Экология городской среды

Емкость территории — это количественно выраженная способность ландшафта удовлетворять потребности населения данной территории без нарушения экологического равновесия. Показателем, характеризующим потребности населения, является демографическая емкость.

Демографическая емкость – это максимальное количество жителей, которое может проживать в границах района, при условии обеспечения потребностей населения и сохранения экологического равновесия.

Характеристиками функционирования природной среды, определяющими экологическое равновесие, являются: репродуктивная способность территории, ее экологическая емкость, геохимическая и биохимическая активность, устойчивость территорий к физическим нагрузкам.

Репродуктивная способность территории – это способность территории воспроизводить основные компоненты природной среды: кислород атмосферного воздуха, воду, почвенно-растительный покров.

Экологическая емкость территории определяется как плотность биомассы представителей животного и растительного мира на единицу территории с учетом оптимального состава и численности для данного природно-географического района. Экосистема тем устойчивее к неблагоприятным антропогенным воздействиям, чем полноценнее ее видовой состав, т. е. чем больше ее биоразнообразие.

Геохимическая активность территории – это способность территории перерабатывать и выводить за свои пределы продукты техногенной деятельности – загрязняющие вещества.

Биохимическая активность территории обусловлена ее способностью биологически перерабатывать органические загрязнения и нейтрализовать вредные воздействия неорганических загрязняющих веществ.

Устойчивость территории к физическим нагрузкам характеризует сопротивляемость ландшафта к физическим антропогенным нагрузкам (воздействие застройки, транспорта, инженерной инфраструктуры, рекреационных зон и т. п.).

Каждая из этих характеристик выражается количественными показателями.

Полное экологическое равновесие зависит от климатических и гидрологических условий местности, лесистости или распаханности, хозяйственного освоения территории. Принято считать, что территория находится в равновесии, если природная среда обеспечивает воспроизводство всех своих компонентов; фито- и зоомассы этих территорий сбалансированы и сложившееся биоразнообразие сохранено; степень геохимической активности ландшафтов и степень биохимической активности экосистем соответствуют уровню антропогенных загрязнений, а уровень физической устойчивости ландшафтов соответствует силе техногенных нагрузок.

Очевидно, что полное экологическое равновесие современных освоенных территорий практически недостижимо, поэтому, кроме полного различают условное и относительное экологическое равновесие территории. При условном экологическом равновесии компоненты природной среды не воспроизводятся в полной мере. При относительном экологическом равновесии не соблюдаются как условия воспроизводимости компонентов природной среды, так и условия баланса биомассы. При этом геохимическая, биохимическая активности, а также физическая устойчивость территории соответствуют антропогенным воздействиям.

В отличие от естественных экосистем биомасса в городе в основном представлена биомассой населения, которая во много раз превышает фитомассу. Первичная продукция и продуктивность городских экосистем ничтожны по сравнению с естественными. Именно абсолютное преобладание биомассы над продуктивностью определяет крайнюю неустойчивость городской экосистемы по отношению к внешним воздействиям. В связи с этим даже относительное экологическое равновесие городской экосистемы может быть достигнуто только за счет специальных мероприятий, осуществляемых человеком.

Город представляет собой модель крайне неустойчивой и уязвимой системы, утратившей способность к самовосстановлению, неспособной противостоять негативным воздействиям среды, включая антропогенное воздействие.

В табл. 1.1 приводится сравнение природных и городских экосистем.

Однако естественные и городские экосистемы наряду с глубокими экологическими различиями имеют и некоторые общие черты, например: наличие границ; самоподдержание за счет обмена веществ и притока энергии; стабилизация за счет круговорота энергии; тенденция перехода от экспансии к интенсивному росту. Таким образом, урбоэкосистема характеризуется созданием новых типов искусственных техногенных систем в результате деградации, уничтожения и (или) замещения природных экосистем. Антропогенные нарушения функций компонентов в городской экосистеме зависят от источника и вида вмешательства человека, факторов нагрузки, качества среды, что приводит к определенным последствиям, в большинстве своем негативным по отношению как к естественной, так и техногенной среде (рис. 1.8).

Урбоэко система в целом обладает меньшей рекреационной ценностью, нарушенностью биокруговорота, сокращенностью биоразнообразия как по составу, так и по структурно-функциональным характеристикам. Изменение качества среды обитания человека в городе ведет к снижению комфортности жизни населения, что подтверждается соответствующими медико-демографическими показателями.

Примечания. Нарушения и изменения круговорота в экосистеме города вызывают:

1) ухудшение условий проживания человека, высокий уровень заболеваемости, рост генетических заболеваний, появление новых болезней;

2) необеспеченность чистой питьевой водой и чистым воздухом;

3) накопление поллютантов в организме человека, миграция в трофических цепях.

Рис. 1.8. Антропогенные нарушения функционального круговорота в городской экосистеме (Добровольский, 1997)

Таблица 1.1. Сравнение природных и городских экосистем (Клауснитцер, 1990)

1.3. Взаимодействие города с природной средой

Город оказывает колоссальное влияние на природную среду. Исторически сложившиеся урбанизированные ландшафты со специфическими абиотическими и биотическими факторами среды являются результатом целенаправленной деятельности человека, а также непреднамеренных последствий этих действий. При своем возникновении и развитии города деформируют естественную биосферу, приспосабливая все ее компоненты к своим потребностям.

В наибольшей степени подвержены антропогенной деформации природные ландшафты, почвы, растительность и животный мир. Также существенно преобразуются рельеф и гидрологическая сеть, изменяется качество атмосферного воздуха за счет поступления значительных количеств несвойственных естественной атмосфере веществ, формируется специфический макро- и микроклимат. Эти деформации охватывают собственно природные компоненты городской среды и пригородные природные комплексы.

Известно, что площадь воздействия города на пригородный природный комплекс может превышать его территорию в 20–50 раз. Пригородные зоны оказываются загрязненными всеми видами продуктов жизнедеятельности города. Возникает проблема необеспеченности города природно-ресурсным потенциалом, что выражается в недостаточности площадей зеленых насаждений, рекреации и оздоровления, развитии опасных геодинамических процессов, первичном и вторичном загрязнении воздушной и водной сред. В результате теряется устойчивость территорий, увеличивается абиотичность системы, повышается степень экологического риска для всех структурных компонентов окружающей среды: воздуха, воды, почвы, грунтов, растительности и животного мира.

Воздействия города на биосферу весьма разнообразны. Выделяют механические, физические, химические, биологические, психологические воздействия. Они относятся к средообразующим факторам и формируют окружающую среду города – урбосферу, которая со всеми ее специфическими компонентами является основной составляющей нового планетарного явления, называемого техносферой.

Техносфера – это планетарное пространство, находящееся под воздействием инструментальной и технической производственной деятельности людей и занятое продуктами этой деятельности. Если в прежние эпохи техносфера являлась частью биосферы, существовала в ней в виде отдельных очагов, то теперь уже биосфера, или область жизни, входит в техносферу и преобразуется преимущественно техновеществом в соответствии с его особенностями.

Структура техносферы достаточно сложна, так как включает в себя техногенное вещество, технические системы, живое вещество, верхнюю часть земной коры, атмосферу, гидросферу.

Ресурсами техносферы являются вся совокупность вещества геосферы, в том числе и живое вещество биосферы.

Техносфера может рассматриваться как некоторая совокупность актов трудовой деятельности человека, в рамках которых происходит развитие всех реальных процессов, протекающих в биосфере.

Особенностью техносферы является то, что область жизни в ней постоянно подвергается разнообразным и порой чрезвычайным по мощности залповым воздействиям. В начале эволюции техносферы эти воздействия были направлены практически полностью на живое вещество с целью максимально возможного обеспечения человека пищевыми ресурсами, т. е. человек как бы навязывал отдельным видам особый техногенный ритм жизнедеятельности. В результате многие виды животных и растений попросту исчезли, выпали из продолжающейся эволюции биосферы. С момента перехода к искусственному воспроизведению пищевых ресурсов (скотоводство и земледелие) человек начал вовлекать в сферу своих экономических интересов другие природные ресурсы (полезные ископаемые, воду и пр.). С каждым десятилетием этот процесс все ускоряется, в связи с этим ускоряется и значительно изменяется интенсивность природных процессов и явлений. В результате этого биосфера не просто преобразовалась, она изменила свою пространственно-временную структуру и энергетическую сущность, превратившись в область активной технической деятельности, или в техносферу (табл. 1.2).

Таблица 1.2. Рост техносферы в XX в. (Акимова, Хаскин, 2001)

Техносфера характеризуется прежде всего появлением нового, несвойственного биосфере, элемента – техновещества. На суше оно соотносится с биовеществом следующим образом:

Техновещество обладает огромной геологической активностью и очень быстро изменяет облик планеты. Оно расходует потенциальную энергию ныне существующей биосферы примерно в 10 раз быстрее, чем она может быть аккумулирована всем современным живым веществом. Поэтому разрушительная функция техновещества намного превосходит все его созидательные качества.

Техновещество образуется совокупностью всех существующих технических устройств и систем, которые можно рассматривать как техноценозы.

В состав техновещества включают технические средства:

• добывающие полезные ископаемые и вырабатывающие энергию подобно зеленым растениям в биосфере;

• перерабатывающие сырье и производящие средства производства;

• производящие средства потребления;

• передачи, использования и хранения средств информации;

• по переработке и утилизации отходов, включенные в непрерывный цикл безотходной технологии;

• автономные многофункциональные системы (роботы, автоматические межпланетные станции и пр.) и др.

Анализ структуры техновещества позволяет сделать вывод о том, что оно все больше воспроизводит аналогичную организацию естественных природных живых систем: продуценты – консументы нескольких порядков – редуценты.

В табл. 1.3 приведены данные по количественному сравнению биосферы и техносферы по разным источникам.

Таблица 1.3. Количественное сопоставление биосферы и техносферы (Акимова, Хаскин, 2001)

Примечания. * Гт – гигатонна = 10

т; ** ЭДж – эксаджоуль = 10

Дж.

Появление техноценозов и организация их по биосферному принципу указывает на протекающие в настоящее время процессы замены эволюционно сложившейся биосферы на искусственно созданную человеком в процессе своего эволюционного развития техносферу – окружающую среду, качественно и количественно отличающуюся от морфофизиологических потребностей.