Среди проблем, стоящих перед современным человечеством одной из важнейших является сохранение биологического разнообразия. Устойчивое развитие изменения окружающей среды деятельностью человека не имеет однозначной оценки, для этого необходимы географические исследования.

В настоящее время интенсивное антропогенное воздействие на природную среду отмечается в ряде экономически наиболее развитых регионах Российской Федерации. Интенсификация хозяйственной деятельности, широкие масштабы сведения лесов, рост площадей обрабатываемых земель, создание водохранилищ, урбанизация и другие формы трансформации естественных природных ландшафтов за последнее столетие существенно изменили условия обитания животных. В антропогенных ландшафтах появились новые экологические ниши, которые заметно изменили процессы экологической адаптации животных.

Наиболее изменены природные ландшафты на территориях современных городов и промышленно-городских агломераций. Из года в год города становятся средой жизни всевозрастающего числа людей. В настоящее время около 73 % населения России сосредоточено в городах. В некоторых странах эта доля еще выше.

1. Урбанизация

Рис. 1 - Рост численности населения городов в последней четверти ХХ века по данным программы ООН UNEP [Николайкин и др., 2000]

Урбанизация резко нарушает баланс инвестиций в сельские и городские виды производства в пользу последних. При этом растет социальное неравенство населения: горожане имеют явный приоритет в обеспечении услугами образования, здравоохранения, энерго- и водоснабжения. В развивающихся странах сельскому населению, составляющему до 70% и более всего населения, выделяется лишь около 20% бюджета. Такой подход способствует не только обострению социальных противоречий, но вызывает растрату и людских (здоровье и развитие людей) и природных ресурсов.

Урбанизация и в будущем останется одной из важнейших глобальных проблем. На фоне общего роста численности населения мира городское население в 1990-1995 годах увеличивалось со средней скоростью 2,5% в год, тогда как сельское - на 0,8% в год. В перспективе к 2025 году в городах будет жить 61% населения Земли.

Наивысшие показатели прироста городского населения характерны для наиболее бедных стран (до 7% в год). При этом численность населения крупного города удваивается примерно за 10 лет.

Для второй половины ХХ века характерно формирование мегаполисов (городов с населением более 6 млн. человек) и конурбаций (скоплений городов). Если в 1950 году в мире было всего два мегаполиса - Нью Йорк (12,3 млн. человек) и Лондон (8,7 млн. человек), то на 1995 году в мире насчитывалось 30 мегаполисов и ожидается, что к 2015 году их число возрастет до 516 [Голубев, 1999].

Проблемы урбанизации можно подразделить на следующие группы: изменения в природных экосистемах; изменения в образе жизни, здоровье и психологическом статусе человека; прогрессирующее загрязнение и деградация природной среды.

Города требуют сосредоточения продовольствия, воды и топлива в таких масштабах, которые не встречаются в природе. Природные экосистемы также не в состоянии переработать то количество отходов, которое сопровождает жизнедеятельность города (рис. 2).

Рис. 2 - Схема метаболизма (т/сут) города с населением 1 млн. человек [Голубев, 1999]

Со временем все увеличивается зависимость городов от обеспечения извне продовольствием, водой, энергоресурсами, а также необходимость постоянного изъятия отходов, рекультивации городских и пригородных земель, организации рекреационных зеленых зон вокруг городов как с целью очищения воздушных и водных масс, загрязняемых жизнедеятельностью города, так и с целью организации оздоровления и отдыха горожан.

В последние десятилетия, в связи с ростом уровня загрязненности городской среды, наблюдается тенденция к «расползанию» мегаполисов: образованию кольца спальных районов в зеленой зоне и развитию «челночного» автотранспорта, доставляющего горожан к местам работы в центре. Главными последствиями «расползания» мегаполисов могут считаться истощение энергетических ресурсов в связи с растущими потребностями населения, загрязнение воздуха, следствиями которого являются парниковый эффект и кислотные дожди; деградация водных, лесных, почвенных ресурсов, потеря сельскохозяйственных угодий, разрушение природных экосистем вокруг города.

Стихийное развитие городов несет также много опасностей и для горожан, так как до последнего времени планирование городского хозяйства велось без учета экологических факторов и их влияния на здоровье и благополучие человека. Большинство проблем, связанных с жизнью человека в городе, имеют санитарно-гигиенические, социальные и психологические корни, так или иначе связанные с перенаселением и всеми видами загрязнения городской среды. Техногенная городская среда, с одной стороны, предоставляет человеку комфорт, лишающий его необходимых факторов физиологической тренировки, с другой стороны, она щедра на стрессовые условия: химические, физические, социально-психологические, информационные стрессы создают постоянный источник опасности для физического и психического благополучия современного горожанина. В частности, упомянем загрязненный воздух, хлорированную воду, рафинированное и несбалансированное питание, избыток противоречивой информации, гиподинамию, химизацию и электрификацию домашнего хозяйства, электромагнитные, шумовые, вибрационные нагрузки и многое другое.

Современный город представляет собой неустойчивую искусственную экосистему с преобладанием гетеротрофного звена пищевых цепей. Поэтому городская среда для ее поддержания нуждается в постоянной заботе человека о восстановлении зеленых насаждений, очищающих воздушный бассейн, очищении водоисточников и удалении и переработке отходов. Степень антропогенных преобразований городских территорий очень значительна. Город потребляет, перерабатывает и превращает в отходы значительную массу воды, продовольствия, топлива. Города являются также центрами, влияющими на антропогенную трансформацию прилегающих территорий вокруг города и вдоль крупнейших транспортных магистралей. В зонах высокого загрязнения воздуха предприятиями промышленности, энергетики и автотранспортом растительность (ее состояние и видовой состав) изменена или уничтожена. Крупные города, расположенные на реках, вносят заметный вклад в загрязнение рек, причем иногда это приводит к полному уничтожению биоты на протяжении нескольких километров вниз по течению. В реках городов в жарком климате концентрация патогенных бактерий катастрофически увеличивается.

Степень и характер влияния городов на природные экосистемы зависят от многих факторов: численности и плотности городского населения, его экономического положения, от специфики промышленных предприятий, типа застройки, а также от климата и географического положения. Вместе с тем можно выделить некоторые функциональные зоны, характерные для любого города [Негробов и др., 2000]. Центр города - ядро культурно-бытовой инфраструктуры города: общественных, торговых, культурных планировочных единиц; здесь сходятся также основные транспортные магистрали. Селитебные территории города заняты жилой застройкой, вместе с зданиями общественного назначения, уличной сетью и зелеными участками. Внеселитебные территории включают промышленные, коммунально-складские зоны и магистрали пригородного транспорта. Основой существования города зачастую является комплекс промышленных предприятий. Промышленные зоны могут занимать от 20 до 60% всей территории города. Профиль этих предприятий, их расположение определяют основные типы загрязнений и характер их распространения в окружающей среде (в воздухе, воде, почве). Взаимное расположение этих функциональных зон в значительной мере зависит от того, стихийно ли складывалась структура города в историческом формировании (концентрическая и пятнистая застройка), или же город строился планомерно, с четким зонированием территорий. Большое влияние на окружающие город территории и городскую среду оказывают транспортные потоки и их организация.

Климат и биотические компоненты городской среды значительно отличаются от природных экосистем. В городскую среду поступает примерно в 10 раз больше веществ, чем из нее выносится, вокруг города аккумулируются отходы. Город представляет собой «остров тепла» с куполом пыли и смога над ним. Все это ведет к резкому уменьшению видового разнообразия в городе, изменению флористического и фаунистического состава биоценозов.

Можно выделить различные категории городских ландшафтов [Мильков, 1996]:

геотехногенные системы - «погребенные ландшафты», «каменные одежды» города;

урбобиоценозы - включающие растительное и животное население города; зеленые зоны: парки, скверы, сады;

антропогенные ландшафты с фрагментами естественных, расположенные в пригородах (пастбища, пустыри, пригородные леса);

рекреационные (зеленые) зоны, выделенные для отдыха и оздоровления горожан и играющие роль в очищении воздушных и водных масс. Эти зоны служат также сохранению разнообразия местных видов животных и растений. Они нуждаются в охране и заботе человека;

промышленные зоны, в которых в значительной мере разрушены природные экосистемы. Нередко эти системы превращаются в безжизненные пространства.

Резко различаются по природно-социальным условиям малоэтажные, многоэтажные, заводские, садово-парковые районы.

Влияние крупного города на окружающую территорию распространяется достаточно далеко за его пределы: это широкая зона добычи ресурсов, поставляемых в город (полезных ископаемых, топлива, строительных материалов, продовольствия); зона загрязнения отходами промышленного производства и продуктами жизнедеятельности и, наконец, застроенная и полностью преобразованная территория самого города и пригородов. Загрязнение и деградация этих территорий зависят от характера производства. Так, сточные воды целлюлозно-бумажной промышленности губительны для всех беспозвоночных и рыб в районах сброса; нефтепродукты, кислоты, поверхностно-активные вещества, тяжелые металлы, инсектициды и др. являются мощными токсикантами и при загрязнении ими почвы и воды также вызывают гибель многих живых организмов. Загрязнение воздуха продуктами сгорания углеводородов и выпадение кислотных осадков ведет к деградации растительного покрова, почв и исчезновению многих наземных животных. Транспортные потоки, помимо загрязнения и прямого уничтожения местообитаний, вносят фактор беспокойства в жизнь животных, нарушают пути их миграции, места размножения, связи между биоценозами. При строительстве гидротехнических сооружений разрушаются прибрежные экосистемы, зачастую сильно изменяются ландшафты. При геолого-разведочных работах и на стройках выбросы пустой породы скрывают под собой плодородный слой почвы и содержат токсичные для растений и микроорганизмов вещества.

Если проводится замещение вырубленных лесов посадками, используют, как правило, немногочисленные виды ценных для человека растений, зачастую интродуценты. Таким образом устойчивая природная экосистема заменяется на неустойчивую, с немногочисленными видами. Интродукция и непреднамеренное расселение чужих видов (например, с транспортом) также нарушают сложившиеся функциональные связи между популяциями в биоценозах и снижает их устойчивость. В частности, это ведет к вспышкам численности вредителей растений, распространению возбудителей болезней животных и другим последствиям снижения устойчивости экосистем.

Ландшафтные изменения в современных условиях антропогенного натиска представляют собой все нарастающий постоянно действующий экологический фактор, постепенно развивающийся из регионального в глобальный. Ландшафтные изменения влекут за собой деформации видового состава, структуры и системы связей внутри биогеоценозов. Ландшафты представляют собой исключительно территориальное образование и в этом смысле испытывают непосредственное воздействие деятельности человека, как живого существа, обитающего исключительно на суше. В процессе антропогенеза природные комплексы изменяются таким образом, что это влияет не только на отдельные виды, но и на целые сообщества живых организмов. Экологические механизмы влияния преобразования ландшафтов еще далеко не изучены и пока прорисовываются только в самых общих чертах.

Антропогенные изменения ведут к обеднению видового состава и упрощению биоценотических связей в экосистеме; упрощение почти всегда сопутствует снижению устойчивости систем как к внешним воздействиям, так и к нарушению динамического равновесия внутрисистемных взаимосвязей.

Введение в исходный тип ландшафта элементов мозаичности, связанное с деятельностью человека, увеличивает биологическое разнообразие и усложняет связи в биоценозе; это повышает устойчивость антропогенных биоценозов такого типа.

Антропогенные ("культурные") ландшафты всегда в чем-то несут черты, свойственные каким-либо естественным. Это определяет их пригодность и даже привлекательность для организмов определенных жизненных форм. На этом строится формирование биотических комплексов антропогенных экосистем.

Все эти свойства антропогенных ландшафтов определяют дифференцированную реакцию живых организмов на вновь сформированные условия, как биотические, так и абиотические, и лежат в основе антропогенных сукцессии преобразуемых человеком экосистем.

Установлен также факт увеличения некоторого разнообразия видов при нарушениях человеком природных экосистем, особенно в переходных буферных зонах между природными и антропогенными экосистемами, главным образом, за счет увеличения мозаичности в ландшафтной системе. Это дает возможность некоторой компенсации разрушений в ландшафтах путем целенаправленной деятельности в разнообразии систем за счет усложнения трофических структур биоценозов и тем - самым повышения эффективности естественных регулирующих механизмов.

В открытых ландшафтах (степи, обширные пространства посевных культур подобным типам "целинных" и "залежных" земель) биоценотическое разнообразие может быть создано конструированием лесных полос, живых изгородей, лесных участков. Показано, что такие "интразональные" включения в ландшафт благоприятно сказываются на температурном, влажностном и энергетическом режиме прилегающих территорий. Здесь формируется новый комплекс животного населения, выполняющий функции биоценотического контроля в прилежащих монокультурах или просто организованных сообществах. Внесение элементов мозаичности, повышающей экологическое разнообразие ландшафтов, осуществляется иногда не обязательно целенаправленно, а бывает и стихийным при освоении новых регионов. Возникновение поселений человека внутри лесных массивов всегда связано с расчисткой значительных площадей, формированием сельхозугодий, искусственных водоемов. И в случае, когда нет активного загрязнения выбросами и отходами, это может (как, например, в Канаде в последние 30-40 лет) привести к росту численности бобров, что напрямую связано с увеличением площади лиственных лесов за счет интенсивных рубок хвойных деревьев. К сожалению, нефтегазодобыча в Западной Сибири и особенно в ее северной части имеет исключительно негативный экологический эффект в силу указанного выше колоссального загрязнения углеводородами весьма сенсибильных лесотундровых и тундровых экосистем, многие из которых развиты на зонах вечной мерзлоты.

В населенных ландшафтах элементы мозаичности и усложнения вносятся в экосистемы с появлением поселков в силу развивающегося стремления человека к созданию искусственных водоемов, садов, парков, огородов и т.п. К примеру, в пустынях в антропогенных оазисах формируется своеобразный специально подобранный искусственный комплекс растительности и животных, резко отличный от пустынных фито - и зооценозов. То же происходит и в степной зоне с той разницей, что контраст антропогенных и зональных биоценозов здесь выражен, как правило, не столь резко. В числе привносимых человеком в открытые ландшафты структурных элементов, а это происходит практически всегда при строительстве и отчасти при сельскохозяйственных работах, большое значение имеют такие, которые увеличивают "объемность": "культурный лес", жилые и хозяйственные сооружения, скирды, ометы соломы, склады грунта, полезные выемки и насыпи при создании транспортных инфраструктур и т.д.

Иногда в условиях культурных ландшафтов постепенно формируются экосистемы сельскохозяйственных ландшафтов, населенных пунктов, зон отдыха и т.п., включающие широкий круг видов вплоть до синантропов - животных, направленно эволюционирующих по линии связи с человеком и в настоящее время почти не встречающихся вне сферы влияния его деятельности.

Для анализа экологического состояния муниципальных и природных районов с учетом последующей биоэкологической характеристики наиболее приемлема методика, предложенная Б.И. Кочуровым и Ю.Г. Ивановым (1988).

Уровень и направленность антропогенного воздействия, степень устойчивости ландшафтов на разные виды антропогенной нагрузки в этой методике оцениваются в характеристиках эколого-хозяйственного состояния (ЭХС) территории. Анализ ЭХС позволяет судить о состоянии территории для дальнейшей интенсификации промышленного, сельскохозяйственного производства, лесного хозяйства, создания особо охраняемых природных территорий.

Эколого-хозяйственный баланс территории есть сбалансированное соотношение различных видов деятельности и интересов различных групп населения на территории с учетом потенциальных и реальных возможностей природы, что обеспечивает устойчивое развитие природы и общества. Достижение эколого-хозяйственного баланса ведет к гармонии человека с окружающей природной средой (Кочуров,1999).

Для определения степени антропогенной преобразованности (АП) земель вводятся экспертные бальные оценки. Каждый вид земель с учетом его экологического состояния получает соответствующий балл, после чего земли объединяются в однородные группы: от АП, минимальной на землях естественных урочищ, до максимальной АП - на землях, занятых промышленностью, транспортом (табл. 1).

Группировка земель по степени АП позволяет оценить антропогенную преобразованность территории в сопоставимых показателях. Ими являются коэффициенты абсолютной (КА) и относительной (КО) напряженности эколого-хозяйственного состояния (ЭХС) территории, то есть отношение площади земель с высокой АП к площади с более низкой АП:

КА =АП5/АП1 КО = (АП4 + АП5) /(АП1+АП2)

Коэффициент КА показывает отношение площади сильно нарушенных застройкой, промышленностью и транспортом земель к площади малотронутых или нетронутых территорий. Это соотношение крайних по своему значению величин должно привлекать к себе особое внимание с целью уравновешивания сильных антропогенных воздействий с потенциалом восстановления ландшафта и поддержания на соответствующем уровне необходимой площади заповедников, и других природоохранных территорий. Чем их больше, тем ниже коэффициент КА и благополучнее состояние окружающей среды.

Таблица 1 - Классификация земель по степени антропогенной преобразованности

Рассматриваются принципы и подходы классификации антропогенных геосистем, урбанизированной геосистемы и функциональному использованию ее территории. Чередование разнообразных биотопов в городах создают мозаику местообитаний, сходных для большинства городов, так как сходные биотопы имеются во всех населенных пунктах.

Дифференцированная реакция разных видов - наиболее общая закономерность биоценотического ответа на антропогенные преобразования ландшафтов. Реакция каждого вида на изменение окружающих условий определяется тем, как соотносятся эти изменения с эволюционно сложившимся отношением вида к комплексу условий его существования, т. е. основывается на экологических правилах оптимума и минимума. Основная причина вымирания видов животных в последние столетия заключается не в физическом их истреблении, а в нарушении условий нормального существования и воспроизведения. Даже в "классических" случаях прямого уничтожения (бизоны, странствующий голубь и др.) фактической причиной вымирания было нарушение основ популяционной структуры и соответственно механизмов репродукции и ее контроля. "Добивали" уже не организованных в саморегулирующиеся популяции особей, доживающих свой индивидуальный жизненный срок. Это позволяет при сохранении популяций в заповедниках или даже в искусственных условиях путем применения необходимых биотехнических мероприятий или через фазу воспроизведения восстанавливать живые организмы, находящиеся на грани исчезновения.

2. Особенности биотопов в городе

ландшафт город антропогенный биотоп

В городе формируются специфические экосистемы, включающие различные комбинации синантропных и эвритропных видов. Это связано с характерными особенностями городской среды.

Городам свойственны особые климатические условия: парниковый эффект, связанный с загрязнением воздуха; повышенная теплоемкость и отопление зданий приводят к локальному повышению среднегодовой температуры на 0,5-1,5⁰С. В городе реже наблюдаются ночные заморозки. Результатом является удлинение вегетационного периода у растений и более раннее их зацветание в центре города.

Уровень земли в старых городах бывает на несколько метров повышен (благодаря накоплению «культурного слоя») или, наоборот, снижен (благодаря сильному оседанию почвы над надземными пустотами). Плодородный почвенный слой, как правило, запечатан асфальтовым или бетонным покрытием. Уровень грунтовых вод обычно снижен, так как подземные воды извлекаются для хозяйственных нужд, а осадки не просачиваются внутрь из-за покрытий улиц. Городские почвы обычно сильно уплотнены. Чаще всего они эвтрофированы - сильно обогащены питательными веществами. Почвы в промышленных зонах и под свалками значительно загрязнены отравляющими веществами.

Характерной особенностью крупных городов является мозаичный характер их природных комплексов или зеленых насаждений. Это определяет, в свою очередь, островной характер местообитаний животных в городе [Симкин и др., 2000].

Постройки, их высотность и расположение, также имеют большое значение для городских животных. Структура поверхности зданий в известной мере сравнима с этой точки зрения со скальным рельефом.

Внутри города можно выделить целый ряд различных по своим условиям биотопов: плотная и разреженная застройка, садово-парковые зоны, подвалы, чердаки, свалки, пригороды с индивидуальными постройками и садами, поля орошения, наконец, прилегающие к городу пустыри и леса. Таким образом, разнообразие биотопов порождает и большое количество экологических ниш.

В связи с этим видовой состав флоры и фауны городов достаточно богат. Наряду с местными видами, характерными для данной климатической зоны, большую роль в городских биоценозах играют интродуценты. Города исторически являются исходными центрами распространения и накопления видов, завезенными человеком. Так, в Европе достоверно установлено внедрение около 10 000 интродуцированных и заносных видов [Sukopp, Trepl, 2000].

Можно считать также, что для многих местных видов в городе находятся выгодные условия существования: избыточное количество корма на свалках и помойках, места эрозий и отложений у рек. Некоторые биологи допускают возможность возникновения новых видов растений в городских условиях на основе завезенных родительских форм [Sucopp, 2000]. Для многих городских животных не известны крупные популяции вне городов; иные местные виды избирательно концентрируются в городских условиях. Примерами могут служить голубь-сизарь, домовой воробей, хохлатый жаворонок, черный стриж. Некоторые виды животных, обитающие в природе на скалах и в пещерах, в городе осваивают стены домов и подвальные помещения.

Необходимо еще раз отметить, что урбоэкосистемы являются искусственными природно-антропогенными комплексами. От естественных самоподдерживающихся экосистем их отличают резко нарушенные биогеохимические циклы, наличие громадного количества отходов, которые не в состоянии утилизировать биота. Биоценозы города неустойчивы, так как в них нарушено экологическое равновесие за счет преобладания гетеротрофного звена. Поэтому первостепенные задачи современного градостроительства связаны с планированием «зеленых островов», «экологического каркаса» [Кавтарадзе, 2000] в городе, поддержки фитоценозов (продуцентов), а также охраной и рекультивированием почв и восстановлением редуцентов - деструкторов отходов.

3. Синантропы