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 науки или сама экология теряют свое основное значение. Напротив, обогащаясь экологическим подходом, они развивают тем самым и экологию, и себя самоё. 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 т. д. 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 биоэкологию) 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 десятков 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, яды – 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 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, обоснованный 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 и заказников, национальных парков и др.).

Однако нет никаких объективных причин для 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:

· 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;

· Большому объему продуктов 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.

· Сложная структура БГЦ в целом и разнородность отдельных его трофических уровней, что обеспечивает высокую стабильность БГЦ в широком спектре внешних 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.

· Высокая скорость обмена веществом и энергией в БГЦ как предпосылка вовлечения в биотический круговорот всей продукции биомассы в течении короткого времени, что может обеспечить максимальную скорость биологического самоочищения экосистемы.

· 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, открывают новые горизонты в экологической оптимизации особо сложных (характеризующих 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 климатическую, метеорологию, биогеографию и т.д.) и в первую очередь ландшафтоведение, геохимия ландшафтов, некоторые разделы социально-экономической и медицинской географии, географии природных ресурсов, населения и др.

Ландшафтоведение в комплексе географических наук, исследующих окружающую природную среду, имеет особое значение, поскольку его объектами являются целостные природные и природно-хозяйственные системы, характеризующиеся взаимодействием слагающих их компонентов. Каждому типу ландшафта соответствует определенное сочетание факторов превращения и перемещения вещества Горные ландшафты, например, отличаются проявлением гравитационных сил миграции твердого и растворенного вещества, пустынные равнины - ветровым переносом твердых частиц, заселенные равнины - преимущественным вовлечением в круговорот веществ, являющихся основой построения фитомассы, и т.д. Поэтому географические методы делают в принципе возможным определение устойчивости природных ландшафтов к загрязнениям по сопоставлению характера превращения и объема миграции вещества внутри самого ландшафта, а также интенсивности обмена веществом его со смежными территориями. Знание выявленных геохимических особенностей территорий (в том числе устойчивость ее к антропогенным нагрузкам), использование результатов геохимических исследований в практических целях позволяют в рамках урбоэкологии более обоснованно выполнить соответствующее зонирование территории и наметить необходимые мероприятия по охране окружающей природной среды.

Так же важно для урбоэкологии определение устойчивости ландшафтов к физическим антропогенным нагрузкам - рекреационным, транспортным и другим, выявление динамики ландшафта, что без использования специальных методов физической географии весьма сложно из-за неоднозначности картины последствий воздействия на различные ландшафты. Например, в ландшафтах лесостепной зоны от длительного механического воздействия (вытаптывание травяного покрова, езда без дорог и т.д.) песчаные, лессовидные и супесчаные почвы быстро теряют связанность и распыляются. При интенсивном вытаптывании в березово-осиновых лесах исчезает подлесок, в травяном ярусе появляются злаки, березово-осиновые леса преобразуются в остепненные березняки и осинники с преобладанием видов растений, характерных для луговой степи, остепненные дубняки уступают место зарослям степных кустарников и т.д.

Одной из важнейших экологических дисциплин является гигиена. Задача гигиены - разработка теоретических основ оптимизации условий окружающей человека среды с позиций его здоровья. Гигиена объединяет все существующие знания о здоровье человека в целостную систему, позволяющую управлять процессом сохранения и укрепления здоровья людей с учетом многообразных социальных и биологических факторов. Гигиенические исследования направлены главным образом на получение количественных критериев, которые характеризуют оптимальность тех или иных условий проживания с точки зрения здоровья человека.

Гигиенические критерии широко учитываются в градостроительных исследованиях и проектировании посредством учета предельно допустимых концентраций (ПДК) тех или иных загрязняющих воздух, воду и почву веществ, а также других важнейших показателей в качестве ограничений, критериев зонирования и т.д. В градостроительстве используются достижения гигиенической науки и в области нормирования различных санитарных разрывов, очистки производственных выбросов и сточных вод, утилизации и обеззараживания бытового мусора и т.д.

Это важно по следующим причинам. Главной задачей урбоэкологии является обеспечение условий для сохранения и укрепления здоровья людей градостроительными средствами. Без гигиенических нормативов разработать соответствующие предложения практически невозможна. Гигиенические нормативы по установлению санитарно-защитных, водоохранных и других зон, по медицинскому зонированию курортов и др. - необходимые элементы пространственной организации городской среды. Мероприятия по очистке сточных вод, производственных выбросов, организации мусороудаления, по борьбе с локальными проявлениями эпидемиологических и эндемичных заболеваний и многие другие входят как важнейшая составная часть в систему природоохранных мер, разрабатываемых в рамках урбоэкологии.

Таким образом гигиенические методы и нормативы в градостроительных исследованиях и проектных работах весьма важны. Вместе с тем при биосферном, экологическом подходе к проблеме (и об этом говорилось выше) этого далеко недостаточно. Гигиенические нормативы не всегда адекватно отражают характер обратных отрицательных связей между человеком и природой. Так, вода в плавательном бассейне, отвечающая гигиеническим требованиям, нуждается перед ее спуском в водоем в не менее тщательной очистке, чем производственные стоки (главным образом из-за повышенного содержания в ней хлора). Сернистый газ оказывает ощутимое влияние на органы дыхания человека при его концентрации в воздухе не менее 100 мг/м³, но хвойные породы деревьев погибают при концентрациях этого газа, не превышающих 20 мг/м.

Следовательно, научные основы урбоэкологии далеко не исчерпываются гигиеной. В частности, развитие науки и техники открывает новые возможности для решения экологических проблем в сфере материального производства, дает большие возможности для защиты природной среды инженерными и технологическими средствами

Наибольший интерес для урбоэкологии представляют следующие направления в экологической компенсации инженерно-техническими средствами: развитие технологии очистки сточных вод, выбросов в атмосферу, твердых промышленных и коммунально-бытовых отходов, внедрение в производство малоотходных технологий, более глубокая переработка сырья, всемерная утилизация отходов, проработка более "экологичных" систем транспорта, энергетики, водоснабжения, связи, внедрение в практику новых методов инженерной подготовки территории и др.

Очистка стоков, выбросов и отходов - мощное средство в борьбе за сохранение природной среды, и ее значение еще долго будет весьма большим. Вместе с тем, очистка - далеко не оптимальная мера. Ведь очистные сооружения и устройства сами представляют область загрязнения окружающей среды. Поэтому будущее не за очисткой отходов жизнедеятельности, а за малоотходной технологией, которая развивается в основном по трем основным направлениям: разработка различных типов бессточных технологических систем и водооборотных циклов; внедрение систем переработки производственных и бытовых отходов, которые должны рассматриваться прежде всего в качестве вторичных сырьевых ресурсов; создание принципиально новых процессов получения традиционных видов продукции, исключающих технологические стадии, на которых происходит образование основного количества отходов.

Урбоэкология должна учитывать в первую очередь все те возможности, которые открывают перед ней главные направления в развитии малоотходной технологии. Особый интерес при этом представляют системы, предусматривающие использование отходов непосредственно в пределах производственной площадки. Перспективным представляется, например, использование доменных шлаков в качестве сырья для цементной промышленности или для производства строительных блоков, улавливание серы и других ценных продуктов, производство на этой основе кислот и других химических продуктов и др.

Внедрение в практику "экологичных" инженерных систем, в т.ч. "чистых" и бесшумных видов транспорта, прогрессивных методов водоподготовки, эффективных приемов защиты окружающей среды от воздействия электромагнитных колебаний, радиации, теплового загрязнения особенно эффективно в сочетании с градостроительными методами, обеспечивающими рациональную прокладку инженерных коммуникаций, а также размещение соответствующих инженерно-технических устройств в пределах той или иной территории. Урбоэкология должна дать рекомендации по наиболее эффективным приемам сочетания инженерно-технической и планировочной экологической компенсации, которые могут быть использованы при проектировании инженерно-технических коридоров, формировании на территории специальных инженерно-технических секторов и т.д.

Эстетическая составляющая формирования окружающей среды - также важный показатель качества среды обитания людей.

Подавляющая человека застройка городов(безликими зданиями, киосками, палатками) психически травмирует человека, делает его безразличным к среде обитания. Эстетическое (психологическое) "загрязнение" городов на первый взгляд представляется не столь губительным, как традиционные и нетрадиционные загрязнения, имеющие материальную основу. Унылые, лишенные гуманистического содержания жилые районы, безликие фасады одинаковых типовых зданий, плохое озеленение и благоустройство городских территорий создают тягостное впечатление. Наука еще не сказала своего слова по поводу воздействия антиархитектуры на здоровье людей, но можно предполагать, насколько отрицательно влияют на настроение, самочувствие, работоспособность нормального человека унылые проезды и улицы.

To же можно сказать и о межгородских пространствах, буквально на глазах превращающихся в поля свалок, товарных дворов, пустошей. Природные ландшафты все более утрачивают не только экологические, но и эстетические их свойства, что также влияет на настроение, а следовательно, и на самочувствие людей.

Получены данные о бесспорном вреде для органов зрения человека так называемых гомогенных и агрессивных полей. Поэтому художественное оформление зданий, застройки в целом имеет не только эстетическое, но и функциональное значение. Гомогенные, однородные поля окружают человека не только на улицах городов, но и в помещениях (гладкие детали интерьеров, применение пластиков, древесно-стружечных плит и др.). Не менее опасны для людей и агрессивные поля, т.е. состояние их элементов, равномерно рассредоточенных на одной поверхности.

Урбанизация привела к резкому изменению видимой среды обитания человека в связи с большой распространенностью однородных и агрессивных полей, господством прямых линий и углов, огромных плоскостей и других символов современной эстетики. Реакцией на губительные визуальные изменения в окружающем мире можно считать новое научное направление, занимающееся исследованием видимой среды как экологического фактора - видеоэкологию, у которой несколько важных задач - разработка допустимых норм агрессивных и гомогенных полей, рекомендаций по оптимизации видимой среды, контроль за новыми проектами, строительными материалами, оценка допустимой продолжительности пребывания человека в визуальной среде, обедненной зрительными элементами, и др.

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.

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 мероприятии 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 организаций 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 новая 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 невозможно 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.

Дата добавления: 2015-05-09