е. видоизмененная под воздействием хозяйственной и иной деятельности человека природная экосистема городской территории;

• социальная подсистема, т. е. функционально дифференцированная совокупность людей, или социосфера города;

• хозяйственно-промышленный комплекс, или техносфера города.

1.2. Город как специфическая экосистема

Структура любой системы определяется соотношением в пространстве и во времени слагающих ее элементов и их связей. Пространственный аспект структуры характеризует порядок расположения элементов в системе, а временной – отражает смену состояний системы во времени. Структура является выражением иерархичности и организованности системы. Характер связей и взаимодействия между элементами и с внешней средой представляет собой различные формы вещественного, энергетического и информационного обмена.

Характер, структура, число, интенсивность, устойчивость таких связей определяют специфические свойства любой системы: сложность или простоту, стабильность или функционирование, статичность или динамичность, поли- или моноструктурность и пр.

При наличии связей системы с внешней средой границы являются открытыми, в противном случае – закрытыми.

Урбосистема (городская система) – неустойчивая природно-антропогенная система, состоящая из архитектурно-строительных объектов и интенсивно нарушенных естественных систем (Реймерс, 1990).

В наиболее полном современном понимании экосистема – это информационно саморазвивающаяся, термодинамически открытая совокупность биотических экологических компонентов и абиотических источников вещества и энергии, единство и функциональная связь которых в пределах характерного для определенного участка биосферы времени и пространства обеспечивают превышение на этом участке внутренних закономерных перемещений вещества, энергии и информации над внешним обменом (в том числе между соседними аналогичными совокупностями) и на основе этого неопределенно долгую саморегуляцию и развитие целого под управляющим воздействием биотических и биогенных составляющих (Реймерс, 1990).

Функциональную схему экосистемы составляют четыре основных компонента – поток энергии, круговороты веществ, сообщество и управляющие петли обратной связи (рис. 1.4). Сообщество представлено в виде пищевой сети, состоящей из автотрофов (А) и гетеротрофов (Н), запасы питательных веществ обозначены буквой S.

Город – это специфическая экологическая система, в которую входят две субсистемы – природная и антропогенная.

Рис. 1.4. Функциональная схема экосистемы (Одум, 1975)

Природная субсистема включает природную среду города и его биоту, делится на четыре подсистемы. В свою очередь, каждая из подсистем делится на системы более низкого ранга (рис. 1.5). Антропогенная субсистема включает все антропогенные объекты города, делится на три подсистемы.

Характер функционирования городской системы определяется динамикой процессов, протекающих в субсистемах, а также интенсивностью прямых и обратных положительных и отрицательных связей между ними.

Природная (естественная) субсистема города характеризуется сложными биологическими и геохимическими процессами, протекающими на территории города и в зоне его влияния (преобразованием горных пород, трансформацией ландшафтов, изменением видового разнообразия флоры и фауны, сокращением количества экологических ниш, изменением биотопов и т. д.). Она изначально способна к саморегуляции, однако под воздействием антропогенной субсистемы в развитых городских агломерациях частично или полностью утрачивает эту способность.

Рис. 1.5. Городская экосистема (Хомич, 2002)

Антропогенная субсистема характеризуется все более глубокими преобразованиями экосферы в техносферу. При этом человек (элемент природной субсистемы), выступает как основной компонент антропогенной субсистемы и как фактор, ее создающий.

Город является функционирующей, динамической, полиструктурной экосистемой гетеротрофного типа, которую формируют такие системообразующие процессы, как потоки вещества и энергии. На рис. 1.6 показаны отличительные черты естественной экосистемы и урбоэкосистемы.

Рис. 1.6. Отличительные черты естественной экосистемы и урбоэкосистемы

Особенности урбоэкосистемы проявляются в таких характеристиках, как полиморфность, сверхоткрытость, зависимость, аккумулятивность, неравновесность.

Полиморфностъ – когда структура экосистемы города формируется и определяется как материальными, так и нематериальными объектами.

Сверхоткрытостъ – экологические системы являются открытыми, но способны поддерживать материально-энергетический гомеостаз только при постоянном притоке вещества и энергии извне.

Зависимость – экосистема города полностью зависит от внешнего притока вещества и энергии.

От большинства природных экологических систем урбоэкосистема отличается следующими особенностями:

• более интенсивным метаболизмом на единицу площади, для чего используется в первую очередь не солнечная энергия, а энергия горючих материалов и электричества;

• активной миграцией веществ, в которую вовлекается перемещение металлов и других неорганических материалов, пластических масс и прочих эластомеров, причем не столько в пределах системы, сколько на входе и на выходе из нее;

• мощным потоком отходов, многие из которых вообще не утилизируются и являются более токсичными, чем естественное сырье, из которого они получены.

Без постоянных поступлений пищи, строительных материалов, топлива, электроэнергии и воды город вскоре прекратил бы существование. На рис. 1.7 представлены схемы двух экологических систем гетеротрофного типа: устричной банки и города. Обращает на себя внимание то, что 1 м

городской системы потребляет в 70 раз больше энергии, чем соответствующая площадь естественного биогеоценоза, а также наличие более интенсивных потоков энергии и вещества на входе и выходе из системы.

Аккумулятивностъ – положительный баланс обмена веществ в пределах экосистемы города приводит к накоплению вещества. Наиболее велика аккумуляция вещества в промышленных мегаполисах, где за счет накопления вторичного вещества (культурный слой, терриконы, отвалы, карьеры, наносной материал, свалки и пр.) формируется техногенный рельеф, преобразующий территорию в техногенный андшафт.

а

б

Рис. 1.7. Гетеротрофные экологические системы: а – устричная банка; б – современный город (Одум, 1975)

Неравновесностъ – определяется масштабом антропогенной нагрузки на окружающую среду в зависимости от уровня развития урбанизированной территории.

Материальный баланс города упрощенно может быть описан следующим образом: в город поступают потоки электрической энергии, топлива, сырья, пищевых продуктов. После их переработки и получения продукции в пределах территории города в атмосферу выбрасываются газы, аэрозоли, пыль, происходит акустическое и электромагнитное загрязнение; в естественные водоемы города сливаются промышленные и бытовые сточные воды; на городские свалки поступают отходы промышленных производств и жизнедеятельности населения города. Эти выбросы, сточные воды, твердые и жидкие отходы содержат вещества, загрязняющие воздух, воду и почву города.

Жизнедеятельность города – это последовательность непрерывных потоков энергии, веществ и продуктов их переработки. Интенсивность этих потоков зависит от численности и плотности городского населения, статуса города, отраслевого профиля и развития промышленности, объема и структуры транспорта.

Потоки веществ и энергии, а также продуктов их переработки, поступающие на территорию города, нарушают материальный и энергетический баланс природной среды и изменяют естественные процессы круговорота веществ и перехода энергии по трофическим цепям.

Экологическое равновесие – это динамическое состояние природной среды, при котором осуществляется ее устойчивое функционирование. При этом ее основными функциями являются функции самовосстановления и самоочищения. Экологическое равновесие населенных мест сохраняется при допустимых антропогенных нагрузках, не превышающих емкость территории.