7. Городские экосистемы и их значение для человека

Город представляет собой сложную среду обитания, где человек взаимодействуют не только с природой. В силу необходимости горожане искусственно формируют эту среду, приспосабливая к своим потребностям. Возникает две субсистемы: природная и антропогенная.

Природную субсистему делят на литосистему, гидросистему, аэросистему (атмосферу) и биосистему.

Антропогенную субсистему делят на следующие подсистемы: производственную, градостроительную и инфраструктурную. Естественно, что такие понятия, как, например, градостроительная подсистема, объединяют в себе структуры более низкого ранга, а они – следующие ступени ранжирования.

Территориальное образование – город – экологически можно охарактеризовать, представив в виде многоступенчатого «дерева свойств». Если последовательно, от уровня к уровню, расчленять эти свойства на частные факторы и показатели, то в результате открывается возможность исследовать их не только качественно, но и количественно. Последняя оценка является наиболее объективной, поскольку при численном выражении ограничений исключается субъективность.

Город является урбанизированным ареалом проживания. Степень экологичности этого ареала зависит от того, какие субсистемы доминируют: природные или антропогенные.

В городе с малоэтажной застройкой преобладают природные ландшафты: естественный рельеф местности, открытые водоемы и водотоки, парки, лесопарки и другие зеленые насаждения. Природа как бы входит в состав городских территорий. Обеспечивается пространственное единство застройки, зеленых массивов и водных поверхностей. В результате обеспечиваются экологические потребности людей.

Такие города рассматривают как экополисы — природно-антропогенные системы. Оптимальная плотность населения на их территориях не должна превышать 100 чел/га. В этом случае можно сохранить озелененные пространства, по площади равные территориям, занимаемым асфальтовыми покрытиями, зданиями и раз­личными городскими сооружениями.

Однако такие поселения неэкономичны, поскольку требуют протя­женных транспортных и ресурсообеспечивающих коммуникаций. Кроме того, экстенсивная застройка активно поглощает один из основных природных ресурсов — территорию суши, а на густо заселенных континентах свободных земель становится все меньше.

В мире прослеживается тенденция уплотнения поселений. Современные города – столицы государств, центры агломераций, промышленные и хозяйственные центры – все в большей степени представляют собой скученные урбанизированные образования. Рождаются поселения, занимающие большие интенсивно используемые территории. В мировой практике есть примеры поселений, в которых один город перетекает в другой и целые области превращаются в единый мегаполис.

В крупных городах антропогенные системы оказывают весьма ощутимое давление на природную среду. Урбанизация преобразовывает ее радикально, нарушая природное равновесие. Возникают антропоприродные системы, где преобладают антропогенные составляющие.

Градостроители считают необходимым всеми возможными средствами обеспечивать устойчивость таких систем, сохранять способность к восстановлению, хотя бы частичному и принудительному. Для этого необходима оценка состояния среды обитания.

Город – это динамично функционирующая система. Она обладает такими развитыми подсистемами, как градообразующая база, жилищно-коммунальное хозяйство, система социально-бытового обслу­живания, включая образование, медицину и услуги, учреждения досуга и отдыха, транспортную инфраструктуру. Поэтому города имеют особую притягательную силу.

По мере социально-демографических изменений городские структуры преобразовываются, подсистемы модернизируются. Города развиваются.

Управление развитием города основывается на анализе градостроительной деятельности на всех стадиях: от разработки проекта до многолетнего обслуживания (мониторинга) при эксплуатации.

Город – аккумулирующая система. Баланс вредных веществ в его пределах, как правило, положительный и ведет к накоплению предшествующих отходов и преобразований. Достаточно отметить рост культурного слоя. В некоторых городах его толщина достигает 10 м. Нарушается природный рельеф местности, появляются возвышенности, оползни и провалы. Природные поверхностные водотоки заиливаются и меняют направление. Часто их превращают в подземные, текущие в коллекторах. Прекращается естественная самоочистка воды и поэтому содержание вредных примесей возрастает, меняется состав воды.

Существует определенная закономерность накопления в городе не свойственных живой природе, явлений. Атмосфера засоряется выбросами, почвы собирают вредные вещества. Возникают отрицательные последствия урбанизации, с которыми природа не может справиться, поскольку теряется способность к самовосстановлению.

Город – чрезвычайно зависимая экосистема. Если все экосистемы открытые, то города сверхоткрытые. Они полностью зависят от ок­ружения, в чем и проявляется «экологический паразитизм» урбанизированных образований. Город не может прокормить свое население. Он дышит чужим воздухом и пьет чужую воду. Одновременно с этим выбрасывает в биосферу большое количество продуктов своей жизнедеятельности.

Помимо потребления природных ресурсов и энергии города производят огромное количество отходов. Так, по некоторым данным миллионный город ежегодно выбрасывает около 15 млн. т пыли, водяных паров и других токсичных веществ. Поэтому миллионы поселений на нашей планете выступают как основные очаги антропогенного возмущения в биосфере.

Город – неравновесная экосистема. На его территории нарушен естественный экологический баланс. Развитие и функционирование городских структур определяется, как правило, не законами природы, а потребностью людей.

Ограниченное градостроительное давление на естественную среду обеспечивает экологическое равновесие. На местности сохраняется репродуктивность, т. е. способность воспроизводить потребляемые элементы среды. Однако если интенсивность давления превышает экологическую емкость территории, то репродуктивность нарушается, возникает вероятность экологического риска деградации природной среды.

Город потребляет потоки вещества и энергии в значительно большей степени, чем производит. Экологическое равновесие объясняется искусственным привлечением извне огромного количества потоков веществ и энергии, поэтому экологическое равновесие экологических систем города крайне неустойчиво.

На это накладывается несбалансированность биомасс. За счет концентрации людей в городе отношение фитомассы к зоомассе иное, чем в естественной природе. Пищевые цепи нарушены, сети разомкнуты в основных звеньях. Процессы потребления ресурсов (включая продукты) и выделения отходов отличаются от круговорота веществ в природе.

Продуктивность городских экосистем ничтожна, фитомасса не обеспечивает зоомассу, и надежность функционирования природно-градостроительных систем может быть достигнута другими средствами, нежели она обеспечивается в естественных условиях. Необходима подпитка продовольствием извне. Население крупных городов получают сельскохозяйственные продукты не только из пригородов, но из других областей.

Город – конгломерат искусственных экологических микросистем: зданий и сооружений жилой, промышленной и коммунально-складской застройки. Эти архитектурные и инженерные объекты являются замкнутыми средами постоянного или временного обитания горожан.

Гигиеничность внутренних пространств зданий во многом зависит от чистоты воздуха в помещениях и воздухообмена, т. е. выведения наружу вредных веществ. Существенно влияет и тепловлажностный режим: относительная влажность воздуха, его температура в помещении и на поверхности ограждений.

Особое значение имеет теплообмен с наружной средой. С точки зрения гигиены он необходим в определенных пределах. Однако потери тепла ведут к неоправданному расходу энергетических природных ресурсов, поэтому эффективное содержание зданий должно основываться на энергосберегающих технологиях и конструктивных решениях ограждающих конструкций.

В современных зданиях часто применяют конструкции, отделку, мебель и другое оборудование из токсичных материалов. Они отрицательно влияют на людей.

Здания и сооружения связаны с окружающей средой. Газы, пыль и живые микроорганизмы переносятся в помещения из загрязненного наружного воздуха. В застройке не всегда обеспечиваются надлежащие аэрационные и инсоляционные режимы, что усугубляет экологическую ситуацию.

На экологическую комфортность внутренней среды существенно влияет шумовое загрязнение прилегающих к застройке территорий. Аналогично воздействуют и возмутители вибрационных явлений, например рельсовый транспорт.

Электромагнитное излучение и радиация отрицательно сказываются на внутренней среде обитания. Здоровье людей ставится под угрозу. Они начинают страдать разными болезнями, часто необратимыми.

Городская экосистема – территория города и его население (человек и другие живые организмы) – это гетеротрофная антропогенная экосистема. У городских экосистем есть три особенности:

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

• неравновесность, т.е. невозможность достижения экологического равновесия;

• постоянное аккумулирование твердого вещества за счет превышения его ввоза в городскую экосистему над вывозом. Вещество аккумулируется в городских строениях, на свалках. В прошлом это приводило к повышению уровня поверхности города (формированию культурного слоя, который в старых городах достигает нескольких метров).

По образному выражению американского эколога Ю. Одума, города являются “паразитами биосферы”, которые потребляют огромное количество кислорода, воды и других ресурсов, а продуцируют только углекислый газ и загрязнение окружающей среды. На космических снимках города с расползающимися инфраструктурами напоминают раковые опухоли.

Известно, что городу с населением 1 млн. человек ежесуточно требуются 625 тыс. т воды, 2 тыс. т пищи, 4 тыс. т угля, 2,8 тыс. т нефти, 2,7 тыс. т газа и 1 тыс. т топлива для автотранспорта. Взамен он выдает 500 тыс. т сточных вод, в атмосферу выделяются 150 т соединений серы, 100 т оксидов азота и много других веществ. Например, в Уфе в атмосферу ежедневно попадает около 950 т вредных веществ и еще 310 т содержится в сточных водах.

Как уже отмечалось, городские экосистемы – гетеротрофные. Доля солнечной энергии, фиксированная городскими растениями (или использующимися в Израиле, Японии, Германии солнечными батареями, расположенными на крышах домов), незначительна. Основные источники энергии для предприятий города и обеспечения жизни горожан (освещения, отопления и др.) расположены за его пределами. Это – нефть, газ, уголь, электроэнергия гидро- и атомных станций. Кроме того, на содержание каждого жителя, чтобы он был обеспечен продуктами питания, требуется не менее одного гектара сельскохозяйственных угодий, включающих пашню, сенокосы и пастбища. В РБ на одного горожанина приходится свыше 2 га сельскохозяйственных угодий. Собственное производство продуктов питания (теплицы, пригородные сады) в городе незначительно.

Из огромного количества воды, потребляемой городом, лишь незначительная часть используется в питании человека, основная часть воды тратится на производственные процессы и бытовые нужды. Личное потребление воды в городах составляет от 150 до 500 л в сутки (в Уфе – 280 л), а с учетом промышленности на одного горожанина расходуется до 1000 л в сутки!

Использованная городами вода возвращается в природу в загрязненном состоянии – она насыщена тяжелыми металлами, остатками нефтепродуктов, сложными органическими веществами, подобными фенолу, и т.д. В ней могут содержаться болезнетворные микроорганизмы. Город выбрасывает в атмосферу ядовитые газы, пыль, концентрирует на свалках токсичные отходы, которые с потоками весенней воды попадают в водные экосистемы.

Растения (продуценты) в составе городских экосистем растут в лесопарках, парках, садах и на газонах, их главное назначение –регулирование газового состава атмосферы. Они выделяют кислород, поглощают углекислый газ и очищают атмосферу от вредных газов и пыли, которые попадают в нее при работе промышленных предприятий и транспорта. Растения имеют большое эстетическое значение.

Животные в городе представлены и выходцами из естественных экосистем (в парках живут не только птицы – горихвостки, соловей, трясогузка, зяблик, славки, но и полевки, мыши, белки), и особой группой городских животных-спутников человека. В ее составе – птицы (воробьи, скворцы, ласточки, вороны, галки, голуби), грызуны (крысы и мыши) и насекомые (тараканы, моль, мухи и др.). Многие животные, связанные с человеком, питаются отбросами на помойках (галки, вороны, воробьи). Это санитары города. Аналогично ускоряют разложение органических отходов и личинки мух.

Горожане разводят домашних животных – собак и кошек, декоративных животных (попугаев, голубей, хомячков, аквариумных рыб), в конюшнях ипподромов – лошадей.

Город не способен поддерживать экологическое равновесие, эту экосистему человек регулирует сам. От планов человека зависит потребление городом энергии и ресурсов – сырья для промышленности и пищи для людей. Человек регулирует и количество ядовитых отходов, которые поступают в атмосферу и воду в результате деятельности промышленности и транспорта.

Таким образом, если нельзя создать городскую экосистему, обладающую свойством экологического равновесия, то можно уменьшить ее пагубное влияние на экологическое равновесие естественных и сельскохозяйственных экосистем.