5.4. Экологический блок урбоэкосистемы

Жизнь и деятельность человека связаны с конкретным, достаточно тонким слоем биосферы - "пленкой жизни" (Аболин, 1925), биогеоценотическим покровом (Сукачев,1964). В.И. Вернадский (1967) называет этот слой "живым веществом", другие авторы - "витасферой" (Александрова, 1971), "биогеосферой" (Дилис,1978), "биогеоценотической оболочкой" (Сукачев, 1964) и тому подобное. В биогеоценотическом слое сконцентрирована основная масса существующих живых организмов. Здесь активно, в тесном взаимодействии фитоценозов, зооценоза и микробиоценозов перебегают биоценотические процессы. Считают, что к биогеоценотическому слою (витасферы) суши принадлежат биоценоз и нижние слои тропосферы мощностью в несколько десятков метров, а также почва с подпочвой - место сосредоточения корневых систем растений, микроорганизмов и многих видов животных организмов.

Город существует в пределах биосферы, пишет акад. М.А. Голубец (1997), занимает определенное экологическое пространство и имеет в своем составе неизменную экологическую подсистему. Она возникла на месте естественных лесов, луговых и степных экосистем, компоненты которых редуцируемыми или антропогенными преобразованными вошли в состав городских социоэкосистем. Городская территория, из которой мнимо изымается социальный компонент, приближается к таким экосистемам, как рукотворный пруд или искусственная растительная группировка, в которой вырисовываются определенный видовой состав организмов, трофические связи между ними, особенности грунтового покрова (в парках, скверах), газообмен или биотический круговорот. Поэтому эту территорию (городской объем биосферы или биогеоценотического покрова) можно рассматривать как своеобразную экосистему, как экологический блок городской социальной системы (социосистемы). Именно этот блок, а не целый город уместно называть экосистемой (урбоэкосистемой), принимая во внимание, что она никогда не существует самостоятельно, а всегда является единицей, подчиненной городской социосистемы, является ее структурной подсистемой.

Следует заметить, что город (з лат. urbs) - это явление общественное (c лат. societas - общество), и подчинение ему экосистемы (естественного блока) не совсем оправдано. Невзирая на попытку человека "царствовать" над природой, естественная подсистема все же остается в городе автономной и очень часто проявляет свой "характер": в карстовых зонах проваливаются дома, размываются набережные, сносятся мосты, эрозийные потоки разрушают почвенный покров, а воздушные потоки в высотной застройке зимой напоминают холодные горно-долинные ветры.

Элементарной структурной единицей городской экосистемы или же биогеоценотического покрова, по В.М. Сукачеву (1964), есть биогеоценоз, который включает конкретную группировку организмов, а также почву, грунтовую воду и нижние слои тропосферы. Его пределу можно определить главным образом за пределами фитоценоза. Одновременно В.М. Сукачев замечает, что может быть и такой случай, когда биоценозом стоит считать и образования, в которых нет растительного покрова, но существуют живые организмы (карьер, терриконы, заасфальтированная площадь). Подобно В.И. Вернадскому, автор учения о биогеоценозе видит непрерывным биокосное тело, которое дает возможность углубиться в изучение биогеоценоза, который не маркирован фитоценозами.

Такой подход имеет принципиальное значение для изучения биогеоценотического покрова городских экосистем, поскольку отдельные авторы ставят под сомнение наличие в городах, кроме парковых, любого другого биогеоценоза. Исследование городских экосистем, осуществленное отечественными и заграничными авторами (Голубець,1989; Яницкий,1984; Одум, 1986), показывает противоположное. Это дало возможность сделать вывод, что урбанизированные экосистемы (бесспорно, покрытые той же планетной пленкой жизни) и является компонентами биогеоценотического покрова. Такой подход дает возможность немецким ученым (Билвитц, 1980; Зукопп но др., 1987) выделить на урбанизированных территориях "метагемеробные" экосистемы (мертвые подстилающие поверхности).

Переходя к раскрытию понятия "город как экосистема", обратим внимание на понятийный аппарат, который касается двух близких определений "биогеоценоз" и "экосистема". Ю. Одум (1963) рассматривает их как синонимы.

Рассмотрим определение экосистемы К.Вилли и В.Демье (представители западной экологической школы): экосистема - это обычная единица, которая состоит из ряда живых и неживых элементов, в результате взаимодействия которых создается стабильная система, а между живыми и неживыми компонентами создается круговорот веществ. Это определение по содержанию не разбегается с определением биогеоценоза В.М. Сукачева (1964), за исключением его "привязки" к конкретному участку земной поверхности в пределах геоценоза" или "фитоценоза".

Многомерность современного понятия "экосистема" дает возможность расширить таксономическую иерархию: от "биогеоценоза" как элементарной экосистемы к глобальным экосистемам, которыми является, кроме больших естественных комплексов (леса, степи, моря, горы), и городские экосистемы больших урбанизированных территорий. Однако имеет право на существование как экосистема, так и консорция, которая может входить в состав биогеоценоза, а может существовать и вне его. Биогеоценоз отличается от консорции сложностью геофизических и биохимических потоков.

Экосистема, как и биогеоценоз - объект биогеоценотических исследований, отмечает М.А.Голубец (1982), имеет немало позитивного: "дает возможность создавать стройную систему упорядоченного биогеоценотического таксона, начиная от консорции и заканчивая биосферой, а также выделить при этом антропогенные системы типа населенных пунктов, промышленных центров и др." Экосистемний подход дал возможность автору - одному из первых отечественных экологов - прийти к выводу, что город является искусственной экосистемой (1982). Еще раньше (1979), на Всесоюзной конференции по проблемам комплексного управления городской средой, автор подчеркивал, что динамическое равновесие городских экосистем поддерживает общественная деятельность людей и функционирование таких городов возможно лишь при условии дополнительного мощного притоку вещества и свободной энергии из соседних экосистем.

Город (М.А. Голубец 1979, 1997) представляет собой искусственную экосистему, в которой живет человек и где под воздействием его хозяйственной деятельности происходят такие процессы:

1) значительно изменяются состав и структура всех блоков существующей к появлению города естественной экосистемы;

2) доминируют горизонтальные каналы трансформации вещества и энергии;

3) наблюдаются чрезвычайная мощность межсистемных связей и сильное, преимущественно негативное влияние на смежные естественные экосистемы;

4) накапливается избыток тепловой энергии;

5) механизмы саморегулирования в значительной мере заменяются механизмами антропогенной регуляции.

Чтоб понять логику сложных взаимосвязей в такой глобальной экосистеме, которой является урбоэкосистема, необходимо выходить пока еще из небольших достижений новой отрасли знаний, которая получила название "экология экосистем" (Одум, 1975), или "экология систем" (Казенс, 1982).

Исследуя экосистему с функциональной точки зрения, ее анализируют в шести основных направлениях:

а) потоки энергии;

б) кормовые цепи;

в) пространственная структура;

г) биохимические кругообороты;

д) развитие и эволюция;

е) управление (кибернетика).

Экосистема является частным случаем общего понятия системы - собрание взаимодействующих реальностей или набор частей и взаимосвязей между ними (Спурр, Барнес, 1984). Систему называют открытой, если она имеет входы и выходы. При этом она остается открытой, пока в ней хотя бы одна из "реальностей" живая.

Ландшафтно-типологический анализ городов дает возможность выделить пять экосистемных уровней исследований:

1) городской экосистемы (в пределах города и его естественной зоны) - урбоэкосистемы, биогенетического покрова

2) смежных экосистем (водораздельных, урбогенных, техногенных, агрогенных и тому подобное);

3) биогеосистем (групп биогеоценоза);

4) биогеоценоза в пределах фитоценоза;

5) консорций.

Последний уровень исследований имеет принципиальное значение, поскольку нарушение в городах континуальной фитоценотической ткани привело к появлению большого количества организмов (главным образом деревьев), которые развиваются за пределами ценопопуляциями и традиционными фитоценотическими связями (посадки на улицах и площадях, которые занимают значительные территории).

Города с их функционирующими подсистемами различают по уровню экологической напряженности факторов.

Основные выводы, сделанные в результате анализа двух разных по уровню урбанизации городских экосистем, таковы (Голубец, 1979, 1989):

1. Чем больший город, тем более в нем проявляется, по образному выражению Ю.Одума, "паразит биосферы". Об этом свидетельствуют сдвижки в больших городах естественного растительного покрова - автотрофного блока экосистемы (XVII ст. - 75%, XVIII - 70, XIX - 60, XX ст. - менее 39%).

2. Большие города потребляют больше кислорода, чем продуцируют. В то же время они выделяют больше углекислого газа, хотя автотрофный блок не усваивает его и половины.

3. В больших городах с их большой площадью горизонтальных и вертикальных искусственных поверхностей, которые аккумулируют и солнечную энергию, ощутимо проявляется явление энтропии. Если принять во внимание антропогенное тепло (ТЭЦ, транспорт, тепло миллиона людей), то можно обнаружить его избыток.

4. Резко уменьшается количество естественных радиальных и латеральных потоков за счет искусственных, особенно латерального происхождения - перенесения большого количества органических и минеральных загрязняющих веществ во внутреннюю и внешнюю части городской экосистемы.

5. Выразительно проявляется агрессивность городской экосистемы относительно соседних экосистем: лесных, луговых, болотных, а также искусственных агроэкосистем.

6. Последующее развитие городских экосистем невозможно без создания надежного механизма искусственной регуляции.

Следовательно, городская экосистема (урбоэкосистема) представляет собой мозаику естественного и искусственного биогеоценоза, который находится в разной стадии фитогенезиса: зарождение, развитие и отмирание. Все они подвластны постоянно растущему антропогенному прессу и представляют собой преимущественно антропогенные сукцессии.