Зміст
Введення
1. Аридизації клімату
2. Зниження продуктивності
3. Адаптивні механізми
4. Стійкість до стресів
5. Шляхи порятунку
Висновок
Джерела
Введення
Міські екосистеми відрізняються від усіх видів позаміських (навіть від т.зв. «сталого хутірського ландшафту») не тільки граничної порушення грунтів і рослинності, сильної обедненностью фауни, врешті-решт, навіть Клімаксное бореальний або широколіственний ліс є мозаїка плям, що представляють собою порушення на різних стадіях заростання. Головна відмінність у тому, що в місті спостерігаються такі системні диспропорції, які ніколи не фіксуються в однотипних природних співтовариствах (з аналогічними грунтовими умовами та рослинністю).
1. Аридизації клімату
Перша - це техногенна аридизації клімату. Міські екосистеми - це не просто «острова» лісових, чагарникових або трав'янистих біотопах, розділені будівлями, спорудами і комунікаціями. Місто вирізняється тим, що рослинні співтовариства лісової зони існують в умовах, відповідних положенню на 200 - 300 км південніше, тобто зоні сухих степів і напівпустель.
Так, в дослідженнях Е.Г. Коломицев із співавт. (2000) виявлена загальна тенденція урботехногенной аридизації лісових екосистем (досліджували екосистеми двох полігонів у низинному Зарічному районі Нижнього Новгорода: 1) лісопарковий масив "Стрігінской Бор" з досить високою рекреаційної навантаженням і слабким забрудненням природних середовищ, 2) Сормовський міський парк культури і відпочинку, відчуває сильне геохімічне вплив від оточуючих його промислових підприємств і автотранспортних магістралей і також схильний рекреації. Еталоном для порівняння послужив сосново-лісову ділянку заповідника "Керженський", що знаходиться в 50 км на північний схід від Нижнього Новгорода (Низовинний Заволжя) в аналогічних геолого-геоморфологічних і біокліматичних умовах.).
Грунти Нижнього Новгорода по гідротермічного режиму і по однозначного зрушенню обмінної кислотності в лужний бік наближаються до аридних (пустельно-степовому) типу, на відміну від зональних дерново-підзолистих грунтів, що супроводжується їх активним засоленням. Спільне геофізичне та геохімічне техногенний вплив викликає загальний кумулятивний ефект - екстразональної опустелювання природного комплексу. У першу половину літа температура грунту в Стрігінском бору і Сормовском парку виявляється на 2-8 ° С вище, а вологість на 5-10% нижче, ніж у Керженський заповіднику. Запаси вологи в метровому шарі грунту виявилися менше в 1,5-3 рази - відповідно 60 - 100 мм і 40 - 160 мм в порівнянні з 160 - 220 мм .
У спонтанних умовах цей гідротермічний зсув відповідає меридіональному зміщення території міста на південь на 200 - 300 км - Від змішано-лісової зони в зону лісостепу. Найбільш суттєві гідротермічні зрушення (температури грунту на 6-80С, вологості на 25-35%, запасів вологи в шарі 1 м на 200 - 300 мм ) Властиві трансаккумулятівним і акумулятивним геотопів. Відбувається просторове вирівнювання локальних гідротермічних полів, при одночасному зростанні їх невпорядкованості, мозаїчності.
На прикладі грунтів Автозаводського міського парку вдалося простежити не тільки тенденцію, але й швидкість геохімічних змін лісових грунтів за 50-річний період (1939-1989 рр.).. В кінці 30-х років, коли робота підприємств ГАЗ тільки починалася, у парку не було нейтральних і слаболужних грунтів. Через 50 років вони становили вже більше 10% від загальної кількості опрацьованих нами зразків. Зрушення рН склав у середньому 2% на рік.
Техногенне подщелачивание грунтів знижує рухливість різних хімічних елементів і, отже, зменшує їх токсичність [виступаючи механізмом стійкості міської екосистеми - wolf_kitses]. Очевидно високолужних реакція грунтів промислових територій низинного Заріччя (рНЈ7, 5) є екологічно позитивним фактором, що перешкоджає міграції токсичних елементів (перш за все, важких металів) по трофічних ланцюгів. У гумусових горизонтах підвищується вміст обмінних катіонів, що посилює буферні властивості грунту. У цьому виявляється ефект негативного зворотного зв'язку в системі техніка - природа, що компенсує негативні для біоти процеси техногенезу.
2. Зниження продуктивності
Урботехногенная аридизації лісових екосистем чітко проявляється також в автотрофних біогенезу. Загальна первинна продуктивність (Р) сосняків Керженський заповідника складає 5,5-12,5 т / га в рік, що лежить в діапазоні первинної продуктивності від середньої тайги до лугових степів. У межах міста екстремальні значення Р падають у 4-5 разів, причому в негативних формах рельєфу набагато сильніше, ніж у позитивних. Тому різниця у значеннях продуктивності між типами МП істотно згладжується. Відбувається свого роду локальне вирівнювання величин продукції лісових фітоценозів на фоні загального зниження інтенсивності продукційного процесу.
Сосняки Стрігінского бору та Сормовського парку виробляють щорічно в середньому 2,5-3,7 т фітомаси, а в багатьох випадках ці цифри знижуються до 1,3-2,0 т. Така низьку продуктивність в природних умовах мають екосистеми вкрай північних і вкрай південних природних зон помірного пояса - чагарникова тундра, сухі степи і ефемерно-чагарничкових пустелі, а також сфагнові болота. Таким чином, загальна первинна продуктивність лісових екосистем змішано-лісової зони, що знаходяться під пресом урбанізації, знижується до пустельно-сухостеповій рівня, що і складає найважливіший функціональний ознака їх антропогенного опустелювання ».
3. Зміна характеру рослинності
Далі, лісові суспільства поза мегаполісу (вже сильно змінені рекреацією та іншими формами впливу) організовані так, що характер рослинності цілком визначається існуючими формами рельєфу (градієнтами від вододілів до заплави струмків та ін), що визначають відмінності гідрологічного режиму та інших умов середовища вздовж відповідних градієнтів .
У місті ця залежність рослинності від форм рельєфу і структури ландшафту через гідрологію повністю руйнується, замінюючись залежністю від антропогенних порушень та антропогенного ж «добрива» територій органікою, нітратами, фосфором, ці два чинники формують градієнти, що замінюють ландшафтні.
Далі ті ж автори: «сила впливу літогенної основи як вихідного чинника природно-територіальної організації знижується майже в 2 рази. Не спостерігається скільки-небудь однозначної приуроченості до форм мікрорельєфу і локальними типами вологості, температури, морфології грунтів, ценотичних груп лісу, потужності і маси лісової підстилки. Прямий вплив геоморфологічних умов зберігається лише на типи біогеоценозів та їх екологічними групами рослинності, минаючи параметри вологості грунту. Геоморфологічний каркас значною мірою втрачає контроль над найважливішим функціональним параметром лісової екосистеми - зволоженням грунтів.
Температура грунту втрачає свої властивості індикатора стану лісової екосистеми. Вона більше не залежить від літогенних умов і вологості грунтів. Режими вологості і температури грунтових горизонтів все більше залежать від структурних характеристик лісопаркового фітоценозів схильних прямому антропогенного впливу. Відбувається певне вирівнювання контрастів гідротермічного режиму грунтів між різними елементами мікрорельєфу, а в Сормовском парку температури грунту взагалі не залежать від типу розташування.
Одночасно в перший ешелон ландшафтних зв'язків виходять ценотичні групи лісових екосистем, які нарівні з факторами літогенної основи визначають всю систему межкомпонентних зв'язків. Це викликано глибокою антропогенного трансформацією надгрунтового покриву в міських лісопаркових екосистемах: початковим олуговеніем травостою та подальшою заміною лісових і лучних видів сміттєвої і рудеральній рослинністю, яка виявляється майже не пов'язаної з зволоженням грунтів. [Тобто буферні властивості грунту в містах доповнюються і компенсуються буферними властивостями збільшується біомаси рудеральній рослинності, тим більше що при помірному порушенні природних співтовариств запаси фітомаси різко зростають.
4. Адаптивні механізми
Процес техногенної трансформації природного комплексу не обмежується "розхитуванням" його моносістемной структури. Поряд з цим розвиваються певні адаптивні механізми, які б його виживання в урбанізованому середовищі. Виявлено два таких механізму. Перший пов'язаний з перетворенням природних ценотичних груп лісу (борової, тайговій, дібровної та ін) в антропогенні (лісову, лісолуговий, лугову, бур'янистої-рудеральних). Цей процес найбільш яскраво виражений в зниженнях мікрорельєфу, де сумарний ефект забруднення грунту максимальний і де тому напочвенний покрив трансформується в найбільшою мірою - до бурьяністой стадії. Розвиток бур'янистої-рудеральній рослинності супроводжується дуже різким зниженням видового різноманіття травостою і настільки ж помітним збільшенням зеленої маси та її річного приросту, що викликає загальне зростання продуктивності і відповідне підвищення індексу пружної стійкості лісового фітоценозу.
Другий адаптивний механізм носить майже повсюдний характер і пов'язаний з підвищенням функціональної ролі рослинних угруповань під пологом лісу. В екстремальних умовах загальної деградації деревостанів відбувається зміщення оптимуму функціонування міської лісової екосистеми з верхнього (деревного) ярусу на нижні яруси - підріст, підлісок і напочвенний покрив, де різко зростає частка щорічно відновлюваної зеленої маси, що сприяє підвищенню стійкості всієї екосистеми до техногенного забруднення. Саме такі фитоценотические параметри, як висота і велика кількість підросту, підліска і травостою, запобігають повний розпад моносістемной організації лісового природного комплексу, зберігаючи в тій чи іншій мірі всю мережу межкомпонентних зв'язків. Тобто в умовах міста переважно деградують деревне і трав'янистий ярус, але всихання, зменшення жізенності видів-средообразователей у всіх міських лісах компенсується підвищеною розвитком дерев 2-го ярусу, начебто клена, липи, і бурхливим розвитком чагарників начебто свидини, міхуроплідник, жимолості лісової і пр.
Далі, міський клімат істотно відрізняється від позаміського, в першу чергу високим ступенем забрудненості твердими частками, димом і пилом (тому в великому місті випадає значно більше дощів, ніж поза містом, за умови більшої сухості повітря і меншому вмісті водяної пари - більше ядер кристалізації носиться) . Вони надають той же дію на рослину, що піщана буря в цій пустелі - січуть ніжні листи піску. Тому у великих містах півдня і навіть середньої смуги наші споконвічні види дерев і чагарників потихеньку витісняються більш південними видами з більш ксероморфной структурою листа - шкірясто-блискучої, опушеною і т.п. якось захищеною від впливу міських «Самум». Оскільки специфічно міська конвекція повітря від більш теплого центру, де «острів тепла», до більш холодним околиць, і від житлових кварталів до парків та водоймищ створює постійні вітри типу міських бризів, то проблема висічення рослин частинками дуже істотна. У Європі, де ступінь урбанізації багато вище нашої (урбанізовані райони зливаються, утворюючи мегалополіси з населенням 20-50 млн. чоловік, і вже виражаються в масштабі карти, перевершуючи за розміром масиви природних ландшафтів - лісових, лугових або болотних) ця особливість міської атмосфери веде до спрямованої зміни місцевої рослинності в містах на більш південні форми.
5. Стійкість до стресів
Далі, екосистеми Землі сильно розрізняються не тільки по продуктивності, але і по стійкості до стресів. Тропічна екосистема, наприклад, функціонує майже як проточна система. Вона містить мінімум грунтового гумусу, оскільки функціонує в найбільш сприятливих умовах середовища і не потребує системи захисту своїх ресурсів, що знаходяться в постійному обороті. У степових екосистемах, регулярно зазнають зміну сприятливих і несприятливих умов середовища, створена складна система накопичення і економного витрачання (дозування) ресурсів життєзабезпечення у вигляді некромасси, що включає запаси дрантя, опаду, дернини і грунтового гумусу з його складною фракційної структурою.
Дощовий тропічний ліс з його гігантської біомасою і вищої швидкістю кругообігу при дії негативних чинників може перетворитися на пустельний ландшафт (Аравійська пустеля, залізисті кори вивітрювання і т.п.). Степові екосистеми, накопичили величезні запаси гумусу, здатні протистояти тисячолітнім прямим впливів варварської агротехніки і забезпечувати людину первинної біологічної продукцією, що відповідає потребам людини складу та якості. Завдяки складному складу гумусу, його реакція на стреси стримується масштабами характерного часу кожної фракції.
Сучасне місто переробляє природні ресурси у вироби і відходи. Вироби дозволяють підтримувати високу щільність популяції, а відходи створюють їй обмеження. Якщо відходи перетворити у вироби і ресурси, вони будуть не обмежувати, а стимулювати зростання чисельності популяції. Штучні вироби - будівлі, споруди, машини, механізми, матеріали, речовини, продукти, напої - виконують ту ж роль, що і грунтовий гумус у природному екосистемі.
ПЕто така ж тимчасова перегрупування ресурсів, зручна для біоти. Кожен виріб служить певний термін, після чого має повертатися в початковий стан - у ресурси. У природних екосистемах гуміфікація обов'язково супроводжує мінералізацію відмерлої біомаси - некромасси, створює запасник вторинних ресурсів для оперативного використання автотрофної біотою. Багатоступенева система синтезу фракцій гумусу та їх мінералізації забезпечує надійність функціонування екосистеми в багаторічному циклі навіть при виникає регулярно дефіциті ресурсів. Гуміфікація і урбанізація з функціональної суті аналогічні процеси, своєрідні петлі гістерезису на кривій катаболізму, що стримують ентропію.
6. Шляхи порятунку
Всі природні системи (клітина, організм, екосистема, біосфера) мають єдиний принцип дії - обмін речовини і енергії або метаболізм, який являє собою спосіб підтримки життя шляхом взаємодії протилежних процесів: анаболізму і катаболізму. У біосфері функцію анаболізму - асиміляції простих речовин у складні - виконує рослинність, а функцію катаболізму - дисиміляції складних органічних речовин на прості мінеральні - виконує грунт. Узгодження цих процесів здійснюється в процесі некроболізма - запрограмованого генетично процесу вмирання біоти, в результаті якого відбувається передача життєво важливих метаболітів у що продовжують функціонувати органи і організми (потомство).
Процес анаболізму складається з двох протилежних процесів: фотосинтезу і дихання. Процес катаболізму - з мінералізації і гуміфікації. Це означає, що в процесі анаболізму, частина синтезованого органічної речовини використовується для здійснення функцій автотрофів, а в процесі катаболізму частина минерализованного речовини використовується для вторинного синтезу грунтового гумусу. Грунтовий гумус виконує в екосистемі кілька функцій. Він є одночасно накопичувачем незатребуваних рослинами мінеральних елементів, зберігачем стратегічного запасу елементів і дозатором мінеральних елементів, що регламентує їх передачу фітоценозу.
Біота екосистеми з екологічної спеціалізації ділиться на три взаємно урівноважені групи: продуценти, консументи, редуценти. Екологічний криза зумовлена тим, що людина подолала природний ліміт чисельності популяції і порушив рівновагу, що склалася, створивши штучні переваги для консументів за рахунок придушення продуцентів і редуцентів. Тому вихід зі створеного людиною екологічної кризи треба шукати або в скороченні чисельності, активності та маси консументів, або в штучному стимулюванні продуцентів і редуцентів. Іншими словами, якщо людина не знайде способу скорочення чисельності населення Землі, він повинен взяти на себе виконання функцій продуцентів і редуцентів.
Сучасне землеробство і рослинництво є примітивним проявом функції продуцента. Треба змінити масштаби і принципи цієї діяльності. Робота в цьому напрямку ведеться безперервно. Удосконалюється агротехніка, меліорація, селекція, насінництво. Функції редуценти людиною освоєні набагато слабше і проявляються у виборчій утилізації відходів життєдіяльності. Але саме тут закладені причини сучасної екологічної кризи - перевиробництво відходів, з якими не справляється природна гетеротрофних біота.
У біосфері продуценти синтезують первинну біологічну продукцію, консументи - вторинну, а людина створила новий клас біологічної продукції - третинну, яка включає будівлі, споруди, машини, механізми, штучні матеріали, речовини, твори мистецтва, пам'ятки культури. Первинна і вторинна біопродукції по завершенні життєвого циклу надходить у розпорядження редуцентов і піддається повторної переробки до вихідних елементів, які направляються в новий цикл анаболізму. Третинна продукція постійно накопичується в біосфері, порушуючи цикл кругообігу, оскільки природні редуценти не справляються з великою масою речовини неприродного складу. Крім цього, неутилізованих маса третинної продукції надає негативний вплив на функції природних продуцентів і редуцентів.
Місто, як ядро урбанізованої системи, повинен виконувати функцію катаболізму подібну до тієї, яку грунт виконує в природному екосистемі. Поки він є накопичувачем і зберігачем запасів речовини, необхідного для забезпечення анаболізму або синтезу первинної біологічної продукції - фітомаси. Штучний тромб кругообігу речовини або циклу метаболізму зароджується і накопичується саме в цій ланці. Для його розсмоктування потрібна регіональна система перегрупування речовини і передачі його у функціональний блок анаболізму - оточують місто природні й аграрні екосистеми. Для цього у міста є всі умови: кваліфіковані кадри, сучасні технології та технічні засоби, максимальна концентрація маси третинної продукції. Треба перейняти у природної грунту механізм функціонування і на його основі побудувати господарський цикл міста.
У природній екосистемі гармонія між грунтом і рослинністю досягається тим, що вони адекватно реагують на коливання гідротермічних умов. Грунт регулярно постачає фітоценозу потрібну йому кількість мінеральних елементів, отримуючи натомість відмерле біомасу. Узгодженість досягається за рахунок складного багатофракційне складу гумусу, кожна фракція якого містить різну кількість зольних елементів, пов'язаних вуглеводневої матрицею різного складу і міцності. У конкретних гідротермічних умовах активізується певна мікрофлора, розкладаюча певні фракції. У результаті вивільняється певна кількість мінеральних газів, солей і колоїдів.
Неузгодженість, обумовлена різною инерционностью реагування грунту і фітоценозу на зміни гідротермічних умов, а також автономної реакцією фітоценозу на світ, а педоценоза на кисень, компенсується кожним з компонентів екосистеми по-своєму. У тому випадку, якщо грунт виділяє більше мінеральних елементів, ніж потрібно фітоценозу в даний момент, їх надлишок реагує з вільними радикалами розкладається некромасси, утворюючи специфічні для грунту гумусові речовини і тимчасово консервуються. Якщо ж фітоценозу потрібно більше мінеральних елементів, ніж виділено в даний момент грунтом, рослини самі провокують прикореневу мікрофлору кореневими виділеннями, а остання мінералізує гумус і усуває або пом'якшує дефіцит.
Принцип роботи цього природного механізму треба відтворити у міській агломерації. Всю масу надходить у місто речовини можна ототожнити з природним опадом, що надходять у блок катаболізму. У результаті втрати самих рухомих фракцій він через короткий час перетворюється на підстилку. Подальша деструкція підстилки супроводжується вторинним синтезом новостворених гумусових речовин. Кожна фаза деструкції виділяє певну кількість мінеральних елементів і консервує інше у формі нових більш щільних фракцій з більш високою концентрацією зольних елементів. Остання, найбільш щільна фракція гумінів звільняється від вуглеводневої і зольної складових і випадає в осад у формі вторинних і первинних мінералів. Так утворюються шлаки екосистеми-залишки речовини, не затребувані фітоценозів і не винесені межі екосистеми водними і повітряними потоками.
У місті все відпрацювали машини, механізми, матеріали, речовини, продукти, промислові, сільськогосподарські й побутові відходи (аналог природного опаду) повинні перетворитися на єдину за призначенням субстанцію - у вихідну сировину для вторинної переробки (аналог лісової підстилки). Далі повинен початися процес ступеневої ущільнення речовини внаслідок втрат найбільш легких для утилізації фракцій (аналог гуміфікації). Що залишилася після вилучення всіх корисних для нового циклу анаболізму елементів частина речовини формує шлаки, що випадають в осад, який використовується для закладання фундаментів нових будівель і споруд, ліній комунікацій і поховання.
У природній екосистемі вихід речовини метаболізму в шлаки не перевищує 1% загальної маси екосистеми. У порівнянні з нею урбанізована екосистема є проточною, де повернення ресурсів не вище 10% і дисбаланс кругообігу становить близько 90%. Якщо ми зуміємо знизити дисбаланс хоча б до 20%, можна бути впевненим у подоланні екологічної кризи. Тільки після цього можна буде говорити про перехід біосфери в ноосферу. Об'єктивним ознакою переходу біосфери в ноосферу повинен стати керований гомеостаз біосфери, коли людина за допомогою розуму і створеної ним техніки зможе взяти на себе додаткові функції продуцента і редуценти, щоб співвіднести їх з прогресуючими функціями консументи ».
Висновок
Місто - найбільш комфортна екологічна ніша, постачальна одночасно велику кількість людей ресурсами життєзабезпечення, що витримує надвисоку щільність популяції за допомогою сучасних технологій і технічних засобів. Проте стійкість такої системи до стресів мінімальна. Для її руйнування достатньо зусиль одного терориста або серйозної аварії енергосистем. Життєзабезпечення сільського жителя менш комфортно, зате більш надійно. Зруйнувати його набагато складніше. Завжди знайдуться запасні варіанти захисту.
Закладене в людині прагнення до комфорту є двигуном прогресу, стимулюючим перехід сільського населення в міське. Ця тенденція, в межі, створює загрозу надійності функціонування урбанізованої системи. Якщо все людство стане міським, то загроза його зникнення від випадкової аварії стане актуальною. Тому розрахунки альтернативних варіантів майбутнього розселення людини повинні враховувати і цю тенденцію. Можна розглядати два крайні варіанти: а) зосередити населення в мегаполісах - островах урбанізації серед моря природних та аграрних екосистем; б) розосередити людей рівномірно по всій поверхні планети в дрібних хуторах і селищах.
Більш кращий перший варіант у поєднанні з другим. Майбутнє поселення землян нам представляється як мегаполіс, оточений роєм дрібних поселень-саттелитов, занурений в океан природно-аграрних екосистем. Однак треба враховувати, що ядро урбанізації - мегаполіс може функціонувати тільки при наявності надійної багатоступінчастої системи захисту його функцій від всіляких стресів і збоїв.
Джерела
1. Е.Г. Коломицев, А.С. Керженцев, О. В. Глєбова, 2000. Механізми трансформації лісових екосистем у високоурбанізовані середовищі / / Екополіс і сталий розвиток міста. М.: изд-во РАМН.
2. Жигарев І.А., 2002. Лісові біологічні співтовариства в умовах рекреаційних порушень / / Антропогенна динаміка екосистем (ред. Н. М. Чернова). Наукові праці МНЕПУ, серія "Реймерсовскіе читання". М.: изд-во МНЕПУ.
3. http://www.biosciense.ru
4. http://www.edu-zone.net
5. http://www.sconline.ru
Введення
1. Аридизації клімату
2. Зниження продуктивності
3. Адаптивні механізми
4. Стійкість до стресів
5. Шляхи порятунку
Висновок
Джерела
Введення
Міські екосистеми відрізняються від усіх видів позаміських (навіть від т.зв. «сталого хутірського ландшафту») не тільки граничної порушення грунтів і рослинності, сильної обедненностью фауни, врешті-решт, навіть Клімаксное бореальний або широколіственний ліс є мозаїка плям, що представляють собою порушення на різних стадіях заростання. Головна відмінність у тому, що в місті спостерігаються такі системні диспропорції, які ніколи не фіксуються в однотипних природних співтовариствах (з аналогічними грунтовими умовами та рослинністю).
1. Аридизації клімату
Перша - це техногенна аридизації клімату. Міські екосистеми - це не просто «острова» лісових, чагарникових або трав'янистих біотопах, розділені будівлями, спорудами і комунікаціями. Місто вирізняється тим, що рослинні співтовариства лісової зони існують в умовах, відповідних положенню на 200 -
Так, в дослідженнях Е.Г. Коломицев із співавт. (2000) виявлена загальна тенденція урботехногенной аридизації лісових екосистем (досліджували екосистеми двох полігонів у низинному Зарічному районі Нижнього Новгорода: 1) лісопарковий масив "Стрігінской Бор" з досить високою рекреаційної навантаженням і слабким забрудненням природних середовищ, 2) Сормовський міський парк культури і відпочинку, відчуває сильне геохімічне вплив від оточуючих його промислових підприємств і автотранспортних магістралей і також схильний рекреації. Еталоном для порівняння послужив сосново-лісову ділянку заповідника "Керженський", що знаходиться в
Грунти Нижнього Новгорода по гідротермічного режиму і по однозначного зрушенню обмінної кислотності в лужний бік наближаються до аридних (пустельно-степовому) типу, на відміну від зональних дерново-підзолистих грунтів, що супроводжується їх активним засоленням. Спільне геофізичне та геохімічне техногенний вплив викликає загальний кумулятивний ефект - екстразональної опустелювання природного комплексу. У першу половину літа температура грунту в Стрігінском бору і Сормовском парку виявляється на 2-8 ° С вище, а вологість на 5-10% нижче, ніж у Керженський заповіднику. Запаси вологи в метровому шарі грунту виявилися менше в 1,5-3 рази - відповідно 60 -
У спонтанних умовах цей гідротермічний зсув відповідає меридіональному зміщення території міста на південь на 200 -
На прикладі грунтів Автозаводського міського парку вдалося простежити не тільки тенденцію, але й швидкість геохімічних змін лісових грунтів за 50-річний період (1939-1989 рр.).. В кінці 30-х років, коли робота підприємств ГАЗ тільки починалася, у парку не було нейтральних і слаболужних грунтів. Через 50 років вони становили вже більше 10% від загальної кількості опрацьованих нами зразків. Зрушення рН склав у середньому 2% на рік.
Техногенне подщелачивание грунтів знижує рухливість різних хімічних елементів і, отже, зменшує їх токсичність [виступаючи механізмом стійкості міської екосистеми - wolf_kitses]. Очевидно високолужних реакція грунтів промислових територій низинного Заріччя (рНЈ7, 5) є екологічно позитивним фактором, що перешкоджає міграції токсичних елементів (перш за все, важких металів) по трофічних ланцюгів. У гумусових горизонтах підвищується вміст обмінних катіонів, що посилює буферні властивості грунту. У цьому виявляється ефект негативного зворотного зв'язку в системі техніка - природа, що компенсує негативні для біоти процеси техногенезу.
2. Зниження продуктивності
Урботехногенная аридизації лісових екосистем чітко проявляється також в автотрофних біогенезу. Загальна первинна продуктивність (Р) сосняків Керженський заповідника складає 5,5-12,5 т / га в рік, що лежить в діапазоні первинної продуктивності від середньої тайги до лугових степів. У межах міста екстремальні значення Р падають у 4-5 разів, причому в негативних формах рельєфу набагато сильніше, ніж у позитивних. Тому різниця у значеннях продуктивності між типами МП істотно згладжується. Відбувається свого роду локальне вирівнювання величин продукції лісових фітоценозів на фоні загального зниження інтенсивності продукційного процесу.
Сосняки Стрігінского бору та Сормовського парку виробляють щорічно в середньому 2,5-3,7 т фітомаси, а в багатьох випадках ці цифри знижуються до 1,3-2,0 т. Така низьку продуктивність в природних умовах мають екосистеми вкрай північних і вкрай південних природних зон помірного пояса - чагарникова тундра, сухі степи і ефемерно-чагарничкових пустелі, а також сфагнові болота. Таким чином, загальна первинна продуктивність лісових екосистем змішано-лісової зони, що знаходяться під пресом урбанізації, знижується до пустельно-сухостеповій рівня, що і складає найважливіший функціональний ознака їх антропогенного опустелювання ».
3. Зміна характеру рослинності
Далі, лісові суспільства поза мегаполісу (вже сильно змінені рекреацією та іншими формами впливу) організовані так, що характер рослинності цілком визначається існуючими формами рельєфу (градієнтами від вододілів до заплави струмків та ін), що визначають відмінності гідрологічного режиму та інших умов середовища вздовж відповідних градієнтів .
У місті ця залежність рослинності від форм рельєфу і структури ландшафту через гідрологію повністю руйнується, замінюючись залежністю від антропогенних порушень та антропогенного ж «добрива» територій органікою, нітратами, фосфором, ці два чинники формують градієнти, що замінюють ландшафтні.
Далі ті ж автори: «сила впливу літогенної основи як вихідного чинника природно-територіальної організації знижується майже в 2 рази. Не спостерігається скільки-небудь однозначної приуроченості до форм мікрорельєфу і локальними типами вологості, температури, морфології грунтів, ценотичних груп лісу, потужності і маси лісової підстилки. Прямий вплив геоморфологічних умов зберігається лише на типи біогеоценозів та їх екологічними групами рослинності, минаючи параметри вологості грунту. Геоморфологічний каркас значною мірою втрачає контроль над найважливішим функціональним параметром лісової екосистеми - зволоженням грунтів.
Температура грунту втрачає свої властивості індикатора стану лісової екосистеми. Вона більше не залежить від літогенних умов і вологості грунтів. Режими вологості і температури грунтових горизонтів все більше залежать від структурних характеристик лісопаркового фітоценозів схильних прямому антропогенного впливу. Відбувається певне вирівнювання контрастів гідротермічного режиму грунтів між різними елементами мікрорельєфу, а в Сормовском парку температури грунту взагалі не залежать від типу розташування.
Одночасно в перший ешелон ландшафтних зв'язків виходять ценотичні групи лісових екосистем, які нарівні з факторами літогенної основи визначають всю систему межкомпонентних зв'язків. Це викликано глибокою антропогенного трансформацією надгрунтового покриву в міських лісопаркових екосистемах: початковим олуговеніем травостою та подальшою заміною лісових і лучних видів сміттєвої і рудеральній рослинністю, яка виявляється майже не пов'язаної з зволоженням грунтів. [Тобто буферні властивості грунту в містах доповнюються і компенсуються буферними властивостями збільшується біомаси рудеральній рослинності, тим більше що при помірному порушенні природних співтовариств запаси фітомаси різко зростають.
4. Адаптивні механізми
Процес техногенної трансформації природного комплексу не обмежується "розхитуванням" його моносістемной структури. Поряд з цим розвиваються певні адаптивні механізми, які б його виживання в урбанізованому середовищі. Виявлено два таких механізму. Перший пов'язаний з перетворенням природних ценотичних груп лісу (борової, тайговій, дібровної та ін) в антропогенні (лісову, лісолуговий, лугову, бур'янистої-рудеральних). Цей процес найбільш яскраво виражений в зниженнях мікрорельєфу, де сумарний ефект забруднення грунту максимальний і де тому напочвенний покрив трансформується в найбільшою мірою - до бурьяністой стадії. Розвиток бур'янистої-рудеральній рослинності супроводжується дуже різким зниженням видового різноманіття травостою і настільки ж помітним збільшенням зеленої маси та її річного приросту, що викликає загальне зростання продуктивності і відповідне підвищення індексу пружної стійкості лісового фітоценозу.
Другий адаптивний механізм носить майже повсюдний характер і пов'язаний з підвищенням функціональної ролі рослинних угруповань під пологом лісу. В екстремальних умовах загальної деградації деревостанів відбувається зміщення оптимуму функціонування міської лісової екосистеми з верхнього (деревного) ярусу на нижні яруси - підріст, підлісок і напочвенний покрив, де різко зростає частка щорічно відновлюваної зеленої маси, що сприяє підвищенню стійкості всієї екосистеми до техногенного забруднення. Саме такі фитоценотические параметри, як висота і велика кількість підросту, підліска і травостою, запобігають повний розпад моносістемной організації лісового природного комплексу, зберігаючи в тій чи іншій мірі всю мережу межкомпонентних зв'язків. Тобто в умовах міста переважно деградують деревне і трав'янистий ярус, але всихання, зменшення жізенності видів-средообразователей у всіх міських лісах компенсується підвищеною розвитком дерев 2-го ярусу, начебто клена, липи, і бурхливим розвитком чагарників начебто свидини, міхуроплідник, жимолості лісової і пр.
Далі, міський клімат істотно відрізняється від позаміського, в першу чергу високим ступенем забрудненості твердими частками, димом і пилом (тому в великому місті випадає значно більше дощів, ніж поза містом, за умови більшої сухості повітря і меншому вмісті водяної пари - більше ядер кристалізації носиться) . Вони надають той же дію на рослину, що піщана буря в цій пустелі - січуть ніжні листи піску. Тому у великих містах півдня і навіть середньої смуги наші споконвічні види дерев і чагарників потихеньку витісняються більш південними видами з більш ксероморфной структурою листа - шкірясто-блискучої, опушеною і т.п. якось захищеною від впливу міських «Самум». Оскільки специфічно міська конвекція повітря від більш теплого центру, де «острів тепла», до більш холодним околиць, і від житлових кварталів до парків та водоймищ створює постійні вітри типу міських бризів, то проблема висічення рослин частинками дуже істотна. У Європі, де ступінь урбанізації багато вище нашої (урбанізовані райони зливаються, утворюючи мегалополіси з населенням 20-50 млн. чоловік, і вже виражаються в масштабі карти, перевершуючи за розміром масиви природних ландшафтів - лісових, лугових або болотних) ця особливість міської атмосфери веде до спрямованої зміни місцевої рослинності в містах на більш південні форми.
5. Стійкість до стресів
Далі, екосистеми Землі сильно розрізняються не тільки по продуктивності, але і по стійкості до стресів. Тропічна екосистема, наприклад, функціонує майже як проточна система. Вона містить мінімум грунтового гумусу, оскільки функціонує в найбільш сприятливих умовах середовища і не потребує системи захисту своїх ресурсів, що знаходяться в постійному обороті. У степових екосистемах, регулярно зазнають зміну сприятливих і несприятливих умов середовища, створена складна система накопичення і економного витрачання (дозування) ресурсів життєзабезпечення у вигляді некромасси, що включає запаси дрантя, опаду, дернини і грунтового гумусу з його складною фракційної структурою.
Дощовий тропічний ліс з його гігантської біомасою і вищої швидкістю кругообігу при дії негативних чинників може перетворитися на пустельний ландшафт (Аравійська пустеля, залізисті кори вивітрювання і т.п.). Степові екосистеми, накопичили величезні запаси гумусу, здатні протистояти тисячолітнім прямим впливів варварської агротехніки і забезпечувати людину первинної біологічної продукцією, що відповідає потребам людини складу та якості. Завдяки складному складу гумусу, його реакція на стреси стримується масштабами характерного часу кожної фракції.
Сучасне місто переробляє природні ресурси у вироби і відходи. Вироби дозволяють підтримувати високу щільність популяції, а відходи створюють їй обмеження. Якщо відходи перетворити у вироби і ресурси, вони будуть не обмежувати, а стимулювати зростання чисельності популяції. Штучні вироби - будівлі, споруди, машини, механізми, матеріали, речовини, продукти, напої - виконують ту ж роль, що і грунтовий гумус у природному екосистемі.
ПЕто така ж тимчасова перегрупування ресурсів, зручна для біоти. Кожен виріб служить певний термін, після чого має повертатися в початковий стан - у ресурси. У природних екосистемах гуміфікація обов'язково супроводжує мінералізацію відмерлої біомаси - некромасси, створює запасник вторинних ресурсів для оперативного використання автотрофної біотою. Багатоступенева система синтезу фракцій гумусу та їх мінералізації забезпечує надійність функціонування екосистеми в багаторічному циклі навіть при виникає регулярно дефіциті ресурсів. Гуміфікація і урбанізація з функціональної суті аналогічні процеси, своєрідні петлі гістерезису на кривій катаболізму, що стримують ентропію.
6. Шляхи порятунку
Всі природні системи (клітина, організм, екосистема, біосфера) мають єдиний принцип дії - обмін речовини і енергії або метаболізм, який являє собою спосіб підтримки життя шляхом взаємодії протилежних процесів: анаболізму і катаболізму. У біосфері функцію анаболізму - асиміляції простих речовин у складні - виконує рослинність, а функцію катаболізму - дисиміляції складних органічних речовин на прості мінеральні - виконує грунт. Узгодження цих процесів здійснюється в процесі некроболізма - запрограмованого генетично процесу вмирання біоти, в результаті якого відбувається передача життєво важливих метаболітів у що продовжують функціонувати органи і організми (потомство).
Процес анаболізму складається з двох протилежних процесів: фотосинтезу і дихання. Процес катаболізму - з мінералізації і гуміфікації. Це означає, що в процесі анаболізму, частина синтезованого органічної речовини використовується для здійснення функцій автотрофів, а в процесі катаболізму частина минерализованного речовини використовується для вторинного синтезу грунтового гумусу. Грунтовий гумус виконує в екосистемі кілька функцій. Він є одночасно накопичувачем незатребуваних рослинами мінеральних елементів, зберігачем стратегічного запасу елементів і дозатором мінеральних елементів, що регламентує їх передачу фітоценозу.
Біота екосистеми з екологічної спеціалізації ділиться на три взаємно урівноважені групи: продуценти, консументи, редуценти. Екологічний криза зумовлена тим, що людина подолала природний ліміт чисельності популяції і порушив рівновагу, що склалася, створивши штучні переваги для консументів за рахунок придушення продуцентів і редуцентів. Тому вихід зі створеного людиною екологічної кризи треба шукати або в скороченні чисельності, активності та маси консументів, або в штучному стимулюванні продуцентів і редуцентів. Іншими словами, якщо людина не знайде способу скорочення чисельності населення Землі, він повинен взяти на себе виконання функцій продуцентів і редуцентів.
Сучасне землеробство і рослинництво є примітивним проявом функції продуцента. Треба змінити масштаби і принципи цієї діяльності. Робота в цьому напрямку ведеться безперервно. Удосконалюється агротехніка, меліорація, селекція, насінництво. Функції редуценти людиною освоєні набагато слабше і проявляються у виборчій утилізації відходів життєдіяльності. Але саме тут закладені причини сучасної екологічної кризи - перевиробництво відходів, з якими не справляється природна гетеротрофних біота.
У біосфері продуценти синтезують первинну біологічну продукцію, консументи - вторинну, а людина створила новий клас біологічної продукції - третинну, яка включає будівлі, споруди, машини, механізми, штучні матеріали, речовини, твори мистецтва, пам'ятки культури. Первинна і вторинна біопродукції по завершенні життєвого циклу надходить у розпорядження редуцентов і піддається повторної переробки до вихідних елементів, які направляються в новий цикл анаболізму. Третинна продукція постійно накопичується в біосфері, порушуючи цикл кругообігу, оскільки природні редуценти не справляються з великою масою речовини неприродного складу. Крім цього, неутилізованих маса третинної продукції надає негативний вплив на функції природних продуцентів і редуцентів.
Місто, як ядро урбанізованої системи, повинен виконувати функцію катаболізму подібну до тієї, яку грунт виконує в природному екосистемі. Поки він є накопичувачем і зберігачем запасів речовини, необхідного для забезпечення анаболізму або синтезу первинної біологічної продукції - фітомаси. Штучний тромб кругообігу речовини або циклу метаболізму зароджується і накопичується саме в цій ланці. Для його розсмоктування потрібна регіональна система перегрупування речовини і передачі його у функціональний блок анаболізму - оточують місто природні й аграрні екосистеми. Для цього у міста є всі умови: кваліфіковані кадри, сучасні технології та технічні засоби, максимальна концентрація маси третинної продукції. Треба перейняти у природної грунту механізм функціонування і на його основі побудувати господарський цикл міста.
У природній екосистемі гармонія між грунтом і рослинністю досягається тим, що вони адекватно реагують на коливання гідротермічних умов. Грунт регулярно постачає фітоценозу потрібну йому кількість мінеральних елементів, отримуючи натомість відмерле біомасу. Узгодженість досягається за рахунок складного багатофракційне складу гумусу, кожна фракція якого містить різну кількість зольних елементів, пов'язаних вуглеводневої матрицею різного складу і міцності. У конкретних гідротермічних умовах активізується певна мікрофлора, розкладаюча певні фракції. У результаті вивільняється певна кількість мінеральних газів, солей і колоїдів.
Неузгодженість, обумовлена різною инерционностью реагування грунту і фітоценозу на зміни гідротермічних умов, а також автономної реакцією фітоценозу на світ, а педоценоза на кисень, компенсується кожним з компонентів екосистеми по-своєму. У тому випадку, якщо грунт виділяє більше мінеральних елементів, ніж потрібно фітоценозу в даний момент, їх надлишок реагує з вільними радикалами розкладається некромасси, утворюючи специфічні для грунту гумусові речовини і тимчасово консервуються. Якщо ж фітоценозу потрібно більше мінеральних елементів, ніж виділено в даний момент грунтом, рослини самі провокують прикореневу мікрофлору кореневими виділеннями, а остання мінералізує гумус і усуває або пом'якшує дефіцит.
Принцип роботи цього природного механізму треба відтворити у міській агломерації. Всю масу надходить у місто речовини можна ототожнити з природним опадом, що надходять у блок катаболізму. У результаті втрати самих рухомих фракцій він через короткий час перетворюється на підстилку. Подальша деструкція підстилки супроводжується вторинним синтезом новостворених гумусових речовин. Кожна фаза деструкції виділяє певну кількість мінеральних елементів і консервує інше у формі нових більш щільних фракцій з більш високою концентрацією зольних елементів. Остання, найбільш щільна фракція гумінів звільняється від вуглеводневої і зольної складових і випадає в осад у формі вторинних і первинних мінералів. Так утворюються шлаки екосистеми-залишки речовини, не затребувані фітоценозів і не винесені межі екосистеми водними і повітряними потоками.
У місті все відпрацювали машини, механізми, матеріали, речовини, продукти, промислові, сільськогосподарські й побутові відходи (аналог природного опаду) повинні перетворитися на єдину за призначенням субстанцію - у вихідну сировину для вторинної переробки (аналог лісової підстилки). Далі повинен початися процес ступеневої ущільнення речовини внаслідок втрат найбільш легких для утилізації фракцій (аналог гуміфікації). Що залишилася після вилучення всіх корисних для нового циклу анаболізму елементів частина речовини формує шлаки, що випадають в осад, який використовується для закладання фундаментів нових будівель і споруд, ліній комунікацій і поховання.
У природній екосистемі вихід речовини метаболізму в шлаки не перевищує 1% загальної маси екосистеми. У порівнянні з нею урбанізована екосистема є проточною, де повернення ресурсів не вище 10% і дисбаланс кругообігу становить близько 90%. Якщо ми зуміємо знизити дисбаланс хоча б до 20%, можна бути впевненим у подоланні екологічної кризи. Тільки після цього можна буде говорити про перехід біосфери в ноосферу. Об'єктивним ознакою переходу біосфери в ноосферу повинен стати керований гомеостаз біосфери, коли людина за допомогою розуму і створеної ним техніки зможе взяти на себе додаткові функції продуцента і редуценти, щоб співвіднести їх з прогресуючими функціями консументи ».
Висновок
Місто - найбільш комфортна екологічна ніша, постачальна одночасно велику кількість людей ресурсами життєзабезпечення, що витримує надвисоку щільність популяції за допомогою сучасних технологій і технічних засобів. Проте стійкість такої системи до стресів мінімальна. Для її руйнування достатньо зусиль одного терориста або серйозної аварії енергосистем. Життєзабезпечення сільського жителя менш комфортно, зате більш надійно. Зруйнувати його набагато складніше. Завжди знайдуться запасні варіанти захисту.
Закладене в людині прагнення до комфорту є двигуном прогресу, стимулюючим перехід сільського населення в міське. Ця тенденція, в межі, створює загрозу надійності функціонування урбанізованої системи. Якщо все людство стане міським, то загроза його зникнення від випадкової аварії стане актуальною. Тому розрахунки альтернативних варіантів майбутнього розселення людини повинні враховувати і цю тенденцію. Можна розглядати два крайні варіанти: а) зосередити населення в мегаполісах - островах урбанізації серед моря природних та аграрних екосистем; б) розосередити людей рівномірно по всій поверхні планети в дрібних хуторах і селищах.
Більш кращий перший варіант у поєднанні з другим. Майбутнє поселення землян нам представляється як мегаполіс, оточений роєм дрібних поселень-саттелитов, занурений в океан природно-аграрних екосистем. Однак треба враховувати, що ядро урбанізації - мегаполіс може функціонувати тільки при наявності надійної багатоступінчастої системи захисту його функцій від всіляких стресів і збоїв.
Джерела
1. Е.Г. Коломицев, А.С. Керженцев, О. В. Глєбова, 2000. Механізми трансформації лісових екосистем у високоурбанізовані середовищі / / Екополіс і сталий розвиток міста. М.: изд-во РАМН.
2. Жигарев І.А., 2002. Лісові біологічні співтовариства в умовах рекреаційних порушень / / Антропогенна динаміка екосистем (ред. Н. М. Чернова). Наукові праці МНЕПУ, серія "Реймерсовскіе читання". М.: изд-во МНЕПУ.
3. http://www.biosciense.ru
4. http://www.edu-zone.net
5. http://www.sconline.ru