Урбоэкология как наука

Размещено на http://www.allbest.ru/

В.В. Владимиров. Урбоэкология. М. 1999 г.

УРБОЭКОЛОГИЯ КАК НАУКА

Содержание

Введение

1.1 Предмет урбоэкологии

1.2 Научные основы урбоэкологии

1.3 Методологические подходы

2. Развитие городов и городских систем

2.1 Экологические аспекты урбанизации

3. Город как экосистема

3.1 Город - сложная полиструктурная система

3.2 Экосистемные характеристики города

3.3 Экологическая эффективность различных видов и форм населения

3.4 Понятие об экополисе

4. Взаимодействие городов с абиотическими компонентами окружающей природной среды

4.1 Города и литосфера

4.3 Города и атмосфера

Введение

урбоэкология город урбанизация экологический

Широкий спектр задач экологии человека как биологического и одновременно социального существа, понимание этого научного направления как обширной ассоциации научных и практических дисциплин объективно способствовали появлению частных антропо-экологических ветвей знаний связанных с деятельностью человека (в том числе влиянием его на окружающую природную среду) в определенных социально-экономических и ландшафтно-географических условиях. В последние десятилетия получила развитие и экология города (называемая еще и градостроительной экологией), которую, учитывая многообразные проявления процесса урбанизации, более предпочтительно называть урбоэкологией.

1.1 Предмет урбоэкологии

Урбоэкология - комплекс градостроительных, медико-биологических, географических, социальных, экономических и технических наук, которые в рамках экологии человека изучают взаимодействие производственной и непроизводственной деятельности людей с окружающей природной средой на территории населенных мест и их систем.

Будучи одним из конструктивных направлений в экологии человека) урбоэкология является одновременно специфическим направлением и в градостроительной науке. В урбоэкологии используются многие принципы и методы географической, биологической, медицинской и других наук (рис. 1). Вместе с тем, она не является простой их суммой, поскольку отбирает из этих наук лишь самое необходимое для решений градостроительных, преимущественно конструктивных задач, и оперирует всем многообразием урбанистических структур, градостроительных понятий, закономерностей и методов, что в рамках любой другой дисциплины практически невозможно. Таким образом, развиваясь в рамках экологии человек, экология обогащает градостроительство экологическим подходов одновременно, вводя в экологию человека градостроительные представления, понятия, термины и методы. Урбоэкология - прикладная дисциплина, возникла она из потребностей практики и практически планово, предметный аппарат в ней разработан гораздо более детально, чем теоретические ее основы.

Целью урбоэкологии является поиск путей и разработка решений в рамках градостроительства и организации территории в более широком смысле этого слова, направленных не только на обеспечение приемлемых гигиенических условий жизни населения, но и на всемерную рационализацию природопользования, охрану окружающей природной среды и экологго* шло важнейших социально-экономических процессов в пределах регионов городских агломераций, городов и отдельных их частей.

Объекты урбоэкологии - это системы расселения разного ранга, городские агломерации, города, сельские населенные пункты, городские районы, жилые микрорайоны и кварталы вплоть до отдельных зданий и сооружений. Предмет урбоэкологии составляют исследование процессов взаимодействия урбанизированной и природной среды, а также разработка градостроительных предложений, направленных на охрану здоровья населения городов и других поселений, охрану литосферы, гидросферы, атмосферы и биоты от негативного воздействия урбанизации и городской застройки,

1.2 Научные основы урбоэкологии

Термин "экология" в известной мере утратил свое единственное, чисто биологическое значение. Современная экология - наука не только биологическая, но и социально-политическая, поскольку отношение человека к природной среде определяется социальным строем и политическими установками общества. Это также и экономическая наука, так как необходимо считать ущерб, наносимый деятельностью человека природной среде и, напротив, определять тот эффект, который можно получить при рациональном природопользовании. Несомненно, экологию можно считать в известной степени и географической, и педагогической, и гигиенической, и технической наукой, что, конечно, не означает, что все эти науки или сама экология теряют свое основное значение. Напротив, обогащаясь экологическим подходом, они развивают тем самым и экологию, и себя самих. Оставлять за экологией место только биологической дисциплины было бы ошибочным и потому, что исследовать среду обитания человека, например, невозможно, не используя методы физической и социально-экономической географии, изучать экстремальные условия жизни современного человека нельзя без знаний, накопленных климатологией, метеорологией, гигиеной и точно так же, не привлекая для решения вопросов экологии города методологию градостроительства, нельзя обеспечить успешное решение вопросов взаимодействия человеческих поселений и их систем с природной средой.

Урбоэкология опирается на многие научные направления, исследующие различные аспекты взаимодействия общества и природы на урбанизированных территориях. Эти направления составляют научные основы урбоэкологии.

Экологические основы для урбоэкологии имеют первостепенное значение. Значение экологического подхода к градостроительству определяется той исключительной ролью, которую играет живое вещество в планетарных процессах. Основополагающие труды В.И. Вернадского, В.Н. Сукачева, С.С. Шварца и других крупнейших ученых показали, что развитая жизнь стала ведущим фактором геологического развития планеты Биологические закономерности более других определяют темпы и формы превращения вещества и энергии на Земле. И поскольку эволюция биосферы все в большей степени определяется деятельностью человека, будущее экологии - в теории создания измененного мира Экология становится теоретической основой поведения человека индустриального общества в природе.

Из обширного свода законов, закономерностей, правил общей экологии (в первую очередь биоэкологии) урбоэкология использует, конечно, лишь те (в достаточно обобщенной и упрощенной форме), которые необходимо учитывать при рассмотрении особенностей взаимодействия урбанизированной и природной среды. Интерес для урбоэкологии представляют понятия о конкуренции видов, трофических цепях, энергетических пирамидах, продуктивности экосистем, экологических нишах и некоторые другие. В сильно обобщенном виде эти понятия, принципы и закономерности, исследованию которых посвящена обширная литература, можно сформулировать как ряд следующих положений, существенных для урбоэкологии:

· правило 10%, устанавливающее, что в трофических цепях каскадный перенос энергии на следующий, более высокий уровень, не должен превышать 10% энергии исходного уровня; превышение этой доли свидетельствует о начале деградации экосистемы;

· правило 1%, устанавливающее, что изменение энергетики экосистемы в пределах от нескольких десятых процента до трех процентов выводит систему из состояния гомеостаза; важное значение в экологии имеют малые величины, поскольку даже незначительные изменения в единичном и частном могут оказать существенное влияние на поведение экосистемы в целом (например, считается, что слабые загрязнения окружающей среды оказывают менее пагубное влияние чем концентрированные; однако радиоактивные вещества имеют способность концентрироваться в живых тканях, или - накапливаться в пищевых цепях, а тяжелые металлы чем более раздроблены, тем ядовитее);

· существенное значение имеют любые вмешательства в природу, т.е. наличие эффекта обратных связей (в вещественно замкнутой системе биосферы вмешательства, связанные с получением определенных экономических выгод, всегда сопровождаются обратными отрицательными реакциями со стороны природной среды);

· необходимость учета воздействия соседних экосистем, которым во многом объясняется резистентность биосферы;

· важность учета эффекта "привыкания" (нарушенные антропогенной деятельностью и успешно самовосстанавливающиеся крупные природные комплексы более устойчивы к антропогенным нагрузкам, чем девственная природа);

· значимость эффекта "опушки" (разнообразие растительного и животного мира в пограничных зонах биогеоценозов различного вида значительно выше, чем в самих биогеоценозах и, следовательно, природная среда в пределах стыковых зон обладает большей устойчивостью и пластичностью).

Для урбоэкологии особенное значение имеют прикладные аспекты синэкологии и в основном на биогеоценотическом уровне. Главный экологический принцип в условиях неизбежного прогрессирующего антропогенного изменения природной среды, обоснованной акад. С.С. Шварцем, состоит в том, что биогеоценозы и другие экосистемы в индустриальном и урбанизированном мире не могут быть сохранены в естественном состоянии (кроме особо охраняемых природных территорий - заповедников, заказников, национальных парков и др.).

Однако нет никаких объективных причин для их неизбежной деградации и утраты ими биосферных функций.

По мнению С.С. Шварца преобразования биогеоценозов (БГЦ) на урбанизированных территориях должны быть основаны на выполнении следующих условий:

А. Биомасса всех основных трофических уровней БГЦ максимальна Преобладание фитомассы над зоомассой, характерное для антропогенных ландшафтов, выражено не резко, что обеспечивает синтез большого количества кислорода и продуктов животного и растительного происхождения;

Б. Большому объему продукции БГЦ соответствует его высокая продуктивность. Произведение продуктивности и биомассы максимально, что является главной предпосылкой для быстрой компенсации возможных потерь биомассы на отдельных трофических уровнях, возможных в результате случайных или преднамеренных внешних воздействий. Это обстоятельство особенно важно, так как высокая продуктивность сама по себе не гарантирует высокую компенсаторную активность.

В. Сложная структура БГЦ в целом и разнородность отдельных его трофических уровней, что обеспечивает высокую стабильность БГЦ в широком спектре внешний условий. При этом важно сохранить состояние гомеостаза не только для популяций доминирующих видов животных и растений, но и для экосистемы в целом. Поддержание БГЦ в состоянии динамического равновесия обеспечивает состояние гомеостаза и абиотических составляющих БГЦ (гидрологического режима, газового состава атмосферы и др.), что делает экосистему более устойчивой к внешним воздействиям.

Г. Высокая скорость обмена веществом и энергией в БГЦ как предпосылка вовлечения в биотический круговорот всей продуцируемой биомассы в течение короткого времени, что может обеспечить максимальную скорость биологического самоочищения экосистемы/

Д. Высшая продуктивность и стабильность экосистемы как предпосылка самой высокой степени ее резистентности и гибкости, т.е. способности к быстрой перестройке структуры сообщества живых организмов и к быстрым эволюционным преобразованиям популяций их доминирующих видов при направленном изменении внешней среды. Все это может обеспечить поддержание БГЦ в оптимальном состоянии при изменении среды.

Приведенные выше положения, как и территориальные принципы сохранения динамического экологического равновесия, сформулированные Н.Ф. Реймерсом (о чем будет сказано позже), открывают новые горизонты в экологической оптимизации особо сложных (характеризующихся разнообразными конфликтными ситуациями) территорий - городских агломераций, пригородных зон, сильно переуплотненных прибрежных курортных районов и т.д.

Окружающую природную среду характеризует высокая пространственная изменчивость, что имеет очень большое экологическое значение. Поскольку важнейшей территориальной наукой является география, географическое изучение окружающей среды - необходимая предпосылка для любых экологических исследований.

Особенно важное значение для урбоэкологии имеют методы физической географии (включая климатологию, метеорологию, биогеографию и т.д.) и в первую очередь ландшафтоведение, геохимия ландшафтов.

Эстетические основы урбоэкологии нельзя представить себе без включения в них фундаментальных категорий эстетики, искусствоведения, социальной психологии, социологии искусства. Главной задачей при этом остается изучение закономерностей художественного осмысления и обогащения окружающей среды. Важнейшие понятия, например категории "прекрасное", "соразмерность", "единство", "разнообразие" и т.д., необходимо учитывать как в аспекте восприятия и отражения, так и в аспекте ее формирования и проектирования.

1.3 Методологические подходы

Урбоэкология развивается, как часть градостроительной науки и во многом основана на ее методологии. Для методологии градостроительства характерны несколько научных подходов, из которых наиболее существенны для урбоэкологии - территориально-градостроительный, комплексный, системный и биоэкологический.

Территориально-градостроительный подход. Применительно к решению задач урбоэкологии этот подход определяется особенностью мероприятий по охране окружающей природной среды, намечаемых в научных и проектных работах по градостроительству. Эти мероприятия образуют определенную систему, пространственные границы и характер функционирования которой обусловлены конкретной территорией, особенностями и структурой ее планировочной организации. Территория выступает в данном случае как интегрирующая категория и от того, насколько рационально она организована и используется, зависит не только гармоничное развитие и размещение производства, социальной сферы, но и действенность природоохранных мероприятий. В свою очередь территориально сбалансированное природопользование - одна из важнейших предпосылок рациональной планировки и застройки городов и их систем.

Комплексный подход. При исследовании и проектировании градостроительных структур очень важно стремиться к достижению наибольшей полноты и комплексности как по горизонтали (охват возможно большего числа представленных на данной территории отраслей хозяйства), так и по вертикали (стремление наиболее полно и всесторонне рассматривать эти вопросы). Это одинаково важно и для аналитических, и для конструктивных разделов, для антропогенной и природной составляющих данной территории, поскольку только совместное рассмотрение всех многообразных проблем может привести к принятию действительно обоснованных и серьезных проектных решений.

Системный подход. Идея системного подхода - рассмотрение того или иного явления как сложного целого, состоящего из совокупности взаимосвязанных элементов - не нова для многих отраслей знания. Крупнейшие открытия в биологии К. Линнея, Ж.Д. Ламарка, Ч. Дарвина, периодическая таблица элементов Д.И. Менделеева, учение о биосфере В.И. Вернадского представляют блестящие образцы системного подхода к исследуемым проблемам. В частности и градостроительство (включающее и урбоэкологию) по своей сущности является системной дисциплиной, поскольку главное его содержание состоит в том, чтобы на основе анализа и синтеза взаимосвязей природных, социально-экономических и технических составляющих территории создать интегрированную модель района и в конкретных условиях наметить систему мероприятий для ее реализации.

Число способов системного представления объекта может быть очень большим, поскольку это представление субъективно. Но в любом случае необходимо учитывать два наиболее важных условия: первое - комплексный охват всех существенных природных, экономических и экологических факторов и второе - расчленение любой сложной проблемы на ряд проблем более низкого уровня, требующих своего особого подхода и имеющих наилучшее решение для рационального функционирования системы в целом.

Как управляющая система (т.е. система, содержащая комплекс проектных решений и рекомендаций) градостроительство должно опираться в первую очередь на системный анализ - методологию решения крупных комплексных проблем в сфере управления, способный упорядочить логику разработки градостроительных (в том числе и урбоэкологических) проблем, соизмерить поставленные цели с имеющимися ресурсами и достаточно надежно выбрать необходимый вариант проектного решения.

Биоэкономический подход. Большие масштабы хозяйственной деятельности наносят природной среде огромный ущерб. Но существуют и интенсивные отрицательные обратные связи - угнетение и деградация природы оборачивается для экономики, социальной сферы, общества в целом колоссальными потерями. Чем выше уровень загрязнений окружающей среды, тем больше соответствующие затраты на их предотвращение. Дальнейший рост этих затрат в конце концов может сделать убыточным любое производство. С другой стороны, чем ниже затраты на очистку среды, тем больше ущерб от загрязнений и других нарушений в природной среде. В этом заключается экономическое содержание проблемы поиска оптимальных воздействий на природу. Желаемый оптимизм может быть достигнут тогда, когда дополнительные издержки на предотвращение отрицательных последствий антропогенного пресса на природу по меньшей мере уравновесятся экономией от снижения ущерба, наносимого подобным давлением.

Многообразные природные и антропогенные процессы в настоящее время так тесно взаимосвязаны, что давно уже появилась объективная необходимость подходить к современному производству как к сложной эколого-экономической системе, не противопоставляя экономическую и природную системы друг другу. Ясно, что подобный подход требует осуществления производственных процессов с учетом сохранения равновесия окружающей среды, т.е. по существу реализации принципа рационального природопользования.

Успешное управление современным общественным производством не возможно без объединения методов управления экономическим развитием с методами управления естественными биологическими процессами в единую методологию управления биоэкономической системой, под которой следует понимать интеграцию экономики и природы, представляющую собой взаимоувязанное и взаимообусловленное функционирование производства и протекания естественных процессов в природе.

Любой процесс, связанный с деятельностью людей, как и любой естественный процесс, протекает в пространстве и времени. Поэтому особое значение в их гармонизации имеют территориальные дисциплины, в том числе и градостроительство, в котором пока еще преобладает сугубо утилитарный социально-экономический подход. В новых условиях экологическая составляющая градостроительства, т.е. анализ, прогноз, синтез состояния всех компонентов природной среды того или иного города, должна быть значительно усилена. Необходимо по-новому подходить к вопросам рационального природопользования на урбанизированных территориях; достаточно надежно учитывать потенциальные возможности экосистем Традиционный подход к градостроительству должен уступить место более прогрессивному, более соответствующему современной экологической ситуации в городах достаточно широкому биоэкономическому подходу, предполагающему рассмотрение "на равных" как антропогенной, так и природной составляющих городов и их систем. Такой подход в рамках урбоэкологии способен обеспечить достижение совокупной эффективности планировочных мероприятий, направленных как на рациональную организацию в городе производства, так и на сохранение и обогащение его природной среды.

2. Развитие городов и городских систем

На Земле примерно 15 млн. человеческих поселений - городов, поселков, сел, деревень, хуторов. Все они находятся в сложном взаимодействии с природой. Сила и направленность такого взаимодействия в разные исторические эпохи менялась в зависимости от развития тех или иных форм расселения, темпов роста городов, их технической оснащенности и многих других факторов. Воздействие современных городов на биосферу на несколько порядков превосходит влияние на природу поселений прошлых эпох. Чтобы более предметно представить себе масштабы взаимодействия современных городов с природной средой, характер и направленность этого процесса, целесообразно хотя бы в общих чертах остановиться на наиболее важных для урбоэкологии вопросах развития городов и городских систем.

2.1 Экологические аспекты урбанизации

Понятие урбанизации крайне сложно и неоднозначно. Наиболее часто под урбанизацией понимают рост городов и городского населения.

Урбанизацию можно охарактеризовать как многогранный глобальный социально-экономический процесс, связанный с резко усилившимся в эпоху научно-технической революции развитием и концентрацией производительных сил и форм социального общения с распространением городского образа жизни на всю сеть населенных мест.

Все больше возрастает роль интегративных факторов урбанизации, сфера урбанизации, локализованная ранее в городах, из-за их территориального поста все больше распространяется на сельскую местность, охватывая в целом все общество. Важнейшим материальным результатом современной урбанизации является крупная городская агломерация, скопление городских поселений, объединенных интенсивными многообразными связями в сложную динамическую систему.

Урбанистические структуры высшего территориального уровня - городские агломерации, урбанизированные районы, в целом групповые формы городского расселения усилили и углубили характер взаимодействия расселения с природной средой, поскольку природа и урбанизированная среда в современную эпоху взаимодействуют на больших пространствах, а расширяющийся процесс урбанизации не только ведет к усилению такого взаимодействия, но и вовлекает в этот процесс обширные межселенные территории - зоны отдыха, инженерно-технические коридоры и т.д. Появление групповых форм расселения предопределило новый этап во взаимоотношениях города и природы. Локальные формы взаимодействий урбанизированной и природной среды, характерные для автономных городов, вели, как правило, к очаговому нарушению среды, к деградации "опушки", сравнительно неширокого кольца природных комплексов вокруг городов. Групповые формы расселения, получившие широкое развитие в XX столетии и особенно во второй его половине, взаимодействуют с природной средой иначе: локальные формы взаимодействия уступают место региональным его формам, характеризующимся большей глубиной изменений в природной среде, распространением и концентрацией антропогенных нагрузок на обширных территориях.

Городские агломерации, урбанизированные районы - это ареалы глубоко измененной антропогенной деятельностью природы, своеобразные фокусы все усиливающейся человеческой деятельности, территории, где особенно интенсивно происходит замещение естественных биогеоценозов урбо- и агроценозами. Многообразная деятельность человека, связанная с преобразованием природы, далеко выходит за пределы территории непосредственной застройки и оказывает влияние на все компоненты природной среды как, например, физико-геологические изменения почв, подземных вод и других компонентов литогенной основы ощущаются в зависимости от конкретных условий в радиусе 25-30 км, биогеохимические изменения - на еще больших расстояниях. Исследования показывают, что крупны города, а тем более городские агломерации оказывают влияние на окружающую среду на расстоянии в 50 раз большем, чем их собственный раду ус. Особенно сильно влияет урбанизированная среда на почвы, водоемы воздушный бассейн и растительный покров.

Наиболее общие критерии силы антропогенного давления на природу среду в пределах урбанизированных территорий - это величина города или агломерации, плотность населения и застройки, хозяйственный профиль урбанизированного образования (отрасли промышленности, степень развитости санаторно-курортных функций и т.д.). Экологические характеристики урбанизированного района при высокой степени сближенности ядер агломераций между собой значительно хуже, чем у отдельной агломерации, вследствие "эффекта наложения" антропогенных нагрузок на одну и ту же территорию.

Все сказанное выше свидетельствует о том, что урбанистические образования выступают как исключительно мощные очаги возмущения и деградации природы. Вследствие огромной концентрации техногенных нагрузок в крупных городах и городских агломерациях, необратимого нарушения в них водно-земельного режима, примитивности и ничтожной биологической продуктивности урбоценозов даже в хорошо благоустроенных, озелененных поселениях сила и скорости антропогенных воздействий всегда будут превышать темпы адаптации к этим воздействиям природной среды.

Чтобы этого не происходило на обширных территориях, необходимо обеспечить природной среде в целом и отдельным ее компонентам равновесное состояние, то есть регенерацию чистой воды, воздуха, почвенного и растительного покрова, отдельных ландшафтов, экосистем и биогеоценозов. Биологическая "несостоятельность" урбоценозов должна постоянно компенсироваться более продуктивными биогеоценозами.

Урбанизированная среда и природа -- противостоящие, но не исключающие друг друга понятия, поскольку у них есть одно очень важное общее свойство, вытекающее из социальной сущности человека - большой город и природа необходимы человеку, по существу, в равной мере.

Урбанизация - объективный процесс, и пытаться повернуть его вспять бессмысленно. Однако установить разумные пределы развития урбоценозов и исследовать их связи с биогеоценозами, безусловно, необходимо. Урбанизация - следствие научно-технической революции и одна из важных предпосылок её дальнейшего развития. И научно-техническая революция, и урбанизация наряду с положительными имеют и отрицательные стороны: неконтролируемое расширение процесса урбанизации на всю территорию отдельных стран крупных регионов неизбежно повлечет за собой нарушение нормального функционирования биогеоценотического покрова планеты. Поэтому наряду с урбанизированными территориями необходимо обеспечить сохранение и чисто природных пространств, способных воспроизводить не только биомассу как пищевое сырье, но и чистый воздух, воду, фауну - удовлетворять потребности человека в отдыхе, разнообразии природной среды. Вместе с тем в регулируемой и контролируемой урбанизации заложены огромные возможности планомерного преобразования природной среды, реальная возможность "конструировать" биогеоценозы с заранее заданными свойствами, необходимыми для их устойчивого развития и в условиях урбанизированной среды.

Между урбанизацией и природой существуют сложные диалектические связи. С одной стороны, процесс концентрации населения в весьма небольшом (по сравнению с сельской местностью) числе крупных поселений, безусловно, увеличивает силу антропогенного воздействия на природу и опасность ее разрушения в очагах урбанизации.

С другой стороны - в самой концентрации производства и населения заложены мощные экономические рычаги, позволяющие осуществить комплекс инженерных, технологических и гигиенических мероприятий по охране воды, воздуха, почвенно-растительного покрова в наиболее уязвимых для биосферы урбанизированных зонах. Более того, нередко урбанизация и индустриализация ведут к значительному улучшению экологической обстановки - например, при создании оазисов в аридных зонах.

Процесс урбанизации способствует также сохранению обширных природных ландшафтов за пределами зон концентрации городов. Правда, с другой стороны, известно, что города порождают проблемы отдыха в природе, а отдых в природе, обусловленный потребностями современного человека в комфорте, делает в свою очередь необходимой урбанизацию зон отдыха.

Растущий уровень автомобилизации, увеличивающаяся мобильность населения все более расширяют зоны доступности человеком природных ландшафтов, но, с другой стороны, эти процессы способствуют строительству автомобильных дорог и более равномерному распределению рекреационных нагрузок на природную среду.

Таким образом, воздействие урбанизации на природу далеко не однозначно. Поэтому природу можно сохранить, лишь преодолев отрицательные последствия и использовав преимущества этого процесса.

3. Город как экосистема

3.1 Город - сложная полиструктурная система

Системой называют такой объект, который можно расчленить на составные части - подсистемы различного уровня. При этом между такими подсистемами должно существовать определенное взаимодействие, в процессе, которого происходят взаимные связи. Характер, структура, число, интенсивность, устойчивость таких связей позволяют судить о системе как о сложной или простой, стабильной или функционирующей, статической или динамической, поли- или моноструктурной.

Любой город (городская агломерация, система расселения) имеет несколько системных (в том числе экосистемных) характеристик, закономерности которых необходимо учитывать в процессе его исследования, конструирования или управления им.

Город - сложная система, характеризующаяся многообразными внутренними и внешними связями естественного, технического, социального происхождения. Как сложную систему город можно представить в виде динамичного взаимодействующего сочетания двух субсистем -природной и антропогенной, которые, в свою очередь, подразделяются на ряд взаимодействующих подсистем: природная на: геосистему, гидросистему, аэросистему и биосистему; антропогенная на подсистемы: производственную, градостроительную, инфраструктурную. Вполне понятно, что и природные, и антропогенные подсистемы можно подразделить на подсистемы более низкого ранга, последние - на еще более низшего ранга и т.д. (рис. 6).

Характер функционирования городской системы определяется динамикой процессов, протекающих в субсистемах, а также интенсивностью прямых и обратных положительных и отрицательных связей между ними Так. природная субсистема характеризуется сложными геохимическими и биологическими процессами, идущими на территории города, - преобразованием горных пород, участием в регенерации кислорода и воды в результате реакции фотосинтеза и кругооборота в природе других элементов, почвообразованием и т.д. Антропогенную субсистему характеризуют создание и дальнейшее развитие структур техногенного происхождения, преобразование естественных ландшафтов в культурные. Взаимное влияние природной и антропогенной систем весьма велико, однако главное их различие заключается в том, что природная субсистема способна к саморегуляции и не нуждается в активном действии на нее антропогенной субсистемы (скорее, наоборот), а антропогенная система, напротив, всецело зависит от природной. При этом человек как элемент природной субсистемы и одновременно социальное существо не просто влияет на антропогенную субсистему -- он ее создает, оказывая сильное влияние и на природную субсистему, нередко лишая ее способности к саморегуляции.

Сложность городской системы состоит в том, что любое урбанистическое образование не функционирует в изоляции, внешние связи системы гл.п*м. ее суб- и подсистем весьма велики. Так, градостроительная подсистема города одновременно представляет собой часть градостроительной системы более высокого ранга региональной; гидросистем; города служит составной частью более крупной водной системы - бассейновой и т.д. В соответствии с этим, и экзогенные (внешние) и эндогенные (внутренние) связи в городе как системы чрезвычайно сложна что делает, по существу, невозможным их полный учет и доскональную оценку.

Город - функционирующая система, поскольку взаимосвязи её элементов осуществляются в режиме повторяющихся циклов, что во многом определяет взаимодействие между ее субсистемами, подсистемами в отдельными элементами. Это свойство городской системы очень важно так как позволяет хотя бы в самых общих чертах прогнозировать динамику; протекающих в ней наиболее важных процессов. Город - динамическая система, поскольку с течением времени он может количественно и, что не менее важно, качественно меняться. Это свойство города создает особые трудности при конструировании его перспективной модели, так как качественное его изменение, а, следовательно, и изменение его субсистем происходит чаще всего в условиях большой неопределенности. Поэтому для городских систем необходимо знать не только их исходные элементы но и виды действующих в них отношений и связей.

Как правило, в каждой сложной системе можно выделить несколько групп достаточно устойчивых отношений, которые определяют структуру того или иного вида. В сложных системах, называемых полиструктурными, одновременно существует несколько структур. В той же городской системе можно обнаружить демографическую, социально-экономическую, планировочную и другие структуры которые в отличие от подсистем, занимающих на территории города определенное положение (концентрированно или дисперсно), характеризуют город в целом и при "отраслевом"', некомплексном подходе к городу ошибочно могут быть заменены понятием "система". Так, некоторые экономисты считают город экономической системой, архитекторы - планировочной системой и т.д. Умение выявить общее сходство у большого числа различных по содержанию отношений, преобразований и связей, которые определяют те или иные структуры различных сложных систем, помогает сопоставлять между собой даже непохожие, на первый взгляд, друг на друга системы, дд менее доступные для исследователей системы с помощью моделей.

Градостроительство по существу и является одним из видов моделирования, то есть процессом, в котором должны учитываться наиболее существенные связи и самые важные структуры системы. Цель такого моделирования - достижение наиболее рационального и равновесного состояния всех структур и подсистем, обеспечивающего наибольшую эффективность системы в целом.

3.2 Экосистемные характеристики города

Экологической системой, как известно, называют любое сообщество живых организмов и среду их обитания, объединенных в единое функциональное целое, возникающее на основе взаимозависимости и причинно-следственных связей, существующих между отдельными экологическими компонентами. Экосистемы могут быть разных размеров, например, глобальная экосистема - биосфера или экосистема гнилого пня - микроэкосистема. В отличие от биогеоценозов экосистемы не имеют достаточно четких границ, предопределенных биотопом, хотя по содержанию и близки к ним. В этом отношении город скорее экосистема, чем биогеоценоз, хотя экосистема и необычная, очень сильно отличающаяся от природных экологических систем.

Урбанизированные образования (в том числе города) находятся в весьма сложных отношениях с биосферой. С одной стороны, в городах живут люди, животные, птицы, насекомые, существует автотрофная растительность. Все это между собой связано. Следовательно, город (городскую агломерацию, систему расселения) можно считать, безусловно, экосистемой. Вместе с тем, многие исследователи, Ю. Одум, например, полагают (правда, в дискуссии по поводу правомерности сравнивать город с живым организмом), что если города - организмы, то их следует считать "паразитами" биосферы, наносящими вред "хозяевам" - природным ландшафтам.

Будучи сверхсложной полиструктурной системой, город не перестает быть одновременно и системой экологической, поскольку последнюю, как и в природных условиях, формируют организмы (растения-продуценты, человек, животные-консументы, грибы и микробы-деструкторы) вместе со ^средой их существования. При этом главными системообразующими провесами являются потоки вещества и энергии.

Вместе с тем, город - особая экосистема, основное отличие которой от экосистем, известных в природе, заключается в том, что в ней доминирует человек. Имитируя многие естественно протекающие в природных экосистемах процессы, силой своего ума и логикой социального поведения человек искусственно создает и регулирует потоки вещества и энергии, формирует и разрывает трофические цепи, во многом влияет на процессы теплового и газового обмена. Он во многом автор и среды своего обитания. Материальная сфера города, его архитектура - результат деятельности человека именно как социального существа. Особенности городской экосистемы в большой степени проявляются в таких ее характеристиках, как полиморфность, зависимость от смежных экосистем, аккумулирующая способность, неуравновешенность основных структур.

Городская экосистема полиморфна, она не может полностью "вписаться" в природную или тем более антропогенную субсистему города, так как средой обитания человека в городе являются и природные (гидросфера, атмосфера, геосфера и др.), и антропогенные (здания, элементы инфраструктуры и т.д.) подсистемы. Экосистема города как бы врастает во все материальные структуры города, будучи его "третьим" измерением и одновременно одной из видов его основных структур (материальных, духовных, природно-экологических). Это свойство городских экосистем объясняет чрезвычайную сложность конструктивных вмешательств в урбоценозы с целью их оптимизации, невозможность их усовершенствования путем реконструкции какого-то одного вида структур.

Город - чрезвычайно зависимая экосистема. Все экосистемы - открытые образования, но города - сверхоткрытые. Они полностью зависят от окружения, в чем проявляется экологический "паразитизм" урбанизированных образований. Город не может прокормить свое население, он "дышит чужим воздухом", "пьет чужую воду" и одновременно с этим выбрасывает в биосферу большое количество продуктов своего метаболизма. Это видно из т а б л. 1, где приведены ориентировочные объемы некоторых ресурсов и размеры территорий, необходимых для покрытия их дефицита городом с населением 1 млн. человек.

Помимо потребления природных ресурсов и энергии, стягиваемых с обширных пространств, современный город-"миллионер" производит огромное количество отходов. Так, по данным Б.Б. Прохорова, миллионный город ежегодно выбрасывает в атмосферу не менее 10-11 млн. т водяных паров, 1,5-2 млн. т пыли, 1,5 млн. т окиси углерода, 0,25 млн. т сернистого ангидрида, 0,3 млн. т окислов азота, большое количество иных, небезразличных для здоровья человека и окружающей его среды загрязнений. Поэтому 15 млн. поселений на нашей планете выступают как основные очаги антропогенного возмущения в биосфере, а наиболее крупные из них, города, например, по масштабам воздействия на атмосферу иногда сравнивают с вулканами. Таблица 1.

Город - аккумулирующая экосистема, поскольку положительный баланс обмена веществ в его пределах ведет к накоплению веществ. Для городов характерно образование на почве культурного слоя, достигающего толщины до 7-8 метров и включающего строительные и бытовые отходы прошедших эпох. Гигантские размеры приобретает аккумуляция вещества в промышленных городах, где образуется новый рельеф с террикониками, карьерами и др. Нередко впадины коренного рельефа в городах сглаживаются, водоемы заполняются наносным материалом, ручьи и речки превращаются в подземные коллекторы.

Город - неравновесная экосистема, поскольку его развитие определяется не законами природы, а деятельностью человека. Город - результат созидательной и разрушительной деятельности людей в течение многих лет. При определенных величине и хозяйственной специализации городов окружающие их природные территории поддерживали экологическое равновесие, способствовали обезвреживанию отходов, очистке вод, воздуха. Современные промышленные города чрезвычайно чувствительны к нарушению равновесия: сбой в работе водопроводного хозяйства, электроснабжения, отказы в работе очистных сооружений могут привести к локальному экологическому кризису.

Как и в любой экосистеме, в городе особенно важны потоки вещества, энергии. Основной методологической предпосылкой анализа потоков вещества и энергии служит гипотеза о том, что эти потоки, как и в других экосистемах обуславливают организацию и внутреннюю структуру городской экосистемы. Вероятно, такой подход может помочь получить общие представления о закономерностях функционирования экосистемы города. В известных исследованиях городских систем Японии, Гонконга, Сянгана и Мехико особое внимание было уделено изучению потоков воды и анализу потоков энергии в городе.

Вместе с тем ясно, что характер этих процессов в естественных экосистемах иной, чем в городе. Город в тысячи раз больше потребляет, чек производит, и кажущаяся на первый взгляд сбалансированность потоков объясняется искусственным привлечением в город огромных количеств энергии, обеспечивающих жизнедеятельность городской экосистемы, позволяющих обеспечивать состояние искусственного гомеостаза (равновесия).

В отличие от естественных экосистем биомасса в городе несбалансированна - отношение фитомассы к зоомассе иное, чем в естественных экосистемах (главным образом за счет огромных масс людей), пищевые цепи сети разомкнуты в основных их звеньях и метаболизм города (процессы потребления воды и пищевых продуктов и выделение отходов жизнедеятельности) сильно отличается от круговорота вещества в природе. Продуктивность городских экосистем ничтожна, но сильное преобладание биомассы над продуктивностью не обеспечивает высокой устойчивости городской экосистемы к внешним воздействиям из-за упрощенности ее состава. Поэтому и гомеостаз городской экосистемы может быть обеспечен другими средствами, нежели в естественных условиях. Область применения этих средств, их состав, функциональное содержание, роль в городской экосистеме и является конструктивным содержанием урбоэкологии.

3.3 Экологическая эффективность различных видов и форм населения

Комплексное неоднозначное воздействие урбанизации на природную среду, как и многообразные прямые и обратные связи природы с городами городскими агломерациями весьма осложняют выбор наиболее "экологичных" форм и видов расселения, тем более что одни и те же его формы в различных конкретных условиях могут иметь разную и "экологичности". В общем виде наиболее важно рассмотреть особенности расселения с точки зрения его "совместимости" с природной средой применительно к разным его формам - городской и сельской; вели-_населенных мест; размещению населенных мест в макрозональном "' е; планировочной структуре и рисунку расселения.^{2 1Ь} До сих пор возникают дискуссии о том, какая форма расселения, городская или сельская, более экологична. Многие считают, что сельское расселение более гармонично сочетается с природной средой, поскольку удельные нагрузки на природу здесь меньше. Однако современное индустриальное сельскохозяйственное производство связано со значительными антропогенными нагрузками на природную среду, а большая его дисперсность ведет к тому, что зона активного воздействия сельскохозяйственного производства весьма обширна.

Поскольку и первая, и вторая формы расселения общественно необходимы - противопоставлять городское расселение сельскому и обратно достаточно бессмысленно, так как это не помогает решению проблемы. И городское, и сельское расселение могут быть и достаточно экологичными, и, напротив, отличаться крайне агрессивным характером по отношению к природной среде. Все дело в конкретных социально-экономических, природно-климатических и других условиях.

Более важен в рассматриваемой проблеме вопрос о величине населенных мест, хотя и здесь также не всегда можно сделать однозначный вывод.

Если подходить к вопросу с гигиенических позиций, то чаще всего более "чистыми" считают малые города и сельские поселения. Такой подход также неоднозначен, поскольку конкретные условия могут внести существенные коррективы в это мнение. Например, мелкие поселки, расположенные при шахтах на месторождениях угля с высоким содержанием серы и золы, как и поселки вблизи карьеров открытой добычи полезных ископаемых, отличаются крайне сложной экологической обстановкой. Гигиенические исследования показывают, что крупные и особенно крупнейшие города при прочих равных условиях уступают по санитарным характеристикам окружающей среды малым и средним городам, но превосходят их, как правило, по качеству санитарно-технической оснащенности и благоустройству. Крупные города и агломерации, обеспечивая высокий уровень жилищного строительства, культурно-бытового и медицинского обслуживания, отличаются одновременно большей концентрацией промышленности и высокой плотностью населения, что приводит к значительному загрязнению окружающей среды, несбалансированности мест приложения труда, нерациональным маятниковым передвижениям населения, застройке ценных природных ландшафтов и т.д.

Увеличение размеров города ведет к росту числа транспортных средств, что еще больше загрязняет воздушный бассейн и повышает шумовой фон среды обитания людей. В городах с населением свыше 500 тыс. жителе концентрация наиболее распространенных загрязнений атмосферы (пыль, окислов азота, сернистого и угарного газов) в 1,5-2 раза выше, чем в городах с 100 тыс. жителей. В атмосфере городов, развивающихся на базе металлургической или нефтеперерабатывающей промышленности, содержание сернистого газа в 2-3 раза больше, чем в городах аналогичной величины, но другого народнохозяйственного профиля Увеличение числа автомобилей с 10 тыс. до 50 тыс. ведет к росту концентрации угарного газа в городском воздухе в 2-4 раза.

Увеличение плотности застройки (характерное для крупных городов) а только значительно снижает комфортность проживания, но ведет к скученности населения и росту эпидемиологически небезопасных контактов. Так, например, при плотности населения в ядрах агломерации менее 2500 чел на 1 км. заболеваемость населения гриппом при прочих равных условия меньше, чем в городах с плотностью населения 4000-5000 чел. на 1 км².В крупнейших городах при росте плотности населения на жилой территории с 300 до 1000 чел на гектар заболеваемость дыхательных путей у детей увеличивается в 1,5-2 раза.

Если же к проблеме подходить не только с гигиенических, но и с более широких общеэкологических позиций, картина получается значительно более сложной. Не всегда малый город или сельское поселение может отличаться высокой степенью экологичности. В ряде случаев и сельский населенный пункт в силу особенностей его размещения, уклада жизни его обитателей, сложившейся экономической конъюнктуры и т.д. может стать настоящим экологическим паразитом в своем ареале (массовая вырубка леса вокруг поселения, интенсивное ведение монокультур при концентрированном применении пестицидов и минеральных удобрений и т.д.). И, напротив, не всегда даже крупный город оказывает на окружающую его природную среду разрушающее действие. Примером тому служат в первую очередь города, развивающиеся в экстремальны условиях аридной (засушливой) зоны. Как правило, в этих случаях возникновение городов ведет к появлению новых оазисов, усложнению экосистем, кардинальному улучшению экологических характеристик местности.

В целом же, учитывая растущие нагрузки на природу со стороны человека, все большую его энерговооруженность, мобильность, химизацию промышленности и сельского хозяйства, можно считать, что в средних условиях (достаточное количество осадков, значительная лесистость территории, действие в городе промышленных предприятий высоких классов сани-' _од вредности и т.д.) проблемные ситуации в экологической сфере начинают возникать уже в городах с населением 80-100 тыс. жителей. Антропогенное давление на природную среду со стороны городов растет вместе с их размерами. Это не линейная зависимость. Уровень антропогенного пресса в силу многих причин увеличивается несколько более медленными темпами, чем население города, хотя в этом кажущемся отставании скрыта возможность различных сюрпризов в виде локальных экологических кризисов. Любое нарушение (недостаточность, рассогласование и т.д.) в функциональной или экологической сфере города или городской агломерации компенсируется, как правило, за счет привлечения дополнительной энергии, вещества и других ресурсов извне. Однако, постепенно накапливаясь, такие нарушения могут привести к внезапной экологической катастрофе в каком-то одном или в нескольких экологических звеньях (прогрессирующая дигрессия и гибель крупных массивов зеленых насаждений, катастрофический дефицит водных ресурсов, образование фотохимического смога, внезапное заболевание населения специфическими болезнями и т.д.).

Размещение населенных мест в макрозональном плане также было предметом соответствующих дискуссий, хотя и значительно более редких. Высказывались, например, мнения о возможности создания "безвредных" расселенческих структур, которым больше всего соответствуют дифференцированные подходы к размещению производительных сил и населения.

Например, размещение производительных сил в субполярных и полярных районах вдоль побережья Северного Ледовитого океана без колоссальных затрат на очистку промышленных стоков и выбросов и расселение населения в наиболее благоприятных средних и южных широтах могло бы стать альтернативой современному расселению (что при широком внедрении автоматизированных систем управления, телемеханики и электроники возможно даже при современном уровне развития науки и техники). Однако, не говоря уже об абсолютной нереальности этой альтернативы по экономическим соображениям, подобное решение исходит из узкогигиенических антропоцентрических критериев и не может обеспечить действительно полноценное экологическое решение проблемы.

Что же касается пространственной структуры расселения, его рисунка, то в этом отношении наиболее желаемой формой выступают различные модификации линейных структур, известные еще по работам А. Сориа-и-Мата, Л. Леонидова, Н. Милютина и других теоретиков градостроительства. Позднее идея линейного города трансформировалась различные производные концепции - "регионального города", "новых элементов расселения", "кинетической системы расселения", "сетевой структуры расселения" и т.д.

Все эти предложения исходят из необходимости обеспечить гибкое развитие урбанистических образований, основаны на возможности применения скоростных видов транспорта и т.д. Одним из важнейших доводов пользу линейных структур было стремление приблизить городскую застройку к природе. Вместе с тем не все эти концепции в необходимой мере учитывают конкретные социально-экономические и экологические условия. Линейные структуры не могут быть одинаково "экологичными" во всех конкретных случаях (например, для водотока нет большей угрозы, чем многокилометровый город, а еще хуже полоса городов, вытянувшая вдоль него). Их приоритетность определяется многими факторами - гидрографической сетью, направлением преобладающих ветров, геоморфологическими и геохимическими характеристиками местности и т.д.

Таким образом, однозначно судить об "экологичности" городов, городских образований, систем расселения по какому-то частному, хотя и весомому признаку достаточно сложно. Только комплексное исследована конкретной урбанистической структуры позволяет получать необходимы данные и сделать соответствующие выводы, поскольку каждый город индивидуален. Тем не менее, существуют обобщенные представления об "экологическом" городе, составляющие суть концепции экополиса.