Введение. 
Экология городской среды

Мы не унаследовали Землю наших отцов. Мы взяли ее в долг У наших детей.

«Всемирная стратегия охраны природы», принятая под эгидой ООН

Экология — это наука о взаимных связях организмов с окружающей средой (греч. oikos — дом, родина, logos — учение). Термин «экология» был предложен еще в 1869 году известным биологом Э. Геккелем, однако только в начале нашего столетия в данной области были предприняты систематические исследования, ставшие в последнее время особенно многочисленными. Основная причина такого интереса к науке — угроза истощения природных ресурсов, загрязнение и отравление окружающей среды промышленными отходами и разрушение естественных сообществ (сообщество — это популяции, занимающие данную площадь). К числу главных задач современной экологии относится изучение антропогенных изменений среды, окружающей человека, а также обоснование методов сохранения и улучшения этой среды в интересах человеческого общества. Решение этой задачи сопряжено со значительными трудностями, так как оно требует использования материалов и методов многих научных дисциплин, относящихся к биологии, географии, геофизике, геохимии, геологии, экономике, технике и т. д. Поэтому в экологии практика догоняет теорию.

Природно-технические геосистемы (ПТГ), формирующиеся в соответствии с законами развития и взаимодействия природы и общества, являются объектом сравнительно нового направления экологической науки — инженерной экологии, составной частью которой является экология городской среды.

Одной из основных задач инженерной экологии является создание методов и средств формирования и управления ПТГ, которые обеспечивали бы их функционирование, не нарушая механизмов саморегуляции объектов биосферы и естественного баланса природообразующих геосфер.

В понятийном отношении инженерную экологию часто отождествляют с охраной окружающей среды, что неверно с методологической точки зрения. Охрана окружающей среды представляет собой практическую реализацию целенаправленных действий, сформированных в рамках самостоятельных научных дисциплин, и в первую очередь — популяционной и инженерной экологии.

Популяционная экология занимается обоснованием норм жизнеобеспечения более чем 2 млн видов растительного и животного мира. Инженерная экология, опираясь на эти нормы, выраженные на языке предельно допустимых концентраций (ПДК) и предельно допустимых воздействий (ПДВ), определяет эффективные способы и средства охраны окружающей природной среды.

В научных и практических работах широкое распространение получило понятие промышленной экологии, рассматривающей методы и средства промышленного производства с соблюдением норм воздействия на параметры природной среды, позволяющих не нарушать динамическое равновесие в экологической системе.

Вопрос взаимодействия человека с окружающей средой имеет экономический, социальный, эстетический и биологический аспекты и приобретает в настоящее время особое морально-этическое звучание в связи с его общечеловеческой значимостью.

Общество не может развиваться без потребления. Для удовлетворения своих потребностей люди организуют хозяйственную деятельность. Основой хозяйственной деятельности является производство. Но какими бы ни были цели и принципы общественного развития, возникновение противоречий между человеком и природой, между производством и естественными системами неизбежно. Речь может идти лишь о глубине этих противоречий и о разных возможностях их разрешения. Такова диалектика взаимодействия общества и природы.

Численность населения Земли быстро возрастает. В 1700 г. она составляла 600 млн человек, к 1850 г. увеличилась до 1,2 млрд, к 1950 г. — до 2,5 млрд, к середине 1987 г. на Земле проживало уже 5 млрд, а в 2000 году — около 6 млрд человек. Таким образом, для первого удвоения числа землян с начала XVIII века потребовалось 150 лет, для второго — 100 лет, а для третьего — менее 37 лет. Соответственно, растут и потребности людей, причем не пропорционально росту их численности, а более высокими темпами. Удовлетворить эти непрерывно умножающиеся потребности можно только за счет развития производства. Ежегодно человечество отторгает от природы десятки миллиардов тонн природного вещества — это уголь и руда, нефть и газ, различные строительные материалы, водные и продовольственные ресурсы, кислород и другие газообразные вещества, древесина и т. п.

С развитием производства очевидной становится ограниченность традиционно используемых природных благ суши, поэтому в настоящее время перспективы развития производства все в большей мере связывают с использованием ресурсов мирового океана, космического пространства. Значительные территории ранее нетронутой природы, сельскохозяйственных и лесных угодий захватывают промышленные предприятия, водохранилища, горные выработки, автодороги, магистральные и промысловые трубопроводы, линии электропередач, аэропорты, населенные пункты и особенно города. Если в начале прошлого века в городах проживало лишь 10% населения Земли, то сегодня доля горожан в мире составляет более 40%. Однако это усредненный показатель, а данные удельного веса городского населения по странам такие: США — 74%, Англия и Япония — 76%, Австралия — 86%, Испания — 91%, ФРГ — 94%.

Но, пожалуй, самое негативное воздействие производства на окружающую природную среду состоит в ее загрязнении, приближающемся во многих районах мира к критическому уровню устойчивости экологических систем и здоровья людей. Мировое хозяйство ежегодно только в атмосферу выбрасывает 200 млн тонн оксида углерода, более 50 млн тонн углеводородов, 120 млн тонн золы, 150 млн тонн диоксида серы, большое количество оксидов азота, фтористых соединений, ртути и других токсичных веществ. По имеющимся оценкам, общий объем выбросов загрязняющих веществ к концу прошлого тысячелетия достиг 50 млрд. тонн.

Загрязнение окружающей среды — прекрасный пример прямой и обратной связи системы «человек — окружающая среда», так как все мы вносим в загрязнение свою лепту и все мы от этого страдаем.

Загрязнение окружающей среды наносит огромный ущерб экономике.

Цена загрязнений слагается из трех компонентов:

• • потерь ресурсов в результате эксплуатации с неоправданно большим количеством отходов;
• • стоимости ликвидации загрязнений и контроля над ними;
• • цены здоровья людей.

Отрицательное воздействие производства на окружающую среду обусловлено не только его нерациональной структурой, но и несовершенством технологических процессов. Об этом свидетельствует уже тот факт, что из огромного количества вещества, изымаемого людьми из природной среды для целей производства, в конечный продукт превращается лишь 1,5—2,0%. Основная же его масса переходит в производственные и бытовые отходы. Такое положение обусловлено, с одной стороны, недостаточным уровнем развития науки и техники, а с другой — характером производственных отношений, доминирующих в том или ином сообществе.

Загрязнение атмосферного воздуха сопровождается массовой гибелью лесов — «легких планеты», снижением поголовья или исчезновением отдельных видов фауны, снижением урожайности сельскохозяйственных культур, потерей рыбопродуктивности водоемов, наносит урон здоровью людей. Общий экономический ущерб при этом исчисляется каждый год сотнями миллиардов долларов.

Все это ставит перед людьми объективное требование — не допускать превышение порогов устойчивости экологических систем, чтобы не вызывать необратимых процессов в природе, способных привести к ее критической деградации и гибели всего живого на Земле.

Очень важным обобщением экологии является понятие экологической системы (экосистемы). Экологическая система включает группу взаимосвязанных живых организмов и тех элементов внешней среды, которые оказывают на них наиболее сильное влияние и сами в той или иной степени зависят от деятельности организмов. Экосистемы могут быть как локальными (например, небольшой замкнутый водоем), так и глобальными (биосфера, атмосфера, гидросфера и т. д.).

Экологическая система (система — это объективное единство закономерно связанных друг с другом предметов и явлений) относится к классу сложных систем. Наделенная известными признаками сложности (невозможность строгого математического описания, многозвенность структурного состава и многосвязность составляющих структурных единиц), экосистема имеет свои специфические особенности, отличающие ее от стереотипных технических систем: .

• • неадекватность поведения естественных и искусственных объектов, составляющих экосистему;
• • многомерность протекающих в системе формирующих и деградационных процессов;
• • принципиальная неприменимость традиционных методов оптимизации по экономическим критериям и т. д.

Экологическая система обладает свойством надежности, описываемой такими понятиями, как устойчивость, равновесие, живучесть, безопасность.

Устойчивость — свойство, внутренне присущее экосистеме, характеризующее способность:

• • выдерживать изменения, создаваемые внешними воздействиями (например, техногенные воздействия на природный ландшафт);
• • оказывать сопротивление внешним (техногенным) воздействиям.

Равновесие — свойство экосистемы сохранять устойчивость в пределах регламентированных границ при антропогенных изменениях природного ландшафта.

Живучесть — свойство, характеризующее действенные показатели экологической защиты экосистемы и проявляющееся в способности биогеоценозов ландшафта к самовосстановлению.

Безопасность — свойство, определяющее риск потерь устойчивости, равновесия и живучести экосистемы.

Перечисленные общие определения и понятия надежности экосистем можно представить в виде структурной взаимосвязи (рис. В.1), предполагающей наличие количественных выражений конкретных показателей [26].

Рис. В.1. Схема взаимосвязи составляющих надежности экосистемы.

Вторым по значимости понятием (после экосистемы) является биогеоценоз — совокупность на определенной части земной поверхности однородных природных явлений (атмосферы, гидросферы, литосферы и биосферы), имеющих свою особую специфику взаимодействия и внутреннего диалектического единства, а также подчиняющихся определенным закономерностям своего развития (рис. В.2) [26].

Основным природоохранным объектом является природный ландшафт как производная экологического взаимодействия четырех геосфер (по В. И. Вернадскому): атмосферы, гидросферы, литосферы и биосферы (рис. В. З, В.4) [3].

Ландшафт в экологии рассматривается как природное географическое образование, представляющее собой совокупность взаимосвязанных и взаимообусловленных предметов и явлений природы, исторически развивающихся во времени и образующих физико-географический комплекс. Основные компоненты этого природного комплекса (рельеф, климат, воды, почвы, растительность, животный мир) находятся в сложном взаимодействии, образуя однородную по условиям развития единую систему. Ландшафт может рассматриваться также как конкретная территория, однородная по своему генезису и истории развития, которую нельзя разделить по каким-либо признакам на зоны, обладающая единообразным геологическим строением, однотипной формой рельефа, общностью климата, единообразным сочетанием водных и температурных параметров, почв, биоценозов.

Рис. В.2. Схема взаимодействия компонентов биогеоценоза.

Рис. В.З. Схема формирования элементарного природного ландшафта.

без антропогенных изменений: A, G, L, В — геосферы по В. И. Вернадскому,.

О# 0_& 0_L, О_в — центры геосфер В настоящее время выделяют как природные, так и антропогенные ландшафты, а среди последних — агрокультурные и вторичные, где преобразования, проведенные человеком, были настолько велики, что привели к изменению связи природных компонентов. Следует отметить, что большинство современных ландшафтов Земли относятся именно к последним, причем некоторые из них являются полностью деградированными, то есть потерявшими способность выполнять функции воспроизводства здоровой среды [78].

Ландшафт города —- это природный территориальный комплекс, изменяемый в процессе своей жизнедеятельности. Ландшафту присущи такие свойства, как структура, динамика и развитие. Структура показывает, что и как сочетается, взаимодействует и вызывает динамику, которая приводит к изменению предшествующего состояния ландшафта.

Рис. В.4. Схема формирования антропогенного ландшафта.

Ландшафты по степени их технофильности можно сгруппировать в следующий ряд:

• • уникальные, или типичные, ландшафты, которые по своей значимости являются или могут быть объявлены памятниками природы, биосферными заповедниками, национальными парками, памятниками садово-паркового искусства. Все они могут использоваться только в соответствии с их назначением, а система охраны должна обеспечить сохранение первоначального состояния ландшафта на неопределенно долгое время;
• • ландшафты, обладающие высокими рекреационными показателями, курортные зоны, зеленые зоны внутри и вокруг городов, территории заказников и охотничьих угодий. Сохранность их должна обеспечиваться инженерным обустройством и

биологической мелиорацией — постоянным восстановлением растительных сообществ, локализацией очагов повышенной нагрузки на почвенно-растительный покров, регулярным уходом за насаждениями;

ландшафты, несущие в своих недрах месторождения полезных ископаемых (кроме широко распространенных строительных материалов и пресных подземных вод). Деятельность человека здесь направлена на восстановление продуктивности ландшафтов на заключительной стадии эксплуатации этих месторождений;

• сельскохозяйственные и лесные ландшафты, которые используются для получения сельскохозяйственной или лесохозяйственной продукции.

Современная государственная градостроительная политика строится на концепции устойчивого развития городских и сельских поселений. Градостроительный кодекс Российской Федерации [20] определяет устойчивое развитие городских поселений как развитие территорий в целях обеспечения градостроительными средствами благоприятных условий жизнедеятельности человека, ограничение вредного воздействия хозяйственной деятельности на окружающую среду и обеспечение охраны и рационального использования природных ресурсов в интересах настоящего и будущего поколений. Кроме того, устойчивое развитие городов предполагает охрану окружающей среды.

Охрана городской среды в аспекте устойчивого развития городов включает следующие градоэкологические приоритеты [77]:

• • включение в планировочную структуру города природных ландшафтов;
• • установление баланса между урбанизированными и природными площадями территории города;
• • увеличение площади зеленых насаждений общего пользования за счет городских лесов и лесопарков;
• • озеленение санитарно-защитных зон;
• • вынос из жилых районов предприятий с вредными и опасными производствами;
• • строительство окружных автомобильных дорог и скоростных магистралей;
• • организация рекреационных зон на берегах водоемов и водотоков;
• • освоение подземного пространства городов;
• • строительство природоохранных объектов;
• • проведение экологического мониторинга окружающей природной среды.

Благоприятные условия проживания населения обеспечиваются экологическим благополучием городской среды. Комплексная оценка уровня экологического благополучия городской среды (медико-демографические, санитарно-гигиенические, экономические и другие показатели) может быть дана двумя вариантами: оценкой экологического благополучия и (или) индексом устойчивого развития города [77]. Балльный показатель включает 7 ступеней экологического состояния городской среды, каждая из которых характеризуется определенной суммой баллов:

• • 1-я ступень. Краховое состояние — массовые смертельные исходы среди населения, невосстанавливаемые поражения природной среды и разрушения функциональной и композиционной систем организации городской среды.
• • 2-я ступень. Катастрофическое состояние — массовые заболевания населения, крупные поражения природной среды в масштабах города и региона, разрушения функциональной и композиционной систем с возможным их восстановлением.
• • 3-я ступень. Кризисное состояние — сигнальные случаи заболевания населения, очаговые поражения природных ресурсов, нарушения требований градостроительных нормативов и принципов композиции систем организации городской среды.
• • 4-я ступень. Допустимое состояние — отступления от норм, не приводящие к заметным отклонениям в здоровье человека и в природной среде; отклонения от требовании СНиПов и принципов композиции систем организации городской среды, не вызывающие художественно-эстетического и психологического дискомфорта.
• • 5-я ступень. Нормативное состояние — соответствие санитарно-гигиеническим требованиям, нормальное функционирование человеческого организма, флоры и фауны; соблюдение градостроительных нормативов.
• • 6-я ступень. Оптимальное состояние — учет индивидуальных потребностей человека; соответствие функциональной и композиционной организации искусственной среды местным природным условиям, потребностям конкретных социальных групп.
• • 7-я ступень. Гармоническое состояние — совершенство и упорядоченность экологических, функциональных и эстетических отношений между населением, природной и архитектурной средой.

Расчет индекса устойчивого развития города проводится по формуле [77]:

где п — число показателей, Р_ср — средний пли фактический показатель, Р_н — нормативный показатель, К— весовой коэффициент /'-го показателя.

В качестве показателей рекомендуется рассматривать степень загрязнения окружающей среды, среднюю продолжительность жизни, уровень среднедушевого дохода населения, отношение расходов на социальные программы к ВВП. По значениям балльного показателя и индекса устойчивого развития города анализируется динамика изменения качества городской среды.

Вопросы для проверки усвоенных знаний

• 1. Дайте определение понятия экологии.
• 2. Какие задачи решает популяционная экология?
• 3. Какие задачи решает инженерная экология?
• 4. Что такое промышленная экология?
• 5. В чем смысл отношений человека с окружающей средой?
• 6. Охарактеризуйте современное загрязнение окружающей природной среды.
• 7. Из чего складывается цена загрязнения окружающей природной среды?
• 8. Охарактеризуйте современное состояние урбанизации в мире.
• 9. Дайте определение экологической системе и ее специфическим особенностям.
• 10. Какими свойствами обладает экологическая система?
• 11. Что такое биогеоценоз и какими специфическими особенностями он обладает?
• 12. Дайте определение ландшафта и его характерных особенностей.
• 13. Проклассифицируйте ландшафты по степени их технофилыюсти.
• 14. Что понимают под экологически устойчивым экономическим развитием поселений?
• 15. Перечислите и охарактеризуйте градоэкологические приоритеты устойчивого развития города.
• 16. Что такое комплексная оценка уровня экологического благополучия городской среды?