Экология города, фрагменты
Состояние окружающей природной среды в городах (по отдельным средам)
С точки зрения физики, город как система накапливает внутри себя вещество и энергию (“собранные” с территории экологического следа), за счёт которых совершается работа по трансформации городского ландшафта. Природные ландшафты разрушаются, застраиваются, а “осколки” природных ландшафтов и участки застроенных территорий (жилые, промышленные, коммунальные, озеленённые) “выстраиваются” в пространстве, организованном планировочной структурой и продолженном лучами развития города за пределы нынешней площади. Силу трансформации городского ландшафта можно определить в единицах энергии (или работы), поступающей на единицу площади
Интенсивность физических полей на городской и неурбанизированной территории
Вид поля
Интенсивность
единицы измерения
естественное
техногенное
Вибрационное (динамическое)
Вт/м2
отсутствует
10-5 - 10-4
Тепловое
Вт/м2
10-2 - 10-1
более 1
Электрическое (плотность блуждающих токов)
А/м2
менее 10-3
до 10
Источник: Кофф Г.Л. (ред). Методические основы оценки техногенных изменений геологической среды городов. М,: Наука, 1990. 197 с.
Методы сравнения экологического состояния разных городов в пределах урбанизированного региона (какие факторы воздействия наиболее существенны в разных городах - анализа легкодоступной информации официальной статистики)
Примечание: Показатели представляются в относительном виде - на одного жителя, чтобы нивелировать различия, связанные с размером городов. Оценка действия каждого фактора ранжируется равномерной 5-балльной шкалой. Необходимость балльного представления информации вызвана: 1) трудностью точного измерения факторов и, особенно, выведения средних значений для всей территории города (возможны систематические ошибки субъективного и объективного характера), 2) необходимо определить интегральное воздействие на городской ландшафт n факторов, выраженных в разных размерностях.
Источники данных: 1) Загрязнение воздушного бассейна - данные статотчётности по валовым выбросам в атмосферу от стационарных источников, данные потребления электроэнергии, теплоэнергии, котельно-печного топлива (последние косвенно характеризуют загрязнение воздуха); 2) Воздействие городов на водные объекты - величина водопотребления (поверхностные и подземные источники) и водоотведения (лишь сборос загрязнённых вод); 3) Объёмы образования отходов, нуждающихся в захоронении (химической, резинотехнической промышленности, полимерные и древесные)+ вывозимый бытовой мусор; 4) Транспортная и рекреационная нагрузки на территорию города -площадь дорог на 1 жителя (замощённые и незамощённые), количество автомобилей на душу населения (государственных и частных), расход топлива на 1 жителя, л/год, число рекреационных учреждений - санаториев, турбаз, домов отдыха, число отдыхающих в них на 1000 жителей, обеспеченность населения зелёными массивами общего пользования, м2 на жителя; 5) Сельскохозяйственная нагрузка в пределах городской черты - величина посевных площадей и валовой сбор с/х культур (овощи, картофель, зернобобовые, силос, сено и сенаж), плотность поголовья скота (КРС, свиньи, козы, овцы, лошади).
Способы оценки климата городов (строительная климатология): Экологическое благоприятствование климата определяется амплитудой абсолютной температуры воздуха на протяжении годового цикла. Она косвенно влияет на продолжительность отопительного сезона, интенсивность потребления топлива на ТЭЦ и в индивидуальных топках. Факторы выноса загрязнений: а) число дней в году с ветром >15 м/с, б) максимальная скорость ветра, которая достигается раз в пять лет. Фактор очищения городского ландшафта - суточный максимум выпадения осадков, фактор разложения - абсолютный минимум температуры воздуха. Однако суровость климата - абсолютный минимум температуры и максимум скорости ветра - создают метеорологический дискомфорт.
Чёткая, почти линейная связь состояния здоровья населения и экологической ситуации зафиксирована лишь при значительном ухудшении последней. В случае относительно “благополучной” обстановки заболеваемость населения связана с какими-то другими факторами много сильней, чем с экологическими.
Источник: Г.С.Розенберг. 1993. Комплексный анализ урбоэкологических систем (на примере городов Самарской области)// Экология. Вып.4. С.13-19.
А. Геологическая среда
Благоприятное ЭГП, хорошие территориальные связи способствуют развитию города много больше, чем неблагоприятные природные условия его ограничивают и тормозят, будь то особенности климата или геологии. В результате - значительная часть городов на урбанизированной территории вынужденно оказывается в зоне повышенного риска неблагоприятных природных явлений (землетрясения, наводнения, сели, абразивные явления, песчаные бури). Трансформация городских ландшафтов при строительстве города и во время территориального роста добавляет к стихийным бедствиям природно-техногенные (оползни, просадочность грунтов, суффозионно-карстовые процессы) и техногенные катастрофы (взрыв ёмкостей с хлором, аварии на химических предприятиях, пожары в метро и пр.).
Нагрузка со стороны зданий и сооружений вызывает снижение прочности скальных пород, развитие трещиноватости. Последняя существенно увеличивает коэффициент фильтрации воды через породу (единица измерения - м/сут) и её удельное водопоглощение (в л/мин) - от 0,01 м/сут и 0,005 л/мин в слабо- до 30-100 и 15-50 в сильнотрещиноватых породах. Увеличение пористости до 5% резко ухудшает прочностные свойства породы, и её классифицируют как полускальную. Увеличение пористости также ведёт к суффозионным явления, выщелачиванию с образованием карстовых пустот.
Оползень - быстрое (за часы или дни)т сползание по склону масс грунта или породы: под действием силы тяжести масса насыщенного водой грунта (с водоносным слоем в нижней части) начинает “скользить” по поверхности водоупорного слоя, съезжая вниз отдельными кусками. Возникают на крутых склонах, сложенных водопроницаемыми породами (они скользят), переслоенными пластами водоупоров (образуют наклонную плоскость для скольжения) в условиях техногенного подтопления и постоянной вибрации. Борьба с оползнями заключается в отведении поверхностных и грунтовых вод, устранении источников вибрации (трамвайная линия, электричка по кромке склона, волны от проходящих пароходов и пр.), укреплении склонов и пр.
Различия климата в крупных городах и прилегающей сельской местности в средних широтах
Метеорологические факторы
В городе, по сравнению с сельской местностью
Радиация общая
на 15-20% ниже
Ультрафиолетовое излучение зимой
на 30% ниже
Ультрафиолетовое излучение летом
на 5% ниже
Продолжительность солнечного сияния
на 5-15% ниже
Температура среднегодовая
на 0,5-1,00С выше
средняя зимняя
на 1-20 С выше
Продолжительность отопительного сезона
на 10% меньше
Примеси
- ядра конденсации и частицы
в 10 раз больше
- газовые примеси
в 5-25 раз больше
Скорость ветра среднегодовая
на 20-30% ниже
штормовая
на 10-20% ниже
штили
на 5-20% чаще
Осадки суммарные
на 5-10% больше
в виде снега
на 5% меньше
Число дней с осадками меньше 5 мм
на 10% больше
Количество облаков
на 5-10% больше
Повторяемость туманов зимой
на 100% больше
летом
на 30% больше
Относительная влажность зимой
на 2% меньше
летом
на 8% меньше
иногда
на 11-20% меньше
Грозы (частота)
в 1,5-2 раза меньше
Источник: Ф.В.Стольберг (ред.). Экология города. Учебник. Киев: изд-во “Либра”, 2000. 462 с.
Фитомелиорация (лат. melioratio - улучшение) - комплекс мероприятий по улучшению природной среды, особенно состава воздуха и микроклимата в городах, с помощью культивирования сстемы зелёных насаждений или поддержания остатков естественных растительных сообществ (создание лесополос, лесопарков, кулисных посадок, разнотравных газонов, декоративных насаждений и пр.). Работы по фитомелиорации (как любые локальные меры экологической компенсации) основаны на принципах 1) компенсации (восстановление потреблённого кислорода, увеличение влажности, компенсация неблагоприятного воздействия загрязнителей за счёт поглощения растительностью пыли и сернистого газа и пр.), 2) стабилизации (поддержание комфортного микроклимата для жителей микрорайонов) и 3) усиления (обогащение воздуха фитонцидами, эфирными маслами и др. веществами, тонизирующими и стимулирующими активность).
Меры экологической компенсации воздействия города
Локальные меры экологической компенсации направлены на поддержание определённого качества среды обитания в любой точке города, где необходимо снижение уровня загрязнений и удаление отходов, в общем, это разнообразные способы “очистки” или более эффективного использования ресурсов.
Территориальные меры экологической компенсации - это меры планирования ландшафтов, проектирования функциональной нагрузки территории в самом городе и в его зоне влияния. Они предполагают заблаговременное выделение в самом городе и в его зоне влияния буферных природных территорий, площадь которых недостаточна для членения негативных воздействий города на природные комплексы и частичной компенсации потреблённых городом ресурсов. Кроме того, проектируются пригородные заповедники, заказники и другие виды ООПР, сеть которых достаточна для сохранения репрезентативных участков экосистем и биоразнообразия региона, в данных условиях урбанизации.
Для создания такой сети используют концепцию “поляризованного ландшафта” Б.Б.Родомана. Поскольку город растёт звёздчато, вдоль лучей, расходящихся из города, магистралей, возникает возможность сохранить “зелёные клинья”, подходящие к городу с разных сторон между примагистальными урбанизированными полосами.
Продолжением этих клиньев на территории города должны стать крупные парки и городские леса. Необходимо:
а) поддерживать целостность этих клиньев, предохранив их от застройки или фрагментации,
б) обеспечить постоянную связь крупнейших городских лесов и парков с пригородными массивами, действующую даже для самых крупных животных (оленей, косуль, барсуков),
в) соединения по дуге соседних “зелёных клиньев” (зелёные кольца) как на территории города, так и в зоне его влияния.
Б) и в) требуют создания “экологических коридоров” - полос древесной, кустарниковой или травянистой растительности, позволяющих разным видам свободно сообщаться между соседними “островными массивами” города и пригородов. Другой вариант - сохранение и реконструкция существующих, в первую очередь пойм малых рек с характерной для неё растительностью, либо стихийно возникающие здесь сады, огороды и/или высокотравные пустыри.
Территориальные меры экологической компенсации должны удерживать линейно-узловую структуру ОКР и экономического каркаса территории, не допуская образования обширных и тем более сплошных урбоареалов и, напротив, удерживать значительные территории в составе экологического каркаса , не допуская их сокращения или деградации “под давлением” урбанизации.
Если не удаётся соблюсти данное условие экологическая ситуация в данном регионе быстро ухудшается до проблемной.
Механизмы трансформации лесных экосистем в высокоурбанизированной среде (Э.Г.Коломыц, А.С.Керженцев, О.В.Глебова)
Возможности экологически устойчивого развития городов: необходимые мероприятия
Ресурсопотребление городов как открытых и “проточных” систем сократить практически невозможно - это приведёт к торможению городского развития и к мгновенному возрастанию социально-экономического риска прямо пропорционально размеру и плотности населения города. Однако городские ландшафты могут и должны
а) участвовать в воспроизводстве ресурсов - рециклинг минеральных ресурсов, восстановление растительности, плодородия почв, сокращение нагрузки на с/х угодья региона, связанные с потреблением пищи,
б) увеличении эффективности использования основных ресурсов - воды, энергии, биомассы, за счёт внедрения замкнутых и проточных систем при технологическом использовании ресурсов, снижения дальности перевозок, преобладания локальных экономических круговоротов и местного использования трудовых ресурсов над глобальной экономикой и интенсивными перемещениями рабочей силы,
в) каждый элемент городского хозяйства должен обретать максимально возможное число экологических функций (помимо очевидных коммунально-бытовых, технологических или производственных) проектироваться с учётом максимально возможного вклада в поддержание экологически оптимальной среды не только для населения, но и для биоты. Например, озеленение придорожных территорий, искусственно элементы рельефа должны участвовать в поддержании проницаемости крупного города для биоты, функционировать как каналы расселения “диких” видов растений и животных по урбанизированной территории региона, оборудоваться зверопроходами, экодуками и пр. зоозащитной инфраструктурой для снижения риска гибели насекомых, земноводных, птиц, млекопитающих от столкновений с автомобильным транспортом. Зелёные насаждения в кварталах жилой застройки нужно проектировать для одновременного выполнения функции звеньев экологической сети, позволяющей животным мигрировать от одного “зелёного острова” к другому и содействующей синантропизации “диких” видов птиц и млекопитающих, их постепенному переходу из лесопарков и городских лесов на постоянное обитание в кварталах городской застройки. Городские газоны (кроме травяных покровов специального назначения, например, на футбольном поле) должны быть разнотравными и высокотравными (Л.Б.Волкова), так как это позволяет сохранить в городе необходимое разнообразие опылителей, повышающих устойчивость городской растительности (шмели, бабочки, дикие пчёлы).
С точки зрения физики, город как система накапливает внутри себя вещество и энергию (“собранные” с территории экологического следа), за счёт которых совершается работа по трансформации городского ландшафта. Природные ландшафты разрушаются, застраиваются, а “осколки” природных ландшафтов и участки застроенных территорий (жилые, промышленные, коммунальные, озеленённые) “выстраиваются” в пространстве, организованном планировочной структурой и продолженном лучами развития города за пределы нынешней площади. Силу трансформации городского ландшафта можно определить в единицах энергии (или работы), поступающей на единицу площади
Интенсивность физических полей на городской и неурбанизированной территории
Вид поля
Интенсивность
единицы измерения
естественное
техногенное
Вибрационное (динамическое)
Вт/м2
отсутствует
10-5 - 10-4
Тепловое
Вт/м2
10-2 - 10-1
более 1
Электрическое (плотность блуждающих токов)
А/м2
менее 10-3
до 10
Источник: Кофф Г.Л. (ред). Методические основы оценки техногенных изменений геологической среды городов. М,: Наука, 1990. 197 с.
Методы сравнения экологического состояния разных городов в пределах урбанизированного региона (какие факторы воздействия наиболее существенны в разных городах - анализа легкодоступной информации официальной статистики)
Примечание: Показатели представляются в относительном виде - на одного жителя, чтобы нивелировать различия, связанные с размером городов. Оценка действия каждого фактора ранжируется равномерной 5-балльной шкалой. Необходимость балльного представления информации вызвана: 1) трудностью точного измерения факторов и, особенно, выведения средних значений для всей территории города (возможны систематические ошибки субъективного и объективного характера), 2) необходимо определить интегральное воздействие на городской ландшафт n факторов, выраженных в разных размерностях.
Источники данных: 1) Загрязнение воздушного бассейна - данные статотчётности по валовым выбросам в атмосферу от стационарных источников, данные потребления электроэнергии, теплоэнергии, котельно-печного топлива (последние косвенно характеризуют загрязнение воздуха); 2) Воздействие городов на водные объекты - величина водопотребления (поверхностные и подземные источники) и водоотведения (лишь сборос загрязнённых вод); 3) Объёмы образования отходов, нуждающихся в захоронении (химической, резинотехнической промышленности, полимерные и древесные)+ вывозимый бытовой мусор; 4) Транспортная и рекреационная нагрузки на территорию города -площадь дорог на 1 жителя (замощённые и незамощённые), количество автомобилей на душу населения (государственных и частных), расход топлива на 1 жителя, л/год, число рекреационных учреждений - санаториев, турбаз, домов отдыха, число отдыхающих в них на 1000 жителей, обеспеченность населения зелёными массивами общего пользования, м2 на жителя; 5) Сельскохозяйственная нагрузка в пределах городской черты - величина посевных площадей и валовой сбор с/х культур (овощи, картофель, зернобобовые, силос, сено и сенаж), плотность поголовья скота (КРС, свиньи, козы, овцы, лошади).
Способы оценки климата городов (строительная климатология): Экологическое благоприятствование климата определяется амплитудой абсолютной температуры воздуха на протяжении годового цикла. Она косвенно влияет на продолжительность отопительного сезона, интенсивность потребления топлива на ТЭЦ и в индивидуальных топках. Факторы выноса загрязнений: а) число дней в году с ветром >15 м/с, б) максимальная скорость ветра, которая достигается раз в пять лет. Фактор очищения городского ландшафта - суточный максимум выпадения осадков, фактор разложения - абсолютный минимум температуры воздуха. Однако суровость климата - абсолютный минимум температуры и максимум скорости ветра - создают метеорологический дискомфорт.
Чёткая, почти линейная связь состояния здоровья населения и экологической ситуации зафиксирована лишь при значительном ухудшении последней. В случае относительно “благополучной” обстановки заболеваемость населения связана с какими-то другими факторами много сильней, чем с экологическими.
Источник: Г.С.Розенберг. 1993. Комплексный анализ урбоэкологических систем (на примере городов Самарской области)// Экология. Вып.4. С.13-19.
А. Геологическая среда
Благоприятное ЭГП, хорошие территориальные связи способствуют развитию города много больше, чем неблагоприятные природные условия его ограничивают и тормозят, будь то особенности климата или геологии. В результате - значительная часть городов на урбанизированной территории вынужденно оказывается в зоне повышенного риска неблагоприятных природных явлений (землетрясения, наводнения, сели, абразивные явления, песчаные бури). Трансформация городских ландшафтов при строительстве города и во время территориального роста добавляет к стихийным бедствиям природно-техногенные (оползни, просадочность грунтов, суффозионно-карстовые процессы) и техногенные катастрофы (взрыв ёмкостей с хлором, аварии на химических предприятиях, пожары в метро и пр.).
- Классификация горных пород и грунтов с инженерно-геологических позиций - скальные и нескальные. Среди последних выделяют а) несвязные - песчаные и крупнообломочные (взаимодействие между частицами определяется лишь трением и зацеплением) и б) связные породы (пылевато-глинистые) - взаимодействие между частицами породы обусловлено наличием водно-коллоидных связей. ;
Нагрузка со стороны зданий и сооружений вызывает снижение прочности скальных пород, развитие трещиноватости. Последняя существенно увеличивает коэффициент фильтрации воды через породу (единица измерения - м/сут) и её удельное водопоглощение (в л/мин) - от 0,01 м/сут и 0,005 л/мин в слабо- до 30-100 и 15-50 в сильнотрещиноватых породах. Увеличение пористости до 5% резко ухудшает прочностные свойства породы, и её классифицируют как полускальную. Увеличение пористости также ведёт к суффозионным явления, выщелачиванию с образованием карстовых пустот.
- Суффозия (лат. suffosio - подкапывание, подрывание) - процесс выноса твёрдых частиц из пород и грунтов водой, движущейся в них (собственно суффозия), а также выщелачивание растворимых горных пород в процессе такой фильтрации за счёт растворённой в воде углекислоты, сернистого газа и пр. (карст, вызывающий образование полостей, воронок пустот). Говорят о единых карстово-суффозионных явлениях в городском ландшафте. Давление выносимых потоком частиц на нижележащие слои (особенно водоупоры) создаёт контактный выпор. Давление зданий и сооружений увеличивает трещиноватость пород и грунтов, а значит и скорость фильтрации воды в них. Последняя способствует развитию карстово-суффозионных процессов на территориях, находящихся под “излишней инженерной нагрузкой”, а последние ещё больше увеличивают скорость фильтрации. Критерий суффозионной породы - вынос >3% частиц фильтрационным потоком, критическая скорость фильтрации - минимальная скорость движения воды, при которой уже нарушается равновесие, начинается движение частиц в породе.
- Водопроницаемость породы (показатель - коэффициент фильтрации) растёт с увеличением среднего диаметра породообразующих частиц, их окатанности (при неоднородном зерновом составе). Она максимальна у песчаных и супесчаных пород (10-2-10-3 и 10-3-10-6 см/с, дренирующие или водовмещающие элементы осадочного комплекса), минимальна у суглинков и глин (10-5-10-7 и <10-7 см/с, водоупоры).
- Глинисто-пылеватые породы изменяют косистенцию при изменении влажности: когда влажность ниже предела пластичности, глина имеет твёрдую консистенцию и ведёт себя подобно твёрдому телу, когда влажность повышается за предел текучести, порода приобретает текучую консистенцию и свойства жидкости. Для глин характерны усадка и набухание: уменьшение объёма при высыхании, увеличение при увлажнении, вызванное коллоидными свойствами частиц (с неравномерной деформацией породы при высыхании, растрескиванием и увеличением водопроницаемости).
- Некоторые тонкообломочные породы обладают тиксотропностью: переходить из золя в гель, разжижаться при вибрационном воздействии, также под действием ультразвука и электрических полей. В этом состоянии ведут себя подобно вязким жидкостям, после снятия воздействия, застывая, снова переходят в гель. Такие породы называют плывунами.
- Просадочность пород - способность к осадки при замачивании под давлением собственного веса в сочетании с внешней нагрузкой. Ведёт к опусканию поверхности земли (до первых десятков см), развитию специфических форм рельефа: промоины, просадочные воронки по берегам рек, просадочные блюдца на террасах и водоразделах. Характерно для лёссов и лессовидных пород, обладающих высокой пористостью (42-55%) с большим количеством макропор, устойчивостью крутых откосов в сухом состоянии и высоким содержанием растворимых сульфатов и карбонатов (до 15%), обеспечивающим связность частиц порода, а также зерновым составом, отвечающим суглинкам (пылеватых фракций 50-82%, глинистых - 10-30%, песчаных - 15-20%), легко размокающих.
Оползень - быстрое (за часы или дни)т сползание по склону масс грунта или породы: под действием силы тяжести масса насыщенного водой грунта (с водоносным слоем в нижней части) начинает “скользить” по поверхности водоупорного слоя, съезжая вниз отдельными кусками. Возникают на крутых склонах, сложенных водопроницаемыми породами (они скользят), переслоенными пластами водоупоров (образуют наклонную плоскость для скольжения) в условиях техногенного подтопления и постоянной вибрации. Борьба с оползнями заключается в отведении поверхностных и грунтовых вод, устранении источников вибрации (трамвайная линия, электричка по кромке склона, волны от проходящих пароходов и пр.), укреплении склонов и пр.
Различия климата в крупных городах и прилегающей сельской местности в средних широтах
Метеорологические факторы
В городе, по сравнению с сельской местностью
Радиация общая
на 15-20% ниже
Ультрафиолетовое излучение зимой
на 30% ниже
Ультрафиолетовое излучение летом
на 5% ниже
Продолжительность солнечного сияния
на 5-15% ниже
Температура среднегодовая
на 0,5-1,00С выше
средняя зимняя
на 1-20 С выше
Продолжительность отопительного сезона
на 10% меньше
Примеси
- ядра конденсации и частицы
в 10 раз больше
- газовые примеси
в 5-25 раз больше
Скорость ветра среднегодовая
на 20-30% ниже
штормовая
на 10-20% ниже
штили
на 5-20% чаще
Осадки суммарные
на 5-10% больше
в виде снега
на 5% меньше
Число дней с осадками меньше 5 мм
на 10% больше
Количество облаков
на 5-10% больше
Повторяемость туманов зимой
на 100% больше
летом
на 30% больше
Относительная влажность зимой
на 2% меньше
летом
на 8% меньше
иногда
на 11-20% меньше
Грозы (частота)
в 1,5-2 раза меньше
Источник: Ф.В.Стольберг (ред.). Экология города. Учебник. Киев: изд-во “Либра”, 2000. 462 с.
Фитомелиорация (лат. melioratio - улучшение) - комплекс мероприятий по улучшению природной среды, особенно состава воздуха и микроклимата в городах, с помощью культивирования сстемы зелёных насаждений или поддержания остатков естественных растительных сообществ (создание лесополос, лесопарков, кулисных посадок, разнотравных газонов, декоративных насаждений и пр.). Работы по фитомелиорации (как любые локальные меры экологической компенсации) основаны на принципах 1) компенсации (восстановление потреблённого кислорода, увеличение влажности, компенсация неблагоприятного воздействия загрязнителей за счёт поглощения растительностью пыли и сернистого газа и пр.), 2) стабилизации (поддержание комфортного микроклимата для жителей микрорайонов) и 3) усиления (обогащение воздуха фитонцидами, эфирными маслами и др. веществами, тонизирующими и стимулирующими активность).
Меры экологической компенсации воздействия города
Локальные меры экологической компенсации направлены на поддержание определённого качества среды обитания в любой точке города, где необходимо снижение уровня загрязнений и удаление отходов, в общем, это разнообразные способы “очистки” или более эффективного использования ресурсов.
Территориальные меры экологической компенсации - это меры планирования ландшафтов, проектирования функциональной нагрузки территории в самом городе и в его зоне влияния. Они предполагают заблаговременное выделение в самом городе и в его зоне влияния буферных природных территорий, площадь которых недостаточна для членения негативных воздействий города на природные комплексы и частичной компенсации потреблённых городом ресурсов. Кроме того, проектируются пригородные заповедники, заказники и другие виды ООПР, сеть которых достаточна для сохранения репрезентативных участков экосистем и биоразнообразия региона, в данных условиях урбанизации.
Для создания такой сети используют концепцию “поляризованного ландшафта” Б.Б.Родомана. Поскольку город растёт звёздчато, вдоль лучей, расходящихся из города, магистралей, возникает возможность сохранить “зелёные клинья”, подходящие к городу с разных сторон между примагистальными урбанизированными полосами.
Продолжением этих клиньев на территории города должны стать крупные парки и городские леса. Необходимо:
а) поддерживать целостность этих клиньев, предохранив их от застройки или фрагментации,
б) обеспечить постоянную связь крупнейших городских лесов и парков с пригородными массивами, действующую даже для самых крупных животных (оленей, косуль, барсуков),
в) соединения по дуге соседних “зелёных клиньев” (зелёные кольца) как на территории города, так и в зоне его влияния.
Б) и в) требуют создания “экологических коридоров” - полос древесной, кустарниковой или травянистой растительности, позволяющих разным видам свободно сообщаться между соседними “островными массивами” города и пригородов. Другой вариант - сохранение и реконструкция существующих, в первую очередь пойм малых рек с характерной для неё растительностью, либо стихийно возникающие здесь сады, огороды и/или высокотравные пустыри.
Территориальные меры экологической компенсации должны удерживать линейно-узловую структуру ОКР и экономического каркаса территории, не допуская образования обширных и тем более сплошных урбоареалов и, напротив, удерживать значительные территории в составе экологического каркаса , не допуская их сокращения или деградации “под давлением” урбанизации.
Если не удаётся соблюсти данное условие экологическая ситуация в данном регионе быстро ухудшается до проблемной.
Механизмы трансформации лесных экосистем в высокоурбанизированной среде (Э.Г.Коломыц, А.С.Керженцев, О.В.Глебова)
- Состояние зелёных насаждений города определяется преимущественно не техногенными геохимическими аномалиями в почве, а загрязнением атмосферы. Выбросы в атмосферу влияют на состояние растительности много сильнее, чем последующее накопление поллютантов в почве (сила влияния 40% и 15%, Сормовский парк, г.Нижний Новгород).
- Гидротермический режим лесных почв в городах приближает к аридному (пустынно-степному типу). Картину дополняет сдвиг обменной кислотности в щёлочную сторону (сдвиг рН в среднем на 2% в год за 50 лет наблюдений), уменьшение в 1,5-3 раза запасов влаги в метровом слое почвы по сравнению с зональными дерново-подзолистыми (40-100 мм и 160-220 мм), в отличие от зональных дерново-подзолистых почв. В первую половину лета температура почвы в Стригинском бору и Сормовском парке (г.Нижний Новогород) на 2-8°С выше, а влажность на 5-10% ниже, чем в Керженском заповеднике. Результат - экстразональное опустынивание природного комплекса.
- характер воздействия города на экотопы городских лесов отвечает меридиональному смещению территории Нижнего Новгорода на 200-300 км к югу - от смешанно-лесной зоны в зону лесостепи. Наибольшие гидротермические сдвиги (температуры почвы на 6-80С, влажности на 25-35%, запасов влаги в слое 1 м на 200-300 мм) происходят в трансаккумулятивных и аккумулятивных геотопах. Одновременно идёт пространственное выравнивание локальных гидротермических полей, при увеличении их мозаичности и неупорядоченности.
- Техногенное подщелачивание почв промышленных территорий городов - экологически положительный фактор, снижающий подвижность и токсичность различных химических элементов, в первую очередь тяжёлых металлов. Оно же повышается содержание обменных катионов в гумусовых горизонтах, усиливая буферные свойства почвы.
- Общая первичная продуктивность городских лесов падает в 4-5 раз по сравнению с зональными аналогами (сосняки с 5,5-12 т. фитомассы в год до 1,3-3,7 т). Падение в самых продуктивных отрицательных формах рельефа много сильней, чем в положительных, так что происходит локальное выравнивание величин продукции лесных фитоценозов на фоне общего снижения продукционного процесса.
- Геоморфологический каркас ландшафта теряет контроль над важнейшим функциональным параметром лесной экосистемы - увлажнением почв. Режимы влажности и температуры почвенных горизонтов все больше зависят от структурных характеристик лесопаркового фитоценозов, подверженных прямому антропогенному воздействию. Контрасты гидротермического режима почв между различными элементами микрорельефа выравниваются, по существу исчезает пространственная сопряженность между исходными абиотическим факторами системной организации природного комплекса.
- В городских лесопарках сперва происходит олуговение травостоя, с последующей заменой лесных и луговых видов сорной и рудеральной растительностью, почти не связанной с увлажнением почв.
- Установлено 2 адаптивных механизма, способствующих выживанию природного комплекса в антропогенной среде: а) преобразование естественных ценотических групп леса (боровой, таежной, дубравной и др.) в антропогенные (лесную, лесолуговую, луговую, сорно-рудеральную). Процесс наиболее выражен в понижениях микрорельефа, где суммарный эффект загрязнения почвы максимален и напочвенный покров максимально трансфорован - до бурьянистой стадии. Развитие сорно-рудеральной растительности резко снижает видовое разнообразие травостоя, заметно увеличивает зеленую массу и ее годичный прирост. Результат: общий рост продуктивности, увеличение упругой устойчивости лесного фитоценоза; б) повышение функциональной роли растительных группировок под пологом леса. Общая деградация древостоев в городской среде вызывает смещение оптимума функционирования лесной экосистемы с верхнего (древесного) яруса на нижние - подрост, подлесок и напочвенный покров. Здесь резко возрастает доля ежегодно возобновляемой зеленой массы (за счёт бурьянного высокотравья, кустарников вроде свидины, пузыреплодника и пр.), что увеличивает устойчивость всей экосистемы к техногенному загрязнению.
Возможности экологически устойчивого развития городов: необходимые мероприятия
Ресурсопотребление городов как открытых и “проточных” систем сократить практически невозможно - это приведёт к торможению городского развития и к мгновенному возрастанию социально-экономического риска прямо пропорционально размеру и плотности населения города. Однако городские ландшафты могут и должны
а) участвовать в воспроизводстве ресурсов - рециклинг минеральных ресурсов, восстановление растительности, плодородия почв, сокращение нагрузки на с/х угодья региона, связанные с потреблением пищи,
б) увеличении эффективности использования основных ресурсов - воды, энергии, биомассы, за счёт внедрения замкнутых и проточных систем при технологическом использовании ресурсов, снижения дальности перевозок, преобладания локальных экономических круговоротов и местного использования трудовых ресурсов над глобальной экономикой и интенсивными перемещениями рабочей силы,
в) каждый элемент городского хозяйства должен обретать максимально возможное число экологических функций (помимо очевидных коммунально-бытовых, технологических или производственных) проектироваться с учётом максимально возможного вклада в поддержание экологически оптимальной среды не только для населения, но и для биоты. Например, озеленение придорожных территорий, искусственно элементы рельефа должны участвовать в поддержании проницаемости крупного города для биоты, функционировать как каналы расселения “диких” видов растений и животных по урбанизированной территории региона, оборудоваться зверопроходами, экодуками и пр. зоозащитной инфраструктурой для снижения риска гибели насекомых, земноводных, птиц, млекопитающих от столкновений с автомобильным транспортом. Зелёные насаждения в кварталах жилой застройки нужно проектировать для одновременного выполнения функции звеньев экологической сети, позволяющей животным мигрировать от одного “зелёного острова” к другому и содействующей синантропизации “диких” видов птиц и млекопитающих, их постепенному переходу из лесопарков и городских лесов на постоянное обитание в кварталах городской застройки. Городские газоны (кроме травяных покровов специального назначения, например, на футбольном поле) должны быть разнотравными и высокотравными (Л.Б.Волкова), так как это позволяет сохранить в городе необходимое разнообразие опылителей, повышающих устойчивость городской растительности (шмели, бабочки, дикие пчёлы).