7. Город как гетеротрофная экосистема

7.1. Структура и характер урбоэкосистемы

Ю.Одум рассматривает город, который потребляет готовую продукцию, как гетеротрофную экосистему. Как известно, особенностью любой экосистемы, в том числе и такой громадной, как крупный город, есть открытость, поскольку она должна получать и отдавать энергию. Урбоэкосистема в одинаковой степени открыта как для иммиграции, так и для эмиграции, а потому для ее функционирования и самой поддержки необходимы среда "на входе" и среда "на выходе". Следовательно, за Ю.Одумом,

Экосистема = ІЕ +S + ОЕ,

Где ІЕ — среда "на входе "; S — собственно система; ОЕ — среда "на выходе".

Подобно элементарной экосистеме (биогеоценозу) урбоэкосистема тоже имеет пределы, понятно, - условные. Аналогично биогеоценозу, урбоэкосистема имеет вход и обязательный выход, отсутствие которого могло бы стать причиной избыточного накопления вещества и энергии, что привело бы к ее самоуничтожению.

Как отмечает Ю. Одум, масштабы изменений среды "на входе" и "на выходе" чрезвычайно сильно колеблются и зависят от нескольких переменных, в частности:

- размеров системы (чем она больше, тем меньше зависит от внешних частей);

- интенсивности обмена (чем он более интенсивен, тем большим является прилив и отток);

- сбалансированности автотрофных и гетеротрофных процессов (чем сильнее нарушено это равновесие, тем более должен быть приплыл из внешне для ее обеспечения);

- стадии и степени развития системы (молодые системы отличаются от зрелых).

Остановимся детальнее на обсуждении этих предложенных Ю.Одумом переменных.

7.2. Размеры урбоэкосистемы

Когда идет речь о собственно городской экосистеме, то авторы многих научных трудов утверждают, что они принимают во внимание не просто город, а "большое", или "крупное", город (Одум, 1982; Клауснитцер, 1990; Кудрявый, 1991). Дело в том, что большие города или поселки городского типа по своему способу функционирование большее напоминают естественные экосистемы, чем индустриально городские.

Ю. Одум очень удачно иллюстрирует разницу между естественной гетеротрофной и урбанизированной экосистемами. Для этого он приводит пример устричной банки (водный биоценоз с доминированием устриц) и большой город (рис 7.1). Как видим из этого рисунка, городская экосистема отличается от естественной, а именно:

1. Значительно более интенсивным метаболизмом на единицу площади, которая требует значительно больше прилива концентрированной энергии извне (в наше время поступает в виде горючих ископаемых).

Рис. 7.1. Гетеротрофные экосистемы. А - естественный «город» - устрична банка, которая полностью зависит от поступления энергии еды из большой площади окружающей среды; Бы - индустриальный город, существование которого поддерживает колоссальный прилив топлива и еды, причем возникает значительный отлив в виде тепла, промышленных и бытовых отходов. Потребности одного квадратного метра города в энергии приблизительно в 70 раз превышает потребности такой же площади устричной банки. Они составляют около 4000 ккал/сут, а в год около 1,5 млн.ккал.

2. Большим поступлением энергии из внешне, например, металлов для производства и торговли, не принимая во внимание тех металлов (и больше их количества), какие необходимые для поддержания жизни людей, растений и животных (железо, марганец, молибден, хром и тому подобное).

3. Мощным и ядовитым потоком отходов, значительное количество которых, - синтетические соединения, более токсичные, чем естественное сырье, из которого они получены.

Исходя из этих выводов, можно без предостережения заметить, что среда "на входе" и среда "на выходе" городской экосистемы существенно отличаются от экосистемы села или малого города. Поэтому исследование урбоэкосистемы и больших городов является очень актуальным и требует научных данных из многих отраслей знаний.

Действительно, чем большая за размерами естественная экосистема, тем меньше она зависит от внешних факторов, например, лес - роща, или лесная экосистема и отдельный в ее составе элементарный биогеоценоз. Однако, рассматривая урбоэкосистему большого города, можно утверждать обратное: чем большие ее размеры, тем более она зависит от состояния среда "на входе" и среда "на выходе". Ведь каждая клеточка этого громадного организма одновременно переделывает огромное количество вещества.

Если считать городские сады и скверы отдельными экосистемами, можно утверждать, что их функционирование зависит от состояния среды "на входе", в частности, уровня теплового и пылегазового загрязнения квартала или городского района города. Как известно, небольшие скверы большого города практически не влияют на его мезоклимат, то есть на среду "на выходе". В то же время большие парковые или водные экосистемы способны охлаждать и увлажнять воздух прилегающих застроенных и замощенных территорий, а также предопределять явление "бриза" - легкого свежего ветерку.

"Сегодня, - пишет Ю.Одум (1986), - даже в засушливых районах большинство городов имеют широкий "зеленый пояс" или включают у себя автотрофный компонент: деревья, кустарники, травяные газоны, а часто озера и ставки; органическая продукция этого зеленого компонента не играет заметную роль в снабжении механизмов и людей, которые так плотно заселяют город и этот промышленный район. Без огромных поступлений еды, горючего, электроэнергии и воды механизмы, автомобили, фабрики и тому подобное прекратили бы работу...".

Безусловно, городские леса, луга и парки являют собой огромную эстетичную и рекреационную ценность: они смягчают колебание температуры. В городе, уменьшают шумовые и другие типы загрязнения, предоставляют место для существования птицам и другим мелким животным. Однако труд и энергия, которые тратят на орошение, удобрение, стрижку газонов, обрезку деревьев, удаления срезанных или опавших ветвей и листьев, а также другую работу, необходимую для поддержки частных и общественных зеленых зон города, увеличивают энергетические (и денежные) расходы на жизнь в городе. Конечно, энергетические ресурсы урбоэкосистема импортирует, доставляя их за сотни и тысячи километров.

Ю.Одумом, сравнивается "застроенный лес" (город) в Мэдисоне (штат Висконсин) с соседним ненарушенным лесом. В городе около 30% жилищного района покрыто бетоном или занято домами и другими "непроницаемыми" объектами, но в пересчете на площадь, занятую растениями, "застроен лес", благодаря деятельности садовника человека и особенно удобрению и орошению, характеризуется значительно больше видовым многообразием растений и большей производительностью.

Однако городская экосистема, как, оказывается, является очень расточительной. Располагая значительным количеством продуцируемой городской зеленью органического вещества (1027 гчм-2 ), она ее (497 гчм-2) экспортирует, то есть вывозит за пределы экосистемы (пригородные свалки), причем тогда, когда в пригородную экосистему импортируется значительное количество удобрений (136 кгчга-1). Следует отметить, что упомянутая лесная экосистема не импортирует и не экспортирует органического вещества.

Как видим, урбоэкосистема - это единственное целое с ее "входом" и "выходом". А как замечает В.О.Межжерин (1998), "главным свойством целого есть способность сохранения, потому в нем все "возвращается на круги своя". Отсюда неминуемо следует, что в целом (в материальной системе, если в одном месте что-то уменьшилось, то в другом обязательно добавилось)" хозяйственная деятельность человека в урбоэкосистеме далеко выходит за пределы территории непосредственно застройки и влияет на все естественные компоненты не только внутри города, но и далеко за его пределами. Физико-геологические изменения почв, подземных вод и других компонентов литогенной основы чувствуются в зависимости от конкретных условий в радиусе 25-30 км, биогеохимические изменения - на еще больших расстояниях. Доказано, что крупные города, а тем более городские агломерации, влияют на окружающее среду в отдалении в 50 раз больше, чем собственный радиус. Особенно это урбогенное давление чувствуют почвы, водоемы, воздушный бассейн и растительный покров. Однако урбанизированная среда и природа - это не взаимоисключающие понятие, поскольку в них одна "очень важно общее свойство, которое вытекает из социальной сути человека, - большой город и природа необходимы человеку в одинаковой степени (Владимиров, 1999)".