Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Геоэкологические особенности формирования урбанизированных территорий 12
1.1. Общие свойства и особенности урбанизированных территорий 13
1.2. Город как урбогеосистема 19
1.3. Особенности формирования природных компонентов в условиях урбанизированной среды
1.4. Особенности геоэкологического анализа в исследовании урбанизированных территорий
Глава 2. Методические подходы к оценке экологического состояния урбанизированных территорий 37
2.1. Общий анализ используемых методик 38
2.2. Критерии оценки и показатели качества городской среды 42
2.3. Методы оценки экологического состояния урбанизированных территорий 60
Глава 3. Геоэкологические особенности г.Биробиджана 71
3.1. Анализ влияния природных условий в формировании экологических проблем города
3.2. Планировочная структура г. Биробиджана 76
3.2.1. Ландшафтно-функциональные комплексы г. Биробиджана 78
3.3. Оценка качества депонирующих сред г. Биробиджана 85
3.3.1. Источники загрязнения 87
3.3.2. Геоэкологический анализ состояния городской растительности 96
3.3.2.1. Древесная растительность г.Биробиджана 96
3.3.2.2. Экологическое состояние дендрофлоры г. Биробиджана 104
3.3.3. Геоэкологический анализ состояния снежного покрова 116
3.3.4. Экологическое состояние почвенного покрова г. Биробиджана 119
3.4. Комплексная оценка экологического состояния городской территории 131
Глава 4. Экологическая политика в стратегии развития городской территории 138
4.1. Формирование экологического каркаса городской территории 139
4.2. Основные принципы оптимизации системы геомониторинга состояния городской среды 147
Заключение 153
Список литературы 155
Приложения 178
- Общие свойства и особенности урбанизированных территорий
- Критерии оценки и показатели качества городской среды
- Ландшафтно-функциональные комплексы г. Биробиджана
- Основные принципы оптимизации системы геомониторинга состояния городской среды
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Урбанизация — одна из форм современного развития общества и окружающей среды. Город неразрывно связан с процессом урбанизации и является ведущей формой территориальной и социально-экономической организации современного общества. В процессе развития человеческой цивилизации города становились средой жизнедеятельности всевозрастающего числа людей. Общая численность жителей городов планеты составляет около 3 млрд. человек. В. РФ 73% населения сосредоточено в городах, а в некоторых странах эта доля еще выше.
В процессе становления города его природная геосистема постепенно изменяется и на ее месте формируется новая антропогенная со специфическими чертами техногенного влияния (Большаков, Рябинин, 1981; Ревич, 2001; Экология города, 2004; Davis, Grick, 1978). Общая тенденция развития и роста (функционирования) городов — прогрессирующее ухудшение состояния компонентов в них и условий жизни человека (Келлер, 1990; Лаппо, 1997). Существенное негативное воздействие урбанизации испытывают депонирующие среды — почва, снег, растительность, которые обладают не только повышенной аккумулирующей способностью по отношению к химическим элементам, оказывая неблагоприятное воздействие на живые организмы, но свидетельствуют о состоянии урбанизированной среды в целом (Сает, Ревич, 1988; Касимов, 1990; Маслов, 2002 и др.). Некоторые города по интенсивности загрязнения и площади распространения токсичных веществ в различных природных средах уже сейчас представляют собой техногенные геохимические провинции (Глазовская, 1981; Перельман, 1998; Курбатова, 2004 и др.). Работ, посвященных экологическому состоянию средних и малых городов, оценки их качества, мало, в них в основном исследуются социально-экономические проблемы, так как считается, что экологические проблемы не столь существенны для данных субъектов и в них относительно чистая природная среда. Крупные города оцениваются с точки зрения скорости их развития, а малые и средние города чаще рассматриваются как наиболее
5 уязвимое звено системы расселения в кризисный период и как индикатор социально-экономического «здоровья» территории (Хорев, 1975; Майергойз, 1987; Перцик, 1991; Проблемы урбанизации..., 2002 и др.). Тем не менее, геоэкологические проблемы охватили все урбанизированные территории, включая и небольшие по площади средние и малые города, доля которых в России составляет 70-80%, очень распространены среди них районные центры, «столицы в миниатюре» (Битюкова, 2007). Экологические проблемы данных городов сложны и многоплановы (низкий уровень благоустройства, отсутствие соответствующих полигонов и предприятий по захоронению и переработке промышленных и бытовых отходов, высокая роль жилищно-коммунального комплекса в выбросах отходов в окружающую среду, старый автопарк, отсутствие высококвалифицированных специалистов на предприятиях по благоустройству города и т.д.). Однако, среди средних и малых городов встречаются территории, явно отличающиеся от крупных центров своей природной составляющей. В них в большей степени сохранились естественные формы рельефа, открытые водоемы и водотоки, растительность и др. Соответственно, они требуют более пристального внимания с целью защиты и сохранения качества среды от негативного воздействия процесса урбанизации для более комфортного проживания населения.
Геоэкологические исследования на территории средних и малых городов Российского Дальнего Востока (РДВ) незначительны, а именно проблема трансформации природных компонентов недостаточно изучена, несмотря на то, что здесь сформировались особые природные и антропогенные условия для накопления и рассеивания поллютантов в окружающей среде. Техногенная загрязненность городов Дальнего Востока не позволяет определить подавляющую часть территории как благоприятную для обитания человека, что влияет на общее состояние здоровья всего населения (46% населения юга ДВ проживает в экологически опасных условиях (II категория опасности) (Заиканов, Минакова, 2005).
Среди городов ДВ Биробиджан выбран в качестве модельной территории для проведения исследования по оценке ее экологического состояния, так как он относится к категории средних городов ДВ с выраженной полифункциональной структурой, где экологическая обстановка осложняется накоплением отрицательных последствий непродуманной урбанизации. В отличие от других городов ДВ Биробиджан обладает достаточным количеством зеленых насаждений (21%), открытых пространств (60,8%) и свободных зон (51%), относящихся к потенциальным резервным территориям экологического планирования, при учете которых можно разработать модель оптимальной организации городской среды с целью улучшения экологической ситуации в городе.
Несмотря на наличие различных подходов в изучении урбанизированной среды, методологические и методические основы геоэкологической оценки городов не до конца разработаны. Для принятия управленческих решений по сохранению и улучшению состояния городской среды важно опираться на геоэкологический анализ территории, включающий единую систему критериев и показателей определения реальной нагрузки на городскую среду, а также приоритетные методы исследования. Такой подход позволит разрешить проблему соизмерения качественных и количественных характеристик состояния природных компонентов, вызванную неполной информацией о такой сложной системе как город, ее неоднозначностью, неопределенностью и часто неравноценностью; привести в соответствие приемы обработки и организационные формы представления используемой информации.
Цель работы — геоэкологический анализ состояния территории г. Биробиджана для решения проблем экологического планирования и оптимизации качества городской среды
В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:
Показать особенности геоэкологического анализа как современного метода познания сложных разноуровневых систем в решении вопросов определения экологического состояния урбанизированных территорий.
Выделить и обосновать критерии и показатели оценки экологического
7 состояния городской территории.
Выявить особенности экологического состояния территории г. Биробиджана.
Провести зонирование территории г. Биробиджана с учетом интегральной оценки ее экологического состояния.
Разработать пути совершенствования экологической стратегии развития г. Биробиджана, с учетом перспективного планирования городской территории, данных геомониторинга состояния окружающей среды.
Объект исследования - экологическое состояние урбанизированной территории.
Предмет исследования — особенности формирования экологического состояния урбанизированной территории г. Биробиджана и пути совершенствования экологической стратегии его социально-экономического развития.
Методы исследования — информационно-аналитический, сравнительно-географический, статистический, описательный, картографический, биоиндикационный, геохимический, географических аналогов и др.
Исходные материалы. Работа основана на материалах полевых исследований 2002-2008 гг. и анализе полученных данных, выполненных в лаборатории региональной геоэкологии РПСАРП ДВО РАН, в аккредитованном испытательном лабораторном центре Федерального государственного учреждения здравоохранения «Центр гигиены и эпидемиологии в ЕАО». Фактический материал включает анализ более 1680 образцов растительности, 300 — почв, 280 проб снега на содержание в них тяжелых металлов, исследовано 1800 деревьев. При выполнении диссертационной работы автор опирался на опубликованные литературные и картографические издания, статистические данные, фондовые материалы ИКАРП ДВО РАН, Росприроднадзора по ЕАО, Территориального органа Ростата по ЕАО (Еврстат) и др.
Большой объем материалов был получен в ходе реализации проектов ДВО РАН, в которых автор принимал участие в качестве руководителя (2003,
2005) и ответственного исполнителя (2006-2008).
Теоретическую и методологическую основу диссертационного исследования составляют научные работы отечественных и зарубежных специалистов в области географии: С.С. Ганзея, А.Г. Исаченко, Б. Коммонера, Б.И. Кочурова, З.Г. Мирзехановой, У.Дж. Мэннинга, B.C. Преображенского, Фр. Рамада, Ф.Н. Реймерса и др., географии и экологии городов: Г.В. Добровольского, A.M. Дэвиса, А.С. Курбатовой, Г.М. Лаппо, Э.А, Лихачевой, В.П. Макаренко, В.З. Макарова, Н.В. Маслова, Л.А. Матюпнсиной, Б.М. Миркина, Н.А. Нарбут, Е.Н. Перцика и др., в биогеохимии: Н.Ф. Глазовского, М.А. Глазовской, Г.В. Добровольского, Н.С. Касимова, Р.М. Коган, А.А. Кулагина, Ю.З. Кулагина и др.
Научная новизна диссертационной работы.
Показаны значение и роль геоэкологического анализа в определении качества урбанизированных территорий; разработан алгоритм проведения геоэкологического анализа урботерриторий.
Выбрана и обоснована единая система критериев и показателей оценки экологического состояния средних и малых городов российского Дальнего Востока.
Впервые дана интегральная и дифференциальная оценка экологического состояния г. Биробиджана на основе расчета суммарного показателя концентрации тяжелых металлов в депонирующих средах и средневзвешенных показателей экологического состояния.
Впервые на основе сопряженного анализа данных о загрязнении депонируюпгих сред с учетом геоэкологических особенностей территории проведено зонирование города по уровню загрязнения.
Разработаны интегральная и серия покомпонентных карт, как оперативных, так и длительного использования, отображающих экологическое состояние г. Биробиджана.
Впервые для г. Биробиджана разработан экологический каркас, предложена система геоэкологического мониторинга.
9 Практическая значимость. Работа раскрывает возможности интеграции предложенных разработок в общий блок перспективных направлений экологического развития г. Биробиджана. Результаты работы представляют интерес для санитарно-эпидемиологической службы, учреждений здравоохранения и природоохранных служб, муниципально-унитарного предприятия по благоустройству города, администрации города и могут служить обоснованием для разработки и последующей реализации мониторинга, принятия соответствующих мер по улучшению и сохранению качества городской среды. Разработанные подходы можно использовать для геоэкологического анализа других городов, а также в учебных курсах «Рациональное природопользование», «Рекреационная география», «Экология города» и др. в ВУЗах, учреждениях общего и среднего профессионального образования.
Основные защищаемые положения.
Геоэкологический анализ состояния урбанизированных территорий отражает специфику причинно-следственных связей формирования и развития функциональных подсистем урбогеосистемы, его результаты обеспечивают разработку экологических программ и реализацию мероприятий, направленных на улучшение качества городской среды.
В соответствии с принятыми критериями и показателями оценки экологического состояния урбанизированной среды, наиболее важными из которых являются показатели качества депонирующих сред, состояние территории г. Биробиджана оценивается как удовлетворительное (47%), относительно чистые районы города занимают 31%, являясь экологическим резервом его перспективного экономического развития.
Эффективность муниципальной экологической политики, направленной на улучшение качества городской среды, определяется системой мер и мероприятий, основу которых составляет оптимизация территориального планирования и управления.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 56 работ, в том числе 3 — в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Апробация работы. Основные положения диссертации были изложены и обсуждались на международных конференциях и научных форумах — Владивосток (2003, 2004, 2006, 2007), Биробиджан (2002, 2004), Комсомольск -на- Амуре (2006, 2008), Хабаровск (2006, 2008), Санкт-Петербург (2008, 2009); российских - Улан-Удэ (2004), Санкт-Петербург (2007); региональных: Хабаровск (2003, 2008), Владивосток (2003, 2006, 2008), Биробиджан (2005, 2007, 2009). Научные результаты были представлены на I — УП областных смотрах-конкурсах научных работ молодых ученых и аспирантов высших учебных заведений и организаций науки Еврейской автономной области (Биробиджан, 2004 - 2010).
Структура и объём работы. Диссертация изложена на 186 страницах текста, состоит из Введения, четырех глав, Заключения, списка литературы из 263 наименований, в том числе 23 на иностранных языках, приложения, а также включает 27 таблиц и 43 рисунка, в том числе 20 карт.
В первой главе рассматривается город как урбогеосистема, определяются свойства и особенности урбанизированных территорий, условия формирования природных компонентов в городской среде, раскрываются возможности использования геоэкологического анализа как современного метода. исследования экологического состояния урбанизированных территорий. Во второй главе проанализированы методические подходы к оценке экологического состояния урбанизированных территорий, выделены и обоснованы основные методы, критерии и показатели оценки качества городской среды. Третья глава посвящена геоэкологическим особенностям г. Биробиджана, в ней приведена дифференциация территории города по уровню экологической напряженности с учетом природных и антропогенных условий, планировочной структуры, ландшафтно-функциональных комплексов. В четвертой главе предложены мероприятия по совершенствованию экологической стратегии развития территории г. Биробиджана, включающие разработки экологического каркаса города с учетом резервных пространств и геоэкологического мониторинга.
Благодарности. Автор глубоко признателен научному руководителю д.г.н., профессору З.Г. Мирзехановой за ценные советы, всестороннюю поддержку и критические замечания. Особая благодарность: к.х.н., зав. лабораторией региональной геоэкологии ИКАРП ДВО РАН Р.М. Коган за поддержку на всех этапах работы, к.с-х.н. Л.А. Матюшкиной за искренний интерес к работе и помощь в организации и проведении полевых работ, д.б.н., профессору Е.Я. Фрисману, к.г.н. И.Д. Дебелой, К.Г.Н. ДМ. Фетисову за практическую помощь и неизменное дружеское участие.
Общие свойства и особенности урбанизированных территорий
В настоящее время, в связи с возникшими проблемами урбанизированных территорий, большую актуальность в качестве объекта изучения приобрел город, вне зависимости от масштаба влияния на окружающую среду. Город, являясь сложнейшим для познания объектом изучения, требует всестороннего многоаспектного рассмотрения всех или, по крайней мере, наиболее значимых, определяющих его состояние и развитие параметров (Макаров, Новаковский и др., 2002).
На протяжении многих лет представления о городе, как о собственном объекте исследования, так и в приложении к человеческой деятельности, претерпело множество толкований. В трудах многих исследователей-урбанистов (Покшишевский, 1952; Баранский, 1956; Хорев, 1975; Пивоваров, 1976; Преображенский, 1986; Маергойз, 1987; Лаппо, 1997; Реймерс, 1990; Перцик, 1999; Лихачева, 1996, 1997; Жуков, Новаковский и др., 1999; Макаров, Новаковский и др., 2002 и др.) вопрос о сущности города рассматривается с разных позиций. Авторы, чьи термины приведены в настоящей работе, четко подчеркивали особенности изучаемого объекта (табл. 1). Даже краткий анализ представленных определений города (а их гораздо большее число) свидетельствует о наличии отличительных признаков. В качестве основных выделены: функциональная роль города, не связанная с сельским хозяйством (промышленные, культурные, транспортные центры и т.д.), особенности планировочной структуры (многоэтажная застройка, хотя бы частичная), высокая антропогенная нагрузка (высокая концентрация населения, технических средств, загрязнений на ограниченной территории).
Основная деятельность города, прежде всего, направлена на формирование условий жизнедеятельности проживающего в нем населения с целью производства несельскохозяйственной продукции с максимально возможной экономической эффективностью. При этом, экономическая эффективность определяется как функция между затратами на производство продукта за счет потребления естественных ресурсов (земли, воды, воздуха и т.д.) и затрат на требуемое принятыми стандартами воспроизводство качества окружающей среды, постоянно измененяемое в процессе производства. В результате для города характерно нерациональное природопользование (Лаппо, 1997; Проблемы урбанизации на рубеже веков, 2002).
Помимо перечисленных особенностей, для городов свойственно близкое соседство плохо совместимых объектов производства. Обычно это влечет за собой ухудшение экологической ситуации. Таким образом, с одной стороны, территориальная концентрация производственных объектов дает возможность получить значительный экономический выигрыш, с другой — она сопряжена с рядом побочных негативных последствий.
Если город призван создавать предпосылки для прогрессивных изменений в обществе, то он и сам обязан непрестанно меняться. Динамичность функционирования города проявляется благодаря концентрации взаимодействующих объектов в пределах ограниченной территории: приток людей из пригородов в город, из периферийных районов в центр, пиковые нагрузки на транспорте, непрерывность действия многих производств, всех систем жизнеобеспечения и т.д. Динамизм развития выражается также в непрестанной трансформации функциональной структуры, адаптации планировочной структуры к изменяющимся условиям (перепланировка улиц, прокладывание новых магистралей, создание новых промышленных, научно-производственных зон и жилых районов, обновление застройки и т.д.
Кроме того, городам как формам территориальной организации жизни и деятельности людей свойственны, как утверждает Г.М. Лаппо (1997), противоречивость и проблемность. Противоречия возникают между людьми (столкновение интересов видов деятельности, претендующих на одни и те же ограниченные ресурсы, формирование городской среды в соответствии со своими вкусами и представлениями); между старыми производствами, которые уже обосновались в городе и новыми, которые только пытаются найти себе место, вытесняя старые; человеком и природой и т.д. Все эти противоречия характерны как для крупных центров, так и для средних и малых. Любой город является ведущей формой территориальной и социально-экономической организации современного общества. В пределах городов, занимающих всего 2 % площади суши, проживает почти ХА населения мира, 70-80% приходится на средние и малые города (Экология города, 2004; Битюкова, 2007).
Анализ существующих данных об особенностях крупных, средних и малых городов (Реймерс, 1990; Города России, 1994; Лихачева, 1996; Лаппо, 1997; Перцик, 1999; Экология города, 2004, 2008; Нарбут, Антонова и др., 2002; Заиканов, Минакова, 2005; Битюкова, 2007 и др.) с учетом авторских дополнений представлен в табл. 2.
Критерии оценки и показатели качества городской среды
Происходящие под воздействием природных процессов и техногенеза изменения в геосистемах и природно-техногенных подсистемах могут приводить к снижению их качества и, следовательно, к повышению степени геоэкологической опасности для различных реципиентов. Последствия в зависимости от характера реципиентов и их устойчивости к данному виду воздействия могут распространяться на значительные площади, носить локальный или линейный характер (Безуглая, Расторгуева, 1991; Заиканов, Минакова, 2005; Schultz, 1995). В результате антропогенной нагрузки в городе формируется особая среда, которую принято называть городской или урбанизированной (урбосреда) средой: - городская среда есть «совокупность природных элементов и общественных созданий, в которых человек живет как природное и общественное существо» (Маркович, 1991); - городская среда — «приземная часть градосферы, территория или пространство, в пределах которых размещаются жилые, производственные, научно-просветительские и оздоровительные комплексы, образуя среду того же назначения» (Коваленко, Орлова, 1993). - городская среда - «совокупность условий жизнедеятельности населения» (Лаптю, 1997); Усиление урбанизации, как правило, сопровождается активизацией негативных процессов и явлений, влияющих на изменение состояния городских и прилегающих к ним территорий. В городе формируется специфический комплекс антропогенных изменений природной обстановки. Степень развития негативных процессов в городе определяется геоэкологическими особенностями территории (природно-антропогенными, социально-историческими, техногенными). В зависимости от исторических предпосылок возникают монофункциональные (ж/д узлы, портовые, рекреационные города, научные центры и т.д.) и полифункциональные (столицы, областные центры и др.) города, оказывающие различное воздействие на компоненты окружающей природной среды.
Техногенное воздействие города (размещение производств), сравнимое по интенсивности и масштабам влияния с природными факторами, существенно сказывается на состоянии природных компонентов (изменяется уровень и качество вод, нарушается почвенный покров, деградирует растительность) и здоровье населения, как в черте городской застройки, так и далеко за ее пределами. Исходя из вышесказанного, в пределах застроек и окраин урботерриторий происходит формирование особых природно-техногенных комплексов — городских ландшафтов (урболандшафтов), по-разному реагирующих на однотипные техногенные воздействия (Экология города, 2004).
Одна из важных сторон техногенного воздействия связана с вовлечением в сферу города огромных масс химических элементов с промышленными и бытовыми отходами, продуктами эрозии строительного камня (Сает, Смирнова, 1983). Среди специфических поллютантов в городах приоритетные позиции занимают полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), формальдегид и тяжелые металлы (Глазовская, 1981; Яницкий, 1984; Проблемы качества городской..., 1988; Сает, Ревич, 1988; Глазовский, Коронкевич и др., 1991; Экогеохимия городских ландшафтов, 1995; Снакин, 2001; Экология города, 2008; Wood, 1974; Baker, 1981; Kabata-Pendias, Pendias, 1984;). Накопление и миграция веществ совершается водно-миграционным и воздушно-миграционным путями, а концентрация элементов происходит в депонирующих (аккумулирующих) средах, являющихся частью природной системы (подсистемы) и испытывающих максимальные антропогенные нагрузки. Химические элементы и их соединения могут накапливаться в данных средах до высокоаномальных (предельных) значений и сохранять их в течение длительного времени.
Н.С. Касимов в работе «Экогеохимия городских ландшафтов» (1995) дает следующее определение депонирующим средам — «это те среды (донные отложения, почвы (особенно участки геохимических барьеров), снежный покров, растения, микроорганизмы, городские сооружения и население города), в которых накапливаются и преобразуются техногенные вещества».
Депонирующие среды имеют прямые и обратные связи, поэтому изменение их качественного и количественного состава приводит в действие обратную связь, определяющую степень влияния этих сред в целом на урбанизированную территорию (Касимов и др., 1990; Экогеохимия городских ландшафтов, 1995). Количество работ по изучению состояния депонирующих сред увеличивается с середины 70-х годов XX века (Перельман, 1975; Глазовская, 1981, 1988; Ильин, 1987; Алексеев, 1990; Оценка качества окружающей..., 1995; Никифорова, 2001; Alegria, 1991). В них рассматривалась возможность использования снега, почв и растительности в качестве основных индикаторов загрязнения урбанизированных территорий.
Снежный покров является естественным накопителем загрязняющих веществ, содержащихся в атмосфере. Поэтому не удивительно, что в последние десятилетия были опубликованы методические рекомендации, статьи и монографии, посвященные использованию снежного покрова как индикатора чистоты атмосферного воздуха (Коломыц, 1976; Глядовский, Злобина и др., 1983; Василенко, Назаров, Фридман, 1985; Новороцкая, Иванов, 1989; Ардаков, 2000, 2001; Макаров, Новаковский и др., 2002 и др.).
Наиболее ощутимым является непосредственное влияние человека на почвы в условиях города, проявляющееся в неблагоприятных механических, физических, химических и биологических процессах, приводящих как к нарушению почвенного профиля, так и к загрязнению и деградации существующего почвенного покрова вплоть до его исчезновения. В настоящее время состояние многих городских почв близко к критическому или даже катастрофическому (особенно для крупных городов), когда в большинстве почв содержание многих загрязняющих веществ (ТМ, соли, стойкие органические соединения) превышает предельно-допустимые концентрации (ПДК) в десятки и сотни раз. Буферная способность почв не беспредельна, а вследствие антропогенных изменений она может стать средой, токсичной для роста и развития растений, и способствовать дополнительному загрязнению городских геосистем (Сапрыкин, 1984; Герасимова, 1987; Строганова, Агаркова, 1992; Добровольский, 1997; Калашникова, 2003; Tatsumi, Yoda, Ikeda, 1983 и др.).
Ландшафтно-функциональные комплексы г. Биробиджана
Для комплексного анализа городской территории, как ранее отмечалось, наиболее эффективным является использование ГЭА. Раскрывая структуру и содержательную часть ГЭА, следует отметить, что значительная часть затрагиваемых проблем успешно решается с помощью единой методической системы, включающей определенные методы исследования городской территории.
В данной работе представляется важным и ценным выделить из числа имеющихся работ по изучению урбанизированных территорий ту информацию которая может быть использована для методической основы ГЭА урботерритории: дифференциация территории, вьщеление и обоснование критериев и показателей качества, городской среды, систематизация методов исследования, в том числе определение возможности картографического отображения информации, разработка системы геомониторинга.
Задачи исследования в границах данного направления могут быть весьма разнообразны и охватывать проблемы функционирования как ландшафтных комплексов в целом, так и отдельных природных компонентов. Практически все геоэкологические исследования непосредственно или косвенно связаны с ландшафтами. Ландшафтная дифференциация и анализ является основополагающим этапом любого комплексного исследования территории (Солнцев, 1981; Мирзеханова, 2000; Niemann, 1977). Достоинства и преимущества ландшафтного исследования неоспоримы и заключаются, по мнению Г.А. Исаченко (1992), в следующем: 1 — иерархия ландшафтов позволяет соотнести экологические проблемы любого масштаба с геосистемами определенного ранга; 2 — любой ландшафт рассматривается как система состояний разных видов деятельности; 3 — последствия любого вмешательства в природу дифференцированы по типам ландшафтов в соответствии с их положением в системе общегеографических закономерностей; 4 — именно ландшафты наиболее удобны для оценки устойчивости и определения допустимых нагрузок на них.
Методические и методологические подходы к оценке экологического состояния ландшафтов (экологических ситуаций) рассматриваются в литературе достаточно широко (Мильков, 1973; Исаченко и др., 1989; Преображенский, 1990; Исаченко, 1990; Тютюнник, 1992; Кочуров, 1997; Мирзеханова, 2000; Климина, 2007; Rosenberg, Resrepo, 1994; Fonseca et al., 1995 и др.). Эти направления составили теоретическую основу учения о ландшафтах. Городской ландшафт - это «крайнее выражение» культурного ландшафта (Покшишевский, 1952), под которым понимается любой природный ландшафт, где взаимные связи между его компонентами изменены человеческой деятельностью (Саушкин, 1976). Иными словами, это ландшафт, утративший первоначальный облик природного комплекса.
В связи с увеличением антропогенной нагрузки, исторически сложилось две концепции при изучении городского ландшафта: экологическая (биоурбанистическая) и ландшафтно-геохимическая. Эти концепции в обобщенном виде основаны на анализе депонирующих сред, химический состав которых достаточно точно индицирует длительное загрязнение и происходящую под их влиянием геохимическую трансформацию городской среды. Основное внимание при их практическом применении уделяется, главным образом, геохимической оценке эмиссии загрязняющих веществ, то есть их реального распределения в отдельных природных компонентах и подсистемах городского ландшафта. Экологическое состояние почв и растительности является приоритетным при анализе городского ландшафта. Оценка качества данных природных компонентов имеет двойное значение. Во 40 первых, эта информация о степени и стадиях трансформации всего ландшафтного комплекса, используемая как один из критериев оценки общей экологической обстановки. Во-вторых, это основа последующего обоснования и выделения природных охраняемых территорий (Горышина, 1991; Мирзеханова, 1998а, 2002; Удянская, 2002; Экология города, 2004; и др.)
Идея соизмеримости разных компонентов биоты города и множественности их состояний при антропогенном воздействии предопределила формирование экологической или биоурбанистической концепции характеристики городских ландшафтов (Лопатина, Назаревский, 1972; Сочава, 1978; Герасимов, 1985; Дончева, Казаков и др., 1992). Функционально квазиприродный комплекс города является жизненной средой человека. Его структура определяется связями между человеком как организмом и условиями его обитания, причем в городской среде биота изменяется коренным образом.
Химическое воздействие человека на городскую среду, формирующее техногенные геохимические аномалии, и города, выступающие как мощные источники техногенных веществ, способствовали появлению ландшафтно-геохимической концепции изучения городов. Ландшафтно-геохимические исследования направлены на анализ техногенных потоков загрязняющих веществ в ландшафтах, трансформации природной среды, радиальной и латеральной структур, устойчивости природно-антропогенных ландшафтов к загрязнению. За рубежом эта концепция развивается весьма односторонне и ограничивается чаще всего рассмотрением процессов обмена загрязнителями между различными средами (Коммонер, 1974; Рамад, 1981; Canter, 1997 и др.) без анализа системообразующих эффектов этих процессов в структуре и функционировании самого квазиприродного комплекса, подверженного урбанизации. В нашей стране развитие ландшафтно-геохимической концепции связано с работами Б.Б. Полынова (1956), М.А. Глазовской (1964, 1988), А.И. Перельмана (1975, 1989), В.В. Добровольского (1984), Н.С. Касимова и др. (1990, 2005) и др. Главная геохимическая особенность промышленного, транспортного и муниципального воздействия на среду города — это формирование техногенных геохимических аномалий в различных компонентах городского ландшафта. Контрастность и пространственное положение этих аномалий зависят от сочетания функциональной структуры города, определяющей характер и уровень техногенного воздействия на среду, и ландшафтно-геохимических условий, дифференцирующих это воздействие.
В работах И.А. Авессаломовой (1987, 1991) в качестве операционной территориальной единицы оценки городской среды предложен ландшафтно-функциональный комплекс, который, по сути, представляет элементарный геохимический ландшафт в пределах однотипной городской застройки. Очевидно, что для подразделения городских территорий должны учитываться как особенности техногенного покрова, так и динамические процессы в природном ландшафте (природная среда как органическая часть города). Классификация городских ландшафтов по степени техногенного воздействия представляет собой выделение внутри города пространственных систем как результата взаимодействия природных и техногенных факторов ландшафтообразования (Владимиров, 1986).
Основные принципы оптимизации системы геомониторинга состояния городской среды
По степени антропогенной преобразованное, в соответствии с классификацией, предложенной М.Н. Строгановой (1992), почвы г. Биробиджана отнесены к следующим классам: I. Естественные условно ненарушенные (природные экосистемы); II. Антропогенно-преобразованные: 1. Естественно антропогенно-преобразованные почвы. Почвы, подвергшиеся изменениям на глубину до 50 см и сохранившие ненарушенную верхнюю часть профиля (урбопочвы). Нижние части их профилей соответствуют типу дерново-подзолистых (на водораздельных участках) или аллювиальных (в поймах рек Бира, Икура, Щукинка) почв. Расположены в основном в рекреационных, сельскохозяйственных зонах города. 2. Антропогенные глубоко преобразованные почвогрунты, наиболее распространенные на территории города, сформированы за счет урбанизации на культурном слое или на насыпанных, намывных и перемешанных грунтах. Глубина преобразования профиля превышает 50 см. Подразделяются на 2 подтипа: физически преобразованные, в которых произошла физико-механическая перестройка почв, и химически преобразованные, в которых произошли значительные хемогенные изменения свойств и строения профиля за счет интенсивного химического загрязнения. Почвы первого подтипа (собственно урбаноземы) занимают селитебные участки, пустыри, заросшие свалки; почвы второго подтипа (индустриземы) распространены в районах промышленных предприятий, вблизи крупных автомобильных и железных дорог; III. Искусственно созданные поверхностно - гумусированные почвоподобные образования, отличающиеся малым возрастом. Относятся к типу урботехноземов (конструктоземы, реплантоземы), занимают зоны промышленных и транспортно-селитебных зон. Систематика почв первой группы включает 9 выделов природных почв, сохранившихся в черте города в составе фрагментов коренных ландшафтов и не потерявших с ними связи. Естественные ненарушенные почвы полностью сохраняют присущее им строение почвенного профиля, включая и надпочвенный органогенный слой (листовой и травяной опад, лесные подстилки). Как правило, это почвы, сохранившие свое плодородие и экологические функции. Здесь выделены, прежде всего, буроземы мелкопрофильные сильно и среднещебнистые, буроземы типичные, преимущественно суглинистые слабощебнистые, буроземы глееватые и глеевые суглинистые, буроземы и буроземно-дерновые остаточно-аллювиальные в сочетании с дерново-глеевыми и торфянисто-дерново-глеевыми. Ненарушенные буроземы характеризуются высокой биологической активностью, накоплением большого количества органического вещества, что обеспечивает их высокую буферную способность по отношению к загрязняющим агентам. Геоморфологические условия и относительно хорошая дренированность создают максимальные возможности естественного самоочищения этих почв. Поэтому буроземы в ненарушенном состоянии являются почвами высокой экологической значимости, а включающие их экосистемы обычно отличаются наибольшим видовым разнообразием фито- и зооценозов. Около 10 % территории города занимают ненарушенные бурые почвы. В основном они расположены в западной, юго-западной части города. Более 20% в городе занимают луговые глеевые в сочетании с лугово-болотными, болотные почвы. Большая часть естественных почв Биробиджана в той или иной степени нарушена воздействием городской среды (градостроительством и хозяйственно-бытовой деятельностью населения). Главной особенностью естественных нарушенных почв является то, что их литогенная основа, как правило, не изменена или изменена частично, а связь с естественным растительным покровом потеряна, так как он или полностью уничтожен, или заменен природно-антропогенными и антропогенными формациями. Существенный вклад в антропогенную трансформацию почв в городе вносят вытоптанность и переуплотнение под влиянием интенсивной рекреационной нагрузки, запечатанность почв, переувлажнение, подтопление и вторичное заболачивание вследствие нарушения внутрипоч венного стока при строительстве дорог, фундаментов, засыпке оврагов и коллекторов, а также накопление техногенных загрязняющих веществ в почвенно-поглощающем комплексе и почвенном растворе.
Третью группу выделенных в городе почв составляют искусственно созданные поверхностно — гумусированные почвоподобные образования. Варианты почв этой группы определяются мощностью и качеством слоя насыпного грунта, давностью срока его образования, характером дренированности насыпной толщи (около 50% площади Биробиджана занято различными насыпями, мощность техногенных покрытий до 30 метров). При таком подходе выделены отдельно техноземы — насыпные образования без признаков почвообразования.
Представители каждого класса расположены хаотично на территории города, поэтому для удобства построения почвенно-экологической карты г. Биробиджана были выделены урбопочвенные комплексы, которые включают типы почв различной степени преобразованности, выраженные в процентном соотношении.
В результате технологической трансформации в почвенных профилях происходит нарушение миграции химических элементов, появления аномалий различного уровня. Почвенный покров является депонирующей средой, а именно его состояние наиболее полно отражает процессы функционирования биогеохимических циклов и потоковых систем в урбоэкосистемах.
С 60-х гг. XX века и по сегодняшний день экологов-урбанистов и почвоведов интересует проблема загрязнения городских почв тяжелыми металлами (ТМ) (Полынов, 1956; Глазовская, 1964; Перельман, 1975; Добровольский, 1984; Касимов, 2005 и др.). Большинство из них считает, что все городские почвы загрязнены ТМ. На территории городов наибольшее внимание привлекает загрязнение такими элементами, как свинец (РЬ), медь (Си), цинк (Zn), кадмий (Cd), никель (Ni) и др.
Поступление ТМ в городскую среду происходит в результате технологических процессов практически всех отраслей промышленности и автотранспорта. Исходя из того, что техногенные выбросы, загрязняющие почвенный покров через атмосферу, большей частью сосредоточены в поверхностных слоях почвы, отбор проб производился из дерново-гумусового горизонта (Экогеохимия городских ландшафтов, 1995; Добровольский, 1997; Федоров, 1998; Калманова, 2007; Czarnowska, Gworek, 1987).
Химический анализ сделан в биохимической лаборатории в ФГУЗ «ЦГиЭ в ЕАО» методом атомно-адсорбционной спектрофотометрии. В водных вытяжках определялись реакция среды и содержание ТМ: свинца (РЬ), меди (Си), цинка (Zn), марганца (Мп), железа (Fe), кадмия (Cd), никеля (Ni), кобальта (Со). Содержание ТМ можно сопоставлять с широко используемыми предельно допустимыми концентрациями (ПДК). По результатам химического анализа почв, проведенных за период с 2003 по 2007 гг., установлено превышение ПДК по цинку (Zn) до 12 раз, меди (Си) — до 9 раз, никелю (Ni) -до 4,5 раз, кобальту (Со) -до 2 раз, кадмию (Cd) - до 7,5 раз, свинцу (РЬ) до 20 раз. При этом последний является наиболее токсичным и распространенным химическим элементом в изучаемой урбанизированной среде. На рисунке 31 приведен график, показывающий превышение ПДК свинца в 1,5 - 15 раз, фонового уровня в 2 - 20 раз.
