Экология урбанизированной территории. Учебное пособие

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.

А.К. Шардаков, С.Р. Ревзин

ЭКОЛОГИЯ

УРБАНИЗИРОВАННОЙ

ТЕРРИТОРИИ

Учебное пособие

Для студентов направления «Землеустройство и кадастры»

Саратов 2020

УДК 711.14 ББК 85.118

Ш 25

Рецензенты:

Кафедра «Лесное хозяйство и ландшафтное строительство» Саратовского государственного

аграрного университета имени Н.И. Вавилова Кандидат экономических наук, доцент кафедры «Маркетинг, экономика предприятий и организаций» Саратовского социально-экономического института (филиала) РЭУ имени Г.В. Плеханова

С.В. Плеханов

Одобрено редакционно-издательским советом

Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А.

Шардаков А.К.

Ш 25 Экология урбанизированной территории: учеб. пособие / А.К. Шардаков, С.Р. Ревзин. Саратов: СГТУ имени Гагарина Ю.А.,

2020. 88 с.

ISBN 978-5-7433-3393-6

В учебном пособии рассмотрены вопросы, связанные с экологической проблематикой городских территорий. Уделено внимание элементам экологического землепользования населенных мест, вопросам экологической реконструкции городских территорий, а также экологии жилища и рекреационной экологии. Учебное пособие ориентировано на широкий круг читателей, требует определенных знаний базовых дисциплин, преподаваемых в вузах соответствующего профиля.

Предназначено для студентов старших курсов, аспирантов, преподавателей курсов «Инженерная экология», «Экологическая оптимизация городских земель» по направлению «Землеустройство и кадастры», а также менеджеров.

2

ВВЕДЕНИЕ

Природа – сложная система, часть которой составляет человеческое общество, способное существовать только в постоянном взаимодействии с ней. Все необходимое человек получает из природной среды: воздух, воду, пищу, сырье для промышленности, причем он не только пользуется природой, но и влияет на нее.

В то же время в экологическом отношении современный город представляет собой клубок острых противоречий со сложнейшими путями поиска компромиссов. Прежде всего процесс стихийной урбанизации наносит сильнейший удар по и без того хрупкому экологическому равновесию: загрязняются воздушный и водный бассейны, почвы в городах и на прилегающих территориях, изменяются природные ландшафты из-за отчуждения земель, причем не только ради развития собственно города, но одновременно и в целях создания свалок (как организованных, так и несанкционированных).

Интересы ряда отраслей промышленности, строящих предприятия, в т.ч. в черте городов, часто не совпадают с интересами их жителей, требующих создания нормальных условий проживания, противоречат интересам сельского хозяйства, которое теряет лучшие плодородные земли. Как следствие, во многих странах мира, прежде всего развитых, усиливается бегство людей из городов в пригороды и дальше, в поисках экологически более приемлемой среды обитания.

Во многом противоречивые тенденции в развитии городов, естественно, требуют квалифицированного и взвешенного подхода к решению многочисленных вопросов, связанных с теорией и практикой организации

иуправления городами, обусловленных, в частности, развитием рыночных отношений, сложно протекающей административной реформой. Данное учебное пособие имеет целью заострить внимание читателя на экологической проблематике городских территорий, подчеркнуть сопричастность всех нас в отношении того негативного, что происходит с Природой (а через изменения ее компонентов и с самим человеком, его средой обитания), рассмотреть возможные пути решения наиболее острых вопросов, осмыслить основные направления обеспечения экологически безопасного не только существования, но и поступательного, природосберегающего развития общества. Естественно, что ряд положений и рекомендаций, затронутых в книге, носят спорный характер, но так легче найти истину.

Содержание данного пособия может быть использовано студентами, аспирантами, преподавателями курсов «Инженерная экология», «Экологическая оптимизация городских земель» по направлению «Землеустройство

икадастры», а также для широкого круга читателей, желающих повысить свои знания в области охраны окружающей среды.

3

1. АНТРОПОГЕННЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ

1.1. Человек и экосистемы

Человек в конкурентной борьбе за выживание в природной окружающей среде начал строить свои искусственные антропогенные экосистемы. Примерно десять тысяч лет назад он посредством своей трудовой деятельности создал сельское хозяйство – растениеводство и животноводство и тем самым перестал быть «рядовым» консументом, собирающим дары природы. Освоив сельскохозяйственную модель человек, исторически подошел к промышленной революции – техногенезу. На современном этапе он для удовлетворения своих все возрастающих потребностей вынужден изменять природные экосистемы и даже разрушать их, может, и не желая этого.

Изначальной движущей силой экосистем, как природных, так и антропогенных, является энергия. Энергетические ресурсы могут быть неисчерпаемые – солнце, ветер, приливы и исчерпаемые – топливноэнергетическими (уголь, нефть, газ и т. п.) Используя топливо, человек может добавлять энергию в систему или даже полностью ее субсидировать энергией. Опираясь на эти энергетические особенности существующих систем, Ю. Одум (1986) предложил их классификацию, приняв энергию за основу, и выделил четыре фундаментальных типа экосистем:

1.Природные, движимые Солнцем, несубсидируемые.

2.Природные, движимые Солнцем субсидируемые другими естественными источниками.

3.Движимые Солнцем и субсидируемые человеком.

4.Индустриально-городские, движимые топливом (ископаемым, другим органическим или ядерным).

Эта классификация принципиально отличается от биомной, основанной на структуре экосистем, так как она основана на свойствах среды. Первые два типа это природные экосистемы, а третий и четвертый следует отнести к антропогенным.

К первому типу экосистем относятся океаны, высокогорные леса, являющиеся основой жизнедеятельности на планете Земля.

Ко второму типу экосистем относят эустарии в приливных морях, речные экосистемы, дождевые леса, т. е. те, которые субсидируются энергией приливных волн, течений и ветра.

Хотя экосистемы первого типа неспособны поддерживать высокую плотность их фауны и флоры, они занимают громадные площади. Ими

4

движет энергия только самого Солнца, и они являются основой, стабилизирующей и поддерживающей жизнеобеспечивающие условия на планете.

Экосистемы второго типа обладают высокой естественной плодородностью, поскольку организмы, проживающие здесь, приспособились использовать «дополнительную» энергию приливов, течений, ветра и дождя. Эти системы «производят» столько первичной биомассы, что ее хватает не только на собственное содержание, но часть этой продукции может выноситься в другие системы или накапливаться.

Таким образом, природные экосистемы «работают» без всяких забот и затрат со стороны человека на поддержание своей жизнеспособности и собственного развития, более того, в них создается и заметная доля пищевых продуктов и других материалов, необходимых уже для жизни самого человека. Но главное, именно здесь очищается большие объемы воздуха, возвращаются в оборот пресная вода, формируется климат и др.

Совсем иначе работают антропогенные экосистемы. К ним уже с полным правом можно отнести третий тип – это агросистемы, аквакультуры, производящие продукты питания и волокнистые материалы, но уже не только за счет энергии Солнца, но и за счет дотации ее в форме горючего, поставляемого человеком.

Эти системы походят на природные, поскольку саморазвитие культурных растений в период вегетации – это процесс природный и вызван к жизни солнечной природной энергией. Но подготовка почвы, сев, уборка урожая и др. – это уже энергетические затраты человека. Более того, человек практически целиком меняет природную экосистему, что выражается, прежде всего, в ее упрощении, т. е. снижении видового разнообразия вплоть до сильно упрощенной монокультурной системы (табл. 1.1).

Современное сельское хозяйство позволяет постоянно, из года в год, удерживать экосистемы на ранних стадиях сукцессий, добиваясь максимальной первичной продуктивности одного или нескольких растений (например: пшеницы, кукурузы, гороха и т. д.). Крестьянам или фермерам удается добиваться высоких урожаев, но дорогой ценой, а цена эта обусловлена затратами на борьбу с сорняками, на минеральные удобрения, пестициды, на обработку почв и т. п.

Устойчивое появление новых видов, например, травянистых растений есть результат естественного сукцессионного процесса. То, что мы называем сорняками, не что иное как пионерные виды растений, вредители – насекомые и другие животные, а возбудители болезней – микроорганизмы. Сорные растения, вредители и болезни могут уничтожить весь урожай, если активно не бороться с ними.

5

Таблица 1.1

Сравнение природной и упрощенной антропогенной экосистем (по Миллеру, 1993)

Животноводство – это также путь к упрощению экосистемы; охраняя полезных ему сельскохозяйственных животных (коров, свиней, овец и др.), человек уничтожает диких животных: травоядных как конкурентов в пищевых ресурсах, хищников как уничтожающих домашний скот.

Вылов ценных видов рыб упрощает экосистемы водоемов. Загрязнение воздушной и водной сред также ведет к гибели деревьев и рыб и «обирает» природные экосистемы.

В целом же нетрудно догадаться, что по мере роста народонаселения люди будут вынуждены преобразовывать все новые зрелые (климаксные) экосистемы в простые молодые продуктивные (например, путем осушения болот, уничтожения лесов и т. п.). На поддержание этих систем в «молодом» возрасте увеличится использование топливно-энергетических ресурсов. Кроме того, произойдет утрата видового (генетического) разнообразия и природных ландшафтов.

Молодые, продуктивные экосистемы очень уязвимы из-за монотипного видового состава, так как в результате какой-то экологической катастрофы, например засухи, ее уже не восстановить из-за разрушения генотипа. Но для жизни человечества они необходимы, поэтому наша задача –

6

сохранить баланс между упрощенными антропогенными и соседствующими с ними более сложными, с богатейшим генофондом, природными экосистемами, от которых они зависят.

Энергетические затраты в сельском хозяйстве велики, тем не менее самое продуктивное сельское хозяйство находится примерно на уровне продуктивных природных экосистем.

Продуктивность и тех, и других основана на фотосинтезе. Действительное различие между системами лишь в распределении энергии: в антропогенной она поглощается лишь несколькими или вообще одним-двумя видами, а в природной – многими видами и веществами.

Совсем по-другому обстоит дело в экосистемах четвертого типа, к которым относятся индустриально-городские системы – здесь энергия топлива полностью заменяет солнечную энергию. По сравнению с потоком энергии в природных экосистемах здесь ее расход на два-три порядка выше. Годовая потребность человека в пище – около 1 млн ккал, но если подсчитать затраты энергии на душу населения, существующие реально, то они окажутся в десятки раз больше. В разных странах эти затраты отличаются, но особенно большая разница между богатыми странами и развивающимися – она может быть в странах третьего мира в несколько десятков (до сотни) раз меньше. Эти страны второго типа, в то время как развитые страны уже прошли через все четыре типа экосистем.

1.2. Индустриально-городские экосистемы

До начала ХХ века подавляющее большинство населения даже в экономически развитых странах проживало в сельской местности.

Развитие промышленности, транспорта и т. д. стимулировало специфические социально-пространственные формы расселения и распространение городского образа жизни (урбанизации).

Урбанизация – это рост и развитие городов, увеличение доли городского населения в стране за счет сельской местности, процесс повышения роли городов в развитии общества.

Преимущества городских форм расселения имеют экономический и социальный характер. Это и развитая производственная и социальная инфраструктура, коммуникация, и широкие возможности выбора желаемой профессии и получения образования, приобщения к культурным и духовным ценностям.

Вместе с тем высокая концентрация и интенсификация деятельности человека в городе приводят к тому, что окружающая природная среда не в

7

состоянии удовлетворять биологические требования самого человека: сокращается жизненное пространство, город превращается в мощную систему, которая изменяет почти все компоненты природной среды – атмосферу, гидрографическую сеть и подземные воды, почву и грунты, рельеф, климат, растительность и др.

В городах изменены гравитационное, магнитное, термическое, электрическое поля Земли.

Влияние города на глубинные горизонты распространяется до 8 тыс. м. В городском ландшафте иными становятся условия питания подземных вод, меняется их химический состав.

В больших городах ухудшаются физические условия. Здесь поступает на 15 % меньше солнечной радиации; среднегодовая скорость ветра по сравнению с сельской местностью уменьшается на 25 %; на 2-5С выше температура воздуха; наблюдается больше облачных и меньше солнечных дней (на 10 %); почти вдвое выше повторяемость туманов, а также характерны смоги, представляющие собой образующиеся в результате физикохимических процессов различные сочетания аэрозольных и газообразных выбросов и капель тумана либо возникающие из-за разложения загрязняющих веществ солнечными лучами, особенно ультрафиолетовыми.

В больших городах активно концентрируются мощные антропогенные нагрузки. Сами же города – это особая, искусственно поддерживаемая среда обитания, которая всецело зависит от жизнеобеспечивающих ресурсов, поступающих извне. В этой среде происходит разрыв естественных круговоротов веществ, нарушены механизмы самовосстановления и самоочищения, которые свойственны естественным природным системам. Потоки же отходов и загрязнений, образующиеся в городах, являются серьезной экологической угрозой для всей биосферы.

Современный большой город, будучи сложной системой, является мощным фактором изменения природной среды не только в пределах городских границ, но и вне их. Например, повышенная концентрация загрязнений вокруг Москвы отмечается до 100 км от города.

Рост численности населения и его плотности – характерная черта городов. Исторически самым первым городом с миллионным населением был Рим. Самым большим городом мира в наше время является Шанхай – 24 150 000 человек по данным на январь 2016 г. Население Москвы

внастоящее время, по данным Росстата, составляет более 12 млн.

К2025 г. ожидается увеличение населения нашей планеты до

8,5 млрд человек. Общая площадь урбанизированных территорий Земли к 2070 г. достигнет 19 млн км2 – 12,8 % всей и более 20 % жизнепригодной

8

территории суши. К 2030 г. практически все население мира будет жить в поселках городского типа (Реймерс 1990). В настоящее время городское население в мире составляет 42 %, а в России – 73 %.

Плотность населения в городах, особенно крупных, составляет от нескольких тысяч до нескольких десятков тысяч человек на 1 км2. Как известно, на человека не распространяется действие факторов, зависящих от плотности популяции, подавляющих размножение животных: интенсивность роста населения ими автоматически не снижается. Но объективно высокая плотность ведет к ухудшению здоровья, появлению специфических болезней, связанных, например, с загрязнением среды, делает обстановку эпидемиологически опасной в случае вольного или невольного нарушения санитарных норм и др.

Размах и характер урбанизации таковы, что демографы начали оперировать понятием «гиперурбанизация». Действительно, города не просто множатся и растут. Расползаясь вширь, они сливаются друг с другом и образуют агломерации (системы населенных пунктов, объединенных в одно целое хозяйственными, трудовыми, бытовыми и культурными связями).

В России развивается около 30 крупнейших агломераций, которые занимают всего 6 % обжитой (заселенной) территории, но концентрируют более 60 % городского населения.

Например, Московская агломерация включает уже более 130 населенных пунктов в радиусе до 100 км от столицы; Сочинская вытянулась на 150 км узкой полосой вдоль Черного моря. Агломераций с числом жителей более 500 тыс. в нашей стране насчитывается не один десяток.

Человек сам создает эти сложные урбанистические системы, преследуя благую цель – улучшить условия жизни, и не только просто «оградившись» от лимитирующих факторов, но и создав для себя новую искусственную среду, повышающую комфортность жизни. Однако это ведет к отрыву человека от естественной природной обстановки и к нарушению природных экосистем.

Урбанистическая система (урбосистема) – «неустойчивая при-

родно-антропогенная система, состоящая из архитектурно – строительных объектов и резко нарушенных естественных экосистем» (Реймерс, 1990 г.).

По мере развития города в нем все более дифференцируется его функциональные зоны – это промышленная, селитебная, лесопарковая.

Промышленные зоны – это территории сосредоточения промышленных объектов различных отраслей. Они являются основными источниками загрязнения окружающей среды.

9

Селитебные зоны – это территории сосредоточения, жилых домов, административных зданий, объектов культуры, просвещения и т. п.

Лесопарковая – это зеленая зона вокруг города, окультуренная человеком, т. е. приспособленная для массового отдыха, спорта, развлечения. Возможны ее участники и внутри городов, но обычно здесь городские парки – древесные насаждения в городе, занимающие достаточно обширные территории и тоже служащие горожанам для отдыха. В отличие от естественных лесов и даже лесопарков, городские парки и подобные им более мелкие посадки в городе (скверы, бульвары) не являются самоподдерживающимися и саморегулируемыми системами.

Лесопарковая зона, городские парки и другие участки территории, отведенные и специально приспособленные для отдыха людей, называют рекреационными зонами (территориями, участками и т. п.).

Углубление процессов урбанизации ведет к усложнению инфраструктуры города. Значительное место начинает занимать транспорт и транспортные сооружения (автомобильные дороги, автозаправочные станции, гаражи, станции обслуживания, железные дороги со своей сложной инфраструктурой, в том числе подземные – метрополитен; аэродромы с комплексом обслуживания и др.). Транспортные системы пересекают все функциональные зоны города и оказывают влияние на всю городскую среду (урбосреду).

Среда, окружающая человека в этих условиях это совокупность абиотической и социальных сред совместно и непосредственно оказывающих влияние на людей и их хозяйство. Одновременно, по Н.Ф. Реймерсу

(1990), ее можно делить на собственно природную среду и преобразован-

ную человеком природную среду (антропогенные ландшафты вплоть до искусственного окружения людей – здания, асфальт дорог, искусственное освещение и т. д., т. е. до искусственной среды). В целом же среда городская и населенных пунктов городского типа – это часть техносферы, т. е. биосферы, коренным образом преобразованной человеком в технические и техногенные объекты.

Помимо наземной части ландшафта, в орбиту хозяйственной деятельности человека попадает и его литогенная основа, т. е. поверхностная часть литосферы, которую принято называть геологической средой. Геологическая среда – это горные породы, подземные воды, на которые оказывает воздействие хозяйственная деятельность человека. На городских территориях, в урбоэкосистемах можно выделить группу систем, отражающую всю сложность взаимодействия зданий и сооружений с окружающей средой, которые называют природно-техническими системами. Они тес-

10