11.6. Місто як гетеротрофна екосистема

Ю. Одум розглядає місто, яке споживає готову продукцію, як гетеротрофну екосистему. Як відомо, особливістю будь-якої екосистеми, у тому числі й такої велетенської, як велике місто, є відкритість, оскільки вона має одержувати й віддавати енергію. Урбоекосистема однаковою мірою відкрита як для імміграції, так і для еміграції, а тому для її функціонування та самопідтримання необхідні середовище

«на вході» і середовище «на виході» (рис. 11.13). Отже, за

Ю. Одумом,

Екосистема = ІЕ + S + ОЕ,

де ІЕ — середовище «на вході», S — власне система, ОЕ — середовище «на виході».

Подібно до біогеоценозу урбоекосистема теж має межі (зрозуміло, умовні). Аналогічно до біогеоценозу урбоекосистема має вхід і обов’язковий вихід, відсутність якого могла б стати причиною надмірного накопичення речовини і енергії, що призвело б до її самознищення.

Як зазначає Ю. Одум, масштаби змін середовища «на вході» і «на виході» надзвичайно сильно коливаються і залежать від декількох змінних, зокрема:

• розмірів системи (чим вона більша, тим менше залежить від зовнішніх частин);

• інтенсивності обміну (чим він інтенсивніший, тим більшими є приплив і відтік);

• збалансованості автотрофних і гетеротрофних процесів (чим сильніше порушена ця рівновага, тим більшим має бути приплив іззовні для її забезпечення);

• стадії та ступеня розвитку системи (молоді системи відрізняються від зрілих).

Зупинимося детальніше на обговоренні цих запропонованих Ю. Одумом змінних.

Коли йдеться про власне міську екосистему, то автори багатьох наукових праць стверджують, що вони беруть до уваги не просто місто, а «велике» місто (Одум, 1982; Клауснітцер, 1990; Кучерявий, 1991; Sucopp, Wittig, 1993). Справа у тому, що невеликі міста або селища міського типу за своїм способом функціонування більше нагадують природні екосистеми, ніж індустріально-міські.

Рис. 11.1. Наявність зовнішнього середовища, яке слід вважати невід’ємною частиною екосистеми

Ю. Одум вдало ілюструє різницю між природною гетеротрофною та урбанізованою екосистемами. Для цього він наводить приклад устричної банки (водний біоценоз із домінуванням устриць) і велике місто (рис. 11.14). Як бачимо з цього рисунка, міська екосистема відрізняється від природної, а саме:

• значно інтенсивнішим метаболізмом на одиницю площі, що вимагає більшого припливу концентрованої енергії ззовні (у наш час надходить у вигляді горючих копалин);

• більшим надходженням енергії ззовні, наприклад металів для виробництва та торгівлі, не беручи до уваги металів, необхідних для підтримання життя людей, рослин (залізо, марганець, молібден, хром тощо);

• потужним і отруйним потоком відходів, значна кількість яких — синтетичні сполуки, токсичніші, ніж природна сировина, з якої вони одержані.

Виходячи з цих висновків, можна без застереження зауважити, що середовище «на вході» та середовище «на виході» міської екосистеми суттєво відрізняються від екосистеми села чи малого міста. Чим більша за розмірами природна екосистема, тим менше вона залежить від зовнішніх чинників, наприклад лісова екосистема та окрема в її складі елементарна консорція. Проте, розглядаючи урбоекосистему великого міста, можна стверджувати зворотне: чим більші її розміри, тим більше вона залежить від стану середовища «на вході» та середовища «на виході». Адже кожна клітинка цього велетенського організму одночасно переробляє величезну кількість речовини.

Рис. 11.1. Гетеротрофні екосистеми: А — одне з природних «міст» — устрична банка, що цілком залежить від надходження енергії їжі з великої площі навколишнього середовища; Б — індустріалізоване місто, існування якого підтримує колосальний приплив палива та їжі, причому відповідно виникає значний відплив у вигляді тепла, промислових і побутових відходів. Потреби одного квадратного метра міста в енергії приблизно у 70 разів перевищують потреби такої самої площі устричної банки — близько 4000 ккал/добу, а за рік — близько 1,5 млн ккал (Одум, 1982)

Якщо вважати міські сади та сквери окремими екосистемами, можна стверджувати, що їх функціонування залежить від стану середовища «на вході», зокрема рівня теплового та пилогазового забруднення кварталу чи міського району міста (див. рис. 11.14, Б). Невеликі сквери великого міста практично не впливають на його мезоклімат, тобто на середовище «на виході». Водночас великі паркові чи водні екосистеми здатні охолоджувати і зволожувати повітря прилеглих забудованих і замощених територій, а також зумовлювати явище «бризу» — легкого свіжого вітерцю.

«Сьогодні, — пише Ю. Одум (1986), — навіть у посушливих районах більшість міст мають широкий «зелений пояс» або включають у себе автотрофний компонент (дерева, чагарники, трав’яні газони, а часто озера та ставки); органічна продукція цього зеленого компонента не відіграє помітної ролі у постачанні механізмів і людей, які так щільно заселяють місто та цей промисловий район. Без величезних надходжень їжі, пального, електроенергії та води механізми, автомобілі, фабрики тощо припинили б роботу...».

Безумовно, міські ліси, луки та парки являють собою величезну естетичну та рекреаційну цінність: вони пом’якшують

коливання температури в місті, зменшують шумові та інші типи забруднення, надають місце для існування співучим птахам та іншим дрібним тваринам. Однак праця та пальне, які витрачають на зрошення, удобрення, стрижку газонів, обрізання дерев, видалення зрізаних або опалих гілок і листя, а також іншу роботу, необхідну для підтримання приватних і громадських зелених зон міста, збільшують енергетичні (та фінансові) витрати на життя в місті. Звичайно, енергетичні ресурси урбоекосистема імпортує, доставляючи їх за сотні й тисячі кілометрів.

У таблиці 11.4, поданій Ю. Одумом, порівнюється «забудований ліс» (місто) в Медісоні (штат Вісконсін) із сусіднім непорушеним лісом. У місті близько 30 % житлового району вкрито бетоном або зайнято будинками та іншими «непроникними» об’єктами, але у перерахунку на площу, зайняту рослинами, «забудований ліс», завдяки садівничій діяльності людини та особливо удобренню і зрошенню, характеризується значно більшим видовим різноманіттям рослин і більшою продуктивністю.

Таблиця 11..

Порівняння природного лісу та міста (Одум, 1986)

Показник	Природний ліс	Забудований ліс
Кількість видів дерев	10	75
Кількість видів чагарників	20	74
Біомаса дерев (середня суха маса надземних частин), кг/м2	27	10
Річна чиста продукція усієї рослинності, г/м2	812	719
Чиста продукція на зайнятій площі (у випадку забудованої місцевості без урахування 30 % площі, де ліс вирубаний), г/м2	812	1027
Внесено добрив, кг/га	0	136
Річний експорт органічних речовин, г/м2	0	497
Витрати води на зрошування	0	Великі (точно не відомо)

Проте міська екосистема, як виявляється, дуже марнотратна. Маючи у своєму розпорядженні значну кількість продукованої міською зеленню органічної речовини (1027 г/м²), вона її (497 г/м²) експортує, тобто вивозить за межі екосистеми (приміські сміттєзвалища), причому тоді, коли у приміську екосистему імпортується значна кількість добрив (136 кг/га). Слід зазначити, що згадана лісова екосистема не імпортує і не експортує органічної речовини.

51

Як бачимо, урбоекосистема — єдине ціле з її «входом» і «виходом». Господарська діяльність людини в урбоекосистемі далеко виходить за межі території безпосередньо забудови і впливає на всі природні компоненти не лише всередині міста, а й далеко за його межами. Фізико-геологічні зміни ґрунтів, підземних вод та інших компонентів літогенної основи відчуваються залежно від конкретних умов у радіусі 25—30 км, біогеохімічні зміни — на ще більшому віддаленні. Доведено, що великі міста, а тим більше міські агломерації, впливають на довкілля на відстані в 50 разів більшій, ніж власний радіус. Особливо цей урбогенний тиск відчувають ґрунти, водойми, повітряний басейн і рослинний покрив. Проте урбанізоване середовище та природа — не взаємовиключаючі поняття, оскільки в них є одна «дуже важлива спільна властивість, яка витікає із соціальної суті людини, — велике місто та природа необхідні людині однаковою мірою (Владимиров, 1999)».

Гомеостаз міської екосистеми можна забезпечити лише шляхом гармонізації обміну речовини та енергії між блоками живої та неживої природи. Антропогенні зміни в урбоекосистемі мають бути поступовими і передбачати правильний розподіл і силу антропогенних навантажень і необхідні умови адаптації людини та природного середовища. Лише за таких умов можна зберегти (на відміну від існуючої рівноваги у природних екосистемах) динамічну екологічну рівновагу в міських екосистемах.

Під екологічною рівновагою в урбоекології слід розуміти (Владимиров, 1999) такий стан природного середовища урбанізованого району міської агломерації або окремого міста, при якому забезпечується саморегуляція, належна охорона та відтворення його основних компонентів — атмосферного повітря, водних ресурсів, ґрунтового та рослинного покриву, тваринного світу. Неодмінними умовами такого стану мають бути:

• відновлення основних компонентів природного середовища, яке забезпечує їх баланс у міжрайонних потоках речовини та енергії;

• відповідність ступеню геохімічної активності ландшафтів масштабів виробничих і комунально-побутових забруднень (у тому числі наявність умов для достатньо високих темпів міграції продуктів техногенезу);

• відповідність ступеню біохімічної активності екосистеми району рівня антропогенних забруднень (у тому числі наявність умов для біологічної переробки органічних і нейтралізації шкідливого впливу неорганічних забруднень);

• відповідність рівня фізичної стійкості ландшафтів силі впливу транспортних, інженерних, рекреаційних та інших антропогенних навантажень;

51

• баланс біомаси непорушених або слабко порушених антропогенною діяльністю ділянок екосистеми району розселення, достатня складність і якомога більше різноманіття природного середовища.

Наявність у межах району формування розселення першої та останньої умов екологічної рівноваги в ряді випадків можна розглядати як достатньо надійну гарантію здійснення всіх інших її вимог. В. В. Владимиров (1999) справедливо відзначає, що при розгляді умов екологічної рівноваги на різних територіальних рівнях спостерігається суттєва різниця можливості її реалізацій. На глобальному рівні всі ці умови (а в цьому і полягає екологічна стратегія людства) мають бути, без сумніву, виконані. Їх реалізація можлива і на макротериторіальному рівні (континенти, великі країни, окремі регіони великих держав). На мезо­ та мікрорегіональних рівнях стосовно локальних систем розселення (агломерації, міста) можна виконати лише частину умов екологічної рівноваги, у чому не важко переконатися, звернувшись до відомих літературних джерел (Владимиров, 1999).

Таблиця 11.5.

Орієнтовні зіставлення компонентів природного середовища та деяких ресурсів, які споживаються і відтворюються містом

із населенням 1 млн мешканців і площею 20 тис. га

Найменування компонентів або ресурсів	Споживання	Відтворення	Дефіцит	Території, необхідні для покрит- тя дефіциту, тис. га
Атмосферний кисень	30 млн т	25—30 тис. т	21,7 млн т	5000—6000
Вода	500 млн м3	5 тис. м3	500 млн т	1500—2000
Ґрунтоворослинний покрив, необхідний для організації масового відпочинку громадян	5 тис. га	—	1000—2000 тис. га	1000—2000
Будівельні матеріали, сировина для промисловості тощо	10—12 млн т	—	10—12 млн т	40—50
Паливо (умовне)	8—9 млн т	—	8—9 млн т	25—30
Харчові продукти	1 млн т	—	1 млн т	500—600

Особливості метаболічних процесів в урбоекосистемі та її взаємодія із сусідніми екологічними системами дали змогу виділити її основні риси (Владимиров, 1999): поліморфізм (залежність від суміжних екосистем), акумулятивна здатність і неврівноваженість основних структур.

Поліморфізм урбоекосистеми полягає в тому, що вона багатолика: у ній немовби перемішані природні (геосфера, атмосфера, гідросфера) та антропогенні (будівлі, елементи інфраструктури) компоненти. Залежність урбоекосистеми як надвідкритої системи полягає в тому, що вона не може сама себе «прогодувати». Як бачимо (табл. 11.5), дефіцит елементів життєдіяльності (кисню, води, ґрунтово-рослинного покриву, продуктів харчування) сягає величезних розмірів. Мільйони тонн матеріалів, сировини вимагають міська промисловість і будівництво, а транспорт — мільйони тонн палива. Не одержавши, наприклад, продуктів харчування, «люди невдовзі або померли б з голоду, або ж покинули б місто» (Одум, 1986).

Місто — акумулююча екосистема, оскільки вона характеризується позитивним балансом обміну речовин, що приводить до їх накопичення. Це й перегрів унаслідок акумуляції сонячного тепла мертвою підстилковою поверхнею, і формування потужного культурного шару ґрунту, новий рельєф із териконами та звалищами. Міські агломерації стають велетенськими акумуляторами тепла. «У даний час, — пише Є. К. Федоров (1977), — значні території великих міських агломерацій, промислових центрів і навіть цілих країн (наприклад, Бельгія), які мають розміри порядку десятків і сотень тисяч квадратних кілометрів, є такими джерелами. Якби на кордонах сучасної Бельгії була побудована стіна заввишки декілька кілометрів, то температура в країні виросла б на декілька градусів».

Неврівноваженість урбоекосистеми полягає в тому, що вона розвивається не відповідно до законів природи, а виходячи із суб’єктивних уявлень людини, передусім її споживацької психології. Як зазначено вище, міста минулого перебували у стані екологічної рівноваги: природне середовище сприяло знешкодженню відходів, самоочищенню вод, ґрунту та повітря. Сьогоднішня неврівноваженість великих міст зумовлює постійне передчуття екологічної кризи, яку можуть викликати нестача води, зупинка роботи очисних споруд, раптові викиди в атмосферу шкідливих речовин чи припинення подачі електроенергії.

На відміну від природних екосистем, біомаса в місті незбалансована. Наприклад, відношення фітомаси до зоомаси тут інше, ніж у природних екосистемах, головним чином за рахунок величезної маси людей (табл. 11.6), кормові ланцюги та мережі розімкнуті в основних їх ланках, а метаболізм міста (процеси споживання води та харчових продуктів і виділення продуктів життєдіяльності) сильно відрізняється від кругообігу речовин у природі.

Таблиця 11.6.

Біомаса Брюсселя (Sukopp, Wittig, 1993)

Біомаса (жива маса)	кг	%	Консументи
1 075 000 мешканців	59 000 000	7,16	80,00
100 000 собак	1 000 000	0,12	1,36
250 000 котів	750 000	0,09	1,02
Дощових черв’яків	8 000 000	0,97	10,85
Інших тварин	5 000 000	0,61	6,78
Суми консументів	73 7500 000	8,95	—
Рослин	750 000 000	91,05	—
Загальна біомаса	823 750 000	—	—

Питома вага промислового потенціалу Львова приблизно удвічі-втричі вища, ніж сусідніх обласних центрів. А це, у свою чергу, є свідченням рівня індустріалізації та урбанізації міських ландшафтів. Показником урбанізації є питома вага замощених і забудованих територій, які у Львові становлять, наприклад, 60 % проти 35—45 % у сусідніх обласних центрах (Івано-Франківськ, Рівне, Луцьк). Беруть до уваги також викиди промисловості транспорту в атмосферу та загальну забрудненість (у тому числі теплову) навколишнього середовища. Основні висновки, зроблені внаслідок аналізу різних за рівнем урбанізації міських екосистем, такі (Голубець, 1979, 1980):

• чим більше місто, тим більше в ньому проявляється, за образним виразом Ю. Одума, «паразит біосфери». Про це свідчать зсунення у таких великих містах, як Львів, природного рослинного покриву — автотрофного блоку екосистем

(ХVІІ ст. — 70, ХІХ ст. — 60, ХХ ст. — менше 39 %);

• великі міста споживають більше кисню, ніж продукують; водночас вони виділяють більше вуглекислого газу, хоча автотрофний блок не засвоює його й половини;

• у великих містах з їх великою площею горизонтальних і вертикальних штучних поверхонь, які акумулюють і сонячну енергію, відчутно проявляється явище ентропії. Якщо взяти до уваги антропогенне тепло (ТЕЦ, транспорт, тепло мільйона людей), то можна виявити його надлишок;

• різко зменшується кількість природних радіальних і латеральних потоків за рахунок штучного перенесення великої кількості органічних і мінеральних забруднюючих речовин у внутрішню та зовнішню частини міської екосистеми;

• виразно проявляється агресивність міської екосистеми стосовно сусідніх екосистем: лісових, лучних, болотних, а також штучних агроекосистем;

• подальший розвиток міських екосистем неможливий без створення надійного механізму їх штучної регуляції.

Отже, міська екосистема (урбоекосистема) являє собою мозаїку природних і штучних біогеоценозів, які перебувають на різній стадії фітогенези (зародження, розвитку та відмирання). Всі вони підвладні постійно зростаючому антропогенному пресу і являють собою переважно антропогенні сукцесії.