Тема 2. Город как искусственная среда обитания

План:

1. Городская экологическая система и ее структура

2. Свойства городской экологической системы

Экологическая экосистема или экосистема – пространственно определенная совокупность живых организмов и среды их обитания, объединенных вещественно-энергетическими и информационными взаимосвязями. Термин экосистема был введен в науку английским экологом Артуром Тенсли в 1935 году. В Федеральном законе от 10 января 2002 года «Об охране окружающей среды» дается следующее понятие экологической системы – «объективно существующая часть природной среды, которая имеет пространственно-территориальные границы и в которой живые(растения, животные и другие организмы) и неживые ее элементы взаимодействуют как единое функциональное целое и связаны между собой обменом веществ и энергией» [2].

Каждая экосистема характеризуется совокупностью свойств и структурой. К основным свойствам экосистем относятся такие, как способность к образованию живого вещества из компонентов неживой природы, способность осуществлять круговорот веществ в экосистеме, видовое разнообразие, способность поддерживать ее нормальное функционирование в условиях изменяющейся среды обитания и др.

Основными элементами экосистемы являются абиотическая среда, продуценты, консументы и редуценты. Абиотическая среда – компоненты неживой, не органической природы, оказывающие прямое или косвенное воздействие на живые организмы. Например, температура, световой режим, влажность, давление и т.д. Продуценты –организмы, производящие органические вещества из неорганических соединений. Продуцентами являются растения, преобразующие путём фотосинтеза внешнюю (солнечную) энергию в биохимическую энергию, заключенную в органическом веществе в результате процесса фотосинтеза. Консументы - это организмы питающиеся органическим веществом произведённым другими организмами (продуцентами), к ним относятся:

1) консументы первого порядка (фитофаги) – растительноядные;

2) консументы второго порядка (зоофаги) они же – плотоядные, хищники;

3) паразиты - живут за счёт веществ в организме хозяина;

4) симбиотрофы – бактерии, грибы, простейшие, питаясь соками и выделениями организма хозяина, выполняющие вместе с этим и жизненно важные для него трофические функции;

5) детритофаги или сапрофаги – организмы питающиеся мёртвым органическим веществом – остатками растений и животных (черви, личинки, жуки навозники).

Редуценты – бактерии и низшие грибы завершают деструктивную работу, доводя разрушение органики до её полной минерализации. Возвращая в среду экосистемы, последние порции углекислого газа, воды и минеральных веществ.

Все названные группы организмов в любой экосистеме тесно взаимодействуют между собой, согласуя потоки веществ и энергии.

Кроме природных экосистем существуют квазиприродная и искусственная экосистемы. Квазиприродная экосистема – элементы природной среды преобразованные человеком: превращение степи в поле, леса в лесопарк и т.д. Совокупность условий, в которых живут современные люди. Намного шире обычного понимания экологической среды. Окружающая человека среда кроме факторов общей для всех наземных животных природной среды включает еще созданные самим человеком материальную и социальную среду.

Созданная человеком материальная среда включает: 1) элементы природной среды, измененные человеком( преобразованные ландшафты – превращение части реки в водохранилище, отклонение от естественного состава и физико-химических свойств воздуха, воды, почвы и т.д. ); 2)искусственные элементы (здания, сооружения, машины, кондиционированный микроклимат, шумы, электромагнитные поля, материалы и изделия –различные средства производства и потребления). Искусственная экосистема – это экосистема созданная человеком, ее называют также техносферой.

Эти экосистемы неспособны к самоподдерживанию: если человек их оставляет, они либо деградируют и разрушаются или превращаются постепенно в объекты дикой природы.

Город – это экологическая система, созданная людьми. Основным представителем биоты города является человек. Человек доминирует над другими организмами – растениями, животными, птицами, насекомыми, микроорганизмами, которые также обитают на городской территории. Отношение фитомассы к зоомассе в городской экосистеме иное по сравнению с естественными экосистемами. Биомасса людей не сбалансирована с биомассой зеленых растений [1].

Абиотическую составляющую городской экосистемы представляет городская среда. Она является средой жизнедеятельности человека, а также средой обитания других организмов.

Городской средой в градостроительстве принято называть совокупность градостроительных объектов и объектов городских инфраструктур, образующих архитектурно-планировочную структуру города. Искусственная городская среда создается градостроительными средствами. Функцией ее является удовлетворение функционально-утилитарных и художественно-эстетических потребностей человека. Функционально-утилитарные потребности обеспечивает так называемая в теории градостроительства функциональная система организации городской среды. Это организация труда и быта населения, санитарно-гигиеническое благоустройство и др. Композиционная система организует художественно-эстетические потребности человека.

В экологии понятие «городская среда» рассматривается шире. Городская среда является, по сути, окружающей средой в пределах территории города. Окружающая среда – совокупность объектов окружающего человека мира, оказывающих существенное влияние на обеспечение его жизнедеятельности и удовлетворение его разнообразных (биологических, культурных, экономических. Личностных, социальных и др.) потребностей. Окружающая среда характеризуется множеством разнообразных динамических процессов и явлений, развивающихся во времени и в пространстве и оказывающих влияние на живые организмы. Она слагается из элементов неорганической и органической природы и веществ, привносимых производственной деятельностью человека. Не все из этих составляющих одинаковы по своему значению – одни могут быть необходимы организму, другие – нейтральны, а третьи могут оказывать вредное воздействие.

Городская среда – это совокупность антропогенных объектов, компонентов природной среды, природно-антропогенных и природных объектов.

Антропогенные объекты искусственной городской среды занимают основную часть территории города. К ним относятся жилые, общественные и промышленные здания, улицы, магистрали, площади, подземные переходы, стадионы, телебашни и другие сооружения. К числу антропогенных объектов относятся также транспортные и другие передвижные и технические средства. Антропогенные объекты делятся на градостроительные, производственные и объекты городских инфраструктур: транспортной, инженерной и социальной.

Компонентами природной среды города являются атмосферный воздух, поверхностные и подземные воды, почвы, грунты, солнечный свет. Это компоненты среды обитания, без которых жизнь человека и других организмов невозможна.

К природно-антропогенным объектам относятся городские леса, парки, сады, озелененные территории жилых и промышленных районов, бульвары, скверы, защитные зоны, каналы, водохранилища и т.п. Природными объектами города являются памятники природы.

Природно-антропогенные и природные объекты вместе с компонентами природной среды образуют природную среду города, которая является важнейшей составляющей городской среды. Именно природная среда необходима для жизни и является ее основой. На рисунке 1. представлена структура городской среды [2].

Таким образом, городская экосистема состоит из биотической составляющей, основными представителями которой являются люди – жители города, и абиотической составляющей – городской среды. Городская среда представлена природной и антропогенной составляющими, а именно: природной средой города и искусственной городской средой (антропогенными объектами). При этом природная среда и искусственная городская среда взаимосвязаны и взаимозависимы. Природная среда определяет градостроительные решения при создании искусственной городской среды. В свою очередь, искусственная городская среда как архитектурно-планировочная структура влияет на микроклимат города. Кроме того, производственные и другие антропогенные объекты воздействуют на природную среду города через хозяйственную и иную деятельность.

Города как искусственные экологические системы отличаются от естественных экосистем.

Рисунок 1. Структура городской среды

Городские системы гетеротрофны. Они характеризуются огромной потребностью в энергии. При этом солнечную энергию дополняет концентрированная энергия топлива.

Годовое потребление энергии крупными городами составляет несколько гигаДжоулей (1ГДж=10⁹Дж) на 1 м² городской территории: Нью-Йорк - 21, Токио – 12, Москва – 4 ГДж/м²год. Тогда как потоки энергии в естественных экосистемах меньше в 100…1000 раз.

Суммарное потребление энергии человеком в городах развитых стран составляет в среднем 335 ГДж/год. С пищей он потребляет лишь 4 ГДж/год, следовательно, на все другие виды деятельности – трудовую, транспортную, ведение домашнего хозяйства, досуг, освещение и отопление квартир, работу предприятий и прочие – он расходует в 80 раз больше энергии, чем это требуется для физиологического функционирования организма.

Для выработки такого количества энергии требуется большое количество природных горючих ископаемых – нефти, газа, угля, торфа, сланцев, урана, месторождения, которых расположены вне города. Концентрируя большое количество энергии, часть ее города выделяют в окружающую среду. Температура воздуха в городе всегда выше, чем на территории вокруг него. Происходит это как за счет техногенной деятельности, так и за счет нагрева солнцем асфальтовых, бетонных и каменных поверхностей улиц, площадей, стен и крыш домов. Пищу в город ввозят извне. Чтобы накормить одного горожанина, требуется не менее 100 м² сельскохозяйственных угодий, включающих пашню, сенокосы и пастбища. Собственное производство продуктов питания (теплицы, пригородные сады) в городе незначительно.

Город потребляет огромное количество воды, основная часть которой расходуется на производственные процессы и бытовые нужды. Личное потребление воды в городах составляет от 150 до 500 л (дм³) в сутки. С учетом промышленности на одного горожанина приходится до 1000 л в сутки. Использованная городом вода поступает в пригородные водотоки в виде сточных вод.

Город выбрасывает в воздушную атмосферу газообразные вещества, жидкие аэрозоли, пыль. Город «производит» и накапливает большое количество промышленных и бытовых отходов. Древние города сформировали на почвах культурный слой, содержащий строительный и бытовой мусор древних эпох.

Таким образом, город нуждается в энергии, чистой воде, продуктах питания, сырье. Все это он получает извне, а поэтому зависит от своего окружения, т.е. является зависимой экосистемой.

Модель города, составленная по принципу баланса, может быть представлена 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, в пригородные воды сливаются промышленные и бытовые стоки, на городские свалки поступают отходы. Выбросы, стоки, твердые и концентрированные отходы содержат вещества, загрязняющие воздух, воду и почву города.

Городская система, в отличие от естественной, не может быть саморегулирующейся. Все процессы жизнедеятельности города должно регулировать общество. Это потребление городом энергии, природных ресурсов, пищевых продуктов.

Город – это неравновесная система. Состояние неравновесности определяется масштабом антропогенных нагрузок города на окружающую среду.

Показателями антропогенных нагрузок являются: плотность населения, площадь застроенных и замощенных территорий, нагрузки от тяжести зданий и сооружений, объемы промышленного производства, уровень автомобилизации и т.п.

Экологическое равновесие – это динамическое состояние природной среды, при котором она устойчиво функционирует.При этом основными функциями природной среды будут 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. Выделяют потребности в площадях для строительства, в воде, в рекреационных ресурсах и т.п. 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. Эти характеристики выражаются количественными показателями [2].

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, то есть 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 её 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 инфрастуктуры, рекреационных зон и т.п.).

Считается, что территория находится в состоянииполного экологического равновесия, если природная среда обеспечивает воспроизводство 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. Полное экологическое равновесие зависит от климатических и гидрологических условий местности, лесистости, хозяйственного освоения территории.

Полное экологическое равновесие освоенных территорий не всегда достижимо. Поэтому кроме полного различают условное и относительное экологическое равновесие территорий. 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 [2].

Экосистемы малых городов, городов-экополисов могут находиться в состоянии относительного экологического равновесия. Однако экосистема большого города от состояния экологического равновесия далека. Для воспроизводства компонентов природной среды требуются обширные территории. Природно-антропогенные и природные объекты плотно застроенного и замощенного асфальтом города воспроизвести компоненты природной среды не могут. Баланс биомассы в городе нарушен. Геохимическая и биохимическая активности территорий больших городов также оказываются недостаточными для нейтрализации загрязнений окружающей среды. Устойчивость городских территорий нарушается под воздействием физических антропогенных нагрузок. Поэтому количественные показатели репродуктивной способности, геохимической активности, экологической емкости городской территории значительно ниже показателей, характеризующих экологическое равновесие на территории района. Плотность населения большого города намного превышает демографическую емкость его территории.

Антропогенную нагрузку, создаваемую городом, компенсирует природная среда пригородов и прилегающих к нему территорий. Приблизить городскую экосистему к состоянию экологического равновесия можно, увеличивая площади естественных ландшафтов и озелененных территорий города, а также снижая антропогенные нагрузки. Для этого используется комплекс природоохранных мероприятий по снижению негативного воздействия хозяйственной деятельности на окружающую среду. Город – это несаморегулирующаяся экосистема. Поэтому общество должно регулировать качество городской среды и воздействие антропогенных нагрузок на нее.

Вывод:

В материале данной лекции рассматриваются понятие города, как экологической системы, структура городской экосистемы и ее свойства.

Вопросы для самопроверки:

1.В чем заключаются смысл отношений человека с окружающей средой?

2.Какими свойствами обладает городская экологическая система?

3.Приведите классификацию городских поселений.

4.В чем заключается процесс деурбанизации и какова динамика этого процесса в последнее время?

5. Каковы принципы устойчивого развития городских поселений.

Список литературы:

1.Новиков, Ю. В. Экология, окружающая среда и человек: [учеб. пособие] / Ю.В. Новиков. - 3-е изд., испр. и доп. - М.: ФАИР-ПРЕСС, 2005. - 736 с.

2.Сазонов, Э. В. Экология городской среды: учеб. пособие / Э.В. Сазонов. - СПб.: ГИОРД, 2010. - 321 с.: ил. - Библиогр.: с. 301-305.

⇐ Предыдущая 1 234 5 6 Следующая ⇒