English 

√лавна€

ќ проекте

Ќовости

Ѕиблиотека

ѕоиск

ѕодпишись
на новости!

¬ебмастеру!

‘орум

√остева€ книга

—сылки

                                    

                             


ѕри поддержке:

 

—охранение и восстановление биоразнообрази€.  олл. авторов. ћ.: »здательство Ќаучного и учебно-методического центра, 2002. 286 с.

 Авторы книги: Владимир Евгеньевич Флинт, Ольга Всеволодовна Смирнова, Людмила Борисовна Заугольнова, Лариса Геннадиевна Ханина, Максим Викторович Бобровский, Наталья Александровна Торопова, Ольга Петровна Мелехова, Александр Григорьевич Сорокин

Редакционная коллегия книги: М.В. Гусев, О.П. Мелехова, Э.П. Романова

–ецензенты книги: Марфенин Н.Н., Масленников С.Л., Корзун Л.П., Ягодин Г.А.

Научный руководитель серии Ќ.—.  асимов

  оглавлению книги

„итайте книгу в Acrobat Reader как PDF файл (3400.57KB)

Раздел IV. О.П. Мелехова.
Сохранение биоразнообразия в промышленных и урбанизированных районах

 

 ¬ведение

 Cовременная биосфера, среда обитания всех живых организмов, является в то же время и продуктом их жизнедеятельности: неустанного воспроизведения, метаболизма (обмена веществ) и посмертного разложения мириадов живых существ. Все среды жизни - почвенная, водная, наземная, воздушная Ц есть результат постоянного взаимодействия и взаимопроникновения живого и неживого вещества. Ни один вид живых организмов не может существовать исключительно среди себе подобных. Жизнь возможна только в сообществах (биоценозах) и в определенной совокупности условий, характеризующей место их обитания (биотоп). Единство биотопа и биоценоза лежит в основе одной из основных концепций экологии, концепции экосистемы [Одум, 1986; Шилов И.А., 1997].

Как и любая живая система, экосистема способна к саморегуляции, т.е. к самосохранению, поддержанию своего видового состава, и воспроизведению связей между отдельными видами в экосистемах, т.е. к поддержанию устойчивости. Устойчивость экосистем, их гомеостаз, или, иначе, экологическое равновесие - основополагающие понятия современной экологии.

 В настоящее время на Земле города занимают 5Ц7% площади суши, но их влияние распространяется на большие расстояния. Подсчитано, что 1 м2 городской системы потребляет в 70 раз больше энергии, чем соответствующая площадь естественной экосистемы. Для обеспечения городского населения в 1 млн. человек питанием требуется около 0,8 млн. га пашни. Город влияет на окружающую среду не только как потребитель энергии, органического вещества и кислорода, но и как мощный источник загрязнения.

 Биосфера и отдельные экосистемы способны переносить значительные антропогенные нагрузки благодаря возможности саморегуляции, самоочищения и самовосстановления. Однако эти их свойства имеют естественные пределы, которые могут быть названы емкостью экосистем.

 Экологами убедительно доказано, что качеством природной среды Ђавтоматическиї может управлять только биота, т.е. совокупность всех живых организмов Земли. Анализ моделей и натурные исследования показали, что биологическое разнообразие (разнообразие и количество видов, составляющих экосистему) является критерием и признаком устойчивости экосистемы. Искусственно создать среду обитания для человека не удается, что подтверждено многочисленными экспериментами в разных странах мира. Пути к решению глобальных экологических проблем современности, в том числе проблемы оздоровления городской среды, пролегают через изучение и охрану природных экосистем и сохранение биоразнообразия.

    Глава 1. Разнообразие биологических видов и его значение для биосферы

  Многочисленность и разнообразие обитателей планеты соответствует разнообразию экологических ниш в биогеоценозах. Миллионы биологических видов Ц основной ресурс и базис устойчивости (гомеостаза) биосферы. При описании структуры и свойств экосистем первыми обычно указывают показатели видового разнообразия. Кроме этого, рассматривают структурное разнообразие, характеризующее множество микроместообитаний и экологических ниш, и генетическое разнообразие внутри популяций. Все эти показатели важны для формирования адаптационных возможностей экосистемы. Охрана биоразнообразия нашей планеты является актуальнейшей задачей современности, так как в связи с техногенными воздействиями на природные экосистемы многие виды вымирают. Этот процесс катастрофически ускорился в ХХ веке и ведет к потере устойчивости отдельных экосистем и биосферы в целом.

 Биологическая наука систематика подразделяет все живое на таксоны Ц группы организмов, имеющие общие черты морфологической организации и физиологических процессов и в то же время достаточно обособленные в природе, т.е. не имеющие гибридов с представителями других таксонов.

 Наиболее естественным природным таксоном является вид Ц классификационная единица низшего ранга. Высшим таксоном считается царство. В каждом из них можно найти более примитивных и более морфологически и физиологически сложных представителей, причем все они в высокой степени адаптированы к среде своего обитания [Грин и др., 1993]. Могут быть выделены крупнейшие группы организмов, различающиеся по типу обменных процессов, пищевой специализации и по роли в природе.

 Бактерии: прокариоты (Ђдоядерныеї) одноклеточные организмы. Их клетки не имеют отделенного от цитоплазмы ядра. Однако генетическая программа, как и у всех живых организмов, закодирована в виде последовательности нуклеотидов в ДНК и несет информацию о структуре белков. Бактериальные клетки не содержат таких органелл, как хлоропласты (специализированные для фотосинтеза) и митохондрии (специализированные для клеточного дыхания и синтеза АТФ). Эти биохимические процессы происходят у бактерий в цитоплазме.

 Роли бактерий в природе чрезвычайно разнообразны, что связано с различными источниками энергии, используемыми разными группами бактерий. Многие гетеротрофные аэробные бактерии являются редуцентами в экосистемах. В почве они участвуют в образовании плодородного слоя, преобразуя лесную подстилку и гниющие остатки животных в гумус. Бактерии почвы разлагают органические соединения до минеральных веществ. Установлено, что до 90% СО2 попадает в атмосферу за счет деятельности бактерий и грибов. Бактерии участвуют в биогеохимических циклах азота, серы, фосфора. Самоочищение воды в природных водоемах, а также очистка сточных вод производится аэробными и анаэробными гетеротрофными бактериями.

 Бактерии-симбионты населяют кишечник травоядных животных; бактериальная микрофлора кишечника человека участвует в процессах переваривания целлюлозы (растительной клетчатки). Эти бактерии также синтезируют некоторые витамины. Нитрифицирующие бактерии Ц симбионты бобовых растений Ц обогащают почву азотом.

 Бактерии используются в биотехнологических производствах. Продукты микробиологической промышленности используются как источники пищи и топлива (биогаз из растительных остатков). Бактерии применяют в генетической инженерии, например для биотехнологического получения ценных лекарственных препаратов. Ряд бактерий являются возбудителями болезней растений, животных, человека.

 Автотрофные бактерии, как фотосинтезирующие, так и хемосинтезирующие, являются продуцентами в некоторых экосистемах. Цианобактерии (фотосинтетики) играли решающую роль в повышении уровня свободного кислорода в атмосфере в ранние периоды жизни Земли. В настоящее время бактериальные препараты используются для очистки почвы от нефтяных и других органических загрязнений, для борьбы с насекомыми-вредителями и т.д.

 Простейшие Ц одноклеточные эукариотические организмы со сложно организованной цитоплазмой и истинным ядром. Клетка простейших выполняет все жизненно важные функции с помощью специализированных внутриклеточных структур Ц органелл. В природе простейшие широко распространены  во влажной и водной среде. Разнообразие простейших велико: описано более 50 000 видов. Эти виды входят в водные и почвенные сообщества. Имеются также виды простейших, паразитирующих на многоклеточных организмах и являющихся возбудителями заболеваний. Многие простейшие участвуют в очистке сточных вод, в почвенных экосистемах Ц играют роль в почвообразовании.

 Грибы Ц большая и процветающая группа организмов. Описано около 100 000 видов. Разнообразие грибов охватывает такие организмы, как дрожжи, плесневые грибы, возбудители  болезней и, наконец, высшие грибы, имеющие зачастую крупные размеры и употребляемые в пищу животными и человеком.

 Грибы Ц это гетеротрофные организмы. Тип питания грибов Ц сапрофитный (поглощение питательных веществ через поверхность тела). Тело грибов состоит из переплетения тонких нитей. Грибные нити называют гифами, а их совокупность Ц мицелием. Отдельный гриб может образовать за 24 часа мицелий длиною более километра. Роль грибов в природе чрезвычайно велика. Грибы зачастую являются симбионтами (партнерами) растений. Взаимовыгодная связь грибов с корневой системой растений Ц микориза Ц играет ключевую роль в питании и распространении растений, в почвообразовании. Симбионты грибов с водорослями Ц лишайники Ц заселяют непригодные для других организмов места обитания.

 В наземных и почвенных экосистемах грибы вместе с бактериями играют роль редуцентов, притаясь мертвым органическим веществом и разлагая его. Метаболическая активность грибов очень высока, они способны к быстрому разрушению горных пород и высвобождению из них химических элементов, которые при этом включаются в биогеохимические циклы углерода, азота и других компонентов почвы и воздуха. Многие грибы являются паразитами растений и животных. Некоторые виды вызывают быструю порчу деревянных, кожаных изделий и многих других органических материалов, а также пищевых продуктов. Грибы образуют биологически активные вещества, используемые в медицине и биотехнологии (например, антибиотики). Одноклеточные грибы Ц дрожжи Ц используются с древних времен и до наших дней в хлебопечении, виноделии, пивоварении, в микробиологической промышленности.

 Наконец, съедобные шляпочные грибы являются ценным пищевым продуктом и объектом специального разведения.

 Растения Ц это автотрофные фотосинтезирующие эукариотические организмы, в клетках которых в специализированных для фотосинтеза органеллах Ц хлоропластах Ц содержится зеленый пигмент хлорофилл. В царстве растений выделяют группы обитателей воды и суши. Ведущее место в водных экосистемах занимают водоросли, играющие роль продуцентов органического вещества и источников кислорода. Мельчайшие водоросли, парящие в поверхностных слоях теплых океанов, благодаря своему быстрому размножению и большой суммарной биомассе, являются важными поставщиками кислорода для всей атмосферы Земли. Некоторые водоросли используются в пищу животными и человеком.

 В наземных экосистемах поток энергии по пищевым цепям начинается с высших растений Ц мхов, папоротников, голосеменных и покрытосеменных (цветковых). Эти растения имеют разнообразные приспособления для наземного образа жизни, добывания и использования воды, размножения. Самой совершенной является группа цветковых (покрытосеменных) растений, освоивших разнообразнейшие места обитания. Растения играют ведущую роль в современной биосфере. Характер фитоценозов определяет облик ландшафтов. В экосистемах именно растения, как правило, являются доминантными видами, определяющими характер зооценозов и микробоценозов.

 В хозяйственной деятельности и жизни человека растения также играют ведущую роль как источник пищи, строительного материала, лекарственных и других биологически активных веществ. Растительные сообщества палеобиосфер создали ныне используемые человеком запасы органического топлива. Растительный покров планеты регулирует климат, гидрологический режим, служит основой способности экосистем к самоочищению. Растения широко использует современная биотехнология для производства пищевой биомассы, лекарств, а также биомассы для энергетических целей.

 Животные. Царство животных включает эукариотические гетеротрофные организмы, большинство которых способно к активному движению и питается, схватывая и заглатывая добычу, переваривание которой происходит в полостях пищеварительного тракта. В экосистемах животные представляют трофические уровни консументов (травоядные животные, мелкие и крупные хищники, некрофаги). Разнообразие животных весьма велико. В царстве животных биологическая систематика выделяет различные типы строения тела, с чем связаны и особенности выполнения основных жизненных функций. Для животных характерно наличие нервно-гормональной регуляции физиологических процессов и активного поведения (выбора образа действий). Можно разделить царство животных на две большие группы Ц беспозвоночных и позвоночных.

 У представителей позвоночных Ц рыб, амфибий, пресмыкающихся, птиц и млекопитающих Ц особенно хорошо развита центральная нервная система, что позволяет им быстро двигаться, активно охотиться и завоевывать все современные среды обитания. Развитие центральной нервной системы (мозга) является морфологическим условием развития сложного индивидуального поведения и интеллектуальных свойств у высших животных. Среди беспозвоночных животных наиболее процветающей группой являются насекомые, многие из которых обладают сложными врожденными формами поведения и развитым социумом (Ђобщественныеї насекомые Ц пчелы, осы, муравьи, термиты и др.).

 Видовое разнообразие животных играет важную роль в регуляции биоценозов. Многие виды животных служат для человека объектом разведения и промысла. Домашние и сельскохозяйственные животные Ц верные спутники человечества на пути цивилизации.

 Совокупности популяций различных видов в экосистемах создают устойчивые биогеохимические циклы, благодаря которым поддерживается постоянство современных сред жизни Ц почвенной, наземной и водной. Экосистемы способны к саморегуляции, восстановлению равновесия численности популяций многих видов, взаимодействующих между собой в биоценозах. Особое значение для гомеостаза экосистем имеют трофические отношения между видами. В природе закономерно сочетаются численности видов, представляющих основные экологические группы организмов: продуцентов (растений), консументов (животных) и редуцентов (бактерий и грибов). Чем более разнообразными видами представлена каждая группа, тем устойчивее экосистема в целом, благодаря взаимозаменяемости видов. В биогеоценозах многообразие биологических видов поддер≠живает устойчивые круговороты биогенов, химических элементов, входящих в состав живых организмов (кислорода, углерода, водорода, азота, фосфора, кальция, серы и др.), благодаря которым осуществляется усвоение и трансформация солнечной энергии в биосфере, получение ресурсов и переработка отходов.

 Энергетика природных биоценозов построена таким образом, что биомасса растений (продуцентов) создается за счет фотосинтеза Ц синтеза органических веществ из простых неорганических соединений с использованием энергии солнечного света; 90% энергии первичной продукции Ц растительной биомассы Ц потребляют микроорганизмы (грибы и бактерии), мелкие беспозвоночные животные потребляют еще около 10%, а на долю крупных животных, в том числе позвоночных, остается всего 1%. Роль животных (консументов) в биоте заключается в тонкой настройке функционирования сообществ. Таким образом, фотосинтезированное органическое вещество растений Ц это важнейший возобновимый ресурс биосферы.

 Разнообразие биологических видов Ц необходимое условие устойчивости циклов синтеза, трансформации и деструкции органического вещества биосферы. В природных экосистемах с высокой точностью биота поддерживает баланс между продукцией и деструкцией органики. Важнейшую роль биота играет в разрушении горных пород и почвообразовании. Кроме того, биота осуществляет эффективное управление гидрологическим режимом, составом почвы, атмосферы, воды. Установлено, что биота сохраняет в полной мере эту способность, если человечество использует не более 1% чистой первичной продукции биоты. Остальная часть продукции должна идти на поддержание жизнедеятельности видов, стабилизирующих среду [Горшков В.Г., 1980, 1995].

 Человек в ХХ веке направил в антропогенный канал поток биосферной энергии. В начале ХХ века человечество потребляло примерно 1% чистой биосферной продукции, в конце того же века эта цифра увеличилась в 10 раз. В результате деятельности человека нарушаются биогеохимические циклы: нарушаются фитоценозы и уменьшается их продуктивность; увеличивается доля гетеротрофного звена в экосистемах, часть биомассы растений изымается из круговорота в пользу человека. Кроме того, накапливается громадное количество отходов, деструкция которых природными редуцентами невозможна. Катастрофически нарастают процессы деградации природной среды. В 1900 году естественные экосистемы были разрушены на 20% суши, сейчас Ц на 63% суши. Разрушаются также морские экосистемы, начиная, прежде всего, с внутренних морей. Многие виды живых организмов исчезают с лица Земли. Перечни редких и исчезающих биологических видов (Ђкрасные книгиї) содержат тысячи наименований.

 Глава 2. Урбанизация

    Город отличается от природных экосистем более интенсивным Ђметаболизмомї на единицу площади, поскольку на его территории изменен естественный энергетический баланс: к солнечной энергии добавлена энергия городских источников тепла и электроэнергии. Он отличается также более активной миграцией вещества с вовлечением искусственных материалов Ц металлов, пластмасс и др., более мощным потоком отходов, многие из которых не реутилизируются в природе и являются токсичными. Город полностью зависит от поступления ресурсов из природных экосистем. В строгом смысле, город не является экосистемой, так как не производит продуктов питания, не обогащает воздух кислородом, почти не возвращает воду и неорганические вещества в природные круговороты.

 При планировании развития города необходимо учитывать емкость сосуществующих с ним природных экосистем. Она определяется их способностью к регенерации изъятых ресурсов и к регенерации природных резервуаров Ц воздушного, водного бассейна, земель, а также мощностью потоков биогеохимического круговорота [Акимова, Хаскин, 1994].

 Наряду с ростом населения мира, урбанизация являлась доминирующей тенденцией развития человечества в ХХ веке. В 50-х годах население городов составляло 600 млн. человек, в конце 80-х годов Ц более 2 млрд. человек (43Ц45% населения мира). Массовая урбанизация Ц это феномен ХХ в.: до 1900 г. в городах жили всего около 14% населения. При этом существенную роль играют три демографических процесса: миграция из сельских районов в город, естественный прирост городского населения и превращение сельских районов в города. При сохранении этих демографических тенденций число горожан через 20Ц30 лет удвоится. При этом в значительной мере рост городов (рис. 2.1) характерен для стран третьего мира (три из пяти городов с населением около 15 млн. человек находятся именно в развивающихся странах).

Рис. 2.1. Рост численности населения городов в последней четверти ХХ века по данным программы ООН UNEP [Николайкин и др., 2000]

 Урбанизация резко нарушает баланс инвестиций в сельские и городские виды производства в пользу последних. При этом растет социальное неравенство населения: горожане имеют явный приоритет в обеспечении услугами образования, здравоохранения, энерго- и водоснабжения. В развивающихся странах сельскому населению, составляющему до 70% и более всего населения, выделяется лишь около 20% бюджета. Такой подход способствует не только  обострению социальных противоречий, но вызывает растрату и людских (здоровье и развитие людей) и природных ресурсов.

 Урбанизация и в будущем останется одной из важнейших глобальных проблем. На фоне общего роста численности населения мира городское население в 1990Ц1995 годах увеличивалось со средней скоростью 2,5% в год, тогда как сельское Ц на 0,8% в год. В перспективе к 2025 году в городах будет жить 61% населения Земли.

 Наивысшие показатели прироста городского населения характерны для наиболее бедных стран (до 7% в год). При этом численность населения крупного города удваивается примерно за 10 лет.

 Для второй половины ХХ века характерно формирование мегаполисов (городов с населением более 6 млн. человек) и конурбаций (скоплений городов). Если в 1950 году в мире было всего два мегаполиса Ц Нью Йорк (12,3 млн. человек) и Лондон (8,7 млн. человек), то на 1995 году в мире насчитывалось 30 мегаполисов и ожидается, что к 2015 году их число возрастет до 516 [Голубев, 1999].

 Проблемы урбанизации можно подразделить на следующие группы: изменения в природных экосистемах; изменения в образе жизни, здоровье и психологическом статусе человека; прогрессирующее загрязнение и деградация природной среды.

 Города требуют сосредоточения продовольствия, воды и топлива в таких масштабах, которые не встречаются в природе. Природные экосистемы также не в состоянии переработать то количество отходов, которое сопровождает жизнедеятельность города (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Схема метаболизма (т/сут) города с населением 1 млн. человек [Голубев, 1999]

  Со временем все увеличивается зависимость городов от обеспечения извне продовольствием, водой, энергоресурсами, а также необходимость постоянного изъятия отходов, рекультивации городских и пригородных земель, организации рекреационных зеленых зон вокруг городов как с целью очищения воздушных и водных масс, загрязняемых жизнедеятельностью города, так и с целью организации оздоровления и отдыха горожан.

 В последние десятилетия, в связи с ростом уровня загрязненности городской среды, наблюдается тенденция к Ђрасползаниюї мегаполисов: образованию кольца спальных районов в зеленой зоне и развитию Ђчелночногої автотранспорта, доставляющего горожан к местам работы в центре. Главными последствиями Ђрасползанияї мегаполисов могут считаться истощение энергетических ресурсов в связи с растущими потребностями населения, загрязнение воздуха, следствиями которого являются парниковый эффект и кислотные дожди; деградация водных, лесных, почвенных ресурсов, потеря сельскохозяйственных угодий, разрушение природных экосистем вокруг города.

 Стихийное развитие городов несет также много опасностей и для горожан, так как до последнего времени планирование городского хозяйства велось без учета экологических факторов и их влияния на здоровье и благополучие человека. Большинство проблем, связанных с жизнью человека в городе, имеют санитарно-гигиенические, социальные и психологические корни, так или иначе связанные с перенаселением и всеми видами загрязнения городской среды. Техногенная городская среда, с одной стороны, предоставляет человеку комфорт, лишающий его необходимых факторов физиологической тренировки, с другой стороны, она щедра на стрессовые условия: химические, физические, социально-психологические, информационные стрессы создают постоянный источник опасности для физического и психического благополучия современного горожанина. В частности, упомянем загрязненный воздух, хлорированную воду, рафинированное и несбалансированное питание, избыток противоречивой информации, гиподинамию, химизацию и электрификацию домашнего хозяйства, электромагнитные, шумовые, вибрационные нагрузки и многое другое.

 Современный город представляет собой неустойчивую искусственную экосистему с преобладанием гетеротрофного звена пищевых цепей. Поэтому городская среда для ее поддержания нуждается в постоянной заботе человека о восстановлении зеленых насаждений, очищающих воздушный бассейн, очищении водоисточников и удалении и переработке отходов. Степень антропогенных преобразований городских территорий очень значительна. Город потребляет, перерабатывает и превращает в отходы значительную массу воды, продовольствия, топлива. Города являются также центрами, влияющими на антропогенную трансформацию прилегающих территорий вокруг города и вдоль крупнейших транспортных магистралей. В зонах высокого загрязнения воздуха предприятиями промышленности, энергетики и автотранспортом растительность (ее состояние и видовой состав) изменена или уничтожена. Крупные города, расположенные на реках, вносят заметный вклад в загрязнение рек, причем иногда это приводит к полному уничтожению биоты на протяжении нескольких километров вниз по течению. В реках городов в жарком климате концентрация патогенных бактерий катастрофически увеличивается.

 Степень и характер влияния городов на природные экосистемы зависят от многих факторов: численности и плотности городского населения, его экономического положения, от специфики промышленных предприятий, типа застройки, а также от климата и географического положения. Вместе с тем можно выделить некоторые функциональные зоны, характерные для любого города [Негробов и др., 2000]. Центр города Ц ядро культурно-бытовой инфраструктуры города: общественных, торговых, культурных планировочных единиц; здесь сходятся также основные транспортные магистрали. Селитебные территории города заняты жилой застройкой, вместе с зданиями общественного назначения, уличной сетью и зелеными участками. Внеселитебные территории включают промышленные, коммунально-складские зоны и магистрали пригородного транспорта. Основой существования города зачастую является комплекс промышленных предприятий. Промышленные зоны могут занимать от 20 до 60% всей территории города. Профиль этих предприятий, их расположение определяют основные типы загрязнений и характер их распространения в окружающей среде (в воздухе, воде, почве). Взаимное расположение этих функциональных зон в значительной мере зависит от того, стихийно ли складывалась структура города в историческом формировании (концентрическая и пятнистая застройка), или же город строился планомерно, с четким зонированием территорий. Большое влияние на окружающие город территории и городскую среду оказывают транспортные потоки и их организация.

 Климат и биотические компоненты городской среды значительно отличаются от природных экосистем. В городскую среду поступает примерно в 10 раз больше веществ, чем из нее выносится, вокруг города аккумулируются отходы. Город представляет собой Ђостров теплаї с куполом пыли и смога над ним. Все это ведет к резкому уменьшению видового разнообразия в городе, изменению флористического и фаунистического состава биоценозов.

 Можно выделить различные категории городских ландшафтов [Мильков, 1996]:

геотехногенные системы Ц Ђпогребенные ландшафтыї, Ђкаменные одеждыї города;

урбобиоценозы Ц включающие растительное и животное население города; зеленые зоны: парки, скверы, сады;

антропогенные ландшафты с фрагментами естественных, расположенные в пригородах (пастбища, пустыри, пригородные леса);

рекреационные (зеленые) зоны, выделенные для отдыха и оздоровления горожан и играющие роль в очищении воздушных и водных масс. Эти зоны служат также сохранению разнообразия местных видов животных и растений. Они нуждаются в охране и заботе человека;

промышленные зоны, в которых в значительной мере разрушены природные экосистемы. Нередко эти системы превращаются в безжизненные пространства.

 Резко различаются по природно-социальным условиям малоэтажные, многоэтажные, заводские, садово-парковые районы.

 Влияние крупного города на окружающую территорию распространяется достаточно далеко за его пределы: это широкая зона добычи ресурсов, поставляемых в город (полезных ископаемых, топлива, строительных материалов, продовольствия); зона загрязнения отходами промышленного производства и продуктами жизнедеятельности и, наконец, застроенная и полностью преобразованная территория самого города и пригородов. Загрязнение и деградация этих территорий зависят от характера производства. Так, сточные воды целлюлозно-бумажной промышленности губительны для всех беспозвоночных и рыб в районах сброса; нефтепродукты, кислоты, поверхностно-активные вещества, тяжелые металлы, инсектициды и др. являются мощными токсикантами и при загрязнении ими почвы и воды также вызывают гибель многих живых организмов. Загрязнение воздуха продуктами сгорания углеводородов и выпадение кислотных осадков ведет к деградации растительного покрова, почв и исчезновению многих наземных животных. Транспортные потоки, помимо загрязнения и прямого уничтожения местообитаний, вносят фактор беспокойства в жизнь животных, нарушают пути их миграции, места размножения, связи между биоценозами. При строительстве гидротехнических сооружений разрушаются прибрежные экосистемы, зачастую сильно изменяются ландшафты. При геолого-разведочных работах и на стройках выбросы пустой породы скрывают под собой плодородный слой почвы и содержат токсичные для растений и микроорганизмов вещества.

 Если проводится замещение вырубленных лесов посадками, используют, как правило, немногочисленные виды ценных для человека растений, зачастую интродуценты. Таким образом устойчивая природная экосистема заменяется на неустойчивую, с немногочисленными видами. Интродукция и непреднамеренное расселение чужих видов (например, с транспортом) также нарушают сложившиеся функциональные связи между популяциями в биоценозах и снижает их устойчивость. В частности, это ведет к вспышкам численности вредителей растений, распространению возбудителей болезней животных и другим последствиям снижения устойчивости экосистем.

 

Глава 3. Особенности биотопов в городе

  В городе формируются специфические экосистемы, включающие различные комбинации синантропных и эвритропных видов. Это связано с характерными особенностями городской среды.

Городам свойственны особые климатические условия: парниковый эффект, связанный с загрязнением воздуха; повышенная теплоемкость и отопление зданий приводят к локальному повышению среднегодовой температуры на 0,5Ц1,50С. В городе реже наблюдаются ночные заморозки. Результатом является удлинение вегетационного периода у растений и более раннее их зацветание в центре города.

  Уровень земли в старых городах бывает на несколько метров повышен (благодаря накоплению Ђкультурного слояї) или, наоборот, снижен (благодаря сильному оседанию почвы над надземными пустотами). Плодородный почвенный слой, как правило, запечатан асфальтовым или бетонным покрытием. Уровень грунтовых вод обычно снижен, так как подземные воды извлекаются для хозяйственных нужд, а осадки не просачиваются внутрь из-за покрытий улиц. Городские почвы обычно сильно уплотнены. Чаще всего они эвтрофированы Ц сильно обогащены питательными веществами. Почвы в промышленных зонах и под свалками значительно загрязнены отравляющими веществами.

 Характерной особенностью крупных городов является мозаичный характер их природных комплексов или зеленых насаждений. Это определяет, в свою очередь, островной характер местообитаний животных в городе [Симкин и др., 2000].

 Постройки, их высотность и расположение, также имеют большое значение для городских животных. Структура поверхности зданий в известной мере срав≠нима с этой точки зрения со скальным рельефом.

 Внутри города можно выделить целый ряд различных по своим условиям биотопов: плотная и разреженная застройка, садово-парковые зоны, подвалы, чердаки, свалки, пригороды с индивидуальными постройками и садами, поля орошения, наконец, прилегающие к городу пустыри и леса. Таким образом, разнообразие биотопов порождает и большое количество экологических ниш.

 В связи с этим видовой состав флоры и фауны городов достаточно богат. Наряду с местными видами, характерными для данной климатической зоны, большую роль в городских биоценозах играют интродуценты. Города исторически являются исходными центрами распространения и накопления видов, завезенными человеком. Так, в Европе достоверно установлено внедрение около 10 000 интродуцированных и заносных видов [Sukopp, Trepl, 2000].

 Можно считать также, что для многих местных видов в городе находятся выгодные условия существования: избыточное количество корма на свалках и помойках, места эрозий и отложений у рек. Некоторые биологи допускают возможность возникновения новых видов растений в городских условиях на основе завезенных родительских форм [Sucopp, 2000]. Для многих городских животных Европы не известны крупные популяции вне городов; иные местные виды избирательно концентрируются в городских условиях. Примерами могут служить голубь-сизарь, домовой воробей, хохлатый жаворонок, черный стриж. Некоторые виды животных, обитающие в природе на скалах и в пещерах, в городе осваивают стены домов и подвальные помещения.

 Необходимо еще раз отметить, что урбоэкосистемы являются искусственными природно-антропогенными комплексами. От естественных самоподдерживающихся экосистем их отличают резко нарушенные биогеохимические циклы, наличие громадного количества отходов, которые не в состоянии утилизировать биота. Биоценозы города неустойчивы, так как в них нарушено экологическое равновесие за счет преобладания гетеротрофного звена. Поэтому первостепенные задачи современного градостроительства связаны с планированием Ђзеленых острововї, Ђэкологического каркасаї [Кавтарадзе, 2000] в городе, поддержки фитоценозов (продуцентов), а также охраной и рекультивиро≠ванием почв и восстановлением редуцентов Ц деструкторов отходов.

 

Глава 4. Почвы города

  Почва является одной из основ устойчивости экосистем. Именно в почве происходит этап биогеохимического цикла, связанного с деструкцией органического вещества, происходит биохимическое преобразование культурного насыпного слоя, трансформация поверхностных вод в грунтовые; почва является питательным субстратом для растений. Почва служит Ђбанкомї для семян, регулятором газообмена и т.д. [Добровольский, Строганова, 1997].

 Важнейшими свойствами почвы как среды обитания являются: наличие минеральных элементов питания растений и способность их удерживать, наличие воды и влагоудерживающая способность. Инфильтрация воды с поверхности и аэрация почвы зависят от ее структуры. Переуплотненные почвы становятся непригодными для роста растений. Переувлажнение почв также нарушает газообмен, а относительная кислотность и ионный состав почвенного раствора сильно влияют на жизнь организмов в почвенном слое. Почвенные экосистемы включают следующие компоненты: минеральные частицы, детрит (мертвые остатки растений и животных) и множество живых организмов Ц почвообразователей. К числу последних относятся редуценты (грибы и бактерии), детритофаги (дожде≠вые черви, насекомые, моллюски), простейшие, микроводоросли, землероющие животные (кроты и др.).

 Плодородие почвы в значительной мере определяется наличием гумуса Ц продукта жизнедеятельности почвенных организмов, остатка органического вещества после потребления детрита. Самоподдержание почвенных экосистем тесно связано с жизнью растений. Растения обеспечивают детрит (опавшие листья, отмершие части корней) и защищают почву от эрозии. В природе почва и растительность находятся в состоянии динамического равновесия. Почва служит основой жизни наземных растений, а растения, в свою очередь, Ц ведущим звеном всего сообщества живых организмов.

 В городе почвы исполняют различные экологические функции. Почвы влияют на химический состав подземных вод, являются универсальным адсорбентом, поставщиком и регулятором содержания CO2, N2, O2 в воздухе, поглотителем вредных газовых примесей, в том числе выбросов автотранспорта, ТЭЦ и др. Газовый состав атмосферы почва регулирует путем выделения и поглощения метана, аммиака, углекислого газа.

 Благодаря своим биогеохимическим свойствам и мелкодисперсной структуре почва может превращаться в Ђдепої токсических соединений, и она же может играть до известной степени роль барьера для солей тяжелых металлов, пестицидов, нефтепродуктов, минеральных удобрений на пути их миграции в грунтовые воды.

 В городах и промышленных зонах плотная застройка нарушает газо- и водообмен почв, изменяет механические свойства грунтов, нарушает структуру. Органические остатки Ц продукты жизнедеятельности людей Ц и промышленные отходы изменяют физико-химические и биологические свойства почв. Культурный слой Ц исторический след всех антропогенных преобразований территории города Ц формируется насыпными грунтами, остатками древних строений и настилов, захоронений, свалок. Культурный слой Москвы имеет толщину от 4 до 21 м. Современное подземное хозяйство города уходит на глубину до 100 м. В силу этого нарушается геологическое строение территории, происходит оседание земной поверхности. Так, в Токио за 35 лет поверхность земли опустилась на 3Ц4 м, в Мехико Ц на 7 м с 1900 по 1960 год [Негробов и др., 2000].

  Природные почвенные экосистемы теряют способность к саморегуляции также в силу химического, механического, бактериального и физического загрязнения: отходами промышленности, сельского и коммунально-бытового хозяйства. В Москве площадь значительного загрязнения с 1977 по 1988 год увеличилась со 100 до 600 км2. В 6 раз возросло среднее содержание в почвах тяжелых металлов. Удаление и складирование твердых отходов Ц проблема любого городского хозяйства. В отвалы предприятий добывающей и перерабатывающей промышленности идет до 90% добытого из недр сырья, площадь отвалов составляет тысячи квадратных километров.

 Бытовые отходы, как и промышленные, частично утилизируются (компост, вторсырье), частично складируются и должны подвергаться обеззараживанию и уничтожению (сжиганию). Площадь городских свалок впечатляет; в развитых странах на одного городского жителя ежегодно приходится до 900 кг мусора. Почвы под свалками испытывают значительное механическое и тепловое воздействие, в них диффундируют токсичные вещества, размножаются патогенные микроорганизмы. Считается, что для обеззараживания такого современного полигона необходимо 50Ц100 лет.

 Естественные почвы и самоподдерживающиеся почвенные экосистемы в городе сохраняются в основном на территории природных комплексов: оставшихся участков леса, крупных парков. Сохранение их Ц необходимое условие существования полноценных экосистем. На застроенных участках города обра≠зуется новый тип почв, так называемый Ђурбаноземї [Строганова, Прокофьева, 2000]. В городе встречаются Ђзапечатанныеї территории под покрытием, непроницаемым для водного и воздушного обмена, и открытые территории, которые могут быть озелененными, где почвы сохраняют свои экологические функции, и не озелененными, где растительность представлена сорными и рудеральными видами, а почвы деградируют, теряя плодородие и основные свойства. При градостроительстве необходимо ограничивать Ђзапечатываниеї почв и сохранить сеть соединенных между собой озелененных зон, преимущественно сохраняющих специфику природных экосистем. Необходимы мероприятия по рекультивации почв в промышленных зонах, разработка новых методов, в том числе биотехнологических, создание микробных комплексов для этих целей.

 Микробные сообщества в городских почвах имеют ряд особенностей. По сравнению с естественными почвами в городских почвах средней полосы России резко снижено содержание мицелия грибов, основных почвообразующих организмов Ц деструкторов органических остатков. При этом ухудшаются условия роста растений. Доля бактерий в почвенной биомассе увеличивается. Увеличивается также доля эвритопных микроскопических грибов. Формируются более упрощенные, чем в естественных условиях, микробокомплексы. На поверхности почвы увеличивается присутствие фитопатогенных грибов. На поверхностях городских сооружений, благодаря выпадению кислотных осадков, активно размножаются бактерии, разрушающие камень, бетон и деревянные покрытия. Зачастую представители этих видов микроорганизмов вызывают аллергические реакции у людей [Марфенина, 1999].

 

Глава 5. Водные системы города

 Гидрологический цикл в природе включает процессы: испарения воды с поверхности водоемов, конденсации водных паров в атмосфере, выпадения осадков, фильтрации через почву; проникновение в подземные водоносные пласты; всасывание, транспорт и транспирацию воды растениями, включение воды в биохимические процессы во всех живых организмах. Влияние городов на водные системы связано со значительным перерасходом водных ресурсов, а также с загрязнением воды, потерей водными экосистемами способности к самоочищению, изменением и обеднением их видового состава.

 Живое вещество приблизительно на 90% состоит из воды. Ежегодно биота связывает в фотосинтезированном органическом веществе 60 млрд. т углерода и около 500 км3 воды [Голубев, 1999]. Растения Земли забирают из почвы, используют в метаболических процессах и затем транспирируют в атмосферу еще большее количество воды. Всего в биологической ветви гидрологического цикла участвует около 25% суммарного количества осадков, выпадающих на поверхность суши.

 В процессе фильтрации через почву вода выпавших на поверхность осадков очищается. Но если почва загрязнена токсическими веществами, они могут вместе с фильтрующейся водой попасть в подземные воды, и затем Ц в родники, реки и т.д. Вода, как биокосное, тело формируется живыми организмами.

 Жизнь городских водоемов зависит от качества воды. Во многих промышленных городах реки мертвы из-за высокого уровня загрязнения, причем это влияние распространяется на много километров вниз по течению.

 Однако живое население водоемов с более низким уровнем загрязнения приспосабливается к этим воздействиям. По сравнению с естественными водными экосистемами, состав биоценозов городских водоемов изменяется. В нем преобладают виды, устойчивые к загрязнениям. Гидробионты играют большую роль в очищении воды. Например, в Воронежском водохранилище встречается более 300 видов водорослей, 67 видов высших водных растений, около 200 видов зоопланктона, более 170 видов зообентоса, 38 видов рыб. Подсчитано, что вся толща воды в Воронежском водохранилище может отфильтроваться за 4,2 суток только за счет активности зоопланктона [Животова, 1996, Негробов, 1997]. В фильтрации и в процессах разложения органических загрязнений (бытовые сточные воды, детрит и др.) участвуют многие организмы, живущие на дне водоема: моллюски, губки, ресничные черви, личинки насекомых, простейшие, бактерии, водоросли, водные высшие растения. Вблизи мест сброса сточных вод находятся скопления моллюсков, например дрейссены, которые играют роль биофильтров. Мелководные пруды и берега водохранилищ, занятые тростником и другими околоводными видами, являются удобными местообитаниями водоплавающих птиц, рептилий, амфибий, млекопитающих. Зеленые и влажные долины малых рек в городе служат естественными коридорами миграции и местами укрытия многих животных.

 Видовая структура водных биоценозов и физиологическое состояние отдельных видов гидробионтов может дать полезную информацию о качестве окружающей среды. Растения и животные, фильтруя воду, накапливают в своих организмах токсические вещества. Донные животные являются надежными индикаторами качества воды и состояния всей водной экосистемы. Благодаря достаточной длительности их жизненных циклов, накопление токсических веществ в телах этих животных позволяет оценить характер и степень загрязнения проточного водоема. В стоячих водах прудов или в малопроточных водоемах надежными индикаторами биологической полноценности служат также планктонные (парящие в толще воды) мелкие организмы. Фотосинтетическая активность фитопланктона является при этом одним из важных показателей. Биологическая диагностика водоемов основывается на анализе состояния всей водной экосистемы, включая основные звенья биоценоза: водных высших растений, донных животных, водорослей, планктона, рыб, амфибий, личинок водных животных, микробных комплексов.

 Часто используется так называемая Ђшкала сапробностиї, соответствующая способности организмов существовать и размножаться в водоемах, в различной степени загрязненных органическими веществами. В шкале выделяются группы организмов Ц полисапробов, обитающих в загрязненной воде, мезосапробов, переносящих среднюю степень загрязнения, и олигосапробов, предпочитающих чистые воды. Таким образом, по мере загрязнения водоемов изменяется состав и численность организмов разных групп; олигосапробные виды исчезают, преимущественно размножаются мезо- и полисапробы.

 Антропогенное воздействие отражается также на значительном изменении водного баланса и гидрологического режима водоемов в городе и его окрестностях. Проблемы водоснабжения городов решаются за счет водозабора из поверхностных источников и за счет откачки глубинных подземных вод. Зачастую приходится также использовать искусственные водоемы Ц водохранилища и каналы для переброски части водостока из соседних территорий. На каждого жителя крупного города расход воды составляет от 300 до 600 л воды ежесуточно. На нужды промышленности и энергетики расходуется около 600 млн. м3 в сутки [Зарубин и др., 1977]. Дефицит пресной воды уже сейчас ограничивает развитие многих промышленных центров. Поступление и очистка воды в водопроводных системах города требуют расхода значительных средств.

 Развитие города существенно влияет на структуру водных систем, объемы стоков в реках и ручьях. Исчезновение прибрежной растительности ведет к эрозии берегов, обмелению озер и рек, снижению уровня грунтовых вод. Засыпка оврагов и балок, бетонирование русел рек и превращение малых рек в подземные коллекторы меняет направление грунтовых вод, истощает родники, нарушает естественный дренаж территории. Откачка подземных вод приводит в ряде случаев к оседанию земной поверхности, образованию провалов и воронок. На территории Москвы за время ее существования исчезли около 800 малых рек, ручьев, прудов, болот, озер. Таким образом, исчезли местообитания многих видов животных и растений.

 Создание искусственных водохранилищ также порождает целый комплекс экологических проблем, так как затопление территорий ведет к уничтожению пойменных биоценозов, в то же время вода в хранилище имеет измененный химический состав из-за гниющих растительных остатков, в ней активно размножаются цианобактерии, она становится непригодной для жизни многих гидробионтов.

 Когда из рек отводят воду, болота вдоль их русел, не подпитываясь паводками, пересыхают, и это также ведет к исчезновению многих видов растений и животных. Болота в природе играют большую роль в очищении воды, просачивающейся сквозь их толщу в грунтовые воды. Болота являются регуляторами речного стока, они питают родники и реки. Кроме того, болота, обогащенные биогенами, представляют собой наиболее продуктивные экосистемы, служат местообитаниями многих диких животных.

 Сброс бытовых сточных вод и смывание почвы, богатой органическими остатками, приводит к эвтрофикации водоемов Ц обогащению биогенами, в особенности азотом и фосфором. Это создает условия для быстрого размножения и затем отмирания фитопланктона, накопления детрита. Отмерший фитопланктон и крупные водоросли поступают в глубинную зону, где их потребляют редуценты. Процессы гниения водной растительности приводят к дефициту кислорода и вымиранию бентосных видов. Экосистема теряет устойчивость.

 В результате антропогенного воздействия в p. Москве, по данным археологических и биологических исследований, полностью исчезли следующие виды рыб: русский осетр, стерлядь, каспийский лосось, таймень, белорыбица, каспийская минога. Исчезают и относятся к редко встречающимся такие виды рыб, как подуст, язь, елец, жерех, линь, красноперка, сом, налим и др. До сих пор многочисленны: плотва, лещ, серебряный карась, пескарь, окунь.

 Вместе с тем появились акклиматизированные виды рыб: чехонь, белоглазка, карп, толстолобик, ротан, угорь, гуппи и др. Сейчас ихтиофауна p. Москвы насчитывает 37 видов [Соколов и др., 2000].

Полностью исчезли проходные рыбы, а также виды рыб, нуждающиеся в условиях рек с быстрым течением. Более многочисленны устойчивые к эвтрофикации рыбы Ц обитатели стоячих или слабопроточных вод.

 В прибрежных зонах городских и пригородных водоемов Москвы резко сокращается разнообразие и обилие земноводных (осталось 9 видов) и пресмыкающихся (2 вида) [Леонтьева, 2000]. Представители герпетофауны обитают главным образом на периферии города, в местах, связанных с естественными водотоками там, где имеется луговая и лесная растительность, мелководные водоемы для размножения (амфибий) с пологими берегами, сохранение путей миграции в другие биотопы и мест укрытия (валежник, лесная подстилка).

 Исчезновение многих ранее обычных для водоемов Москвы и Подмосковья видов рыб и амфибий связано с отсутствием условий для размножения и развития. Генетические дефекты и нарушения развития часто являются следствием загрязнения водоемов бытовыми и промышленными отходами. Как у амфибий, так и у рыб наблюдаются аномалии развития, приводящие к гибели или уродствам [Мелехова и др., 2000]. У плотвы в р. Москве, например, от 10 до 70% взрослых особей имеют те или иные морфологические дефекты: Ђрыбы-мопсыї с уродливым черепом, особи с искривлением позвоночника, слепые и одноглазые рыбы и т.п. [Соколов и др., 2000]. Химический анализ рыб из Москвы-реки показал накопление в их телах таких токсикантов, как нефтепродукты, тяжелые металлы, пестициды.

 

Глава 6. Растительность в городе

  Растительность Ц основополагающая часть экосистем города. Роль растений в жизни горожан трудно переоценить. Функции растений в городе разнообразны: улучшение городского микроклимата, производство продуктов питания, регуляция газового состава воздушной среды города, обогащение ее кислородом, поглощение пыли и токсических веществ, снижение уровня шума, обогащение эстетического облика города, условий отдыха горожан. Растения в экосистемах играют ведущую роль, являясь источниками пищи и кислорода и создавая условия для жизни и убежища для других организмов.

 Одно дерево может выделить в сутки количество кислорода, необходимое для дыхания трех человек [Никитин, Новиков, 1986]. На озелененной территории летом температура ниже, а зимой выше примерно на 3ºС по сравнению с неозелененной. Деревья и кустарники поглощают углекислый газ, серный ангидрид, окислы азота, сероводород, до 20Ц80% пыли, до 20Ц40% болезнетворных микробов, обогащают воздух аэроионами. Деревья значительно снижают уровень шума.

 В городе основными типами зеленых насаждений являются парки, сады, скверы, бульвары, внутриквартальное и вертикальное озеленение. Многие города окружены Ђзеленой зонойї Ц пригородными лесами.

 Среди многих показателей, определяющих качество жизни городского населения, значится площадь зеленых насаждений, приходящаяся на одного человека. В Париже этот показатель равен 6 м2/чел., в Нью-Йорке Ц 7,5 м2/чел., в Москве Ц 20 м2/чел. [Негробов и др., 2000].

 В городе происходит смешение местной аборигенной флоры с посадками интродуцированных видов. Например, в Москве Ц более 90 завезенных видов растений. В целом флора городов насчитывает сотни видов: в Казани Ц 914, в Познани Ц 551, в Бирмингеме Ц 547. В Воронеже насчитывается 780 видов растений, в том числе [Григорьевская и др. 1996]:

- в лесопарках Ц 292;

- в скверах Ц 204;

- на бульварах Ц 192;

- в городских парках Ц 286;

- в садах и на пустырях Ц 162;

- в прибрежных ценозах Ц 148;

- на обочинах дорог Ц 158;

- на свалках Ц 121;

- в трещинах зданий и дорог Ц 100;

- в живых изгородях Ц 43.

 Флора Москвы насчитывает в настоящее время около 1100 видов дикорастущих растений, из которых 200Ц500 являются интродуцентами [Чичев, 2000]. В границах Москвы сохранились остатки естественных лесных массивов. В результате вытаптывания и загрязнения постепенно разрушаются лесные экосистемы, изменяется их видовая структура, снижается способность к самоподдержанию и эстетическая ценность. На территории Москвы около 20% лесных массивов Ц сосняки с включением широколиственных пород. Подрост сосны затруднен затенением, которое усиливается по мере разрастания широколиственных видов Ц дуба, липы, клена, лещины. Лиственные леса в Подмосковье возникли на месте вырубленных ельников, и возможно их преобладание в будущем. Липа более устойчива к антропогенным воздействиям, дает жизнеспособный подрост и, вероятно, будет играть роль основного вида Ц эдификатора. Численность дуба постоянно снижается, как в городе, так и за его пределами. Значительную площадь занимают относительно молодые березняки. Под березами формируется ярус рябины. Осиновые древостои деградируют [Рысин, 2000].

 Дикорастущая флора с преобладанием синантропных видов сохраняется в городе в поймах малых рек. К антропофитам относятся из травянистых растений, например, мятлик однолетний, горец птичий, марь белая, лебеда раскидистая, недотрога железистая и др. Общее число ныне дикорастущих видов, привнесенных человеком в прибрежных зонах, Ц около 140 [Чичев, 2000].

 Уличные насаждения представлены липой, разными видами тополей, березой, рябиной, конским каштаном. В парках и садах много интродуцированных видов (белая акация, туя, клен ясеневидный, сирень). Газонные и цветущие растения также очень разнообразны, и многие из них являются интродуцентами.

 Чувствительность растений к токсичным газам различна. Так, к SO2 наиболее чувствительны ель и сосна, липа, малина, средней чувствительностью обладают сирень, бузина, устойчивы к SO2 бересклет, бирючина. Чувствительными индикаторами чистоты воздуха являются эпифиты Ц мхи и лишайники, обитающие на стволах деревьев. Отсутствие их свидетельствует о загрязнении воздушной среды. Характерными для города являются сообщества рудеральных и сорных растений, обитающих на свалках, вдоль дорог, на россыпях строительного мусора. Это лопух, полынь, чертополох, болиголов, белена, лебеда, крапива и др.

 Состояние многолетних растений в городе зависит от степени загрязненности почвы, воздуха и воды. Асфальтовые и бетонные покрытия улиц нарушают доступ воздуха и воды в почву, к корням растений. Зеленые листья не получают достаточного количества света из-за затененности зданиями и загазованности и сниженной прозрачности воздуха. В силу этого процессы фотосинтеза замедляются, нарушается рост и развитие растений, ухудшается их питание, сокращается срок жизни.

 Большая часть растений и в зеленых насаждениях города, и в пригородных лесах подвергается прямому уничтожению при строительстве, прокладке дорог, выламывании, вытаптывании. В зависимости от состояния леса выделяются 5 стадий деградации (дигрессии): от неповрежденных лесных экосистем (1-я стадия) до значительно угнетенных. Леса в 4Ц5-й стадии дигрессии не способны к самовосстановлению. Ослабленные городские растения сильно отличаются от лесных по своему физиологическому состоянию и морфологии: по характеру кроны, строению корневой системы, листьев и даже по морфологии клеток и пластидного аппарата [Фролов, Горишина, 1982].

 

 Глава 7. Животные в городе

  Животные в городе используют различные биотопы: это крыши, чердаки, верхние этажи заброшенных зданий, где расселяются птицы и летучие мыши. На чердаках зимуют многие бабочки, божьи коровки, живут летучие мыши и различные птицы; в сырых подвалах Ц комары. В почвенной и водной среде обитают множество беспозвоночных. Привлекательными для диких животных являются свалки и помойки. В парках, бульварах и лесопарках также обитают многие виды животных, сохранившиеся от природных экосистем. Беспозвоночные животные вместе с бактериями, грибами, простейшими населяют все городские места обитания: квартиры, чердаки, подвалы, водоемы, свалки, сточные воды, парки, сады. Эти организмы играют неоценимую роль в переработке, утилизации и минерализации органических отходов жизнедеятельности человека. В городской среде преобладают трофические цепи разложения, в отличие от природной среды, где большое значение имеют пастбищные цепи, основанные на первичной продукции растений.

 По мере роста города и его населения в урбоэкосистемах увеличивается число видов, питающихся отходами: некрофагов, копрофагов, сапрофагов. Среди них Ц личинки мух, различные жуки, двукрылые, пухоеды, блохи, сеноеды и др. [Кралл, 1981].

   синантропным видам относятся животные, связанные с жилищами людей: мухи, тараканы, платяная и ковровая моли, кожееды, муравьи, мыши, крысы, вши, блохи, клещи, жуки Ц разрушители древесины, а также паразиты и симбионты самого человека и домашних животных. Городские жилища являются также прибежищем самых разнообразных животных, иногда весьма экзотических, которые являются объектами специального разведения.

 Пригородная среда предоставляет корм и является местом обитания таких животных, как олени, косули, лисы, кабаны. В садах и парковых зонах живут белки, зайцы, норки, ежи, кроты.

 Высокая плотность населения в городах иногда ведет к распространению инфекций, переносчиками которых являются животные. Например, лисы могут быть носителями бешенства, передающегося при укусах больных животных собакам и людям. Многие виды беспозвоночных переносят опасные заболевания: чуму (очаги чумы могут существовать в природе, возбудители ее циркулируют среди грызунов), туляремию, малярию (комары), орнитоз (птицы), токсоплазмоз (многие виды позвоночных животных) и др.

 Особенно важную роль в поддержании саморегуляции парковых зон города играют птицы и насекомые, так как они составляют два ключевых звена городских экосистем, обеспечивающих опыление растений и расселение их семян и плодов, а также регулируют численность вредных для растений беспозвоночных животных [Симкин и др., 2000].

 В Москве насчитывается около 120 видов птиц. Количество ворон доходит до 1 млн. Весьма широко распространены в городах голуби, воробьи, различные виды синиц, грачи, ласточки, стрижи, сороки, снегири. При переселении из пригородных экосистем многие птицы меняют типы гнездовий, питание и поведение, изменяются миграционные процессы: некоторые виды птиц зимуют в городе, тогда как в природных условиях они улетают в южные широты.

Имеются виды птиц, представляющие определенную опасность для городского хозяйства. Так, вороны в своих играх обдирают золотое покрытие на куполах церквей, бывают случаи столкновения птиц с самолетами, и это приводит к аварийным ситуациям. Для борьбы с воронами в Москве стали разводить хищных птиц Ц ястребов-тетеревятников. На аэродромах принимают специальные меры, отпугивающие птиц [Негробов и др., 2000].

 В.И. Воронецкий (2000) на основании современных исследований и исторических материалов воссоздал ретроспективную картину (см. табл. ниже) формирования городских экосистем и орнитокомплексов в связи с изменениями типа землепользования и хозяйства в Московском регионе.

Формирование городских экосистем и орнитокомплексов в связи с изменениями типа землепользования и хозяйства в Московском регионе  [Воронецкий, 2000] 

“ип землепользовани€

Трансформация природных экосистем

Трансформация орнитокомплекса

До н.э. Ц малая численность людей, сохранение природного равновесия; собирающее и присваивающее хозяйство

Исходный тип экосистем Ц хвойные и смешанные леса

Сообщества лесных птиц

Бронзовый век Ц лесное скотоводство

Выедание и вытаптывание растительности, обезлесение

Проникновение опушечных видов птиц

С VII в. до н.э. Ц подсечно-огневое земледелие

Вырубки, гари, вторичные мелколиственные леса

Увеличение численности опушечных видов

XIVЦXVI вв. н.э. Ц быстрый рост численности населения, развитие земледелия и поселений

К концу периода 35Ц40% земель под пашней, лугов мало, увеличивается площадь полей, развивается сеть дорог

Продолжается исчезновение антропофобных видов, увеличивается доля эвритопных и синантропных птиц

К XVIII в. достигнут естественный предел хозяйственного освоения природных территорий; земледельческое и перерабатывающее экстенсивное хозяйство; отмечено падение урожайности

Лесистость снизилась до 43%, площадь пашни Ц 40%, появились мельницы, запруды, увеличивается площадь водоемов, растут процессы эрозии, много оврагов

Увеличивается доля водоплавающих и околоводных птиц, эвритопных, синантропных видов

XIX в. Ц переориентировка хозяйства на молочное животноводство, городское строительство

Сокращение площади пашни до 31%, преобладание выгонов и покосов, дальнейшая деградация естественных ландшафтов

Окончательное вытеснение крупных хищных антропофобных видов птиц

К концу XIX в. расширяется добыча минерального сырья (глины, торфа, известняка), активное строительство, каменная застройка

Складывается искусственный рельеф: карьеры, отвалы, пруды, отстойники, многочисленные промышленные и урбанизированные зоны. Кладбища, парки, сады Ц 16% городской площади, пустыри, суходольные луга, влажные биотопы Ц 8%

В орнитофауне преобладают толерантные эвритопные урбанофилы. В городских хозяйствах Ц крупные животные, на свалках и в сточных водах Ц размножение беспозвоночных

В XX в. Ц рост городской агломерации, расширение площади промышленных зон, быстрый рост численности населения

Антропогенные ландшафты, биоценозы значительно отличаются от естественных, многочисленны свалки, уничтожение древостоев при застройке и деградация древостоев городских парков. Мозаичность биотопов, загрязнение, шум.

Деградация, потеря свойства саморегуляции экосистем, исчезновение мелкой фауны и птиц, с окраин исчезли куропатки, коршуны. Размножение червей, насекомых, крыс и др. на свалках и в сточных водах

50Ц80 годов ХХ в. Ц плановая реконструкция Москвы

Сплошная застройка, асфальтовое покрытие улиц и дворов, малые реки заключены в трубы, многие пруды засыпаны, много деревьев вырублено, уничтожены кустарники на бульварах

Депрессия городских биоценозов, резкое снижение уровня биоразнообразия. Снижение численности птиц в городе

80Ц90 годов ХХ в.

В городе имеются старые районы со сложившимися фитоценозами и подросли древостои в новых бульварах и парках. Высаженные деревья постарели, сложились ценозы

Синантропизация авифауны. Постепенный рост количества видов и численности птиц, например, в Теплом стане Ц до 170 видов. Вытесняется серая ворона, снижается ее давление на другие виды, снова появляются хищные птицы Ц ястреб-перепелятник, ушастая сова и др.

 

Глава 8. Перспективы сохранения биоразнообразия в городе

  Задача сохранения биоразнообразия в городе Ц это задача сохранения природных сообществ, которые формируют среду обитания и делают ее благоприятной для человека: регенерируют воздух и воду, смягчают микроклимат, обеспечивают психологический комфорт и пр. Вместе с тем в полной мере решение этой задачи невозможно, так как не все виды организмов способны адаптироваться к городской среде. Если же учесть экосистемные закономерности, то приходится признать, что техногенное воздействие на природные  экосистемы стимулирует в них в соответствии с принципом Ле-Шателье процессы противодействия, направленные на ликвидацию последствий воздействия, восстановление экологического равновесия и разрушение техносферы [Реймерс, 1994, Кожевина, 2000]. Действительно, в настоящее время налицо такие разрушительные для города процессы, как биохимическая коррозия сооружений, выветривание стен и фундаментов зданий, образование оползней и плывунов, карстовые явления. И все же исследования последних лет выявили динамику и механизмы приспособления многих обитателей города к новым условиям и позволили сформулировать некоторые принципы планирования развития городов с учетом экологических факторов.

 Г.Н. Симкин (2000) отмечает следующие характерные фазы преобразования природных экосистем при урбанизации: дестабилизация, модификация, трансформация и деструкция. Стадия дестабилизации биоценозов и входящих в них популяций характеризуется сбоями в функционировании ценоза, нарушениями социальной, пространственной и поведенческой структуры популяций. Например, могут возникать нерегулируемые вспышки размножения, нарушения биологических связей в сообществах, асоциальное поведение животных, нарушающее иерархическую структуру популяций. Именно такие животные часто мигрируют из привычного местообитания и начинают осваивать новые пространства. В дестабилизированных популяциях часто возникают вспышки болезней и паразитов.

 На стадии модификации возникает новое сбалансированное состояние экосистемы. На этой стадии еще возможно восстановление экосистемы.

 Стадия трансформации проявляется в нарушении целостности структуры экосистемы: распадаются связи между отдельными ее блоками (фито-, зоо-, микробоценоз), а также внутри блоков Ц растительных и животных сообществ. В ряде случаев процесс распада начинается с местных видов (вплоть до полного исчезновения), в других случаях Ц с нашествия пришлых видов, заглушающих и вытесняющих представителей местной флоры и фауны. В первом варианте процесса некоторое время сохраняется облик исходной природной экосистемы, во втором Ц она заменяется антропогенной.

 Стадия деструкции Ц это распад природной экосистемы.

 В настоящее время на бóльшей части Земли природные  экосистемы подвергаются антропогенной трансформации и деструкции. Разрушается эволюционно сложившаяся система закономерных адаптивных связей, обеспечивающая гомеостаз (устойчивость) биосферы. Новый этап развития, связанный с вмешательством человека, ведет к повышению роли стохастических процессов: в ценозах увеличивается удельный вес Ђсорныхї видов флоры и фауны, эврибионтов-антропофилов, ценофобов, теряет свое значение природная иерархическая структура сообществ. С точки зрения теории самоорганизации этот переходный период можно назвать периодом динамического хаоса, который может закон≠читься либо катастрофой, либо установлением  нового устойчивого состояния (в случае прекращения расшатывания системы, восстановления экосистем и сохра≠нения биоразнообразия).

 Сейчас становится очевидным, что сохранить биоразнообразие возможно только в том случае, если сохраняется экосистема. При этом в городе следует заботиться о поддержании местообитаний животных и растений, близких к естественным условиям. Этому соответствует модель Ђэкологического каркасаї урбанизированных территорий, которой необходимо руководствоваться при оценке состояния природных компонентов в городе, а также при конструировании искусственных насаждений садово-паркового типа [Симкин и др., 2000].

 Организация экологической среды в городе подразумевает сохранение ядра, состоящего из природного городского комплекса и комплекса искусственных насаждений. Экологический каркас должен сформироваться, как замкнутая целостная система, способная к самоподдержанию и самовосстановлению При этом необходимо сохранить или восстановить основные типы местообитаний, обеспечить пути миграций и убежища для животных. Особенно важную роль в этом играет сохранение и восстановление русел малых рек в городе [Авилова, 2000].

 Садово-парковые ансамбли должны конструироваться, как целостные экосистемы, с таким подбором искусственных посадок, который мог бы обеспечить ее самоподдержание. В такой искусственной экосистеме большое значение имеет модуль, состоящий из фитоценоза, устойчивого комплекса беспозвоночных и орнитокомплекса. Насекомые обеспечивают опыление растений, а некрофилы и почвенные беспозвоночные утилизируют отмершую растительную массу. Птицы и некоторые млекопитающие играют ключевую роль в расселении и восстановлении посадок растений, так как семена многих растений прорастают, только побывав в пищеварительном тракте животных. Так, восстановление дубрав в районе Рыбинского водохранилища оказалось связанным с разносом желудей сойками. Показано, что на Кавказе, благодаря покопкам кабанов, оленей и медведей, поедающих каштаны и желуди, происходит возобновление лесных насаждений, становится возможным прорастание и укоренение семян. Птицы также регулируют численность беспозвоночных, вредных для растений [Симкин и др., 2000].

 Природные комплексы, включенные в экологический каркас урбанизированной территории, должны служить резерватами для крупных колоний птиц и сообществ млекопитающих. Искусственные посадки и окружающие город природные экосистемы должны быть связаны с ядром каркаса Ђзелеными коридорамиї, это придает всей системе целостный характер и увеличивает ее устойчивость.

 Для восстановления этих связей Ц Ђзеленых коридоровї Ц необходимо изменить некоторые правила ухода за зелеными насаждениями: не выкашивать травостои до цветения, не сжигать листовой опад, исключить фактор беспокойства для животных ночной подсветкой, восстановить придорожные зеленые зоны и тому подобные меры. Необходимо восстанавливать местные виды растительности и охранять еще оставшиеся природные территории, которые не могут быть заменены искусственными насаждениями, не дающими укрытия и кормовой базы для расселяющихся животных. В парках и скверах при преждевременном выкашивании исчезает дикорастущее разнотравье, а с ним Ц и многие виды бабочек, шмели и другие насекомые. При постоянной уборке листового опада значительно снижается численность дождевых червей, исчезают подстилочные виды беспозвоночных, нарушается восстановление плодородного слоя почв.

 Мозаичная гетерогенная среда города в некоторых случаях способствует даже расширению разнообразия видов, например растений, в значительной степени благодаря видам, завезенным и высаженным в городе. Так, число видов папоротникообразных и цветковых растений в городах Европы выше, чем за их пределами, и в больших городах больше, чем в малых (более 1300 видов и 530Ц560 видов на единицу площади соответственно). В крупных городах Европы за последние 300 лет увеличение числа видов цветковых растений за счет интродукции превосходит уровень их исчезновения [Sukopp, Trepl, 2000]. К интродукции новых видов, и в особенности животных, следует относиться с осторожностью, так как интродуценты, не имея на новом месте естественных врагов, могут чрезмерно размножиться и вытеснить некоторые местные виды.

 Процесс техногенной трансформации лесных природных комплексов может идти по-разному. Происходит преобразование естественных ценозов (борового, таежного, дубравного) в антропогенные (лесной, лесолуговой, луговой, сорно-рудеральный). При этом суммарный эффект загрязнения почв сильно выражен, напочвенный растительный покров в лесу трансформируется в бурьян. Развитие сорно-рудеральной растительности ведет к резкому сокращению видового разнообразия травостоя, но при этом заметно увеличивается фитомасса, и это сохраняет общую устойчивость лесного фитоценоза.

 На лесолуговой и луговой стадии дигрессии, наоборот, наблюдается общее ухудшение состояния фитоценоза с потерей устойчивости. Лесные фитоценозы в известной мере могут адаптироваться к антропогенному воздействию с помо≠щью повышения функциональной роли растений нижнего яруса: с нарушением древесного яруса возрастает доля зеленой массы подроста, подлеска, травостоя, что в целом повышает устойчивость экосистемы [Коломыц и др., 2000].

 В последние 50Ц100 лет многие виды птиц и млекопитающих освоили городскую среду. Сформировались синантропные популяции этих животных. Стали заметны некоторые универсальные черты процесса синантропизации, общие для животных различных видов. В результате этого процесса формируются специализированные городские популяции. Их характерными чертами являются: склонность к экспансии и заселению новых урбанизированных территорий, толерантность к постоянному беспокойству, умение использовать городскую среду для размножения и устойчивого существования.

 Процесс начинается с появления первых пар, обладающих способностью использовать мозаичную городскую среду с ее разнообразием биотопов и наличием разнообразной кормовой базы, и быстро приводит к формированию популяции значительного размера. Устойчивость существования животных в городе определяется соотношением риска (вероятность гибели, территориальной конкуренции, затяжного ухудшения условий существования) и способностью уменьшать риск за счет своевременной реакции.

 У отдельных особей реактивность проявляется в индивидуальном поведении, у популяции Ц за счет расселения, освоения новых кормовых ресурсов, убежищ, мест гнездования и поиска партнеров. Биологи считают, что при этом не возникают новые формы поведения, а реализуются в новых изменчивых условиях врожденные видовые свойства. Чем устойчивее генетически детерминированные стереотипы поведения, тем больше шансов у животных выжить в изменчивых условиях города [Фридман и др., 2000].

 В городе пресс со стороны специализированных хищников мал, а количество и доступность корма много выше. Там растет средняя продолжительность жизни птиц и млекопитающих, снижается успех размножения за сезон, но увеличивается роль заботы о потомстве и его выживаемость, за счет чего увеличивается численность популяции. Интересно, что у находящихся в постоянном соседстве конкурирующих видов повышается взаимная терпимость, учащаются дружественные и игровые отношения между животными одного статуса, даже в условиях конкуренции, интенсифицируется исследовательская активность [Hurst, Gray, 1998].

 

Глава 9. Принципы оценки состояния урбоэкосистем

 Основным средством контроля качества и состояния городской среды является система мониторинга (непрерывного или планомерного слежения за основными показателями среды). Теоретические основы мониторинга и его практическая организация развиваются с 70-х годов ХХ в. Комплексный мониторинг охватывает сбор количественных и качественных показателей атмосферы, пресных и морских вод, почв, организмов, их сообществ и экосистем. При этом целью является обобщение информации, ранжирование изменений, диагностика и экологический прогноз состояния среды. Особенно важно проводить такие наблюдения в городе и в окружающих его природных экосистемах.

 На территории Российской Федерации эта система основана главным образом на концепции предельно допустимых концентраций (ПДК) загрязняющих веществ или предельно допустимых уровней (ПДУ) антропогенных воздействий. Предельно допустимыми считают такие концентрации или уровни воздействия каждого загрязнителя в отдельности, которые не являются повреждающими для тестовых организмов или популяций. Определение токсичности водной и почвенной сред традиционно основывают на химико-аналитических и бактериологических методах определения отдельных поллютантов. Такой подход недостаточен. По реакции живых организмов (биоиндикаторов или биотестов) или сообществ гидро- и эдафобионтов более адекватно определяется комплексное действие множества различных загрязнителей (поллютантов). Живые организмы способны реагировать на весьма низкие концентрации поллютантов, в связи с чем биота может быть подвержена токсическим воздействиям, не регистрируемым техническими средствами. Необходимо иметь в виду, что интегральное действие комплекса загрязнителей (химических и физических воздействий) может вызвать иную реакцию живой системы, нежели каждый из агентов по отдельности. Кроме того, живым организмам и сообществам свойствен кумулятивный эффект, который приводит к резкому изменению состояния в результате накопления эффектов слабых воздействий.

 Все более активным в последние годы становится поиск интегральных показателей Ђэкологического качества среды обитания человекаї, характеризующих природную среду как фактор обеспечения здоровья людей. Поскольку человек адаптирован к современному биологическому окружению, понятие Ђкачество средыї подразумевает сохранение экологического равновесия, т.е. относительной устойчивости видовой структуры экосистем и химико-биологического состава почвенной, водной и наземной среды.

 На протяжении ряда последних лет сформировалось самостоятельное направление биологического контроля состояния среды путем биоиндикации и биотестирования [Захаров, 1993; Шуберт (ред.), 1988; Мелехова и др., 1988, 2000; Смуров, 2000]. Биоиндикаторами называют организмы, присутствие, количество или особенности поведения которых служат показателями природных процессов или антропогенных изменений среды их обитания. Многие организмы чувствительны и избирательны по отношению к отдельным факторам среды. Например, по комплексам почвенных животных можно определить типы почв и их изменения под влиянием хозяйственной деятельности человека. Совокупность почвенных микроорганизмов и некоторые растения служат биоиндикаторами при поиске полезных ископаемых. По составу флоры и фауны вод, численному соотношению видов судят о степени и характере загрязнения и пригодности воды для употребления человеком, об эффективности очистных мероприятий. Лишайники и некоторые хвойные растения позволяют судить о чистоте воздуха.

 Методы биотестирования основаны на оценке физиологического состояния и адаптационного стресса организмов, адаптированных к чистой среде и на время эксперимента помещенных в испытуемую среду. Эти методы также дают информацию об интегральном экологическом качестве среды. Стратегической задачей биоиндикации и биотестирования является экологический прогноз. Цели прогноза обычно связаны с экстраполяцией результатов опытов на качество жизни человека и на изменения показателей биоразнообразия в экосистемах. Оценка среды по системе биотестирования и биоиндикации в каждой точке территории должна базироваться на анализе комплекса видов. Для наземных экосистем Ц это травянистые и древесные растения, беспозвоночные животные (например, моллюски и членистоногие) и позвоночные животные (земноводные, рептилии, птицы, млекопитающие). Оценка состояния каждого вида базируется на результатах использования системы методов: морфологических (например, регистрации признаков асимметрии внешнего строения), генетических (тесты на мутагенную активность), физиологических (тесты на интенсивность энергетиче≠ского обмена), биохимических  (оценка окислительного стресса у животных и фотосинтеза у растений), иммунологических (тесты на иммунную потенцию).

 Также в последнее время развиваются методы экологической диагностики, нормирования и прогноза, основанные на количественной оценке изменений в видовой структуре экосистем в результате различных воздействий. Исследуются изменения обилия видов, трофических группировок, и других подобных показателей. Для каждой системы определяются пределы толерантности Ц амплитуда значений абиотических факторов, внутри которой экосистема сохраняет свои основные свойства. Таким образом, предполагается постоянное слежение за состоянием экосистемы не по химическим, а по биологическим показателям [Левич, Федоров, 1978; Максимов, 1991; Максимов и др., 2000].

 

Глава 10. Экологические принципы организации городской среды

  Поскольку большая часть населения Земли обитает в городах, конец ХХ и начало ХХI века стали временем интенсивной разработки и обсуждения моделей Ђустойчивого развитияї городов. Впервые этот термин определен (русский перевод от 1989 г.) в докладе Комиссии ООН по окружающей среде и развитию: ЂЧеловечество способно придать развитию устойчивый и долговременный характер с тем, чтобы оно отвечало потребностям ныне живущих людей, не лишая будущие поколения возможности удовлетворять свои потребностиї. Понятие Ђустойчивогої (самоподдерживающегося) развития широко распространено после конференции ООН по окружающей среде и развитию (Рио-де-Жанейро, 1992) и подразумевает программы стабилизации численности населения и объемов промышленного производства, развитие экономики, не разрушающей природу Земли. На той же конференции была принята Конвенция о биологическом биоразнообразии.

 В предыдущих главах были рассмотрены основные экологические проблемы городского строительства, связанные с деградацией природных экосистем и уничтожением или вытеснением многих видов живых организмов. Необходимо хотя бы в кратком обзоре представить эти проблемы в контексте мер по организации городского хозяйства [Ишков, 2000].

 Первопричиной многих экологических и социальных трудностей в городе является перенаселение и связанное с ним загрязнение среды промышленными и бытовыми отходами. Планирование застройки во многом определяет состо≠яние городской среды. Наиболее приемлема кластерная компактная многоэтажная застройка. Строительство отдельно стоящих небольших домов Ц способ расточительный с точки зрения земли и ресурсов. Кластерная застройка позволяет сохранить большую часть природного ландшафта, сократить площадь асфальтового покрытия, загрязнение за счет автомобильного транспорта, существенно уменьшить загрязнение, создаваемое ливневыми водами, стекающими со стройплощадок, сократить энергозатраты на отопление и тепловое загрязнение воздуха, расходы на общественный транспорт и перевозку отходов и, наконец, сократить потери плодородной земли и лесов.

 При плановой застройке городской территории необходимо предусмотреть зеленые охраняемые зоны и заповедные зоны в Ђзеленом поясеї вне городской черты. Составляют кадастры земель с учетом сохранности их природных свойств, перечни основных биологических  видов, обитающих в зонах города и пригородов, редкие и исчезающие виды берут под охрану (региональные красные книги). В Красной книге СССР [1978, 1984] содержатся полные сведения о редких и находящихся под угрозой исчезновения видах и всех их биологических особенностях (характеристика мест обитания, репродуктивные процессы, природные враги, конкуренты, болезни, причины сокращения численности и др.). В России занесение вида в Красную книгу означает установление запрета на его добычу и обязательства государственных органов по охране вида и его местообитаний. Известны красные книги отдельных крупных городов (например, Москвы, Берлина, Варшавы). Большую роль в сохранении и восстановлении редких видов играют зоопарки и заповедники. В зоопарках ведется большая работа по разведению животных исчезающих видов.

 Из городов бывшего СССР примером рациональной экологической планировки может служить Минск. В нем зеленые насаждения объединены с реками и водоемами в единый водно-зеленый комплекс. Основой композиции зеленых насаждений стала р. Свислочь, русло которой было расширено в центре города с созданием водохранилища. В совокупности с системой парков в различных районах этот Ђзеленый диаметрї сформировал единую целостную систему, сохраняющую черты природного самоподдерживающегося комплекса [Негробов и др., 2000].

 В Москве в настоящее время существуют 94 парка, 427 скверов, 17 лесопарков, озелененные территории составляют 30% общей площади города. Однако многие посадки в плохом состоянии из-за высокого уровня загрязнений и нерационального размещения.

 При планировании озеленения городов необходимо учитывать положения Общеевропейской стратегии по биологическому и ландшафтному разнообразию, определяющие основные принципы использования и сохранения биоразнообразия в современных условиях. Этим принципам в основном соответствует проект Генерального плана развития Москвы до 2020 года в части сохранения и восстановления природного комплекса. Однако экологическая экспертиза этого проекта выявила, что в деталях этого раздела плана не учтены некоторые биологические закономерности [Волкова, 2000]. Необходимо подчеркнуть, например, что искусственные насаждения гораздо менее эффективно формируют и поддерживают среду обитания, нежели природные экосистемы. Поэтому первоочередной задачей в деле сохранения Природного комплекса Москвы является восстановление его проницаемости для биоты, т.е. сохранение биологического разнообразия и создание экологической сети с возобновлением утраченных связей между экосистемами на огромной урбанизированной территории (100 000 га).

 Реки в городах долгие годы принимали сточные воды от предприятий и многие из них стали мертвыми. Переход к безотходному производству и современные технологии очистки позволяют восстановить разнообразие гидробионтов и вернуть экосистемам способность к самоочищению. Примером могут служить реки Темза, Рейн, Сена. Большую опасность для рек представляет поверхностный сток. Необходимы очистные сооружения на водовыпусках в реки.

 Серьезные трудности в городах связаны с перерасходом воды и нарушением водного баланса территории. Так, Москва потребляет в сутки 7 млн. м3 воды. Экономия воды в городском хозяйстве позволит сократить водозабор, сделать реки более чистыми и полноводными.

Системы канализации Ц важнейшие в жизнеобеспечении больших городов. Необходимо совершенствовать биологические методы очистки канализационных стоков. Утилизация активного ила на станциях аэрации, где происходит биологическая очистка стоков, Ц крупная проблема охраны окружающей среды.

 Одна из первых проблем в истории городов Ц это проблема отходов. Все рациональные схемы утилизации отходов предполагают их сортировку. Вторичное использование различных фракций отходов высокорентабельно. Сжигание органических отходов не является перспективным методом, так как он дорог и связан с нерациональным потреблением кислорода, выбросом углекислого газа и образованием токсичных продуктов. Биотехнологические методы позволяют разлагать органическую массу и получать биогаз, компост и некоторые спирты, которые могут служить добавками к моторному топливу. Неорганические отходы должны полностью утилизироваться как вторичное сырье. Например, добавление порошка из отработанных автомобильных шин увеличивает долговечность асфальтовых покрытий.

 Значительная доля загрязнения городской среды связана с автомобильным транспортом. Во многих городах мира предпринимают меры по сокращению использования личного автотранспорта в черте города и развитию более экологически безопасных видов общественного транспорта (троллейбусы, трамваи). Во всем мире автомобили выпускают с катализаторами, снижающими токсичность выхлопных газов. Кроме того, работают над заменой традиционного углеводо≠родного топлива на электро-, водородные и спиртовые варианты. В Бразилии больше половины автомобилей работают на этиловом спирте. Фирма ЂТойотаї серийно производит автомобили, которые на загородной трассе потребляют бензин, а в черте города работают на электроаккумуляторах.

 

 Заключение

  Быстрое развитие процесса урбанизации, экспоненциальный рост численности населения Земли и промышленного производства поставили под угрозу важнейшую функцию биосферы Ц устойчивое поддержание систем жизнеобеспечения. Нарушение биогеохимических циклов и баланса продукции и деструкции органического вещества в экосистемах, измененных хозяйственной деятельностью людей, делает экосистемы неустойчивыми. Стабильность экосистем коррелирует с биоразнообразием; при этом важно и разнообразие видов в системе, и функциональное разнообразие биологических отношений и экологических ниш, и генетическое разнообразие особей одного вида [Одум, 1986]. Таким образом, благодаря разнообразию элементов реализуются адаптивные возможности системы.

 Влияние урбанизации на природные экосистемы при быстром стихийном росте городов складывается иначе, чем при планомерном постепенном развитии города, в особенности в случае учета экологических факторов. При строительстве неизбежно прямое разрушение местообитаний, вытеснение многих видов, потеря стабильности всей региональной экосистемы. Тем не менее, разумное планирование городской застройки позволяет обеспечить кормовую базу, сохранение и создание зеленых массивов, приемлемые условия существования для видов, толерантных к присутствию человека, регенерацию окружающих город природных экосистем. Мозаичность городской среды и поддержка человеком в некоторых случаях даже стимулирует повышение биоразнообразия.

 Необходимым условием поддержания комфортности городской среды для человека является сохранение значительных открытых пространств в городе и вокруг него. Ю.Одум (1986) выделяет три типа элементов жизнеобеспечения для гетеротрофной системы промышленно-городского типа (рис. 3):

- Ђпродуктивные экосистемыї Ц посевы, пастбища, эксплуатируемые леса и водоемы;

- зоны переработки отходов (полуестественные экосистемы) и, наконец;

- защитное кольцо природных экосистем Ц старых лесов, степей, побережий и водных пространств, обеспечивающих стабилизацию среды обитания человека, служащих буферами в круговоротах воздуха и воды, смягчающих температурный режим и прочее.

Рис. 3. Блоковая модель к планированию использования окружающей среды в соответствии с теорией экосистемы [Ю. Одум, 1986]

 Расчеты показывают, что экономически и энергетически выгоднее сохранить нетронутыми Ђзеленые зоныї, чем производить большие затраты на искусственное обеспечение комфортной среды для людей в городе. При этом соотношение хозяйственно освоенных и Ђзеленыхї пространств должно быть примерно 1:3 (рис. 4).

Рис. 4. Планирование ландшафта, сохраняющее его разнообразие (по Ю. Одум, 1986). Ц  свободное пространство; Ц плотна€ застройка;Ц менее плотна€ застройка;  Ц зона  промышленности и переработки отходов

 Известны примеры реализации проектов ЂЭкополисовї или ЂЭкоситиї. Это г. Колумбия (штат Мэриленд, США), г. Куритиба (Бразилия) и другие примеры. Многие ученые, архитекторы, дизайнеры, политики стремятся реализовать принципы ЂЭкоразвитияї (экономического и социального развития общества, не разрушающего природу). В отечественной практике Ц это многолетняя исследовательская и практическая работа по программе ЂЭкополисї (см. материалы III международной конференции по программe, 2000), проекты ЂЭкокварталовї и целых городов (например, академгородок Пущино-на-Оке). В таких проектах требования охраны природы, ресурсосбережения и сохранения биоразнообразия поставлены на первый план и определяют городскую застройку и хозяйственную организацию [Негробов и др., 2000].

 Необходимо подчеркнуть, что в реализации всех этих идей и проектов решающую роль играет систематическое формирование экологической культуры всего общества и каждого отдельного человека. Если большая часть ХХ в. прошла под флагом эйфории от технологических успехов, то теперь все большее количество людей понимают, что сама возможность жизни на планете обеспечивается сложившейся в биосфере за тысячелетия скоординированной жизнедеятельностью множества разнообразных биологических видов. Такое мировоззрение может быть названо Ђбиоцентрическимї (проф. М.В. Гусев) в отличие от Ђантропоцентрическогої, которое ставит человека в центр природы и всего мироздания. Человек должен изменить привычную систему ценностей, ориентированную на комфорт и потребление. Подобное изменение Ц проблема огромной важности и сложности Ц требует срочного коренного пересмотра и глубокого реформирования всей системы воспитания и образования настоящего и будущих поколений.

 Важнейшее место в программе действий в области Ђэкоразвитияї (или Ђустойчивого развитияї) занимает всеобщее экологическое образование и воспитание, первостепенное значение которого определяет известная формула:

 Экологическая безопасность =”ровень экологического сознани€ /(„исленность населени€ х ”ровень потреблени€)

  Приведем слова автора одного из лучших современных учебников экологии, Ю. Одума, ЂКогда Ђнаука о домеї (Экология) и наука о ведении домашнего хозяйства (Экономика) сольются, и когда предмет Этики расширит свои границы и включит в себя наряду с ценностями, производимыми человеком, ценности, создаваемые природой, тогда мы на самом деле сможем стать оптимистами относительно будущего человечестваї.

Литература

 1. Авилова К.В. Проблемы и эффекты сопряженного развития природных и техногенных систем: научный и прикладной аспекты // Экология и устойчивое развитие города. Материалы III международной конференции по программе ЂЭкополисї. М.: РАМН, 2000. С. 120Ц122.

2. Акимова Т.А., Хаскин В.В. Основы экоразвития. М.: Рос. эконом. академия, 1994.

3. Биологический энциклопедический словарь / Гл. ред. Гиляров М.С. М., 1989.

4. Волкова Л.Б. Опыт экологической экспертизы концепции устойчивого развития в проекте Генерального плана развития Москвы до 2020 года // Экология и устойчивое развитие города. Материалы III международной конференции по программе ЂЭкополисї. М.: РАМН, 2000. С. 131Ц136.

5. Воронецкий В.И. Ландшафтно-исторический анализ авифауны московской городской агломерации // Экология и устойчивое развитие города. Материалы III международной конференции по программе ЂЭкополисї. М.: РАМН, 2000. С. 155Ц158.

6. Голубев Г.Н. Геоэкология. М.: ГЕОС, 1999.

7. Горыцына Т.К. Растения в городе. Л.: ЛГУ, 1991.

8. Горшков В.Г. Физические и биологические основы устойчивости жизни. М.: ВИНИТИ, 1995.

9. Григорьевская А.Ф., Хрипякова В.Я., Быковская О.П. Анализ флоры г. Воронежа // Геоэкологические проблемы устойчивого развития городской среды. Воронеж, 1996. С. 236Ц238.

10.  Грин Н., Стаут У., Тейлор Д. Биология. М.: Мир, 1990. Т. 1.

11.  Добровольский Г.В. Почва. Город. Экология / Под ред М.Н. Строгановой. М., 1977.

12.  Животова Е.Н. Экосистемный аспект изучения и эксплуатации Воронежского водохранилища // Комплексное изучение, использование и охрана Воронежского водохранилища (Научно-практич. конф.). Воронеж, 1996. С. 53Ц55.

13.  Зарубин Г.П., Новиков Ю.П. Гигиена города. М.: Медицина, 1986.

14.  Захаров В.М. Биотест. М., 1993.

15.  Ишков А.Г. ЂЭкозащитныеї технологии в городской среде // Экология и устойчивое развитие города. Материалы III международной конференции по программе ЂЭкополисї. М.: РАМН, 2000. С. 61Ц63.

16.  Кавтарадзе Д.Н. Экополис как естественнонаучная концепция среды обитания человека // Экология и устойчивое  развитие города. Материалы III международной конференции по программе ЂЭкополисї. М.: РАМН, 2000. С. 14Ц16.

17.  Коломыц Е.Г., Керженцев А.С., Глебова О.В. Механизмы трансформации лесных экосистем в высокоурбанизированной среде // Экология и устойчивое развитие города. Материалы III международной конференции по программе ЂЭкополисї. М.: РАМН, 2000. С. 110Ц113.

18.  Леонтьева О.А. Состояние фауны земноводных и пресмыкающихся в г. Москве // Экология и устойчивое развитие города. Материалы III международной конференции по программе ЂЭкополисї. М.: РАМН, 2000. С. 172Ц173.

19.  Левич А.П., Федоров В.Д. Экспликация понятия нормы и целостные свойства экосистем // Человек и биосфера. М.: МГУ, 1978. Вып. 2. С. 3Ц16.

20.  Максимов В.Н. Проблемы комплексной оценки качества природных вод (экологические аспекты) // Гидробиологический журнал. 1991. Т. 27. № 3. С. 8Ц13.

21.  Максимов В.Н., Булгаков, Н.Г. Левич А.П. Качественные методы экологического контроля: диагностика, нормирование, прогноз // Экология и устойчивое развитие города. Материалы III международной конференции по программе ЂЭкополисї. М.: РАМН, 2000. С. 79Ц83.

22.  Марфенина О.Б. Антропогенные изменения комплекса микроскопических грибов в почве // Автореф. дисс. М.: МГУ, 1999.

23.  Мелехова О.П., Лимаренко И.М., Коссова Г.В., Козлов Ю.П., Бейм А.М. Биоиндикация стоков промышленного производства целлюлозы методом радикальной полимеризации // Научные доклады высшей школы. 1990. № 5. С. 9Ц15.

24.  Мелехова О.П., Силина Е.К., Фокин В.С. Экспресс-метод биотестирования вод по метаболическому критерию. М.: РГОТУПС, 2000.

25.  Мелехова О.П., Коссова Г.В., Падалка С.М. Определение качества воды в городских водоемах и питьевых источниках // Экология и устойчивое развитие города. Материалы III международной конференции по программе ЂЭкополисї. М.: РАМН, 2000. С. 238Ц239.

26.  Мильков Ф.К. Городские ландшафты: структура, экология, вопросы изучения // Геоэкологические проблемы устойчивого развития городской среды. Воронеж: ВГУ, 1997. С. 4Ц9.

27.  Негробов О.П. Основы экологии и природопользования. Гидросфера. Воронеж: ВГУ, 1997.

28.  Негробов О.П., Жуков Д.М., Фирсова Н.В. Экологические основы оптимизации и управления городской средой. Экология города // Воронеж: ВГУ, 2000.

29.  Новиков Г.В., Дударев А.Я. Санитарная охрана окружающей среды современ≠ного города // Л.: Медицина, 1978.

30.  Николайкин Н.И., Николайкина Н.Е., Мелехова О.П. Экология. М.: МГУИЭ, 2000.

31.  Одум Ю. Экология. М.: Мир, 1986.

32.  Реймерс Н.Ф. Экология. М.: Россия молодая, 1994.

33.  Рысин Л.П. Лесные экосистемы Москвы, их состояние и прогноз // Экология и устойчивое развитие города. Материалы III международной конференции по программе ЂЭкополисї. М.: РАМН, 2000. С. 142.

34.  Симкин Г.Н. Антропогенная трансформация фауны и преобразование естественных экосистем // Экология и устойчивое  развитие города. Материалы III международной конференции по программе ЂЭкополисї. М.: РАМН, 2000. С. 105Ц106.

35.  Симкин Г.Н., Кавтарадзе Д.Н., Фридман В.С. О функциональной классификации природных экологических комплексов большого города и проблеме урбанизированных территорий // Экология и устойчивое развитие города. Материалы III международной конференции по программе ЂЭкополисї. М.: РАМН, 2000. С. 106Ц108.

36.  Смуров А.В. Биологические методы диагностики среды обитания // Экологическая диагностика (серия ЂБезопасность Россииї) / Под. ред. В.Г., Клюева. МГФ ЂЗнаниеї. М.: Машиностроение, 2000. С. 391Ц404.

37.  Соколов Л.И., Шатуновский М.И., Соколова Е.Л., Цепкин Е.А., Пегасов В.А., Кистенев А.Н. Рыбы в мегаполисе // Экология и устойчивое развитие города. Материалы III международной конференции по программе ЂЭкополисї. М.: РАМН, 2000. С. 171.

38.  Строганова М.Н., Прокофьева Т.В. Почва как основа устойчивости функционирования городских экосистем // Экология и устойчивое развитие города. Материалы III международной конференции по программе ЂЭкополисї. М.: РАМН, 2000. С. 113Ц116.

39.  Чичев А.В. Флора малых рек г. Москвы // Экология и устойчивое развитие городаї. Материалы III международной конференции по программе ЂЭкополисї. М.: РАМН, 2000. С. 142Ц144.

40.  Шилов И.А. Экология. М.: Высшая школа, 1997.

41.  Шуберт Р. (ред.) Биоиндикация загрязнений наземных экосистем. М.: Мир, 1988.

42.  Sukopp, H., Trepl, L. Городская экология Ц биологическая наука и новая область городской политики и планирования (Stadtöekologie als biologische Wissenschaft und als politisch-planerisches Handlungsfeld) // Экология и устойчивое развитие города. Материалы III международной конференции по программе ЂЭкополисї. М.: РАМН, 2000. С. 108Ц110.

√лобальный Ёкологический ‘онд
ѕроект Ђ—охранение биоразнообрази€ї
Ёкоцентр ћ√” им. ћ.¬. Ћомоносова
—ери€ учебных пособий У—охранение биоразнообрази€Ф


ќбразовательный проект Ёкоцентра ћ√” им. ћ.¬. Ћомоносова:
–едкие и исчезающие животные –оссии

ã Ёкоцентр ћ√”

¬нимание! ¬ соответствии с российским и международным авторским правом запрещаетс€ перемещение на другие сайты  материалов, расположенных на данном сайте, а также использование материалов сайта без цитировани€ авторов и указани€ »нтернет адреса их размещени€.

«апрещаетс€ использование материалов сайта в издательской или коммерческой де€тельности без согласовани€ с Ёкоцентром ћ√”
тел/факс: (095)-932-89-82.

 Copyright of Ecological Center (Moscow State University).
Last updated: 11/17/03.