Городская экосистема: Городская экосистема

Высотное здание, покрытое растениями, в центре Гуанчжоу, провинция Гуандун, Китай.

Хотя урбанизация традиционно ассоциируется с более высоким качеством жизни для городских жителей по сравнению с сельскими жителями, ряд недугов, таких как концентрированная городская бедность , экологическое неравенство и сокращение экономических возможностей, поражают новые города в развивающихся странах, а также старые постиндустриальные города. центры. Такие проблемы могут быть решены за счет лучшего планирования и экологически сознательного городского дизайна . Одно из решений могло бы включать увеличение «зеленых насаждений» и их более эффективное распределение в городском ландшафте. Фактически, количество зеленых насаждений в городах трудно предсказать, исходя из плотности или возраста поселения. В некоторых густонаселенных старых американских городах присутствуют зеленые насаждения — например, в6000 акров (2400 гектаров) парков Нью-Йорка , которые являются частью почти 39 000 акров (около 15 800 гектаров) открытого пространства города. Бостон и Кливленд — два других старых города с хорошо развитой сетью открытых пространств. В некоторых разросшихся городах, таких как Атланта , которые значительно выросли с 1970-х и 80-х годов, очень мало парковых зон, тогда как в других, таких как Феникс , поблизости есть большие горные парки в пустыне, но мало интегрированного открытого пространства.в городской ткани. Городские зеленые насаждения, включая пустыни и водно-болотные угодья, предоставляют возможности для улучшения экологической обработки загрязнения и смягчения местного климата.

Городская экология

Возникающая наука об экологии городов, раздел экологии , изучающий взаимодействия между организмами и экосистемами, в которых они проживают, с преобладанием человека, может предоставить дополнительные решения проблем городской окружающей среды. Экологи впервые начали проводить всесторонние исследования растений , животных , почв и условий окружающей среды в городах вскоре после Второй мировой войны , когда в европейских городах было много свободных участков. Они начали традицию исследования открытых пространств, которые поддерживали добровольные растительные сообщества и связанные с ними популяции животных. Экологическийпланирование возникло как профессиональная дисциплина, в которой применялись знания об открытых пространствах в городских районах с целью повышения биологического разнообразия и благоустройства зеленых участков в городах.

Другая традиция возникла в социологии , которая применила экологические концепции, такие как конкуренция и преемственность, к человеческим сообществам в городах. В 1990-х годах экологические исследования в городских районах начали бурно развиваться. Чтобы справиться со сложной мозаикой землепользования, которая теперь составляет города, пригороды и окраины, традиции были объединены вместе со знаниями, взятыми из других дисциплин , чтобы установить комплексный экологический подход к изучению городских экосистем.

Городская экология приобретает все большее значение в результате миграции большей части мирового населения в города. Одним из побочных продуктов этого беспрецедентного явления является то, что городские районы мира расширяются в экологически чувствительные районы, где они изменяют структуру экосистемы за счет загрязнения и преобразования естественной среды обитания в землепользование. Знания, полученные при изучении биологических сообществ в городах, могут помочь в разработке улучшенного городского дизайна и принятии решений для решения таких проблем.

Городские экосистемы, факторы устойчивости и отличие от внегородских.

Городские экосистемы отличаются от всех видов внегородских (даже от т.н. «устойчивого хуторского ландшафта») не только предельной нарушенностью почвы и растительности, сильной обеднённостью фауны; в конце концов, даже климаксный бореальный или широколиственный лес есть мозаика пятен, представляющих собой нарушения на разных стадиях зарастания. Главное отличие в том, что в городе наблюдаются такие системные диспропорции, которые никогда не фиксируются в однотипных природных сообществах (с аналогичными почвенными условиями и растительностью).

Первая – это техногенная аридизация климата. Городские экосистемы – это не просто «острова» лесных, кустарниковых или травянистых биотопах, разделённые зданиями, сооружениями и коммуникациями. Город отличается тем, что растительные сообщества лесной зоны существуют в условиях, соответствующих положению на 200-300 км южнее, то есть зоне сухих степей и полупустынь.

Так, в исследованиях Э.Г.Коломыца с соавт. (2000) выявлена общая тенденция урботехногенной аридизации лесных экосистем (исследовали экосистемы двух полигонов в низменном Заречном районе Нижнего Новгорода: 1) лесопарковый массив «Стригинской Бор» с достаточно высокой рекреационной нагрузкой и слабым загрязнением природных сред; 2) Сормовский городской парк культуры и отдыха, испытывающий сильное геохимическое воздействие от окружающих его промышленных предприятий и автотранспортных магистралей и также подверженный рекреации. Эталоном для сравнения послужил сосново-лесной участок заповедника «Керженский», находящийся в 50 км к северо-востоку от Нижнего Новгорода (Низменное Заволжье) в аналогичных геолого-геоморфологических и биоклиматических условиях.).

Почвы Нижнего Новгорода по гидротермическому режиму и по однозначному сдвигу обменной кислотности в щелочную сторону приближаются к аридному (пустынно-степному) типу, в отличие от зональных дерново-подзолистых почв, что сопровождается их активным засолением. Совместное геофизическое и геохимическое техногенное воздействие вызывает общий кумулятивный эффект — экстразональное опустынивание природного комплекса. В первую половину лета температура почвы в Стригинском бору и Сормовском парке оказывается на 2-8°С выше, а влажность на 5-10% ниже, чем в Керженском заповеднике. Запасы влаги в метровом слое почвы оказались меньше в 1,5-3 раза — соответственно 60-100 мм и 40-160 мм по сравнению с 160- 220 мм.

В спонтанных условиях этот гидротермический сдвиг отвечает меридиональному смещению территории города к югу на 200-300 км — от смешанно-лесной зоны в зону лесостепи. Наиболее существенные гидротермические сдвиги (температуры почвы на 6-8⁰С, влажности на 25-35%, запасов влаги в слое 1 м на 200-300 мм) свойственны трансаккумулятивным и аккумулятивным геотопам. Происходит пространственное выравнивание локальных гидротермических полей, при одновременном росте их неупорядоченности, мозаичности.

На примере почв Автозаводского городского парка удалось проследить не только тенденцию, но и скорость геохимических изменений лесных почв за 50-летний период (1939-1989 гг. ). В конце 30-х годов, когда работа предприятий ГАЗ только начиналась, в парке не было нейтральных и слабощелочных почв. Спустя 50 лет они составляли уже более 10% от общего количества обработанных нами образцов. Сдвиг рН составил в среднем 2% в год.

Техногенное подщелачивание почв снижает подвижность различных химических элементов и, следовательно, уменьшает их токсичность [выступая механизмом устойчивости городской экосистемы – wolf_kitses]. Очевидно высокощелочная реакция почв промышленных территорий низинного Заречья (рН£7,5) является экологически положительным фактором, препятствующим миграции токсичных элементов (прежде всего, тяжелых металлов) по трофическим цепям. В гумусовых горизонтах повышается содержание обменных катионов, что усиливает буферные свойства почвы. В этом проявляется эффект отрицательной обратной связи в системе техника — природа, компенсирующей негативные для биоты процессы техногенеза.

Урботехногенная аридизация лесных экосистем отчетливо проявляется также в автотрофном биогенезе. Общая первичная продуктивность (Р) сосняков Керженского заповедника составляет 5,5-12,5 т/га в год, что лежит в диапазоне первичной продуктивности от средней тайги до луговых степей. В пределах города экстремальные значения Р падают в 4-5 раз, причем в отрицательных формах рельефа гораздо сильнее, чем в положительных. Поэтому разница в значениях продуктивности между типами МП существенно сглаживается. Происходит своего рода локальное выравнивание величин продукции лесных фитоценозов на фоне общего снижения интенсивности продукционного процесса.

Сосняки Стригинского бора и Сормовского парка производят ежегодно в среднем 2,5-3,7 т фитомассы, а во многих случаях эти цифры снижаются до 1,3-2,0 т. Столь низкую продуктивность в естественных условиях имеют экосистемы крайне северных и крайне южных природных зон умеренного пояса — кустарничковые тундры, сухие степи и эфемерно-кустарничковые пустыни, а также сфагновые болота. Таким образом, общая первичная продуктивность лесных экосистем смешанно-лесной зоны, находящихся под прессом урбанизации, снижается до пустынно-сухостепного уровня, что и составляет важнейший функциональный признак их антропогенного опустынивания».

Э.Г.Коломыц, А.С.Керженцев, О.В.Глебова, 2000. Механизмы трансформации лесных экосистем в высокоурбанизированной среде// Экополис и устойчивое развитие города. М.: изд-во РАМН. С.110-116.

Далее, лесные сообщества вне мегаполиса (уже сильно изменённые рекреацией и другими формами воздействия) организованы так, что характер растительности целиком определяется существующими формами рельефа (градиентами от водоразделов к пойме ручьёв и пр.), определяющими различия гидрологического режима и других условий среды вдоль соответствующих градиентов.

В городе эта зависимость растительности от форм рельефа и структуры ландшафта через гидрологию полностью разрушается, заменяясь зависимостью от антропогенных нарушений и антропогенного же «удобрения» территорий органикой, нитратами, фосфором, эти два фактора формируют градиенты, заменяющие ландшафтные.

Далее те же авторы: «сила влияния литогенной основы как исходного фактора природно-территориальной организации снижается почти в 2 раза. Не наблюдается сколько-нибудь однозначной приуроченности к формам микрорельефа и локальными типами влажности, температуры, морфологии почв, ценотических групп леса, мощности и массы лесной подстилки. Прямое влияние геоморфологических условий сохраняется лишь на типы биогеоценозов и их экологическими группами растительности, минуя параметры влажности почвы. Геоморфологический каркас в значительной мере теряет контроль над важнейшим функциональным параметром лесной экосистемы — увлажнением почв.

Температура почвы утрачивает свои свойства индикатора состояния лесной экосистемы. Она больше не зависит от литогенных условий и влажности почв. Режимы влажности и температуры почвенных горизонтов все больше зависят от структурных характеристик лесопаркового фитоценозов подверженных прямому антропогенному воздействию. Происходит определенное выравнивание контрастов гидротермического режима почв между различными элементами микрорельефа, а в Сормовском парке температуры почвы вообще не зависят от типа местоположения.

Одновременно в первый эшелон ландшафтных связей выходят ценотические группы лесных экосистем, которые наравне с факторами литогенной основы определяют всю систему межкомпонентных связей. Это вызвано глубокой антропогенной трансформацией напочвенного покрова в городских лесопарковых экосистемах: первоначальным олуговением травостоя и последующей заменой лесных и луговых видов сорной и рудеральной растительностью, которая оказывается почти не связанной с увлажнением почв. [То есть буферные свойства почвы в городах дополняются и компенсируются буферными свойствами увеличивающейся биомассы рудеральной растительности, тем более что при умеренном нарушении природных сообществ запасы фитомассы резко возрастают. См. Жигарев И.А., 2002. Лесные биологические сообщества в условиях рекреационных нарушений// Антропогенная динамика экосистем (ред. Н.М.Чернова). Научные труды МНЭПУ, серия “Реймерсовские чтения”. М.: изд-во МНЭПУ. С.71-96.].

Процесс техногенной трансформации природного комплекса не ограничивается «расшатыванием» его моносистемной структуры. Наряду с этим развиваются определенные адаптивные механизмы, способствующие его выживанию в урбанизированной среде. Выявлены два таких механизма. Первый связан с преобразованием естественных ценотических групп леса (боровой, таежной, дубравной и др.) в антропогенные (лесную, лесолуговую, луговую, сорно-рудеральную). Этот процесс наиболее ярко выражен в понижениях микрорельефа, где суммарный эффект загрязнения почвы максимален и где поэтому напочвенный покров трансформируется в наибольшей степени — до бурьянистой стадии. Развитие сорно-рудеральной растительности сопровождается весьма резким снижением видового разнообразия травостоя и столь же заметным увеличением зеленой массы и ее годичного прироста, что вызывает общий рост продуктивности и соответствующее повышение индекса упругой устойчивости лесного фитоценоза.

Второй адаптивный механизм носит почти повсеместный характер и связан с повышением функциональной роли растительных группировок под пологом леса. В экстремальных условиях общей деградации древостоев происходит смещение оптимума функционирования городской лесной экосистемы с верхнего (древесного) яруса на нижние ярусы — подрост, подлесок и напочвенный покров, где резко возрастает доля ежегодно возобновляемой зеленой массы, способствующей повышению устойчивости всей экосистемы к техногенному загрязнению. Именно такие фитоценотические параметры, как высота и обилие подроста, подлеска и травостоя, предотвращают полный распад моносистемной организации лесного природного комплекса, сохраняя в той или иной мере всю сеть межкомпонентных связей. [То есть в условиях города преимущественно деградируют древесный и травянистый ярус, но усыхание, уменьшение жизенности видов-средообразователей во всех городских лесах компенсируется повышенным развитием деревьев 2-го яруса, вроде клёна, липы, и бурным развитием кустарников вроде свидины, пузыреплодника, жимолости лесной и пр. – wolf_kitses]».

Э.Г.Коломыц и др., op.cit.

Далее, городской климат существенно отличается от внегородского, в первую очередь высокой степенью загрязнённости твёрдыми частицами, дымом и пылью (поэтому в крупном городе выпадает существенно больше дождей, чем вне города, при большей сухости воздуха и меньшем содержании водяного пара – больше ядер кристаллизации носится). Они оказывают то же действие на растение, что песчаная буря в настоящей пустыне — секут нежные листья песчинками. Поэтому в крупных городах юга и даже средней полосы наши исконные виды деревьев и кустарников потихоньку вытесняются более южными видами с более ксероморфной структурой листа – кожисто-блестящей, опушённой и т.п. как-то защищённой от воздействия городских «самумов». Поскольку специфически городская конвекция воздуха от более тёплого центра, где «остров тепла», к более холодным окраинам, и от жилых кварталов к паркам и водоёмам создаёт постоянные ветры типа городских бризов, то проблема иссечения растений частицами очень существенная. В Европе, где степень урбанизации много выше нашей (урбанизированные районы сливаются, образуя мегалополисы с населением 20-50 млн. человек, и уже выражаются в масштабе карты, превосходя по размеру массивы природных ландшафтов – лесных, луговых или болотных) эта особенность городской атмосферы ведёт к направленной смене местной растительности в городах на более южные формы. См. Морозова Г.Ю., Злобин А.Ю., Мельник Т.И., 2003. Растения в урбанизированной природной среде: формирование флоры, ценогенез и структура популяций// Журн. общей биологии. Т.64. №2. С.166-181.

Далее, «экосистемы Земли сильно различаются не только по продуктивности, но и по устойчивости к стрессам. Тропическая экосистема, например, функционирует почти как проточная система. Она содержит минимум почвенного гумуса, поскольку функционирует в наиболее благоприятных условиях среды и не нуждается в системе защиты своих ресурсов, находящихся в постоянном обороте. В степных экосистемах, регулярно испытывающих смену благоприятных и неблагоприятных условий среды, создана сложная система накопления и экономного расходования (дозирования) ресурсов жизнеобеспечения в виде некромассы, включающей запасы ветоши, опада, дернины и почвенного гумуса с его сложной фракционной структурой.

Дождевой тропический лес с его гигантской биомассой и высшей скоростью круговорота при воздействии негативных факторов может превратиться в пустынный ландшафт (Аравийская пустыня, железистые коры выветривания и т.п.). Степные экосистемы, накопившие огромные запасы гумуса, способны противостоять тысячелетним прямым воздействиям варварской агротехники и обеспечивать человека первичной биологической продукцией, соответствующего потребностям человека состава и качества. Благодаря сложному составу гумуса, его реакция на стрессы сдерживается масштабами характерного времени каждой фракции.

Современный город перерабатывает природные ресурсы в изделия и отходы. Изделия позволяют поддерживать высокую плотность популяции, а отходы создают ей ограничения. Если отходы превратить в изделия и ресурсы, они будут не ограничивать, а стимулировать рост численности популяции. Искусственные изделия — здания, сооружения, машины, механизмы, материалы, вещества, продукты, напитки — выполняют ту же роль, что и почвенный гумус в естественной экосистеме.

Это такая же временная перегруппировка ресурсов, удобная для биоты. Каждое изделие служит определенный срок, после чего должно возвращаться в исходное состояние — в ресурсы. В природных экосистемах гумификация обязательно сопровождает минерализацию отмершей биомассы — некромассы, создает запасник вторичных ресурсов для оперативного использования автотрофной биотой. Многоступенчатая система синтеза фракций гумуса и их минерализации обеспечивает надежность функционирования экосистемы в многолетнем цикле даже при возникающем регулярно дефиците ресурсов. Гумификация и урбанизация по функциональной сути аналогичные процессы, своеобразные петли гистерезиса на кривой катаболизма, сдерживающие энтропию.

Город — наиболее комфортная экологическая ниша, снабжающая одновременно большое число людей ресурсами жизнеобеспечения, выдерживающая сверхвысокую плотность популяции с помощью современных технологий и технических средств. Однако устойчивость такой системы к стрессам минимальна. Для ее разрушения достаточно усилий одного террориста или серьезной аварии энергосистем. Жизнеобеспечение сельского жителя менее комфортно, зато более надежно. Разрушить его гораздо сложнее. Всегда найдутся запасные варианты защиты.

Заложенное в человеке стремление к комфорту является двигателем прогресса, стимулирующим переход сельского населения в городское. Эта тенденция, в пределе, создает угрозу надежности функционирования урбанизированной системы. Если все человечество станет городским, то угроза его исчезновения от случайной аварии станет актуальной. Поэтому расчеты альтернативных вариантов будущего расселения человека должны учитывать и эту тенденцию. Можно рассматривать два крайних варианта: а) сосредоточить население в мегаполисах — островах урбанизации среди моря естественных и аграрных экосистем; б) рассредоточить людей равномерно по всей поверхности планеты в мелких хуторах и поселках.

Более предпочтителен первый вариант в сочетании со вторым. Будущее поселение землян нам представляется как мегаполис, окруженный роем мелких поселений-саттелитов, погруженный в океан естественно-аграрных экосистем. Однако надо учитывать, что ядро урбанизации — мегаполис может функционировать только при наличии надежной многоступенчатой системы защиты его функций от всевозможных стрессов и сбоев.

…Все природные системы (клетка, организм, экосистема, биосфера) имеют единый принцип действия — обмен вещества и энергии или метаболизм, который представляет собой способ поддержания жизни путем взаимодействия противоположных процессов: анаболизма и катаболизма. В биосфере функцию анаболизма — ассимиляции простых веществ в сложные — выполняет растительность, а функцию катаболизма — диссимиляции сложных органических веществ в простые минеральные — выполняет почва. Согласование этих процессов осуществляется в процессе некроболизма — запрограммированного генетически процесса умирания биоты, в результате которого происходит передача жизненно важных метаболитов в продолжающие функционировать органы и организмы (потомство).

Процесс анаболизма состоит из двух противоположных процессов: фотосинтеза и дыхания. Процесс катаболизма — из минерализации и гумификации. Это значит, что в процессе анаболизма, часть синтезированного органического вещества используется для осуществления функций автотрофов, а в процессе катаболизма часть минерализованного вещества используется для вторичного синтеза почвенного гумуса. Почвенный гумус выполняет в экосистеме несколько функций. Он является одновременно накопителем невостребованных растениями минеральных элементов, хранителем стратегического запаса элементов и дозатором минеральных элементов, регламентирующим их передачу фитоценозу.

Биота экосистемы по экологической специализации делится на три взаимно уравновешенные группы: продуценты, консументы, редуценты. Экологический кризис обусловлен тем, что человек преодолел естественный лимит численности популяции и нарушил сложившееся равновесие, создав искусственные преимущества для консументов за счет подавления продуцентов и редуцентов. Поэтому выход из созданного человеком экологического кризиса надо искать либо в сокращении численности, активности и массы консументов, либо в искусственном стимулировании продуцентов и редуцентов. Иными словами, если человек не найдет способа сокращения численности населения Земли, он должен взять на себя выполнение функций продуцентов и редуцентов.

Современное земледелие и растениеводство является примитивным проявлением функции продуцента. Надо изменить масштабы и принципы этой деятельности. Работа в этом направлении ведется непрерывно. Совершенствуется агротехника, мелиорация, селекция, семеноводство. Функции редуцента человеком освоены гораздо слабее и проявляются в избирательной утилизации отходов жизнедеятельности. Но именно здесь заложены причины современного экологического кризиса — перепроизводство отходов, с которыми не справляется природная гетеротрофная биота.

В биосфере продуценты синтезируют первичную биологическую продукцию, консументы — вторичную, а человек создал новый класс биологической продукции — третичную, которая включает здания, сооружения, машины, механизмы, искусственные материалы, вещества, произведения искусства, памятники культуры. Первичная и вторичная биопродукция по завершении жизненного цикла поступает в распоряжение редуцентов и подвергается рециклированию до исходных элементов, которые направляются в новый цикл анаболизма. Третичная продукция постоянно накапливается в биосфере, нарушая цикл круговорота, поскольку природные редуценты не справляются с большой массой вещества неестественного состава. Кроме этого, неутилизированная масса третичной продукции оказывает негативное влияние на функции естественных продуцентов и редуцентов.

Город, как ядро урбанизированной системы, должен выполнять функцию катаболизма подобную той, которую почва выполняет в природной экосистеме. Пока он является накопителем и хранителем запасов вещества, необходимого для обеспечения анаболизма или синтеза первичной биологической продукции — фитомассы. Искусственный тромб круговорота вещества или цикла метаболизма зарождается и накапливается именно в этом звене. Для его рассасывания нужна региональная система перегруппировки вещества и передачи его в функциональный блок анаболизма — окружающие город естественные и аграрные экосистемы. Для этого у города есть все условия: квалифицированные кадры, современные технологии и технические средства, максимальная концентрация массы третичной продукции. Надо перенять у естественной почвы механизм функционирования и на его основе построить хозяйственный цикл города.

В природной экосистеме гармония между почвой и растительностью достигается тем, что они адекватно реагируют на колебания гидротермических условий. Почва регулярно поставляет фитоценозу нужное ему количество минеральных элементов, получая взамен отмершую биомассу. Согласованность достигается за счет сложного многофракционного состава гумуса, каждая фракция которого содержит разное количество зольных элементов, связанных углеводородной матрицей разного состава и прочности. В конкретных гидротермических условиях активизируется определенная микрофлора, разлагающая определенные фракции. В результате высвобождается определенное количество минеральных газов, солей и коллоидов.

Несогласованность, обусловленная разной инерционностью реагирования почвы и фитоценоза на изменения гидротермических условий, а также автономной реакцией фитоценоза на свет, а педоценоза на кислород, компенсируется каждым из компонентов экосистемы по-своему. В том случае, если почва выделяет больше минеральных элементов, чем требуется фитоценозу в данный момент, их избыток реагирует со свободными радикалами разлагающейся некромассы, образуя специфические для почвы гумусовые вещества и временно консервируются. Если же фитоценозу требуется больше минеральных элементов, чем выделено в данный момент почвой, растения сами провоцируют прикорневую микрофлору корневыми выделениями, а последняя минерализует гумус и устраняет или смягчает дефицит.

Принцип работы этого природного механизма надо воспроизвести в городской агломерации. Всю массу поступающего в город вещества можно отождествить с природным опадом, поступающим в блок катаболизма. В результате утраты самых подвижных фракций он через короткое время превращается в подстилку. Дальнейшая деструкция подстилки сопровождается вторичным синтезом новообразованных гумусовых веществ. Каждая фаза деструкции выделяет определенное количество минеральных элементов и консервирует остальное в форме новых более плотных фракций с более высокой концентрацией зольных элементов. Последняя, наиболее плотная фракция гуминов освобождается от углеводородной и зольной составляющих и выпадает в осадок в форме вторичных и первичных минералов. Так образуются шлаки экосистемы -остатки вещества, не востребованные фитоценозом и не вынесенные за пределы экосистемы водными и воздушными потоками.

В городе все отработавшие машины, механизмы, материалы, вещества, продукты, промышленные, сельскохозяйственные и бытовые отходы (аналог природного опада) должны превратиться в единую по назначению субстанцию — в исходное сырье для вторичной переработки (аналог лесной подстилки). Далее должен начаться процесс ступенчатого уплотнения вещества вследствие потерь наиболее легких для утилизации фракций (аналог гумификации). Оставшаяся после извлечения всех полезных для нового цикла анаболизма элементов часть вещества формирует шлаки, выпадающие в осадок, используемый для закладки фундаментов новых зданий и сооружений, линий коммуникаций и захоронения.

В природной экосистеме выход вещества метаболизма в шлаки не превышает 1% общей массы экосистемы. По сравнению с ней урбанизированная экосистема является проточной, где возврат ресурсов не выше 10% и дисбаланс круговорота составляет около 90%. Если мы сумеем снизить дисбаланс хотя бы до 20%, можно быть уверенным в преодолении экологического кризиса. Только после этого можно будет говорить о переходе биосферы в ноосферу. Объективным признаком перехода биосферы в ноосферу должен стать управляемый гомеостаз биосферы, когда человек с помощью разума и созданной им техники сможет взять на себя дополнительные функции продуцента и редуцента, чтобы соотнести их с прогрессирующими функциями консумента».

А.С.Керженцев, 2000. Экологическая альтернатива человека в биосфере и ноосфере// Экополис 2000: экология и устойчивое развитие города. М.: РАМН. С. 135-142. и его же «Функциональная экология».

Tags: охрана окружающей среды, самоорганизация систем, экология города
Current Location: Нижний Новгород, Нижегородская область, Россия

Часть 3.1. Город как экосистема. Особенности.

3. Биологические и социальные аспекты жизни собак и кошек в населенных пунктах.

3.1. «Экологическое равновесие» в городе и его отличие от природного.

      3.1.1. «Экологическое равновесие».

     Начнем по порядку – с «экологического равновесия». Точнее, с общих закономерностей экологической системы населенных пунктов. Они и определяют, каким образом складываются те или иные относительно устойчивые («равновесные») состояния городской экосистемы.

     Заметим, что термин «экологическое равновесие» сейчас популярен в свете идей охраны природы и «зеленого» движения. В строгом смысле такое «равновесие» — явление, возникшее естественным путем. Его уместно использовать для описания естественных экологических систем, например, леса, где сложнейшие взаимосвязи между видами флоры и фауны формировались на протяжении тысячелетий, и где каждое рождение и каждая смерть не напрасны и служат для поддержания общего баланса. Возьмем утрированный пример: хищники питаются растительноядными животными (что служит фактором, не позволяющим растительноядным слишком размножиться, позволяет освобождаться от больных и неполноценных особей) – но в случае переизбытка хищников начнут интенсивно гибнуть уже они сами из-за уменьшения числа жертв (а это сохранит экосистему от дальнейшего, чрезмерного падения численности травоядных…) и т. п. В городе, как будет показано ниже, столь выверенного и возникшего естественного путем баланса нет.

     3.1.2. Общие закономерности и связи между элементами городской экосистемы .

     Упрощенно говоря, экологическая система – это рассматриваемая как целое совокупность живых существ, со всеми своими взаимными связями, находящихся в общей для них среде обитания.

     Город как экосистема значительно отличается от экосистем природных. Рассмотрим разницу подробнее, особо обращая внимание на наиболее интересующие нас, значимые виды животных.
       Современный город как среда обитания – прежде всего совершенно эволюционно уникальное и абсолютно новое в истории Земли сочетание искусственных неживых объектов (дома, дороги, автотранспорт и т.д.) и огромного количества особей одного вида разумных существ – то есть людей, создающих и изменяющих эти объекты. Города возникли и существуют в природных, естественных ландшафтах; их экосистема в какой-то мере включает в себя элементы прежней, существовавшей до возникновения города, природной экосистемы – но это лишь отдельные элементы, а не целостная система.

     Городская экосистема как тип сформировалась в ничтожный по природным меркам срок – несколько десятилетий, в лучшем случае веков. Тогда как типы естественных экосистем формировались на протяжении, по меньшей мере, десятков и сотен тысяч лет.
     В экосистемах осуществляется круговорот вещества и энергии.  В естественных экосистемах (крупных, уровня биогеоценозов) существует в основном замкнутый круговорот вещества. Животные получают пищу (органическое вещество) и, соответственно, энергию, от местных зеленых растений. Затем органика передается по пищевым цепям (от травоядным к хищникам), вещество всех отмерших животных и растений возвращается обратно в цикл с помощью микроорганизмов-деструкторов.        В городе — цикл в основном разомкнутый. Растения являются лишь незначительным компонентом экосистемы, и их обилие регулируется человеком – посредством устройства (или уничтожения) зеленых зон, парков, скверов, газонов и проч. В питании городских позвоночных животных местные растения играют относительно малую роль (например, семена растений служат кормом для всеядных синантропных птиц) или не играют совсем (домашние собаки и кошки не используют городские растения как пищевой ресурс). Преобладающий поток органического вещества, пригодного для потребления крупными животными, поступает в город извне. Основная часть органики ввозится в город человеком (в виде пищевых продуктов – результат внегородского сельхозпроизводства, рыболовства и т.д.). Большая доля отходов также выводится за пределы поселения, например, на свалки. Итак, основные источники пищи для крупных животных контролируются человеком – как городской растительный мир, так и основной ресурс – продукты питания.

     Пищевые связи между видами в природной экосистеме существуют в виде сложных долгосрочных многозвенных цепей, образующих целые биоценотические сети. Каждый вид животных потребляет «органику», предоставляемую другими организмами, и сам служит пищей для следующих звеньев пищевых цепочек. Общее направление цепочек (точнее, «цепей выедания») таково: растения служат кормом для травоядных, а травоядные – для хищников. Причем некоторые относительно слабые хищники в свою очередь являются пищей для более сильных.

В городе же пищевые связи в значительной степени случайные и короткие – потому, что в питании животные привязаны к человеку, а не друг к другу (за исключением остатков природной среды в виде лесопарков и т.д.).

     Человек определяет не только характер и обилие кормовой базы в городе, но и «пространственные ресурсы» — то есть предоставляет для животных убежища, укрытия, логова в своих зданиях и сооружениях, определяет пространственные характеристики местообитаний (жилая застройка, склады, промышленная застройка и т.д.). Это происходит двояким образом: 1. целенаправленно, когда люди специально создают условия для комфортной жизни для избранных животных (как правило, домашних) в своих квартирах, домах, дворах, и 2. нецеленаправленно – животные самостоятельно используют конструктивные особенности сооружений с пустотами и дырами, осваивают доступные подвалы, стройплощадки, пустыри и т.д.

     И климатический фактор значительно зависит от человека: температурный режим в предоставляемых человеком укрытиях значительно отличается от природного — домашние животные зимой не страдают от холода в квартирах хозяев. А бездомные собаки и кошки и дикие животные-синантропы (см. ниже) – могут греться в открытых подвалах, на чердаках, вблизи трубопроводов теплоснабжения и т. п.

     Таким образом, и большинство так называемых абиотических (не связанных с питанием) факторов – например, наличие и характер убежищ — также заданы людьми. Даже микроклимат, температурный и световой режимы в городе заметно отличаются от окружающих природных и подвержены значительным локальным вариациям. Таким образом, параметры и кормовой базы, и мест обитания – почти все задано целенаправленной или нецеленаправленной деятельностью человека (см. также Приложение 1)

     Сумма, доступность и распределение всех ресурсов определяют потенциальную максимальную численность того или иного вида – так называемую «поддерживающую емкость среды». Деятельность человека по активному регулированию численности того или иного вида определяет, достигнет ли она максимально возможных значений или нет.

 
      3.1.3  Стабильность и равновесие.

     Стабильность экосистем — естественной и городской — разная. В сложившейся природной экосистеме ни один вид не может резко поменять условия, в городе – человек обладает такой возможностью. «Природная система – обладает сравнительно высокой стабильностью, имеется динамическое равновесие и саморегуляция. У городской – стабильность низкая, система постоянно подвергается различным антропогенным возмущениям. Саморегуляция почти отсутствует, человек сам должен выполнять регуляторную функцию»  (Клауснитцер Б. Экология городской фауны. М., 1990).

     Особенно хочется обратить внимание на последний тезис ввиду распространяемых идей о якобы присущей городским животным саморегуляции (или «саморегулировании») своей численности. «Саморегуляция» численности животных в городе, особенно животных домашних – это «саморегуляция» воды в стакане. Чем больший по размеру стакан возьмет человек — тем больше воды в него влезет. Чем более (менее) благоприятные в экологическом смысле условия создаст человек, осознанно или неосознанно, для определенного вида в городе – тем больше (меньше) будет численность этого вида. Размеры стакана – то есть параметры экологических ниш, задаются человеческой деятельностью. Весь этот контроль осуществляется либо преднамеренно, либо непреднамеренно – косвенная регуляция численности и межвидовых отношений за счет изменения параметров городской среды.

     Размах человеческого регулирования потенциально почти безграничен и лимитирован только специфическими цивилизационными факторами: доступными технологиями и экономической целесообразностью. Например, теоретически можно строить здания абсолютно без малых пустот и полостей, в которых живут грызуны, но в массе это технологически сложно и экономически невыгодно (пока?). В эти параметры регулирования, кстати, может входить и благоприятствование одному виду в ущерб другому (см. ниже).

       3.1.4 . Комменсализм городских животных по отношению к человеку. Пищевые цепи.

     Если рассматривать только высших позвоночных животных — впрочем, это частично касается и многих групп беспозвоночных — то выясняется, что городская экосистема сильно обеднена видами по сравнению с большинством естественных экосистем, зато основные виды обычно представлены «неестественно» большим числом особей на единицу площади. Это: 1) домашние собаки и кошки, в том числе и бездомные, а также все прочие домашние животные, содержащиеся в городе и 2) дикие синантропные животные, классические примеры — крысы, мыши, воробьи, вороны, чайки и т.д. Их численность в немалой степени зависит от степени лояльности животных к человеку – наиболее многочисленны те, кто меньше человека боятся. Разница между бездомными домашними животными и дикими синантропными животными заключается в том, что домашние животные были приспособлены человеком к жизни рядом с ним (одомашнены) и когда-то введены в населенные пункты ради определенных утилитарных целей; дикие синантропные животные в общем сами приспособились к соседству с человеком и поселились в городе самостоятельно или вследствие случайного, непреднамеренного завоза. Домашние животные прошли целенаправленный или нецеленаправленный искусственный отбор в ходе процесса одомашнивания, дикие синантропные такого отбора не проходили.

     С точки зрения использования пространства городские животные — это квартиранты человека, обитающие в его искусственно созданном для себя ландшафте. А в аспекте пищевых (трофических) межвидовых отношений большинство крупных городских животных являются нахлебниками-«комменсалами» по отношению к человеку, в своем питании полностью или почти полностью от него зависящими, подъедающими за ним пищу, которая человеку уже не нужна (отбросы) или которую он специально выделяет животным (подкормка). «Комменсализм» иногда определяется как сотрапезничество или нахлебничество. Происхождение термина — от латинских cum – «вместе», «с» и mensa – «стол». Является формой взаимоотношения видов, при котором один вид – хозяин — предоставляет для другого условия для существования, сам экологически не завися от нахлебника. Примеры из природы – акула и рыба-прилипала, лев и шакал. Но комменсализма таких масштабов, как в городе, природа, пожалуй, не знает. Один вид — человек кормит огромное количество крупных животных, причем нескольких видов сразу.

      (Как и при природном комменсализме, численность хозяина-человека трофически не зависит от численности нахлебников (но не наоборот!). В биологическом смысле это односторонняя связь – ведь комменсалы не объедают человека как вид, конкурируя с ним за пищу, и не охотятся на него. (Впрочем, категоричность этого тезиса в отношении собак в современных российских условиях можно поставить под сомнение, так, бездомные собаки могут перехватывать у бомжей объедки из контейнеров – конкуренция, а случаи гибели людей от нападений собак можно расценивать как пример охоты. Однако эти исключения не делают погоды. Кроме того, человек подчиняется не только непосредственным биологическим закономерностям, и животные могут оказывать на него воздействие в других сферах: санитарного благополучия и комфортности среды обитания, социально-психологической и др. Но в любом случае, животные намного больше зависят от человека, чем он от них).      

      Проанализируем подробнее некоторые закономерности городской экосистемы применительно к этим самым значимым видам животных. Как уже было указано, пищевые продукты человека, в том числе и в виде отбросов – первое звено  коротких трофических цепей. Вторым звеном  и являются основные синантропные и домашние животные. Далее «пищевые цепи выедания», как правило, не простираются – то есть нет или немного видов-хищников, строящих свое существование на поедании представителей первого звена. Ведь отбросов и подкормки относительно много, кроме того, они на любой вкус (для воробьев – мелкие крошки на асфальте, для голубей – крошки покрупнее, для крыс – объедки в мусоропроводах, для собак – в пакетах из баков или из рук прохожих). Так человеческой деятельностью не только предоставлен обильный корм, но и заметно разделены в пищевом отношении «экологические ниши» среди всеядных синантропов и домашних животных. Это позволяет существовать очень плотным популяциям, переводит межвидовую конкуренцию «за пищу» на периферию «экологических ниш» (если не происходит радикальной перестройки среды человеком, дающей преимущество тому или иному виду) и делает хищничество ради прокорма относительно неважным для выживания видов. (Что, однако, автоматически не означает мирного сосуществования. Есть сильная внутривидовая конкуренция, есть и «охота ради охоты», часто инспирируемая человеком.) Настоящих природных хищников, существующих именно за счет поедания добычи, в городе нет или мало – не очень уживаются они с человеком. (За относительно редкими исключениями вроде охотящихся на голубей ястребов, малочисленных соколов кое-где на высотных зданиях и каменной куницы в южных российских городах и др. В любом случае, их численность ниже той, которая может быть поддержана имеющейся для них потенциальной кормовой базой).

     Кстати, значительно чаще природные хищники заходят в города не ради охоты, а ради тех же отбросов, которые они собирают на помойках (см. синантропизация и ее последствия в Приложении 4)

     3.1.5 Устойчивые состояния – результат человеческой деятельности.

     Итак, город — это искусственная система, созданная и поддерживаемая человеком, нечто вроде огромного дома или квартиры, в которой только её творец и хозяин — человек — может поддерживать то или иное устойчивое состояние, то есть то самое «равновесие». Это особенно важно для более-менее крупных животных города – прежде всего, это домашние животные (кошки и собаки, в том числе бездомные) и синантропные дикие животные (голуби, крысы, воробьи и т.д.). Их питание зависит от корма, который им специально (кормление) или непреднамеренно (отходы) предоставляет человек. Их дома, убежища, логова и норы либо расположены непосредственно в строениях человека (например, у домашних животных), либо их наличие иным способом зависит от его деятельности, например, для некоторых птиц — от количества высаженных в городе деревьев. Даже климат и освещенность в городе не совсем естественные – даже вне помещений зимой в городе теплее, а ночью – светлее, чем за городом.

     Кроме того, история современного типа городской среды, асфальто-бетонного пространства — это всего несколько десятилетий. Этого маловато для возникновения равновесной экосистемы. Человек своей деятельностью постоянно, беспрерывно меняет условия обитания. Связи между видами животных в городе грубее, примитивнее, несбалансированнее, чем в природе.

     Следовательно, в городе та или иная экологическая ситуация (относительно устойчивое состояние, характеризующееся определенным числом животных разных видов и их соотношением) возникает не сама собой, а определяется как равнодействующая сил действия или бездействия человека, зависит от его умения или неумения управлять созданной им экосистемой.

     Весь этот контроль осуществляется либо преднамеренно, либо непреднамеренно – в последнем случае это косвенная регуляция численности и межвидовых отношений за счет изменения параметров городской среды (подробнее см. Приложение 1.)

p class=

Городская экосистема

Тема: Городская экосистема.

Цель: Изучить экологические проблемы городской среды на примере своего города (Альметьевск).

Задачи:

1) Образовательная: сформировать представления об особенностях городской среды, урбанизации, основных экологических проблемах города и путях их решения.

2)  Развивающая: развитие таких личностных психологических особенностей, как внимание, мышление, речь, наблюдательность, любознательность, выработка поисковых, исследовательских и творческих навыков и умений.

3) Воспитательная: ответственное отношение студентов к городской среде в процессе разнообразной педагогически организованной деятельности.

4) Самообразовательная: умение наблюдать объекты природы, ставить простейшие опыты, овладевать приёмами работы со справочной литературой и другими источниками знаний.

Оборудование и ТСО: Мультимедиа, оборудование для демонстрационного опыта (фарфоровая чашка, горелка).

Основные понятия и термины: Городская экосистема, урбанизация, экологические проблемы.

Методы обучения: Проблемный, частично-поисковый.

Формы организации учебной деятельности: Комбинированный урок с использованием мультимедиа.

Личностная значимость: Получить больше информации по интересующей проблеме, показать  своим товарищам свободное владение материалом, умение публичного выступления.

Источники информации:

1) Основные: Степановских А.С. «Экология» с. 405, с. 602; Миркин Б.М. «Экология» с. 121-127.
2) Дополнительные: экология в таблицах, периодические издания, справочная литература, Интернет.

Если город дает человеку кров, то красота города даёт человеку душу.
(О.А. Швидковский)

Ход занятия

Учитель: Я рада сегодня видеть вас снова на занятии по географии, и это одно из занятий на котором мы будем использовать мультимедиа. По мере просмотра фильма «Знаки беды» вы должны определить, какие же экологические проблемы возникают в связи с развитием городов и увеличением антропогенной нагрузки на природную экосистему.

Вы стоите на опушке леса, поют птицы, шелестят листьями деревья ласкающие взор, успокаивающие душу, вносящие умиротворение и покой в наше сердце.

Современный город — средоточие экономических, социальных, экологических проблем, и неудивительно, что интерес к нему как к объекту изучения постоянно возрастает.

Для современного этапа развития мирового сообщества характерен процесс урбанизации, т.е. повышение доли городского населения и усиления влияния городов на биосферу.

В современном городе экологическая среда неблагоприятна для жизни человека, что отрицательно сказывается на его здоровье. И поэтому вопросы экологии города (урбаноэкологии) – важнейший раздел прикладной экологии. Главная её задача – примирение этих заведомо неравновесных систем с биосферой в процессе «коэволюции» с ней человека, что является одним из условий построения общества устойчивого развития.

В современной экологии территория города с его населением рассматривается как гетеротрофная антропогенная экосистема.

Для городской экосистемы характерны:

— неравновесность, т. е. невозможность достижения экологического равновесия;
— постоянное накопление твёрдого вещества за счёт резкого превышения его ввоза в город над вывозом.

Города являются «паразитами биосферы», которые потребляют огромное количество кислорода, воды и других ресурсов, а продуцируют только углекислый газ и загрязнения окружающей среды.

Современная урбанизация носит «взрывной» характер, ее порождением являются гигантские агломерации городов с населением свыше 10 млн. человек – мегаполисы, которые югославский профессор Н. Царич оценил как «…самое худшее и чудовищное явление, которым в мирное время может быть угнетено население». Как протест против тенденции роста мегаполисов появилась популярная концепция – гипотеза о так называемом экосити – идеальном экологическом городе.

Человек сам создаёт сложные урбанистические системы, преследуя благую цель – улучшить условия жизни, создав для себя новую искусственную среду, повышающую комфортность жизни. (Слайды 1-5, Приложение)

В наши дни урбанизация стала одним из основных факторов изменения окружающей среды. Именно с нею связано ¾ общего объёма загрязнения. Это и не удивительно. Если учесть, что города занимают 2-3% площади земной суши, но и в них концентрируются почти половина населения мира и основная часть производства. Особенно сильное воздействие на окружающую среду оказывают большие города и агломерации, которые выступают едва ли не в роли главного источника загрязнения.

В настоящее время в городах проживает уже 60% населения планеты (в России – 67%), ожидается, что в ближайшие десятилетия эта доля возрастет до 80%.

Вопрос: Какие основные экологические проблемы возникают в связи с ростом городов? (Слайд 6)

1. Загрязнение атмосферы.
2. Загрязнение выхлопными газами автомобилей.
3. Шумовое загрязнение.
4. Проблема бытового мусора и бытовых стоков.

Познакомимся с небольшими исследованиями по каждому виду загрязнений, и по ходу рассказа вы должны заполнить таблицу:

С загрязнением атмосферы городской среды как  главного фактора пагубного влияния на здоровье человека познакомит выступление ученика с сообщением.

Почему нельзя сжигать твёрдый мусор? Чтобы ответить на этот вопрос посмотрите следующий опыт.

Демонстрационный опыт «Загрязнение воздуха»

Материалы и оборудование: Свеча, спички, фарфоровая чашка.

Ход опыта: Зажечь свечу и спросить учащихся о том, что они видят (пламя и потоки горячего воздуха, иногда дымок). Подержать над пламенем около минуты чистую фарфоровую чашку (расстояние между кончиком пламени и дном чашки 2-3 см). На дне чашки появится копоть. После остывания предложить рассмотреть и потрогать ее. Копоть – вещества, образующиеся в результате сгорания топлива (в данном случае – парафина и стеарина, из которых сделана свеча), именно они оседают на поверхности зданий, листьях растений, попадают в лёгкие человека.

Вопрос: Вы познакомились с одной из главных проблем, каковы же причины её возникновения и пути решения?

О том, какой вред приносят автомобили, выделяя выхлопные газы в окружающую среду города, нам расскажет ученик.

Вопрос по таблице.

Одним из главных факторов дискомфорта в городе является шумовое загрязнение. (Слайды 7, 8)

Наиболее чувствительны к действию шума лица старших возрастов; так, в возрасте до 27-ми лет на шум реагируют — 46% людей, в возрасте 28-37-ми лет – 57%, в возрасте 38-57-ми лет – 62%, а в возрасте 58-ми лет и старше – 72%. Данное обстоятельство должны учитывать  молодые люди, когда слушают дома популярную музыку, смотрят телепередачи, видеофильмы и т.д.

Важнейшим аспектом городской экологии является решение проблемы бытового мусора.

«Если город даёт человеку кров, то красота города даёт человеку душу» (О.А. Швидковскийй)

(Слайд 9)

Изучая город или его районы, в первую очередь говорят о его выразительности и индивидуальности. Когда мы думаем о запоминаемости архитектурного облика, то, естественно, прежде всего, обращаемся к тем особенным чертам, которые отличают данный город от других. Своеобразие города зависит от индивидуальных черт стиля жизни населения, его обычаев, празднеств и т.д. (Слайды 10, 11)

Но процесс урбанизации ведёт к тому, что видеосреда многих наших городов становится противоестественной: страдает не только эстетическая сторона, но и возникает угроза физиологическим механизмам зрения.

Причина этих нежелательных процессов – увеличение доли так называемых гомогенных (голые стены, монолитное стекло, глухие заборы, асфальтовые покрытия, гладкие крыши домов и т.п.) и агрессивных полей (большое число одинаковых и равномерно размещённых на поверхности элементов – окна на стене дома, плитки на тротуаре или стене и др.) (Слайды 12, 13)

Отрицательное воздействие гомогенных полей заключается в том, что на голой стене глазу не за что «зацепиться» и в головной мозг поступает недостаточно информации, при встрече с агрессивным полем происходит подобный процесс, но с избытком информации – глаз «не уверен», какой элемент на агрессивном поле он фиксирует. В этом можно видеть проявление общеэкологического принципа Либиха — Шелфорда, когда как избыток, так и недостаток какого-либо ресурса (в данном случае – информации) выступает в качестве фактора ограничивающего развитие популяции. Всё это отрицательно сказывается на работе центральной нервной системы и в конечном итоге – на общем самочувствии человека. (Слайды 14, 15)

По представлениям академика Филина В.А., то, что раньше называлось «архитектурным излишеством», на самом деле было положительным фактором, который делал декор зданий более разнообразным и уменьшал «видеозагрязнение». (Слайды 16–18)

Вопрос: Что понимается под «видеозагрязнением»?

Под «видеозагрязнением» понимается насыщение городской архитектуры элементами строений, которые служат причиной появления у человека раздражительности и даже агрессивности.

Вопрос: Из-за чего возникла проблема «видеозагрязнения»?

1) Острый недостаток жилья.
2) Нехватка ресурсов.
3) Продолжающийся монополизм однотипного строительства.
4) Строительство частных домов достаточно пышное и разнообразное, но также без учёта общей видеосреды.

Вопрос: Что должно учитывать новое строительство для формирования видеосреды города?

1) Разнообразить поверхности используемых железобетонных конструкций.
2) Привлекать архитектуру малых форм.
3) Избегать однотипности в жилой и промышленной застройке.
4) Красить в разные цвета стены домов.
5) Широко использовать озеленение, которое играет важную роль в повышении комфортности городской среды. (Слайды 19, 20)

Практическое задание: Из предложенного перечня видов деревьев и кустарников выберите те, которые наиболее подходят для озеленения нашего города.

Итог: включить в план строительства.

А какие экологические проблемы волнуют больше всего наших жителей города. (Определение рейтинга экологических проблем.)

Выступление представителя департамента экологии города Альметьевск и Альметьевского района

Задачей городской экологии является, с одной стороны, создание относительно комфортных условий для жизни человека внутри этой экосистемы, а с другой – защита от городских экосистем, окружающих их естественных и сельскохозяйственных экосистем, а также ограничение «расползания» городов, когда эти «раковые опухоли» охватывают все новые и новые живые ткани биосферы.

Как протест против тенденции роста мегаполисов появилась популярная концепция — гипотеза о так называемом экосити – идеальном экологическом городе. «Экосити» — это город, который находится в равновесии с окружающей средой и выражает девиз авторов концепции: «Назад к природе». В таком городе все здания невысокие, много зелени, транспорт экологичен, энергия расходуется экономно. Значительная часть сооружений переносится под землю, что высвобождает место для дополнительных гектаров зелёных насаждений. (С.141. Миркин)

Вопрос: Возможно ли строительство такого экосити?

Что нового, интересного и полезного мы сегодня изучили на занятии? В чём заключается задача городской экологии?

Составить синквейн «Городская среда».

Домашнее задание (Слайд 21)

1) Попробуйте спроектировать город будущего – экологичный город.
2) Дайте подробную характеристику вашему району как одному из компонентов урбосистемы нашего города.
3) Если бы вас сейчас назначили главой администрации нашего города, то что бы вы хотели изменить в первую очередь?
4) Найти информацию о развитии промышленности нашего города.

Городские экосистемы

Вы уже знаете, что искусственные экосистемы, в том числе и города, появляются на территориях, где раньше существовали природные экосистемы. Поэтому компоненты неживой и живой природы играют весьма значительную роль в их жизни.

К компонентам неживой природы относятся: рельеф занимаемой городом территории, солнечный свет и тепло, воздух, поверхностные и подземные воды и т. д. Растительность, животный мир — это компоненты живой природы.

Город — искусственная экосистема, получающая энергию, пищу, воду и другие вещества с больших площадей, находящихся за её пределами.

Города можно отличить от других поселений по ряду признаков:

значительная численность населения, занятого преимущественно

вне сельского хозяйства;

более высокая плотность населения;

характер жилой застройки;

исторически сложившийся статус города;

административные функции.

Города занимают всего лишь 2 % площади суши нашей планеты, однако в них проживает больше половины населения Земли. В 2018 году городское население достигло 4,2 миллиарда человек, или 55 % населения мира.

Показатель доли городского населения различен в разных странах. Выше всего доля в Монако, Сингапуре, Ватикане. Высока доля и в странах Европы, США, Бразилии, Кувейте, Саудовской Аравии.

Максимальная доля городского населения

Для сравнения: доля городского населения Бурунди (Африка) или Непала — менее 40 %.

В мире множество городов — древних и созданных недавно, огромных и совсем маленьких, расположенных на берегу моря или высоко в горах, промышленных центров и городков, мало чем отличающихся от деревень и поселков.

В некотором приближении город можно сравнить с единым сложно устроенным организмом, который активно обменивается веществом, энергией и информацией с окружающими его природными и сельскохозяйственными территориями и другими городами. Главный компонент городской экосистемы — это городское население и его деятельность.

К городским населённым пунктам относятся города и посёлки городского типа. В разных странах критерии выделения города различны.

На уровне ООН были сделаны попытки установить единый, общий для всех стран, критерий для определения статуса города — не менее 20 тыс. чел. Но при этом количество городов мира сразу бы уменьшилось на четверть. Тогда было решено вести учёт городов по данным каждого государства.

Но, конечно, бывают исключения. Например, если город очень важен, а количество жителей в нем меньше 12 тыс. человек. Таким населённым пунктом является город Певек — самый северный город России. Он находится на Чукотке, и живёт в нем примерно 4 тыс. чел.

Кроме городов, к населённым пунктам относятся посёлки городского типа. В них проживает значительно меньше людей: от 3 до 12 тыс. жителей. Зачастую это семьи военных, шахтёры, работники небольших предприятий, лесозаготовочных пунктов, а также железнодорожных пунктов, аэропортов или портов. Например, посёлком городского типа является Тикси.

Города в России очень разные: у каждого есть своя история, функция, людность. Термином «людность» обозначают количество жителей в населённом пункте. По людности города делятся следующие группы:

·        малые (12—50 тыс. человек),

·        средние (50—100 тыс. человек),

·        крупные (100—500 тыс. человек),

·        крупнейшие (500 тыс. — 1 млн человек),

·        миллионеры (свыше 1 млн человек).

Больших городов в стране немного: всего 15 % от общего их количества, но живёт в них половина населения России.

Например, в одном из самых маленьких городов России — Магасе (столице Ингушетии) — проживает 8 771 человек (по данным на 2018 год), а в Москве — самом большом городе России — более 12,5 млн чел. (по данным на 2018 год). Это гораздо больше, чем в Норвегии и Финляндии вместе взятых, или же примерно столько же, сколько в Чехии и Бельгии. А ведь это только официальные данные.

Москва — самый населённый из городов, полностью расположенных в Европе, входит в первую десятку городов мира по численности населения. Места в Москве хватает не всем, поэтому было принято решение о расширении границ столицы.

Самыми важными являются города-миллионеры. Количество жителей в каждом из них — более 1 млн чел. Количество городов-миллионеров меняется, так как меняется людность каждого из них.

По данным на 2018 год, в России располагается 15 городов-миллионеров.

Города-миллионеры

В середине 80-х годов двадцатого века число городов-миллионеров на земном шаре достигло 300. На 2018 год уже около 50 % горожан проживает в городах, численность жителей которых превышает 500 тыс. человек, и с каждым годом эта цифра увеличивается.

Нельзя не отметить, что города-миллионеры часто связаны с термином «агломерация» — это скопление и срастание более мелких населённых пунктов вокруг более крупного. Крупнейшая агломерация мира — Токио. Столица Японии с населением более 37,8 миллиона человек имеет больше населения, чем вся страна Канада (35,3 млн человек).

Токио

Другой классификацией городов является деление их по функциям. Различают города — промышленные центры (Магнитогорск), города-порты (Сидней), административные центры и города-столицы (Вашингтон), научные центры (Оксфорд), города-курорты (Ницца), туристические центры (Лас-Вегас). Однако наиболее часто встречаются многофункциональные города (Москва, Шанхай, Нью-Йорк).

Нельзя не затронуть тему экологии промышленных центров. В современном городе сосредоточено очень большое количество промышленных предприятий, транспорта и населения. Именно города играют одну из ведущих ролей в загрязнении окружающей среды.

В любом большом городе сформирован особый микроклимат. Дело в том, что жилые застройки сильно снижают скорость ветра, и воздух как бы застаивается. Возникающий смог сокращает количество солнечного света, что способствует возникновению различных заболеваний.

Кроме того, все городские объекты являются источниками радиационного тепла, и городская атмосфера нагревается. В городе температура воздуха всегда гораздо выше, чем средняя температура данной местности.

Отсутствие тишины — одна из главных проблем городских жителей. Особенно это касается тех, кто живёт или работает в оживлённых районах, рядом с автотрассой.

При уровне шума 50 ДБ период засыпания удлиняется, время глубокого сна сокращается до 60 %. Отсутствие полноценного отдыха приводит со временем к развитию утомления, которое не исчезает и переходит в хроническую форму, что способствует возникновению различных заболеваний.

В крупных городах высокий уровень населённости. Люди, соприкасаясь в транспорте, в очередях, в магазинах, быстрее распространяют инфекционные заболевания. Огромный вред здоровью наносят курильщики. Они не только сами вдыхают вредные вещества, но и загрязняют атмосферу, подвергают опасности других людей.

1.2. Город как специфическая экосистема . Экология городской среды

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 м² 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.

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)

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Читать онлайн «Растения городских экосистем» бесплатно

В книге рассмотрены вопросы экологизации городской среды, особенности городской экосистемы, городское озеленение. Материалы книги будут полезны аспирантам и студентам, обучающимся по направлениям «Экология и природопользование», «Биология», «Промышленная экология и биотехнологии», «Техносферная безопасность».

ГЛАВА 1. ГОРОД КАК ЭКОСИСТЕМА

1.1. Особенности городской экосистемы

Первые поселения людей возникли около 10–12 тыс. лет тому назад (Владимиров, 1999). Самые древние поселения городского типа, возникшие в VII — VI тыс. до н.э. городами в современном понимании еще не были. В IV тыс. до н.э. в Древнем Египте появляются города, представляющие собой поселения ремесленников и торговцев.

Крито — микенская цивилизация заложила основы градострои­тельства античной эпохи, первые поселения городского типа на Крите появляются в III тыс. до н.э. (Макейкина, 2013).

Города в Древней Греции являлись самостоятельными единицами в экономическом и в военном отношениях. Древнегреческие города — государства располагались на Пелопонесском полуострове, островах Эгейского и Средиземного морей. Перестройка греческих городов в V в. до н. э. уже велась на основе регулярных планов.

В Византии в основном строительство происходило в старых городах, в них возводили дворцы, храмы.

В застройке городов на Руси использовали градостроительные законодательные принципы. Города во многих случаях возникали на возвышенных местах около реки, на пересечении торговых путей (Макейкина, 2013).

Согласно В. Л. Вершинину (2014) «В общем виде развитие города идет через смену доминантных функций от сакрального центра, через управление ресурсами — управление военной мощью — торговые и информационные функции — технологи­ческие функции к поливалентным функциям, объединяемым мегаполисом».

Город — открытая, зависимая экосистема.

Определений городских экосистем много.

Современный город представляет собой сложную много­функциональную экосистему, в которой доминирует человек, характерной особенностью которой является загрязнение окружающей среды (Одум, 1986). Городская экосистема — про­странственно ограниченная природно-техногенная система, сложный комплекс взаимосвязанных обменом вещества и энергии автономных живых организмов, абиотических эле­ментов, природных и техногенных, создающих городскую среду жизни человека, отвечающую его биологическим, психо­логическим, этническим, трудовым, экономическим и социаль­ным потребностям (Лихачева и др. , 1996).

Урбоэкосистема (городская экосистема) — «неустойчивая природно-антропогенная система, состоящая из архитектурно-строительных объектов и резко нарушенных естественных экосистем» (Реймерс, 1990).

Эстонский эколог В. В. Мазинг (1984) указывает, что городскую экосистему, как и природные, «образуют организмы (растения — продуценты, человек и животные — консументы, грибы и микроорганизмы– редуцеты) вместе со средой их су­ществования, причем системообразующими являются потоки энергии и веществ».

Он также выделял главные отличия городских экосистем:

— разорванность биологического круговорота в городах, в отличие от естественных;

— жизнь городских экосистем происходит за счет пище­вых ресурсов, энергии, воды и иных «привозных» ресурсов, т. е. поступающих из других экосистем.

Согласно В. Мазингу, у городских экосистем есть три особенности:

1) зависимость, т. е. необходимость постоянного поступле­ния ресурсов и энергии;

2) неравновесность, т. е. невозможность достижения эколо­гического равновесия;

3) постоянное аккумулирование твердого вещества за счет превышения его ввоза над вывозом.

В городской среде происходит ускорение химических, биологических и социальных процессов (Емлин, 1999).

Одум называл города «паразитами биосферы», так как они потребляют огромное количество кислорода, воды и других ресурсов, а продуцируют только углекислый газ и загрязнение окружающей среды.

В целом городскую экосистему можно определить сле­дующим образом: городская экосистема — это гетеротрофная антропогенная экосистема, представляющая собой совокуп­ность населения города (всех живых организмов городской экосистемы) вместе со средой обитания (физические и химические компоненты городской среды, необходимые для существования живых организмов), функционирующие как единое целое.

1.2. Экологизация городской среды

Экосистемы крупных мегаполисов состоят из небольших «островов» фитоценозов, разделенных зданиями, сооруже­ниями и коммуникациями.

Городская среда жизни человека представлена с одной стороны жизнью внутри помещения- жилая среда (искус­ственные среды- жилая среда и вне квартир (предприятия, транспорт и др.) и вне помещений, которые включают в себя среды различных культурных ландшафтов (парков, садов, скверов и др.), естественной природной среды (например, некоторые особо охраняемые природные территории и др.). Важное значение приобретает экологизация городской среды (Ветров, Казаков, 2010). Физически комфортная городская среда обеспечивается экологичностью архитектурно-планировочных решений, озеленением, наличием мелких животных и др. (Тетиор, 2008).

Важную роль в экологизации городской среды имеет городское озеленение (Гладков, Гладкова, 2018). Раститель­ность — важный элемент городских экосистем, обладает рекреа­ционными и очищающими свойствами, обеспечивая более комфортные условия жизнедеятельности населения, поэтому среди стандартов экологизации городской среды (Кулешова, Сергеев, 2011) она имеет важнейшее значение наряду с состоя­нием воздуха, городских водоемов, качеством питьевой воды; годовыми выбросами CO2 и другими показателями.

Экологизация городской среды — достаточно сложная многоплановая задача, однако ее удалось реализовать в ряде крупных городов, в том числе и благодаря городскому озеле­нению.

Например, в последовательных структурных преобра­зованиях для экологизации городов наряду с решением транспортной инфраструктуры городов и рядом других преобразований, ключевое значение имело сохранение и преумножение озелененных территорий: парков, скверов, бульваров, придомового озеленения, улучшение качества озеленяемых территорий. Путем тщательной реструктуризации городских территорий доля озеленения достигла в Осло — 46%, в Хельсинки — 36%, в Стокгольме — 30%, в Копенгагене — 33% (Кулешова, Сергеев, 2011).

В городе Куритиба, отмеченный ООН в 1995 году как самый экологичный город мира, за 25 лет площадь озеленения увеличилась в 100 раз (Кулешова, Сергеев, 2011).

ГЛАВА 2. РАСТЕНИЯ В ГОРОДСКИХ ЭКОСИСТЕМАХ

городских экосистем | Британника

городская экосистема , любая экологическая система, расположенная в пределах города или другой густонаселенной местности, или, в более широком смысле, более крупная экологическая система, составляющая целый мегаполис. Крупнейшие городские экосистемы в настоящее время сосредоточены в Европе, Индии, Японии, восточном Китае, Южной Америке и США, в основном на побережьях с гаванями, вдоль рек и на пересечениях транспортных маршрутов. Большие городские территории были характерны для промышленно развитых стран Европы и Северной Америки с 19 века.Однако сегодня наибольший рост городов происходит в Африке, Южной и Восточной Азии и Латинской Америке, и большинство мегаполисов (то есть с населением более 10 миллионов жителей) будут там к 2030 году.

Структура городские экосистемы

Городские экосистемы, как и все экосистемы, состоят из биологических компонентов (растений, животных и других форм жизни) и физических компонентов (почвы, воды, воздуха, климата и топографии). Во всех экосистемах эти компоненты взаимодействуют друг с другом в пределах определенной области.Однако в случае городских экосистем биологический комплекс также включает человеческие популяции, их демографические характеристики, их институциональные структуры, а также социальные и экономические инструменты, которые они используют. Физический комплекс включает в себя здания, транспортные сети, модифицированные поверхности (например, автостоянки, крыши и ландшафтный дизайн), а также изменения окружающей среды в результате принятия решений человеком. Физические компоненты городских экосистем также включают использование энергии и импорт, преобразование и экспорт материалов.Такие преобразования энергии и материалов включают не только полезные продукты (такие как транспорт и жилье), но также загрязнение, отходы и избыточное тепло. Городские экосистемы часто теплее, чем другие экосистемы, которые их окружают, имеют меньшее проникновение дождевой воды в местную почву и показывают более высокие темпы и объемы поверхностного стока после дождя и штормов. Тяжелые металлы, кальциевая пыль, твердые частицы и искусственные органические соединения (например, удобрения, пестициды и загрязняющие вещества из фармацевтических продуктов и средств личной гигиены) также сосредоточены в городах.

Расширение крупных городских территорий приводит к преобразованию лесов, водно-болотных угодий, пустынь и других прилегающих биомов в районы, предназначенные для жилых, промышленных, коммерческих и транспортных целей. Такое преобразование может привести к появлению бесплодной земли. Кроме того, процесс преобразования фрагментирует оставшиеся дикие или сельские экосистемы на все более мелкие участки, а на границах между оставшимися естественными экосистемами и теми, которые были модифицированы для использования человеком, обнаруживается относительно большое количество субоптимальных сред обитания.Такие «крайние среды обитания» подавляют особые виды растений и животных, то есть виды, которые могут переносить узкий диапазон условий окружающей среды. Кроме того, загородные экосистемы, расположенные по ветру и ниже по течению от городских экосистем, подвергаются высоким нагрузкам из-за загрязнения воды, загрязнения воздуха и интродуцированных экзотических видов.