Місто як гетеротрофна екосистема

Ю. Одум розглядає місто, яке споживає готову продук­цію, як гетеротрофну екосистему. Як відомо, особливістю будь-якої екосистеми, у тому числі й такої велетенської, як велике місто, є відкритість, оскільки вона має одержувати й віддавати енергію.

Екосистема = ІЕ + S + ОЕ, де ІЕ — середовище «на вході», S — власне система, ОЕ — середовище «на виході».

Подібно до біогеоценозу урбоекосистема теж має межі (зрозуміло, умовні). Аналогічно до біогеоценозу урбоекосис­тема має вхід і обов’язковий вихід, відсутність якого могла б стати причиною надмірного накопичення речовини і енергії, що призвело б до її самознищення.

Як зазначає Ю. Одум, масштаби змін середовища «на вході» і «на виході» надзвичайно сильно коливаються і зале­жать від декількох змінних, зокрема:

• розмірів системи (чим вона більша, тим менше залежить від зовнішніх частин);

• інтенсивності обміну (чим він інтенсивніший, тим біль­шими є приплив і відтік);

• збалансованості автотрофних і гетеротрофних процесів (чим сильніше порушена ця рівновага, тим більшим має бути приплив іззовні для її забезпечення);

• стадії та ступеня розвитку системи (молоді системи відрізняються від зрілих).

Зупинимося детальніше на обговоренні цих запропоно­ваних Ю. Одумом змінних.

Коли йдеться про власне міську екосистему, то автори ба­гатьох наукових праць стверджують, що вони беруть до уваги не просто місто, а «велике» місто (Одум, 1982; Клауснітцер, 1990; Кучерявий, 1991; Sucopp, Wittig, 1993). Справа у тому, що невеликі міста або селища міського типу за своїм спосо­бом функціонування більше нагадують природні екосистеми, ніж індустріально-міські.

Рис.

Ю. Одум вдало ілюструє різницю між природною гете­ротрофною та урбанізованою екосистемами. Для цього він наводить приклад устричної банки (водний біоценоз із до­мінуванням устриць) і велике місто (рис. 11.14). Як бачимо з цього рисунка, міська екосистема відрізняється від при­родної, а саме:

• значно інтенсивнішим метаболізмом на одиницю пло­щі, що вимагає більшого припливу концентрованої енергії ззовні (у наш час надходить у вигляді горючих копалин);

• більшим надходженням енергії ззовні, наприклад ме­талів для виробництва та торгівлі, не беручи до уваги металів, необхідних для підтримання життя людей, рослин (залізо, марганець, молібден, хром тощо);

• потужним і отруйним потоком відходів, значна кіль­кість яких — синтетичні сполуки, токсичніші, ніж природна сировина, з якої вони одержані.

Виходячи з цих висновків, можна без застереження заува­жити, що середовище «на вході» та середовище «на виході» міської екосистеми суттєво відрізняються від екосистеми села чи малого міста. Чим більша за розмірами природна еко­система, тим менше вона залежить від зовнішніх чинників, наприклад лісова екосистема та окрема в її складі елементар­на консорція. Проте, розглядаючи урбоекосистему великого міста, можна стверджувати зворотне: чим більші її розміри, тим більше вона залежить від стану середовища «на вході» та середовища «на виході». Адже кожна клітинка цього ве­летенського організму одночасно переробляє величезну кіль­кість речовини.

Рис. 11.14. Гетеротрофні екосистеми: А — одне з природних «міст» — устрична банка, що цілком залежить від надходження енергії їжі з великої площі навколишнього середовища; Б — індустріалізоване місто, існування якого підтримує колосальний приплив палива та їжі, причому відповідно виникає значний відплив у вигляді тепла, промислових і побутових відходів.

Якщо вважати міські сади та сквери окремими екосисте­мами, можна стверджувати, що їх функціонування залежить від стану середовища «на вході», зокрема рівня теплового та пилогазового забруднення кварталу чи міського району міста (див. рис. 11.14, Б). Невеликі сквери великого міста практич­но не впливають на його мезоклімат, тобто на середовище «на виході». Водночас великі паркові чи водні екосистеми здатні охолоджувати і зволожувати повітря прилеглих забу­дованих і замощених територій, а також зумовлювати явище «бризу» — легкого свіжого вітерцю.

«Сьогодні, — пише Ю. Одум (1986), — навіть у посушли­вих районах більшість міст мають широкий «зелений пояс» або включають у себе автотрофний компонент (дерева, ча­гарники, трав’яні газони, а часто озера та ставки); органічна продукція цього зеленого компонента не відіграє помітної ролі у постачанні механізмів і людей, які так щільно за­селяють місто та цей промисловий район. Без величезних надходжень їжі, пального, електроенергії та води механізми, автомобілі, фабрики тощо припинили б роботу...».

Безумовно, міські ліси, луки та парки являють собою ве­личезну естетичну та рекреаційну цінність: вони пом’якшують коливання температури в місті, зменшують шумові та інші типи забруднення, надають місце для існування співучим птахам та іншим дрібним тваринам. Однак праця та пальне, які витрачають на зрошення, удобрення, стрижку газонів, обрізання дерев, видалення зрізаних або опалих гілок і листя, а також іншу роботу, необхідну для підтримання приватних і громадських зелених зон міста, збільшують енергетичні (та фінансові) витрати на життя в місті. Звичайно, енергетичні ресурси урбоекосистема імпортує, доставляючи їх за сотні й тисячі кілометрів.

У таблиці 11.4, поданій Ю. Одумом, порівнюється «забу­дований ліс» (місто) в Медісоні (штат Вісконсін) із сусіднім непорушеним лісом.

Таблиця 11.4.

Порівняння природного лісу та міста (Одум, 1986)

Проте міська екосистема, як виявляється, дуже марнотрат­на. Маючи у своєму розпорядженні значну кількість проду­кованої міською зеленню органічної речовини (1027 г/м²), вона її (497 г/м²) експортує, тобто вивозить за межі екосисте­ми (приміські сміттєзвалища), причому тоді, коли у приміську екосистему імпортується значна кількість добрив (136 кг/га).

Як бачимо, урбоекосистема — єдине ціле з її «входом» і «виходом». Господарська діяльність людини в урбоекосис- темі далеко виходить за межі території безпосередньо забудо­ви і впливає на всі природні компоненти не лише всередині міста, а й далеко за його межами. Фізико-геологічні зміни ґрунтів, підземних вод та інших компонентів літогенної ос­нови відчуваються залежно від конкретних умов у радіусі 25—30 км, біогеохімічні зміни — на ще більшому віддаленні. Доведено, що великі міста, а тим більше міські агломерації, впливають на довкілля на відстані в 50 разів більшій, ніж власний радіус. Особливо цей урбогенний тиск відчувають ґрунти, водойми, повітряний басейн і рослинний покрив. Проте урбанізоване середовище та природа — не взаємо- виключаючі поняття, оскільки в них є одна «дуже важлива спільна властивість, яка витікає із соціальної суті людини, — велике місто та природа необхідні людині однаковою мірою (Владимиров, 1999)».

Гомеостаз міської екосистеми можна забезпечити лише шляхом гармонізації обміну речовини та енергії між блоками живої та неживої природи. Антропогенні зміни в урбоеко- системі мають бути поступовими і передбачати правильний розподіл і силу антропогенних навантажень і необхідні умови адаптації людини та природного середовища. Лише за та­ких умов можна зберегти (на відміну від існуючої рівноваги у природних екосистемах) динамічну екологічну рівновагу в міських екосистемах.

Під екологічною рівновагою в урбоекології слід розуміти (Владимиров, 1999) такий стан природного середовища ур- банізованого району міської агломерації або окремого міста, при якому забезпечується саморегуляція, належна охорона та від­творення його основних компонентів — атмосферного повітря, водних ресурсів, ґрунтового та рослинного покриву, тваринного світу. Неодмінними умовами такого стану мають бути:

• відновлення основних компонентів природного се­редовища, яке забезпечує їх баланс у міжрайонних потоках речовини та енергії;

• відповідність ступеню геохімічної активності ланд­шафтів масштабів виробничих і комунально-побутових за­бруднень (у тому числі наявність умов для достатньо високих темпів міграції продуктів техногенезу);

• відповідність ступеню біохімічної активності екосис­теми району рівня антропогенних забруднень (у тому числі наявність умов для біологічної переробки органічних і ней­тралізації шкідливого впливу неорганічних забруднень);

• відповідність рівня фізичної стійкості ландшафтів силі впливу транспортних, інженерних, рекреаційних та інших антропогенних навантажень;

• баланс біомаси непорушених або слабко порушених антропогенною діяльністю ділянок екосистеми району роз­селення, достатня складність і якомога більше різноманіття природного середовища.

Наявність у межах району формування розселення пер­шої та останньої умов екологічної рівноваги в ряді випадків можна розглядати як достатньо надійну гарантію здійснення всіх інших її вимог. В. В. Владимиров (1999) справедливо відзначає, що при розгляді умов екологічної рівноваги на різних територіальних рівнях спостерігається суттєва різниця можливості її реалізацій. На глобальному рівні всі ці умови (а в цьому і полягає екологічна стратегія людства) мають бути, без сумніву, виконані. Їх реалізація можлива і на мак- ротериторіальному рівні (континенти, великі країни, окремі регіони великих держав). На мезо- та мікрорегіональних рів­нях стосовно локальних систем розселення (агломерації, міста) можна виконати лише частину умов екологічної рівноваги, у чому не важко переконатися, звернувшись до відомих лі­тературних джерел (Владимиров, 1999).

Таблиця 11.5. Орієнтовні зіставлення компонентів природного середовища та деяких ресурсів, які споживаються і відтворюються містом із населенням 1 млн мешканців і площею 20 тис. га

Особливості метаболічних процесів в урбоекосистемі та її взаємодія із сусідніми екологічними системами дали змогу виділити її основні риси (Владимиров, 1999): поліморфізм (залежність від суміжних екосистем), акумулятивна здатність і неврівноваженість основних структур.

Поліморфізм урбоекосистеми полягає в тому, що вона багатолика: у ній немовби перемішані природні (геосфера, атмосфера, гідросфера) та антропогенні (будівлі, елементи інфраструктури) компоненти. Залежність урбоекосистеми як надвідкритої системи полягає в тому, що вона не може сама себе «прогодувати». Як бачимо (табл. 11.5), дефіцит елементів життєдіяльності (кисню, води, ґрунтово-рослин­ного покриву, продуктів харчування) сягає величезних роз­мірів. Мільйони тонн матеріалів, сировини вимагають міська промисловість і будівництво, а транспорт — мільйони тонн палива. Не одержавши, наприклад, продуктів харчування, «люди невдовзі або померли б з голоду, або ж покинули б місто» (Одум, 1986).

Місто — акумулююча екосистема, оскільки вона харак­теризується позитивним балансом обміну речовин, що при­водить до їх накопичення. Це й перегрів унаслідок акуму­ляції сонячного тепла мертвою підстилковою поверхнею, і формування потужного культурного шару ґрунту, новий рельєф із териконами та звалищами. Міські агломерації стають велетенськими акумуляторами тепла. «У даний час, — пише Є. К. Федоров (1977), — значні території ве­ликих міських агломерацій, промислових центрів і навіть цілих країн (наприклад, Бельгія), які мають розміри поряд­ку десятків і сотень тисяч квадратних кілометрів, є такими джерелами. Якби на кордонах сучасної Бельгії була побу­дована стіна заввишки декілька кілометрів, то температура в країні виросла б на декілька градусів».

Неврівноваженість урбоекосистеми полягає в тому, що вона розвивається не відповідно до законів природи, а ви­ходячи із суб’єктивних уявлень людини, передусім її спо­живацької психології. Як зазначено вище, міста минулого перебували у стані екологічної рівноваги: природне середо­вище сприяло знешкодженню відходів, самоочищенню вод, ґрунту та повітря. Сьогоднішня неврівноваженість великих міст зумовлює постійне передчуття екологічної кризи, яку можуть викликати нестача води, зупинка роботи очисних споруд, раптові викиди в атмосферу шкідливих речовин чи припинення подачі електроенергії.

На відміну від природних екосистем, біомаса в місті не- збалансована. Наприклад, відношення фітомаси до зоомаси тут інше, ніж у природних екосистемах, головним чином за рахунок величезної маси людей (табл. 11.6), кормові ланцюги та мережі розімкнуті в основних їх ланках, а метаболізм міста (процеси споживання води та харчових продуктів і виділення продуктів життєдіяльності) сильно відрізняється від круго­обігу речовин у природі.

Таблиця 11.6.

Біомаса Брюсселя (Sukopp, Wittig, 1993)

Питома вага промислового потенціалу Львова приблиз­но удвічі-втричі вища, ніж сусідніх обласних центрів. А це, у свою чергу, є свідченням рівня індустріалізації та урбані­зації міських ландшафтів. Показником урбанізації є питома вага замощених і забудованих територій, які у Львові станов­лять, наприклад, 60 % проти 35—45 % у сусідніх обласних центрах (Івано-Франківськ, Рівне, Луцьк). Беруть до уваги також викиди промисловості транспорту в атмосферу та за­гальну забрудненість (у тому числі теплову) навколишнього середовища. Основні висновки, зроблені внаслідок аналізу різних за рівнем урбанізації міських екосистем, такі (Голу­бець, 1979, 1980):

• чим більше місто, тим більше в ньому проявляється, за образним виразом Ю. Одума, «паразит біосфери». Про це свідчать зсунення у таких великих містах, як Львів, природ­ного рослинного покриву — автотрофного блоку екосистем (XVII ст. — 70, ХІХ ст. — 60, ХХ ст. — менше 39 %);

• великі міста споживають більше кисню, ніж продуку­ють; водночас вони виділяють більше вуглекислого газу, хоча автотрофний блок не засвоює його й половини;

• у великих містах з їх великою площею горизонтальних і вертикальних штучних поверхонь, які акумулюють і соняч­ну енергію, відчутно проявляється явище ентропії. Якщо взяти до уваги антропогенне тепло (ТЕЦ, транспорт, тепло мільйона людей), то можна виявити його надлишок;

• різко зменшується кількість природних радіальних і ла­теральних потоків за рахунок штучного перенесення великої кількості органічних і мінеральних забруднюючих речовин у внутрішню та зовнішню частини міської екосистеми;

• виразно проявляється агресивність міської екосистеми стосовно сусідніх екосистем: лісових, лучних, болотних, а та­кож штучних агроекосистем;

• подальший розвиток міських екосистем неможливий без створення надійного механізму їх штучної регуляції.

Отже, міська екосистема (урбоекосистема) являє собою мозаїку природних і штучних біогеоценозів, які перебува­ють на різній стадії фітогенези (зародження, розвитку та відмирання). Всі вони підвладні постійно зростаючому ант­ропогенному пресу і являють собою переважно антропогенні сукцесії.

11.7.