2392

2

УДК*630*182.59+630*907.2

Царалунга, В. В. Урбоэкология и мониторинг среды [Текст] : методические указания к лабораторным работам для студентов специальности 250203 – Садово-парковое и ландшафтное строительство / В. В. Царалунга, В. В. Кругляк, Н. П. Карташова ; М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВПО «ВГЛТА». – Воронеж, 2012. – 35 с.

Печатается по решению учебно-методического совета ФГБОУ ВПО «ВГЛТА» (протокол № 6 от 27 мая 2011 г.)

Рецензент заведующий кафедрой теории и методики естественнонаучного образования Воронежского областного института повышения квалификации и переподготовки

работников образования канд. биол. наук, проф. Л.В. Дорогань

3

ВВЕДЕНИЕ

Урбоэкология изучает города как элементы единых систем расселения, вступающих во взаимодействие с природными системами на общепланетарном глобальном уровне. Город интересует исследователей как источник визуальной информации, объединяющей эстетику, психологию восприятия, физиологию зрительного восприятия.

Исследование города на экосистемном уровне, т.е. взаимодействия городской среды и живых организмов, включая человека, является одним из наименее изученных направлений и представляет интерес не только для ученых, занимающихся этими вопросами, но и для всех, кто живет в городе.

Это достигается изучением основных понятий и принципов экологии городов и поселений, системы элементов окружающей среды в городах и агломерациях, мониторинга, как слежения, прогноза и принятия оперативных решений по улучшению качества среды.

Студент должен уметь оценивать, анализировать и прогнозировать состояние окружающей среды в городе и пригородной зоне и принимать оперативные решения по улучшению ее качества.

В связи с ограниченным временем, отведенным на изучение дисциплины Урбоэкология и мониторинг среды, программой лабораторных работ предусматривается знакомство лишь с основными вопросами курса.

4

Тема № 1 Окружающая среда и ее компоненты

Под средой понимают вещество, энергию и пространство, окружающие рассматриваемый объект.

В экологии среда - это природные тела и явления, с которыми организм находится в прямых или косвенных взаимоотношениях.

Среда природная – совокупность природных и незначительно измененных деятельностью людей абиотических и биотических естественных факторов, оказывающих влияние на растения, животных и иные организмы. Отличается свойствами самоподдержания и саморегуляции без корректирующего воздействия человека.

Природная среда подразделяется на абиотическую, биогенную (биологическую + биотическую), географическую, внешнюю (экологическую) и окружающую человека природную среду.

Термин «окружающая человека природная среда» имеет два определения:

1)часть природы, влияющая непосредственно и опосредованно на человечество, его группы и отдельных людей (материально-энергетически, информационно-психологически и социально-экономически);

2)абиотические и биотические естественные факторы, которые влияют на человека и отличаются свойствами самоподдержания и саморегуляции.

Окружающая среда представляет собой комплекс условий, в которых состояние здоровья и трудоспособность человека обеспечиваются в максимальной степени. Необходимо обеспечить высокое качество среды, непосредственно окружающей человека там, где он находится.

Окружающая среда фактически слагается из множества отдельных элементов, условий, явлений, или, как принято их называть, экологических факторов. Экологический фактор – элемент окружающей среды, способный оказывать прямое или косвенное воздействие на живой организм на любом этапе его индивидуального развития. Все экологические факторы можно разделить на три группы: абиотические, биотические и антропогенные. В настоящее время основным фактором является антропогенный, т.е. фактор, связанный с деятельностью человека. Так, в результате деятельности человека, появились города.

Города представляют собой несбалансированные, неуравновешенные

5

системы, которые не могли бы существовать без регулирующей деятельности человека. И потому, пожалуй, наиболее важное их отличие от естественных экосистем - это непременное и сильное влияние социальных факторов.

Свойства окружающей среды

Устойчивость - это способность окружающей среды к нормальному формированию в определенных экологических условиях с различным уровнем отрицательных техногенных и антропогенных воздействий.

Классы устойчивости природных комплексов к рекреационным нагрузкам определяют в зависимости от типа лесорастительных условий и преобладающей породы по шкале из пяти классов (1-й класс - самые устойчивые насаждения). От устойчивости зависит рекреационная дигрессия - это нарушение природной среды в результате влияния на нее рекреантов (вытаптывание и уничтожение лесной подстилки, напочвенного покрова, подлеска, подроста, повреждений деревьев). Дигрессия вызвана влиянием рекреационных нагрузок на природные комплексы. Устойчивость определяется степенью нарушения природной среды, т.е. деградацией среды.

При оценке степени рекреационной дигрессии обычно принято различать пять стадий (Тарасов А.И., 1976).

Граница устойчивости фитоценозов проходит между 3 и 4 стадиями дигрессии. Поэтому предел устойчивости природных комплексов к рекреации устанавливался по верхнему пределу третьей стадии рекреационной дигрессии

(Чижова В.П., 1977).

Устойчивость биогеоценозов выражается через показатель экологической емкости. Рекреационные нагрузки должны регулироваться в пределах оптимальной экологической емкости, которая определяется по формуле

Ерое = Нpng (Х1 + 0,38Х2 + 0,06Х3) (1) uде Ерое - емкость рекреационная, чел.-час. в год;

Нpng - нагрузка предельно допустимая, чел.-час./га в год;

Х1, Х2, Х3- площади интенсивного, умеренного и эпизодического рекреационного использования, га.

Таким образом, величина экологической емкости территории или предельно допустимой рекреационной нагрузки зависит от предела устойчивости к рекреации конкретного участка, т.е. состояния биогеоценоза, при котором дальнейшее увеличение нагрузки вызывает деградацию

6

(естественный необратимый процесс разрушения комплекса). Процесс изменения биогеоценоза в результате рекреационного воздействия становится необратимым на четвертой стадии рекреационной дигрессии. Поэтому допустима лишь третья стадия нарушений.

В свою очередь, рекреационные нагрузки подразделяются на 4 категории (Чижова В.П., 1977): допустимые (оптимальные); предельно-допустимые; критические; катастрофические.

Задание. Изучить категории рекреационных нагрузок.

Эти градации рекреационных нагрузок используют для определения различных рекреационных емкостей.

Экологически допустимая рекреационная емкость каждого природного комплекса определяется по формуле

где Е - экологическая (предельная) или допустимая емкость участка, урочища (функциональной зоны лесничества, лесопарка, части зеленой зоны, парка, сквера), чел./дн.;

- допустимая или предельная нагрузка, то есть нагрузка, приводящая природный комплекс к 2 или 3 стадиям дигрессии, на i-ом участке площадью Si (га) определенного класса устойчивости к рекреационным нагрузкам, чел.-дн./га.

Полученная емкость фактически определяет величину рекреационных ресурсов. Путем ее сравнения с существующими нагрузками можно определить степень использования рекреационных ресурсов территории или ее частей (функциональная зона, урочище, лесничество). Это дает возможность наметить комплекс мероприятий по рациональному рекреационному использованию и регулированию посещаемости, восстановлению экологических взаимосвязей природного комплекса, решить вопрос о количестве и пространственном размещении элементов благоустройства, организации дорожно-транспортной сети, а также допустимых видов рекреации.

Задание. Заполнить табл. 1 и наметить мероприятия по каждой пробной площади, с учетом класса устойчивости, стадии дигрессии и рекреационной нагрузки.

7

Таблица 1

Рекреационная емкость и нагрузка на пробных площадях

Тема №2 Типы загрязнения городской среды.

Особенности городского климата

Воздушная среда города по своим характеристикам во многом отличается от состояния воздушной атмосферы в природных системах. Состояние воздушного бассейна в городе зависит от многих факторов: от уровня развития производственно-экономической базы, специализации ведущих промышленных предприятий, от состояния инженерно-транспортной инфраструктуры, характера природно-климатических условий и особенностей архитектурнопланировочной организации.

Изменения в воздушной среде происходят под действием механического, химического, радиационного, электромагнитного, теплового, шумового, вибрационного и биологического загрязнений. Источниками загрязнений являются промышленные предприятия, транспорт, инженерные сети, коммунальные и энергетические объекты, жилые и общественные здания, их инженерное оборудование, применяемые строительные и отделочные материалы. Под действием загрязнителей изменяются все характеристики воздушной среды: состав и чистота воздуха, прозрачность атмосферы, направление и интенсивность ветра, температура и влажность воздуха.

Особенно следует обратить внимание на загрязнение воздуха промышленными выбросами. Под их влиянием меняется состав воздуха по соотношению основных природных компонентов, в частности, выявлено большое

8

содержание углекислоты, приводящее к возникновению так называемого «парникового эффекта». В воздушной среде города выявлено наличие мелкодисперсных аэрозолей, различные углеводороды, оксид серы и многие другие вещества. Даже при очистке производственных выбросов предприятий до 97-98 % оставшаяся часть существенно влияет на состояние атмосферного воздуха.

Главными источниками химического и механического загрязнения города являются промышленные, энергетические объекты, транспортные системы.

ВРоссии около 60 % загрязнителей представлены промышленными выбросами, 27 % - выбросами объектов энергетики, 13 % - приходится на транспортное загрязнение. В США загрязнение от автомобильного транспорта составляет почти 60 % всех загрязнителей, а на долю энергетики и промышленности приходится 23 % и 17 % соответственно.

Впрактике исследований загрязнений воздушного бассейна различают стационарные и мобильные источники загрязнений. Стационарные - это объекты промышленности и энергетики, мобильные - все виды городского транспорта.

Загрязнение природной среды следует рассматривать как любое внесение

вту или иную экологическую систему (биогеоценоз) несвойственных ей неживых или живых компонентов или структурных изменений.

Общую схему загрязнения окружающей среды можно представить следующим образом.

Ингредиентное загрязнение (от лат. "ингредиент" — составная часть): минеральными компонентами (продуктами сгорания топлива, удобрениями, ядохимикатами, отходами химических предприятий); органическими веществами (отходами животноводства, быта, пищевой, целлюлозно-бумажной, микробиологической промышленностей).

Параметрическое загрязнение (изменение качественных характеристик среды): шумовое; тепловое (изменение температурного режима в воде, в цехах); световое (изменение режима освещенности); электромагнитное (мощные поля в зонах электростанций, силовых и трансформаторных установок, линий электропередачи).

Биоценотическое загрязнение (изменение характеристик компонентов природных экологических систем): случайная или непродуманная интродукция чуждых животных, растений, например, вредителей и сорняков; нарушение

9

численности организмов, соотношения рождаемости и смертности из-за перелова, перепромысла и др.; внесение в экологические системы болезнетворных микробов.

Стациально-деструкционное загрязнение (от лат. "стация" — место обитания, "деструкцио" — разрушение): вырубка лесов-средообразователей; открытая (карьерная) добыча полезных ископаемых; осушение заболоченных земель, снижение уровня грунтовых вод; лесные и степные пожары; строительство водохранилищ, перегораживание рек плотинами, спрямление их русел и др.; промышленное, городское, дорожное и иное строительство.

Задание. Заполнить табл. 2.

Таблица 2 Типы загрязнений и их влияние на городскую среду, животный и

растительный мир

С ростом урбанизации природная среда в городах неузнаваемо преобразилась, так что теперь все чаще говорят о "городской среде", во многих отношениях резко отличающейся от природной.

Из своего повседневного опыта горожане знают, насколько зеленые насаждения смягчают летнюю жару и сухость, защищают от палящего солнца и сильных ветров. А вот что говорят исследования городского микроклимата. В Москве, Санкт-Петербурге, Курске, Воронеже и других крупных городах температура воздуха летом в скверах и на бульварах в среднем на 1,5-3 °С ниже, а относительная влажность на 2-8 % выше, чем на открытых площадках; в городских парках и лесопарках эта разница доходит до 6,5-10 °С и 10-13 %. Попутно стоит добавить: разница температуры в 2,5-3 °С уже очень ощутима для человека. Примечательно, что в тени посадок, составленных из деревьев с густыми кронами, снижение температуры гораздо значительнее, чем в "неживой" тени высоких зданий. Заметный микроклиматический эффект дает даже такой простой озеленительный прием, как замена открытого

10

грунта, а тем более асфальта, травяным покровом. На орошаемом газоне человек получает тепловой радиации на 40 % меньше, чем на "голой" поверхности. Особенно ощутимо защитное слияние зеленых насаждений в южных городах, где в летний зной снижение температуры на 2-3° уже приносит облегчение. Кстати, к этому присоединяется и экономический эффект, поскольку в зданиях, стены которых скрыты деревьями и вьющимися лианами, расходуется меньше электроэнергии на кондиционирование воздуха.

Таким образом, присутствие растительности в городе способствует повышению комфортности среды обитания человека и улучшению его физического самочувствия.

Задание. Изучить, как влияет растительность на городскую среду и человека, живущего в городе.

Комплексное загрязнение воздушной среды города приводит к формированию специфического городского климата, получившего названия мезоклимата или поликлимата. Чем больше численность населения и величина городских территорий, тем резче проявляется отличие мезоклимата от природного. Климатические особенности тесно связаны с характером планировки, включая величину и расположение промышленных территорий, степень развитости транспортной сети, но в большей степени они зависят от интенсивности загрязнений, их распространения в городе.

Суммарное энергопотребление

Города служат огромными накопителями и выделителями энергии. В рамках принятой модели можно считать, что ежегодно город с миллионным населением потребляет энергии около 4,5x1015 кДж/год, или 1,5x1013 кДж/км2/год.

Последняя цифра несколько превышает величину энергии, поступающей от Солнца на 56 град. с.ш. Концентрируя большое количество энергии, часть ее города выделяют в окружающую среду. В городе температура воздуха всегда выше, чем на территориях вокруг него. Происходит это как за счет техногенной деятельности, так и за счет нагрева солнцем асфальтовых, бетонных и каменных поверхностей улиц, площадей, стен и крыш домов и т.д. В больших городах с плотной застройкой температура воздуха может повышаться до 5 °С по сравнению с окружающей местностью. При сильных морозах в центре