6

Лекция 1 урбанизация и урбоэкосистемы

Урбанизация является одной из важнейших черт современности. Под этим термином понимается рост и развитие городов, увеличение веса и роли городского населения. Сегодня примерно на 1% площади земного шара около половины населения планеты проживает в городских агломерациях, а в промышленно-развитых странах – более 75%.

Данный глобальный процесс изменил ландшафты Земли сильнее, чем другие виды деятельности человека за всю его историю.

По образному выражению Одума : «Города- это ржавчина на теле нашей планеты». Рост численности городского населения на Земле за последние полвека и в перспективе на 25 лет выглядит следующим образом:

Годы 1950 1995 2005 2025

% г.н. 29 43 более 50 60

Предполагается, что в будущем изменится соотношение сельского и городского населения в странах с разным уровнем экономического развития. Если 20 лет назад более 50% городского населения Земли проживало в развитых странах, то к 2025 году 75% его будет жить в городах развивающихся стран.

Наиболее урбанизированными регионами являются Австралия, Новая Зеландия, Северная и Западная Европа, где в городах проживает более 80% населения.

Современная урбанизация сопровождается, во-первых, значительным отчуждением земель для нужд населения. И , во-вторых, возрастающее количество городов приводит к интенсивному воздействию человека на окружающую среду как самого мегаполиса, так и обширных пространств вокруг него. Установлено, что площадь такого воздействия превышает территорию города в 20-50 раз.

УРБОЭКОСИСТЕМЫ

В условиях увеличивающегося антропогенного «прессинга» на природные экосистемы в них нарушаются сложившееся соотношения между компонентами, изменяются сами компоненты, что ведет к общей трансформации самих природных экосистем.

Изменения происходят с огромной скоростью, трансформация одних компонентов накладывается на изменение других, создавая сложную, неоднозначную картину.

В городах при взаимодействии естественных природных экосистем и городской структуры происходит пространственное расчленение природных систем, изменения в условиях и режимах ее функционирования. Следствием этого является дискретность распространения, минимизация площадей, занятых одной непрерывной в пространстве природной системой.

В настоящее время в научной литературе еще не утвердилось окончательно понятие экосистем, функционирующих в городских условиях.

КОЖЕВИНА называет их «природно-техническими системами» или «техно-биолитосистемами». КАСИМОВ, ПЕРЕЛЬМАН вводят термин «городские элементарные ландшафты».СТРОГАНОВА использует понятие «урбоэкосистема», понимая ее как природно-городскую систему, состоящую из фрагментов природных ЭС, окруженных домами, промзонами, автодорогами и т.д. УЭС характеризуется созданием новых типов искусственно созданных систем в результате деградации, уничтожения или замещения природных экосистем.

Как отмечают ряд ученых (Тихомиров, Осипов), устойчивость таких «осколков» природных ЭС резко снижается. Сама же городская территория представляет модель крайне неустойчивой, уязвимой системы, утратившей способность к самовосстановлению и неспособной противостоять негативным экологическим факторам среды, включая антропогенное воздействие.

СИМКИН предлагает оценивать степень нарушения природных экосистем в городах по градациям «слабо»-, «средне»- и»сильно» нарушенных. Он выделяет 4 стадии преобразования природной среды в городах:

1. Дестабилизация – появляются сбои в функционировании ЭС, проявляющиеся в биоморфных «нашествиях» и «миграциях».

2.Модификация -возможное сохранение и существование ЭС в сбалансированном виде.

3.Трансформация - появление отчетливых признаков нарушения целостности структуры ЭС ( исчезновение старых форм и появление новых).

4. Деструкция – распад связей в блоках ЭС.

Интенсивная и многофункциональная деятельность человека в пределах крупных городов приводит к изменению компонентов природной среды, т.е. факторов почвообразования. Претерпевают изменения рельеф и гидрографическая сеть, естественная растительность уничтожается, заменяется искусственными сообществами, становятся азональными ряд климатических характеристик и т.д. Антропогенное воздействие становится преобладающим над естественными природными факторами почвообразования. Поэтому сегодня актуальна идея В.А.Ковды о том, «что человек не отменяет законы почвообразования, но искусственными средствами воздействия он настолько изменяет форму их проявления, направленность и темпы почвенных процессов, что почва принимает новое состояние.

ИСТОРИЯ ВОПРОСА

Изучение почв городских территорий достаточно молодое направление в нашей науке. Однако основатель почвоведения В.В.Докучаев еще более 100 лет назад обратил внимание на необходимость комплексного исследования территории С.-Петербурга. В 1890 году он выступил за «детальное естественно-историческое, физико-географическое и сельскохозяйственное исследование С-Петербурга и его окрестностей. Это была комплексная, экологически всесторонняя программа исследований. Работы были начаты, но из-за недостаточного финансирования остановлены.

Затем основные исследования почвоведов были направлены на изучение природных почв и почв, используемых в сельском хозяйстве. Почвы же городских территорий просто игнорировались.

Но в последние два десятилетия наблюдается интенсивная разработка основ учения о городских экосистемах и роли в них почв, что обусловлено большим вниманием человечества к вопросам экологического состояния природной среды и ее охраны. В этом направлении работают специалисты многих направлений наук: биологи, геологи и т.д. Уже опубликованы многочисленные монографии по экологическим вопросам городской среды как зарубежных ученых (Винке, Кроула), так и отечественных (Кавтарадзе, Осипова, Касимова, Строгановой, Прокофьевой, Безугловой, Приваленко и других).

Х х х

20 лет назад Н.С.Касимов выделил три основные концепции изучения экологических вопросов на урбанизированных территориях (по Н.С.Касимову)

1). Эмиссионная – анализ воздушной среды и выбросов в атмосферу –как главного фактора создания экологической ситуации в городе, на которой основаны работы существующих гидрометеорологических и экологических служб наблюдения и контроля.

2). Концепция водооборота города как фактора его функционирования и влияния на окружающую среду с оценкой ресурсов и качества питьевых и хозяйственных вод, а также полноты очистки и сброса сточных вод. В этом направлении проводятся токсикологические, санитарно-гигиенические и гидрогеохимические исследования.

3). Эколого-геохимическая концепция, развивающаяся на основе теории геохимии окружающей среды, основанная на анализе депонирующих сред- снега, почв, растений, вод и т.д. и базирующаяся на оценке эмиссии загрязняющих веществ, то есть их распределения и миграция в перечисленных компонентах .

4).Сегодня можно добавить и новые вопросы – это диагностика и эволюция компонентов природной среды, в частности, почвы в городских условиях.

СИСТЕМАТИКА УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ

На природном и агротехногенном фоне города выделяются как центры «концентрации» населения и загрязняющих веществ , поступающих с транспортными потоками, перерабатывающей промышленностью и коммунальной деятельностью в окружающую среду. Отходы хозяйственной деятельности человека формируют в городах техногенные аномалии в различных средах, загрязняя их и изменяя функциональные способности.

КАСИМОВ и ПЕРЕЛЬМАН, используя эколого-геохимические подходы, выделяют два уровня геохимической систематики урбанизированных территорий.

Первый. -систематика городов как целостных природно-техногенных систем и второй – систематика собственно городских ландшафтов.

ГЕОХИМИЧЕСКАЯ СИСТЕМАТИКА ГОРОДОВ ( таблица 1).

Выделяют 8 основных единиц: отряд, разряд, подразряд, группа, тип, семейство, класс и род.

1.Отряд. В основе его выделения лежит техногенная миграция, искусственный рельеф, концентрация населения. Далее этот таксон разделяется на таксономические единицы по техногенным и природным особенностям миграции и концентрации химических элементов.

2.Разряд. Оценивается по степени техногенного воздействия на население и городскую среду. Установлено, что между размером города и содержанием вредных веществ в атмосфере существует довольно четкая зависимость. Это и позволяет использовать число жителей в качестве одного из критериев классификации. Существуют крупные города с относительно небольшим количеством выбросов и малые – с большим объемом выбросов. Поэтому используются два показателя:

1.Коэффициент эмиссионной нагрузки Е=Р/N, где

Р- количество выбросов, тыс.т/год,

N –число жителей, тыс.чел.,

Е- количество выбросов на 1 жителя/год, т. чел/год

2.Z- уровень загрязнения (оценивается в баллах.

Между этими двумя показателями нет прямой зависимости, поэтому используются оба.

3.Подразряд. Оценивается по структуре загрязнения. Известны макрополлюанты (оксиды и диоксиды азота, серы, углерода, пыль), на долю которых приходится до 95% от объема выбросов и микрополлюанты, объемы выбросов которых малы, но вылики уровни концентрации в выбросах и токсичность ( тяжелые металлы, хлорорганические соединения, углеводороды).

В связи со структурой загрязнения выделяют «серные» города : Тбилиси, Тегеран; «азотные» : Москва, Одесса, Донецк; «углеродные» : Париж, Ереван и другие.

4-5.Группы и типы городов. Выделяются по группам и типам природных ландшафтов, в которых сформировался антропогенных городской ландшафт. Так города в тундре, тайге и пустыне существенно различаются между собой. С этой позиции в лесной группе выделяются города влажных тропиков и тайги, в пустынной зоне – города тропических и бореальных пустынь. С зональных позиций геохимические особенности ландшафтов городов еще не анализировались вследствие отсутствие данных.

6.Семейство городов. Определяется 1).особенностями воздушной миграции продуктов техногенеза, 2) положением города в бассейне атмосферного переноса, 3) региональными особенностями загрязнения и самоочищения атмосферы.

В качестве примера можно привести города с минимальным загрязнением по этим показателям: Москва как равнинный город, С-Петербург – как приморский. Максимальному загрязнению подвержены горно-котловинные и горно-долинные города , например, Тбилиси.

Однако критерии выделения требуют уточнения.

7.Классы городов. Выделяются по водной миграции продуктов техногенеза. По существу это классы наиболее типичных природных почвенно-геохимических катен, различающиеся не только по условиям водной миграции поллюантов, но и по уровням загрязнения- кислые, нейтральные, глеевые, кальциевые и другие.

8. Роды городов. Выделяются по геохимической специализации литогенного субстрата (по уровню содержания токсичных элементов в почвообразующих породах и почвах). Выделяют фоновые ландшафты, субаномальные и природно-аномальные

Возможные и другие подходы к систематике городских ландшафтов. Предложенные принципы учитывают главные факторы – интенсивность и характер техногенной нагрузки, а также природную геохимическую обстановку.