Антропогенні екосистеми. Екосистема сучасного міста. Вплив урбанізації на природу. Архітектурно-містобудівні аспекти будівельної екології.Основні принципи урбоекології

Найбільш масштабними і значними антропогенними екосистемами є агроекосистеми і екосистеми міст.

Суттєву частину агроекосистем складають автотрофні компоненти, або “зелений пояс”. Агроекосистеми відрізняються від природних екосистем (ліс, галявина), які працюють тільки за рахунок енергії Сонця. Агроекосистеми одержують додаткову енергію у вигляді м’язевих зусиль людини і тварин, добрив, пестицидів, орошаючої води, палива, механізмів. Для максимізації виходу якого-небудь одного продукту людина різко знижує різноманітність організмів. Види рослин і тварин піддаються штучному, а не природному відбору.

Будь-яке місто, особливо промислове, є гетеротрофною екосистемою, що одержує енергію, харч, воду та інші речовини з великих теріторій, що розташовані за його межами. Місто відрізняється від природних гетеротрофних екосистем. Існування індустріального міста підтримується колосальним притоком енергії, при цьому виникає її великий відток у вигляді тепла, продукції, промислових і побутових відходів. Проте, потреби 1м² міста в енергії приблизно в 70 разів перевищують потреби такої ж площі природної екосистеми.

В світі нині вже понад 160 міст з мільйнним населенням, які дуже негативно впливають на навколишнє середовище в радіусі багатьох десятків кілометрів: отруюють атмосферу величезною кількістю пило-газових забруднень від промислових об’єктів, автотранспорту, котлоагрегатів комунального господарства, а грунти й природні води – мільйонами тонн токсичних і стічних вод, виводять з користування тисячі гектарів навколишніх земель, лісів, займаючи їх під будівництво житлових масивів, промислових комплексів, доріг, аеродромів.

Велике місто змінює майже всі компоненти природного середовища – атмосферу, рослинність, грунт, рельєф, гідрографічну мережу, підземні води, і навіть клімат. Перепади температур, відносної вологості, сонячної радиації між містом та його околицями іноді співпадає з переміщенням в природних умовах на 20⁰ за широтою. При цьому зміна одних природних умов незмінно викликає зміну інших. В містах змінені гравітаційне, термічне, електричне, магнітне і інші фізичні поля Землі. Вплив міста на надра розповсюджується на глибину від 0,5 до 4 тис. м. Іншими стають умови живлення підземних вод, їх хімічний склад.

Фізичні умови у великих містах гірші, ніж у маленьких. За даними досліджень великі міста одержують на 15% менше сонячної радиації ( і на 30% менше ультрафіолетового проміння в зимові часи), на 10% більше дощів, граду та снігу, на 10% більше хмарних днів, на 30% більше туманів влітку і на 100% більше – взимку.

Найактуальнішою екологічною проблемою сучасного міста є забруднення атмосферного повітря багаточисленними джерелами, без яких місто не може існувати. Поперед усього це опалювальна система житла, яка постачають тепло у житлові будинки. Ця система споживає біля 25% палива, при цьому викидає в атмосферу 30% різноманітних шкідливих речовин. Основними забруднювачами є продукти повного ( оксиди сірки та зола) та неповного (головним чином оксид вуглецю, сажа та вуглеводні) згоряння. Важливу роль вдіграють оксиди азоту, що утворюються переважно з азоту повітря при високих температурах горіння. Дрібні опалювальні та технологічні установки дають мало оксидів азоту, але можуть викидати досить велику кількість продуктів неповного згоряння, особливо сажистих частинок, що вдрізняються від інших видів твердих забруднювачів своєю здатністю викликати злоякісні захворювання.

Окрему проблему несуть з собою котельні, що працюють на твердому паливі, зокрема, вугіллі. Більшість типів вугілля при згорянні дає велику кількість сірчаного ангідриду (SO₂), наприклад, при згорянні 1 тис. т вугілля, що має 1% сірки в своєму складі , в атмосферу викидається 0,65 т цього забруднювача, який при взаємодії з вологою повітря може на протязі 4 діб перетворитися в 1 т сірчаної кислоти. Ця кислота разом з опадами надходить на землю та у водоймища, що є причиною їх закислення.

Більш того, кислотні опади псують споруди та будівлі, металеві конструкції, що наносить великі збиткі народному господарству.

Великий внесок у забруднення атмосфери міста вносить автомобільний транспорт – на його рахунку 60% усіх шкідливих речовин в міському повітрі. Автомобільні вихлопні гази – суміш приблизно 200 речовин. В них вміщені вуглеводні – продукти неповного згоряння палива, доля яких різко зростає, якщо двигун працює на малих обертах або в момент зростання швидкості на старті, тобто в пробках та на світлофорах. Саме в той момент, коли натискують на стартер, вивільнюється найбільша кількість продуктів неповного згоряння – приблизно у 10 разів більше, ніж при працюванні двигуна в нормальному режимі. У вихлопних газах присутні не тільки вуглеводні, а ще й окис вуглецю, оксиди азоту, сажа, сполуки свинця.

Виробництво будівельних матеріалів є також одним з найпотужніших джерел забруднення атмосфери міст різноманітними видами пилу. Здебільшого , це пил цементу та інертних заповнювачів, що вивільнюються в атмосферу при виробництві залізобетонних виробів. Порівняно з газопдібними забруднювачами пил будівельних матеріалів майже інертний, нетоксичний, але з ним пов’язана одна з найважливіших проблем міста – частинки пилу, що осідають на листі дерев та чагарників, перешкоджають процесам фотосинтезу, що здійснюються в хлоропластах рослин. Це може негативно впливати на рослинність міста.

Але з іншого боку, зелені рослини виконують у місті дуже важливу роль – приймають участь в очищенні атмосферного повітря від різних видів забруднюючих речовин, і, в першу чергу, від пилу. В багатьох випадках є можливість очищувати викиди підприємства безпосередньо на місці їх виділення. Але це стає неможливим при роботі вуличного автотранспорту, або при пилінні відкритих майданчиків складування інертних заповнювачів на будівельних підприємствах – щебінки, гарншлаку, піску, тощо. В таких випадках людина може використовувати захисні посадки рослинності в якості зелених фільтрів шириною 10-30м. Ці посадки не повинні бути щільними, в цьому випадкові забруднене повітря огинає їх зверху. Навпаки, якщо дерева будуть висаджені досить рідко, так , щоб вітер вільно проходив крізь них, то його швидкість буде настільки знижуватися, що частинки пилу діаметром 40 мкм будуть висаджуватися. Більш дрібні частинки будуть наштовхуватися на листя, гілки. Листя та гілки в цьому випадкові виконують ту ж роль, що й тканинні фільтри. Вони змінюють напрямок потоків вітру і відносно інертні частинки пилу при цьому осідають. Звідси можна зробити висновок, що й позбавлені листя дерева й взимку можуть активно виконувати роль фільтрів. Із загального пилоскиду на долю втративших зелений покров дерев взимку припадає 40%, а влітку – 60%. Один гектар хвойного лісу збирає за рік від 32 до 36,5 т пилу, а листвяного – до 68т.

Отже, поява на Землі створеного людиною штучного середовища – міст та селищ, інженерних споруд, які все більше перетворюють природу, стало одною з найважливіших особливостей взаємодії людини й природи. Антропогенні, перетворені людиною урбанізовані екосистеми вносять перешкоди в процес обміну речовини і енергії. Проектування систем розселення з урахуванням раціональної взаємодії людини й природи розглядає нова наука урбоекологія .

Урбоекологія – це дослідження взаємовідносин людини і природи під час містобудівельної діяльності, при цьому взаємодія містобудівних структур з природним середовищем вивчається з метою її оптимізації. Головна мета урбоекології – це розробка містобудівних рішень, що забезпечують певні гігієнічні, соціальні та інші умови життя населення і водночас раціоналізацію природокористування, забезпечення умов функціонування екосистем, їх необхідного поліпшення.

В науковий фундамент уробоекології входить багато цеглин, головною з яких є інженерно-геологічні основи, які використовуються для дослідження майбутнього впливу містобудівних структур на літосферу, тому що урбанізація викликає змінення рельєфу, гідрогеологічних умов, може призвести до змінення спрямованості геологічних процесів в літосфері: так, під час містобудівництва створюютьвиймання й насип грунту, здійснюється просаджування грунту, фізико-механічні властивості в верхньому горизонті літосфери міста змінюються на глибині 20-50м, іноді до 100-300м ( при висотному будівництві). Гідрогеологічні умови (рівень грунтових вод, їх хімічний склад, тощо) змінюються при забудові на глибині 100-150м, іноді до 400-800м. В грунтах здійснюються незворотні антропогенні зміни – активізуються оползні, 60-80% яких викликано діяльністю людини.

Інженерно-геологічні основи урбоекології полягають у вдосконаленні інженерних і технологічних методів з метою освоєння безвідходних і маловідходних технологій, екологічно чистих видів транспорту й енергетики, вдосконаленні очищування викидів, впровадженні екологічних методів будівництва.

Серед принципів, що повинні враховуватися при проектуванні для досягнення екологічної мети, на першому місці стоїть екологічна рівновага. Взаємодія урбанізованого і природного середовища повинна здійснюватися в умовах рівноважного стану, коли антропогенні зміни носять поступовий характер, а біосфера встигає адаптуватися до них.

Для досягнення цієї рівноваги треба додержуватися певних умов:

-забезпечення балансу потоков речовини і енергії шляхом відновлення основних компонентів природного середовища;

-відповідності геохімічної активності ландшафту і об’єма забруднень природного середовища, в тому числі: забезпечення більш низького рівня забруднень відносно до біохімічної активності екосистем, а також забезпечення фізичної тсійкості ландшафтів до до транспортних, рекреаційних та інших антропогенних впливів;

-проектвання планування із збереженням незруйнованих ділянок екосистеми, які зможуть відновити необхідну кількість кисню, очистити забруднену річку, виробити необхідний об’єм біомаси.

Питання для самоконтролю.

Питання 2.14.

Чи можна вважати сучасне місто екосистемою?

Так.

Ні.

Питання 2.15.

Чи відрізняється антропогенна екосистема міста від звичайних природних екосистем?

Так.

Ні.

Питання 2.16.

Чи можливо максимально наблизити екосистему сучасного міста до звичайної природної екосистеми?

Так.

Ні.

Загальний тест-контроль за темою

Запитання 2.1.

Що таке біотоп?

“А”. Це ділянка з однаковими ландшафтними, кліматичними, грунтовими умовами.

“Б”.Це сукупність усіх живих компонентів екосистеми.

“В”. Це сукупність біотичних і абіотичних компонентів екосистеми.

Запитання 2.2.

Які компоненти екосистеми належать до абіотичних?

“А”. Об’єкти неживої природи.

“Б”. Об’єкти живої природи.

“В”. Сукупність живих і неживих об’єктів природи.

Запитання 2.3.

Які організми в екосистемі називають продуцентами?

“А”. Гетеротрофні організми, що споживають зелені рослини.

“Б”. Гетеротрофні організми, що споживають інших гетеротрофів.

“В”. Автотрофні організми.

Запитання 2.4.

Яка роль організмів-редуцентів в екосистемі?

«А». Вони споживають органічну речовину живих організмів.

“Б”. Вони харчуються живими рослинами.

“В”. Вони харчуються мертвою органікою, розкладаючи її на двоокис вуглецю, воду та мінеральні речовини.

Запитання 2.5.

Де просторово розташовані в екосистемі автотрофні процеси?

“А”. В “коричньовому поясі” – на поверхні землі або в товщи грунту.

“Б”. В “зеленому поясі” – серед рослин, де доступне сонячне світло.

“В”. В глибинних частинах Світового океану.

Запитання 2.6.

Що є головною функціональною ознакою екосистем?

“А”. Співвідношення швидкостей автотрофних і гетеротрофних процесів.

“Б”. Температурний режим на поверхні планети.

“В”. Інтенсивність фотосинтетичних процесів в “зеленому поясі”.

Запитання 2.7.

За вмістом яких хімічних речовин в атмосфері можна судити про перевагу автотрофних процесів над гетеротрофними в екосистемі?

“А”. За вмістом кисню.

“Б”. За вмістом вуглекислого газу.

“В”. За вмістом азоту.

Запитання 2.8.

Якою екосистемою є промислове місто?

“А”. Автотрофною.

“Б”. Гетеротрофною.

“В”. Змішаною.

Запитання 2.9.

Які екологічні сукцесії протікають швидкіше – первинні або вторинні?

“А”. Первинні.

“Б”. Вторинні.

“В”. Обидві типи протікають з однаковою швидкістю.

Запитання 2.10.

Що таке позитивний біотичний баланс в екосистемі?

“А”. Коли автотрофні процеси переважують гетеротрофні.

“Б”. Коли гетеротрофні процеси переважують автотрофні.

“В”. Коли вони існують в рівновазі.

ТЕМА 3

Экологічні фактори

Параграф 3.1

Формулювання поняття екологічних факторів. Класифікація екологічних факторів. Біотичні і абіотичні фактори екосистеми. Зовнішні та внутрішні фактори. Їх зв¢язок та ознаки. Основні екологічні фактори екосистеми.

Життя організмів в екосистемі відбувається під дією різноманітних екологічних факторів стосовно її біотичних і абіотичних. компонентів. Усі вони в своїй сукупності складають середовище мешкання. Екологічні фактори можуть бути необхідними або шкідливими для живих істот, сприяти або перешкоджати їх виживанню та розмноженню. Різні організми по-різному реагують на ті ж самі екологічні фактори . Адаптація до існування в різних умовах виробилося у організмів історично.

Усі екологічні фактори розділяються на три великі групи: абіотичні, біотичні та антропогенні.

Абіотичні фактори – це сукупність важливих для організмів властивостей неживої природи.До цих факторів можна віднести хімічні (склад атмосфери, води, грунтів), фізичні (температура, тиск, вологість, течії, тощо), кліматичні (сонячне світло, температура, вологість), географічні (довжина дня та ночи, характер місцевості), гідрологічні (склад та властивості поверхневих вод), едафічні фактори середовища.

ЕДАФІЧНІ ФАКТОРИ – властивості земної поверхні, які оказують вплив на її мешканців (грунтові води, концентрація солей у воді, кислотність, товщина родючого шару грунту, тощо) .

Біотичні фактори – це сукупність впливів життєдіяльності одних організмів на інші. Для кожного організма всі інші – важливі фактори середовища мешкання, вони оказують на нього не меншу дію, ніж нежива природа. Ці фактори дуже різноманітні. Усю різноманітність взаємовідносин між організмами можна розділити на два основних типи: антагоністичні та неантагоністичні.

Антагоністичні – це такі відносини, при яких організми двох видів подавляють одне одного , або один з них подавляє іншого без збитку для себе. Основні форми цього виду біотичних відносин: хижацтво, паразитизм та конкуренція.

Хижацтво – форма взаємовідносин організмів різних трофічних рівней, при якій один вид організмів живе за рахунок іншого, поїдаючи його (рис. 3.1).

Рисунок 3.1. – Хижацтво

В будь-якому біоценозі еволюційно сформувалися механізми, що регулюють кількість і хижаків, і жертв. Знищення хижаків часто призводить до зниження життєстійкості їх жертв і наносить збитки і природі, і людині.

Паразитизм – міжвидові взаємовідносини, при яких один вид живе за рахунок іншого, оселяючись всередині або на поверхні тіла організма-господаря (рис.3.2). Паразитизм найбільш розповсюджений серед рослин та тварин – простіших, хробаків, грибів, бактерій.

Рисунок 3.2 – Паразитизм

Конкуренція. – форма взаємовідносин, при яких організми одного трофічного рівня борються за харч та інші умови існування, подавляючи одне одного (рис. 3.3). Таі взаємовідносини найбільш характерні для рослин.

Рисунок 3.3. – Конкуренція

Чим більша схожість в потребах двох видів до умов життя, тим сильніше конкуренція, яка навіть може призвести до зникнення одного з них

Антагоністичні відношення виявляються сильніше на початкових стадіях розвитку угрупування. В процесі розвитку екосистем спостерігається тенденція до заміни негативних взаємодій позитивними, що підвищують виживання виду.

Неантагоністичні взаємовідносини можна розділити на три основні групи: симбіоз, мутуалізм та коменсалізм.

Симбіоз – це взаємовигідні, але не обов’язкові взаємовідносини різних видів організмів. Приклад симбіозу – спільне життя рака-відшельника та актінії: актінія рухається за рахунок рака, а той одержує завдяки актінії більш багатий харч та захист (рис. 3.4).

Рисунок 3.4 – Симбіоз

Мутуалізм – взаємовигідні та обов’язкові для роста та виживання відносини організмів різних видів (рис. 3.5). Наприклад, при розповсюдженні пильці рослин комахами в обох видів виробилися специфічні пристосування: колір та запах у рослин, будова хоботку у комах.

Рисунок 3.5. – Мутуалізм (092)

Коменсалізм - взаємовідносини, при яких один з партнерів одержує користь, а другому вони байдужі. Наприклад, птахи та тварини, які споживають залишки харчу хижаків ( рис. 3.6).

Рисунок 3.6 – Коменсалізм

Іноді дуже важко провести кордон між симбіозом та мутуалізмом , між коменсалізмом та паразитизмом, а також між іншими взаємодіями. Проте, читко спостерігається тенденція переходу в процесі еволюції від паразитизма до коменсалізма та мутуалізма, тому що в умовах, коли лімітовані деякі ресурси, кооперація дає переваги.

Незважаючи на конкуренцію та інші типи антагоністичних відносин, в природі багато видів можуть спокійно жити поряд (рис. 3.7). В такому разі говорять, що кожний вид має власну екологічну нишу.

Рисунок 3.7 – Мирне спільне життя різних організмів

ЕКОЛОГІЧНА НИША – це сукупність теріторіальних і функціональних характеристик середовища мешкання, що відповідають потребам даного виду.

Близькі організми, які мають схожі потреби до середовища мешкання(125), не живуть,як правило, в одних умовах. Якщо ж вони живуть в одному місці, то або використовують різні ресурси, або мають іншшу різницю у функціях.

Іноді замість терміну “екологічна ниша” використовують термін “середовище мешкання”, але останній вміщує лише простір мешкання, а екологічна ниша, крім того, визначає функцію, яку виконує вид , тобто середовище мешкання – це адреса, а екологічна ниша – це професія організму.

Рисунок 3.8 – Екологічні ниші

Іноді зустрічається інша класифікація екологічних факторів, згідно з якою усі вони поділяються на дві великі групи:

-зовнішні(екзогенні), дія яких викликає зміни в екосистемі, а самі вони при цьому не змінюються, не відчувають на собі зворотньої дії екосистеми (сонячне світло, напрямок вітру, тиск, температура, тощо);

-внутрішні (ендогенні) – їх можна співставити з властивосятми екосистеми і вони утворюють її склад (кількість популяцій, характеристика шару атмосфери, що розташований впритул до земної пверхні, характеристики води, грунту, тощо).

В більшості випадків зовнішні фактори співпадають з абіотичними, а внутрішні – з біотичними, хоч іноді й бувають виключення.

Організми екосистеми неоднаково відгукуються на сукупність екологічних факторів. Різноманітні пристосування живих організмів до умов навколишнього середовища здійснюється трьома шляхами:

-активний шлях – посилення опору, розвиток регуляторних систем, які дозволяють здійснювати життєві функції організму (подовшання коріння рослин при несприятливих умовах, наприклад при засусі);

-пасивний шлях – підпорядкування усіх життєвих функцій організмі умовам середовища (наприклад, пригнічення росту);

-уникнення несприятливих умов (наприклад, тварини залишають теріторію, де створилися несприятливі умови.