Городская экология — это научное исследование взаимоотношений живых организмов друг с другом и их окружением в городской среде . Городская среда относится к средам, в которых преобладают жилые и коммерческие здания высокой плотности , мощеные поверхности и другие городские факторы, которые создают уникальный ландшафт. Целью городской экологии является достижение баланса между человеческой культурой и природной средой. [1] [2]
Городская экология является новой областью изучения по сравнению с экологией. [3] В настоящее время большая часть информации в этой области основана на более простых для изучения видах млекопитающих и птиц [необходим источник]. Чтобы закрыть пробел в знаниях, следует уделять внимание всем видам в городском пространстве, таким как насекомые и рыбы [говорит кто?]. Это исследование также должно быть распространено на пригородные пространства с их уникальным сочетанием развития и окружающей природы. [4] Методы и исследования городской экологии являются подмножеством экологии. Изучение городской экологии приобретает все большую важность, поскольку более 50% населения мира сегодня проживает в городских районах. [5] Также предполагается, что в течение следующих 40 лет две трети населения мира будут жить в расширяющихся городских центрах. [6] Экологические процессы в городской среде сопоставимы с процессами за пределами городского контекста. Однако типы городских местообитаний и виды, которые их населяют, плохо документированы, поэтому необходимо проводить больше исследований в области городской экологии.
Исторически экология была сосредоточена на естественной среде, но к 1970-м годам многие экологи начали обращать свой интерес к экологическим взаимодействиям, происходящим в городской среде и вызванным ею. В девятнадцатом веке такие натуралисты, как Мальтус , Декандоль , Лайель и Дарвин , обнаружили, что конкуренция за ресурсы имеет решающее значение в контроле роста населения и является движущей силой вымирания. [7] Эта концепция легла в основу эволюционной экологии. Книга Жана-Мари Пельта 1977 года «The Re-Naturalized Human » [8], публикация Брайана Дэвиса 1978 года «Urbanization and the variation of pestes » [9] и статья Зукоппа и др. 1979 года «The soil, flora and plants of Berlin's wastelands» [10] являются одними из первых публикаций, в которых признавалась важность городской экологии как отдельной и отличной формы экологии, точно так же, как можно было бы рассматривать ландшафтную экологию как отличную от популяционной экологии . В книге Формана и Годрона 1986 года «Экология ландшафта» впервые были выделены городские условия и ландшафты из других ландшафтов путем деления всех ландшафтов на пять основных типов. Эти типы были разделены по интенсивности человеческого влияния, начиная от нетронутых природных сред и заканчивая городскими центрами . [11] [ требуется лучший источник ]
Ранние экологи определяли экологию как изучение организмов и их среды. С течением времени городская экология была признана разнообразной и сложной концепцией, которая различается в применении между Северной Америкой и Европой. Европейская концепция городской экологии изучает биоту городских территорий, североамериканская концепция традиционно изучала социальные науки городского ландшафта, [12] а также потоки и процессы экосистемы, [13] а латиноамериканская концепция изучает влияние человеческой деятельности на биоразнообразие и потоки городских экосистем. Возрождение в развитии городской экологии произошло в 1990-х годах, что было инициировано Национальной наукой США в финансировании двух городских долгосрочных экологических исследовательских центров, и это способствовало изучению городской экологии. [14]
Область городской экологии быстро расширяется, и появляется все больше специализированных исследовательских центров. Среди пионеров — Лаборатория исследований городской экологии (UERL) в Университете Вашингтона, основанная в 2001 году, и Лаборатория городской экологии (LEU) в Коста-Риканском дистанционном университете, основанная в 2008 году. UERL в Вашингтоне специализируется на анализе моделей городского ландшафта, функций экосистем, моделировании изменений растительного покрова и разработке сценариев городской адаптации в пределах штата. Напротив, LEU в Коста-Рике отличается тем, что является первым в мире исследовательским центром, посвященным исключительно изучению тропических городских экосистем. Исследования, проводимые там, охватывают различные аспекты городской экологии, включая биоразнообразие, воздействие изменения климата на города и их окрестности (особенно тропические высокогорья) и сложные взаимодействия между деятельностью человека и городской средой. [15]
Поскольку городская экология является подразделом экологии, многие из методов аналогичны методам экологии. Методы экологических исследований разрабатывались на протяжении столетий, но многие из методов, используемых для городской экологии, были разработаны совсем недавно. Методы, используемые для изучения городской экологии, включают химические и биохимические методы, регистрацию температуры, дистанционное зондирование с тепловым картированием и долгосрочные экологические исследовательские участки.
Химические методы могут использоваться для определения концентраций загрязняющих веществ и их эффектов. Тесты могут быть такими простыми, как погружение изготовленной тестовой полоски, как в случае тестирования pH, или более сложными, как в случае изучения пространственного и временного изменения загрязнения тяжелыми металлами из-за промышленных стоков . [16] В этом конкретном исследовании печень птиц из многих регионов Северного моря была измельчена и ртуть была извлечена. Кроме того, ртуть, связанная в перьях, была извлечена как из живых птиц, так и из музейных образцов для проверки уровней ртути на протяжении многих десятилетий. С помощью этих двух различных измерений исследователи смогли составить сложную картину распространения ртути из-за промышленных стоков как в пространстве, так и во времени.
Другие химические методы включают тесты на нитраты , фосфаты , сульфаты и т. д., которые обычно связаны с городскими загрязнителями, такими как удобрения и промышленные побочные продукты. Эти биохимические потоки изучаются в атмосфере (например, парниковые газы ), водных экосистемах и почвенных нематодах . [17] Широкомасштабные эффекты этих биохимических потоков можно увидеть в различных аспектах как городских, так и окружающих сельских экосистем.
Данные о температуре могут использоваться для различных видов исследований. Важным аспектом данных о температуре является возможность соотносить температуру с различными факторами, которые могут влиять на окружающую среду или происходить в ней. Часто данные о температуре собираются в течение длительного времени Управлением океанических и атмосферных исследований (OAR) и предоставляются научному сообществу через Национальное управление океанических и атмосферных исследований (NOAA). [18] Данные могут быть наложены на карты рельефа, городских особенностей и других пространственных областей для создания тепловых карт. Эти тепловые карты могут использоваться для просмотра тенденций и распределения во времени и пространстве. [18] [19]
Дистанционное зондирование — это метод, при котором данные собираются из удаленных мест с помощью спутниковых изображений, радаров и аэрофотоснимков. В городской экологии дистанционное зондирование используется для сбора данных о рельефе местности, погодных условиях, освещении и растительности. Одним из применений дистанционного зондирования для городской экологии является определение производительности территории путем измерения длины волн фотосинтеза излучаемого света. [20] Спутниковые изображения также могут использоваться для определения различий в температуре и разнообразии ландшафта для выявления эффектов урбанизации. [19]
Сайты долгосрочных экологических исследований (LTER) — это исследовательские сайты, финансируемые правительством, которые собрали надежные долгосрочные данные за длительный период времени с целью выявления долгосрочных климатических или экологических тенденций. Эти сайты предоставляют долгосрочные временные и пространственные данные, такие как средняя температура, количество осадков и другие экологические процессы. Основной целью LTER для городских экологов является сбор огромных объемов данных за длительные периоды времени. Затем эти долгосрочные наборы данных можно проанализировать, чтобы найти тенденции, связанные с воздействием городской среды на различные экологические процессы, такие как разнообразие и численность видов с течением времени. [20] Другим примером является изучение температурных тенденций, которые сопровождаются ростом городских центров. [21] В настоящее время существует два активных городских LTER: Central Arizona-Phoenix (CAP), впервые запущенный в 1997 году и размещенный в Университете штата Аризона [22] и Minneapolis-St. Paul Metropolitan Area (MSP). [23] Исследование экосистемы Балтимора (BES) изначально финансировалось в 1998 году как городской LTER, но с 2021 года больше не финансируется Национальным научным фондом. [24] [25]
Люди являются движущей силой городской экологии и влияют на окружающую среду различными способами, и урбанизация является ключевым примером. Урбанизация связана с социальными, экономическими и экологическими процессами. Существует шесть основных аспектов: загрязнение воздуха, экосистемы, землепользование, биогеохимические циклы, загрязнение воды, управление твердыми отходами и климат. Урбанизация была вызвана миграцией в города и быстрыми экологическими последствиями, которые она сопровождала; увеличение выбросов углерода, потребление энергии, ухудшение экологии; все в основном негативное. Несмотря на последствия, восприятие урбанизации в настоящее время смещается от проблем к решениям. Города являются домом для большого количества финансово обеспеченных, знающих и инновационных инициаторов, которые увеличивают вовлечение науки в процессы и концепции городской политики. Пересечение подхода множественных процессов/интегрированных систем, которое может легко возникнуть в городе, включает пять характеристик, которые могут подчеркнуть этот фундаментальный сдвиг при низких затратах. Эти решения представляют собой интегрированные, всеобъемлющие, многофункциональные подходы, которые говорят о социальном, экономическом и культурном контекстах городов. Они учитывают химические, биофизические и экологические аспекты, которые определяют городские системы, включая выбор образа жизни, который взаимосвязан с культурой города. Однако, несмотря на адаптацию возможностей, в которых может участвовать город, результаты концепций, разработанных исследователями, остаются неопределенными. [26]
Люди предъявляют высокие требования к земле не только для строительства городских центров, но и для строительства прилегающих пригородных зон для жилья. Земля также выделяется для сельского хозяйства, чтобы поддерживать растущее население города. Расширение городов и пригородных зон требует соответствующей вырубки лесов для удовлетворения потребностей в землепользовании и ресурсах урбанизации. Ключевыми примерами этого являются вырубка лесов в Соединенных Штатах и Европе . [27]
Наряду с манипуляцией землей в соответствии с потребностями человека, в городских учреждениях также изменяются природные водные ресурсы, такие как реки и ручьи. Изменение может происходить в форме плотин, искусственных каналов и даже изменения направления рек. Изменение направления течения реки Чикаго является основным примером изменения городской среды. [28] Городские районы в естественных пустынных условиях часто привозят воду из отдаленных районов для поддержания численности населения и, вероятно, повлияют на местный климат пустыни. [20] Изменение водных систем в городских районах также приводит к снижению разнообразия рек и повышению загрязнения. [29]
Как местное судоходство, так и междугородняя торговля необходимы для удовлетворения потребностей в ресурсах, важных для поддержания городских территорий. Выбросы углекислого газа при транспортировке товаров также способствуют накоплению парниковых газов и отложений питательных веществ в почве и воздухе городской среды. Кроме того, судоходство способствует непреднамеренному распространению живых организмов и вводит их в среду, в которой они не обитали бы естественным образом. Интродуцированные или чужеродные виды — это популяции организмов, живущих в ареале, в котором они не эволюционировали естественным образом из-за преднамеренной или непреднамеренной деятельности человека. Увеличение перевозок между городскими центрами способствует случайному перемещению видов животных и растений. У чужеродных видов часто нет естественных хищников, и они представляют существенную угрозу динамике существующих экологических популяций в среде, в которую они были интродуцированы. [30] Инвазивные виды успешны, когда они способны к размножению из-за коротких жизненных циклов, содержат или адаптируются, чтобы иметь черты, которые подходят для окружающей среды, и появляются в высокой плотности. [31] Таких инвазивных видов много, и среди них домовые воробьи , фазаны с кольчатой шеей , европейские скворцы , серые крысы , азиатские карпы , американские лягушки-быки , изумрудная ясеневая златка , лианы кудзу и дрейссены-зебры среди многих других, в первую очередь одомашненных животных. Серые крысы являются высокоинвазивным видом в городской среде и часто встречаются на улицах и в метро Нью-Йорка, где они оказывают множественное негативное воздействие на инфраструктуру, местные виды и здоровье человека. [32] Серые крысы переносят несколько типов паразитов и патогенов, которые могут инфицировать людей и других животных. [33] В Нью-Йорке генетическое исследование, изучающее широкогеномную изменчивость, пришло к выводу, что несколько крыс были родом из Великобритании. [32] В Австралии было обнаружено, что удаление Lantana ( L. camara , чужеродного вида) из городских зеленых насаждений может иметь негативные последствия для разнообразия птиц на местном уровне, поскольку оно обеспечивает убежища для таких видов, как Malurus cyaneus и Silvereye ( Zosterops lateralis ), при отсутствии местных растительных эквивалентов. Хотя, по-видимому, существует порог плотности, при котором слишком много Lantana (и, следовательно, однородность растительного покрова) может привести к снижению видового богатства или численности птиц.
Некоторые городские животные могут оказывать положительное влияние на жизнь людей. Исследования показывают, что присутствие домашних животных может уменьшить стресс, беспокойство и одиночество. Кроме того, некоторые городские животные действуют как хищники по отношению к таким животным, как насекомые и т. д., которые могут быть вредны для людей [34]. Также городские виды могут служить многим другим целям, включая сельское хозяйство, транспорт и защиту.
Некоторые городские виды оказывают негативное воздействие на человека. Например, моча, фекалии вредителей и фрагменты кожи могут распространять микробы, если их проглотить человек [35] Заболевания, вызванные вредителями или насекомыми, могут быть смертельными. К ним относятся: сальмонеллез , менингит , болезнь Вейля , болезнь Лайма и т. д. [35] У некоторых людей аллергия на определенных насекомых, таких как пчелы, осы, и поэтому контакт с ними может вызвать серьезные аллергические реакции (например, сыпь).
По словам Сета Магла, нападения диких животных в городских условиях, хотя и редки, наносят ущерб общественным взглядам на дикую природу. Из-за освещения в СМИ этих редких нападений городское население считает эти взаимодействия более распространенными, чем они есть на самом деле, что еще больше влияет на толерантность городских диких животных. [36]
Урбанизация приводит к большому спросу на использование химикатов в промышленности, строительстве, сельском хозяйстве и энергоснабжающих службах. Такой спрос оказывает существенное влияние на биогеохимические циклы , что приводит к таким явлениям, как кислотные дожди , эвтрофикация и глобальное потепление . [17] Кроме того, естественные биогеохимические циклы в городской среде могут быть затруднены из-за непроницаемых поверхностей, которые не позволяют питательным веществам возвращаться в почву, воду и атмосферу. [37]
Спрос на удобрения для удовлетворения сельскохозяйственных нужд, вызванный расширением городских центров, может изменить химический состав почвы. Такие эффекты часто приводят к аномально высоким концентрациям соединений, включая серу, фосфор, азот и тяжелые металлы. Кроме того, азот и фосфор, используемые в удобрениях, вызвали серьезные проблемы в виде сельскохозяйственных стоков , которые изменяют концентрацию этих соединений в местных реках и ручьях, что часто приводит к неблагоприятному воздействию на местные виды. [38] Хорошо известным эффектом сельскохозяйственных стоков является явление эвтрофикации. Когда химикаты удобрений из сельскохозяйственных стоков достигают океана, происходит цветение водорослей , а затем они быстро отмирают. [38] Мертвая биомасса водорослей разлагается бактериями, которые также потребляют большое количество кислорода, который они получают из воды, создавая «мертвую зону» без кислорода для рыб или других организмов. Классическим примером является мертвая зона в Мексиканском заливе из-за сельскохозяйственных стоков в реку Миссисипи .
Так же, как загрязняющие вещества и изменения в биогеохимическом цикле изменяют речные и океанские экосистемы, они оказывают аналогичное воздействие на воздух. Некоторые из них возникают из-за накопления химикатов и загрязнений и часто проявляются в городских условиях, что оказывает большое влияние на местные растения и животных. Поскольку городские центры часто считаются точечными источниками загрязнения, местные растения приспособились выдерживать такие условия. [17]
Было обнаружено, что городская среда и прилегающие районы демонстрируют уникальные местные температуры, осадки и другую характерную активность из-за различных факторов, таких как загрязнение и измененные геохимические циклы. Некоторые примеры городского воздействия на климат включают городской тепловой остров , эффект оазиса , парниковые газы и кислотные дожди . Это еще больше подогревает споры о том, следует ли считать городские районы уникальным биомом . Несмотря на общие тенденции среди всех городских центров, окружающая местная среда сильно влияет на большую часть климата. Один из таких примеров региональных различий можно увидеть через городской тепловой остров и эффект оазиса. [21]
Городской тепловой остров — это явление, при котором центральные районы городских центров демонстрируют более высокие средние температуры, чем окружающие городские районы. [39] Большая часть этого эффекта может быть отнесена к низкому альбедо города , отражающей способности поверхности и увеличенной площади поверхности зданий для поглощения солнечной радиации. [21] Бетонные , цементные и металлические поверхности в городских районах имеют тенденцию поглощать тепловую энергию, а не отражать ее, что способствует более высоким городским температурам. Бразел и др. [21] обнаружили, что эффект городского теплового острова демонстрирует положительную корреляцию с плотностью населения в городе Балтимор. Эффект теплового острова имеет соответствующие экологические последствия для местных видов. [17] Однако этот эффект наблюдался только в умеренном климате .
Выбросы парниковых газов позволяют людям жить на Земле, поскольку они улавливают тепло от солнца, чтобы сделать климат адекватным. В 1896 году шведский ученый Сванте Аррениус установил, что ископаемое топливо вызывает выбросы углекислого газа (самого распространенного и вредного парникового газа). [40] В 20 веке американский климатолог Джеймс Э. Хансен пришел к выводу, что парниковый эффект изменяет климат в худшую сторону. [40]
Углекислый газ является наиболее распространенным парниковым газом и составляет 3/4 выбросов. [40] Он выбрасывается при сжигании угля, нефти, газа, древесины и других органических материалов. Другой парниковый газ - метан. Он может поступать со свалок, природных газов и/или нефтяной промышленности. Закись азота составляет около 6% выбросов и может поступать от удобрений, навоза, сжигания сельскохозяйственных отходов и/или топлива. [40] Наконец, фторированные газы составляют 2% выбросов парниковых газов и могут поступать от хладагентов, растворителей и т. д. Чрезмерные выбросы парниковых газов являются причиной большей части вреда, который можно наблюдать сегодня, включая глобальное потепление, респираторные заболевания из-за загрязнения, вымирание или миграцию определенных видов и т. д. [40] Эти проблемы можно уменьшить, если не решить, отказавшись от использования ископаемого топлива в пользу возобновляемых источников энергии.
Процессы, связанные с городскими территориями, приводят к выбросам многочисленных загрязняющих веществ, которые изменяют соответствующие циклы питательных веществ углерода, серы, азота и других элементов. [41] Экосистемы в городских центрах и вокруг них особенно подвержены влиянию этих точечных источников загрязнения. Высокие концентрации диоксида серы, возникающие из-за промышленных потребностей урбанизации, приводят к тому, что дождевая вода становится более кислой . [42] [43] Было обнаружено, что такой эффект оказывает значительное влияние на местное население, особенно в водной среде. [43] Отходы из городских центров, особенно крупных городских центров в развитых странах, могут управлять биогеохимическими циклами в глобальном масштабе. [17]
Городская среда была классифицирована как антропогенный биом , [44] который характеризуется преобладанием определенных видов и климатических тенденций, таких как городской тепловой остров во многих городских районах. [45] [46] Примерами видов, характерных для многих городских сред, являются кошки, собаки, комары, крысы, мухи и голуби, которые все являются универсалами . [47] Многие из них зависят от деятельности человека и соответствующим образом адаптировались к нише, созданной городскими центрами. Однако большое количество диких видов, обнаруженных в городских районах по всему миру, предполагает, что ошеломляющее разнообразие жизни способно называть городские районы своим домом. Связь между урбанизацией и разнообразием дикой природы может быть не такой простой, как представлялось ранее. Это изменение воображения стало возможным благодаря охвату гораздо большего числа городов в различных частях мира, которые теперь показывают, что прошлые тенденции и предположения были в значительной степени обусловлены предвзятостью в охвате городов в умеренных, развитых странах.
Исследования в странах с умеренным климатом показывают, что в небольших масштабах урбанизация часто увеличивает биоразнообразие неместных видов, одновременно сокращая биоразнообразие местных видов. Обычно это приводит к общему сокращению видового богатства и увеличению общей биомассы и численности видов . Урбанизация сокращает разнообразие в крупных масштабах в городах развитых стран, но в тропических и субтропических городах, несмотря на высокую плотность населения, может сохраняться очень высокое разнообразие, если небольшие участки местообитаний сохраняются по всему городу. [48] [49] Даже внутренние городские и пригородные объекты вблизи городских центров с высокой плотностью населения могут поддерживать более тысячи видов макроорганизмов, многие из которых часто являются местными. [50] Эти городские ландшафты также могут поддерживать множество сложных экосистемных взаимодействий. [50] Однако урбанизация нарушает множество других видовых взаимодействий, которые могли бы иметь место в неразвитой естественной среде обитания. [51]
Синдром городского водотока — это постоянно наблюдаемая черта урбанизации, характеризующаяся высокой концентрацией питательных веществ и загрязняющих веществ, измененной морфологией водотока, возросшим доминированием доминирующих видов и снижением биоразнообразия [29] [52] Двумя основными причинами синдрома городского водотока являются ливневые стоки и стоки с очистных сооружений. [17] [52]
Разнообразие обычно снижается на промежуточных и низких уровнях урбанизации, но всегда снижается на высоких уровнях урбанизации. Эти эффекты наблюдались у позвоночных и беспозвоночных, в то время как виды растений имеют тенденцию к увеличению при промежуточных и низких уровнях урбанизации [53] [54], но эти общие тенденции не применимы ко всем организмам в этих группах. Например, обзор МакКинни (2006) [53] не включал влияние урбанизации на рыб, а из 58 исследований беспозвоночных 52 включали насекомых, а только 10 включали пауков. Существует также географическая предвзятость, поскольку большинство исследований проводились либо в Северной Америке, либо в Европе.
Эффекты урбанизации также зависят от типа и диапазона ресурсов, используемых организмом. [55] [56] [57] Виды-универсалы, те, которые используют широкий спектр ресурсов и могут процветать в широком диапазоне условий жизни, скорее всего, выживут в однородной среде. Виды-специалисты , те, которые используют узкий диапазон ресурсов и могут справляться только с узким диапазоном условий жизни, вряд ли справятся с однородной средой. [56] Вероятно, будет наблюдаться переменное воздействие на эти две группы организмов, поскольку урбанизация изменяет однородность среды обитания. [53] Сообщается, что виды растений, находящиеся под угрозой исчезновения, встречаются в широком диапазоне городских экосистем, многие из которых являются новыми экосистемами. [58]
Исследование 463 видов птиц показало, что городские виды имеют схожие диетические черты. В частности, городские виды были крупнее, потребляли больше позвоночных и падали , чаще питались на земле или в воздухе, а также имели более широкий рацион, чем негородские виды. [59]
Городская среда может уменьшить разнообразие за счет удаления среды обитания и гомогенизации видов — увеличивающегося сходства между двумя ранее различными биологическими сообществами. Деградация среды обитания и фрагментация среды обитания [57] уменьшают количество подходящей среды обитания за счет городского развития и разделяют подходящие участки негостеприимной местностью, такой как дороги , кварталы и открытые парки. [60] Хотя эта замена подходящей среды обитания неподходящей средой обитания приведет к вымиранию местных видов, некоторые убежища могут быть созданы искусственно и способствовать выживанию неместных видов (например, гнезда домового воробья и домовой мыши ). [55] Урбанизация способствует гомогенизации видов за счет вымирания местных эндемичных видов и внедрения неместных видов, которые уже имеют широкое распространение. [55] Изменения среды обитания могут способствовать как вымиранию местных эндемичных видов, так и внедрению неместных видов. [61] Последствия изменения среды обитания, вероятно, будут схожими во всех городских средах, поскольку все городские среды построены для удовлетворения потребностей людей. [55]
Дикие животные в городах более восприимчивы к негативным последствиям воздействия токсичных веществ (таких как тяжелые металлы и пестициды). [62] В Китае рыбы, которые подвергались воздействию промышленных сточных вод, имели худшее состояние тела; воздействие токсичных веществ может повысить восприимчивость к инфекции. [62] Люди обладают потенциалом вызывать неоднородное распределение пищи, что может способствовать агрегации животных, привлекая большое количество животных к общим источникам пищи; «такая агрегация может увеличить распространение паразитов , передаваемых через тесный контакт; отложение паразитов на почве, воде или искусственных кормушках; и стресс из-за межвидовой и внутривидовой конкуренции». [62] Результаты исследования, проведенного Морин Мюррей (и др.), в котором был проведен филогенетический метаанализ 516 сравнений общего состояния дикой природы, описанных в 106 исследованиях, подтвердили эти результаты; «наш метаанализ предполагает общую отрицательную связь между урбанизацией и здоровьем диких животных, в основном обусловленную значительно более высокой токсичной нагрузкой и большей распространенностью паразитов, большим разнообразием паразитов и/или большей вероятностью заражения паразитами, передаваемыми через тесный контакт». [62]
Городская среда также может увеличивать разнообразие несколькими способами. Многие чужеродные организмы вводятся и распространяются естественным или искусственным путем в городских районах. Искусственные внедрения могут быть преднамеренными, когда организмы имеют некоторую форму использования человеком, или случайными, когда организмы прикрепляются к транспортным средствам. [55] Люди обеспечивают источники пищи (например, семена для кормления птиц , мусор, садовый компост ) [53] и сокращают количество крупных естественных хищников в городских условиях, [57] позволяя поддерживать большие популяции, где еда и хищничество обычно ограничивают размер популяции. Существует множество различных местообитаний, доступных в городской среде в результате различий в землепользовании [53], что позволяет поддерживать больше видов, чем в более однородных местообитаниях.
Города должны быть спланированы и построены таким образом, чтобы минимизировать городское воздействие на окружающую среду (городской тепловой остров, осадки и т. д.), а также оптимизировать экологическую активность. Например, увеличение альбедо или отражательной способности поверхностей в городских районах может минимизировать городской тепловой остров, [63] [64] что приведет к снижению величины эффекта городского теплового острова в городских районах. Минимизируя эти аномальные температурные тенденции и другие, экологическая активность, вероятно, будет улучшена в городских условиях. [45] [65]
Урбанизация действительно оказала глубокое влияние на окружающую среду, как на местном, так и на глобальном уровне. Трудности в активном строительстве коридоров среды обитания и возвращении биогеохимических циклов к норме поднимают вопрос о том, осуществимы ли такие цели. Однако некоторые группы работают над возвращением территорий, затронутых городским ландшафтом, в более естественное состояние. [66] Это включает в себя использование ландшафтной архитектуры для моделирования природных систем и восстановления рек до доурбанистического состояния. [66]
Становится все более важным, чтобы природоохранные действия осуществлялись в городских ландшафтах. Пространство в городах ограничено; городская застройка угрожает существованию зеленых насаждений . Зеленые насаждения, которые находятся в непосредственной близости от городов, также уязвимы для разрастания городов . Обычно городское развитие происходит за счет ценных земель, которые могут вмещать виды диких животных. Природные и финансовые ресурсы ограничены; необходимо уделять больше внимания возможностям охраны природы, которые учитывают осуществимость и максимизацию ожидаемых выгод. [67] Поскольку обеспечение земли в качестве охраняемой территории является роскошью, которая не может быть широко реализована, необходимо изучить альтернативные подходы, чтобы предотвратить массовое вымирание видов. [68] Боргстрём и др. 2006 считают, что городские экосистемы особенно подвержены «несоответствию масштабов», когда правильный курс действий в значительной степени зависит от размера вида. Для некоторых видов сохранение может быть достигнуто в одном изолированном саду, поскольку их небольшой размер допускает большую популяцию, например, почвенных микроорганизмов . Между тем, это неправильный масштаб для видов, которые более подвижны и/или крупнее, например, опылителей и распространителей семян , которым потребуются более крупные и/или связанные пространства. [69]
Необходимость достижения результатов по сохранению в городских условиях наиболее выражена для видов, глобальное распространение которых ограничено измененным человеком ландшафтом. [70] Дело в том, что многие находящиеся под угрозой исчезновения виды диких животных распространены среди типов земель, которые изначально не предназначались для сохранения. [70] Из 39 находящихся под угрозой исчезновения видов Австралии, ограниченных городской средой, 11 видов встречаются на обочинах дорог, 10 видов встречаются на частных землях, 5 видов встречаются на военных землях, 4 вида в школах, 4 вида на полях для гольфа, 4 вида на коммунальных сервитутах (таких как железные дороги), 3 вида в аэропортах и 1 вид в больницах. [70] Вид колосовидного рисового цветка Pimelea spicata сохраняется в основном на поле для гольфа, в то время как цветок гибентофора пуберула глабресценс известен в основном на территории аэропорта. [70] Нетрадиционные ландшафты как таковые являются теми, которые должны быть приоритетными. Цель управления этими территориями — добиться ситуации «выигрыш-выигрыш», когда усилия по сохранению осуществляются без ущерба для изначального использования пространства. Хотя близость к большим человеческим популяциям может представлять опасность для исчезающих видов, населяющих городскую среду, такая близость может оказаться преимуществом, если человеческое сообщество сознательно и вовлечено в местные усилия по сохранению.
Реинтродукция видов в городских условиях может помочь улучшить местное биоразнообразие, которое ранее было утрачено; однако, чтобы избежать нежелательных эффектов, следует соблюдать следующие рекомендации. [71] [72]
С постоянно растущим спросом на ресурсы, вызванным урбанизацией, недавние кампании по переходу к устойчивому потреблению энергии и ресурсов , такие как сертификация зданий LEED, сертифицированные приборы Energy Star и транспортные средства с нулевым уровнем выбросов , набрали обороты. Устойчивость отражает методы и потребление, гарантирующие разумно низкое использование ресурсов как компонент городской экологии. Такие методы, как улавливание углерода, также могут использоваться для секвестрации углеродных соединений, производимых в городских центрах, а не для постоянного выделения большего количества парниковых газов . [73] Использование других типов возобновляемой энергии, таких как биоэнергия , солнечная энергия , геотермальная энергия и энергия ветра , также поможет сократить выбросы парниковых газов. [74]
Городские территории могут быть преобразованы в районы, более благоприятные для размещения диких животных, путем применения зеленой инфраструктуры . Хотя возможности зеленой инфраструктуры (GI) для принесения пользы человеческому населению были признаны, существуют также возможности для сохранения разнообразия диких животных. Зеленая инфраструктура имеет потенциал для поддержки устойчивости диких животных, предоставляя более подходящую среду обитания, чем обычная, «серая» инфраструктура, а также помогая в управлении ливневыми водами и очистке воздуха. [67] [75] GI можно определить как особенности, которые были спроектированы с использованием природных элементов или природных особенностей. [75] Эта естественная конституция помогает предотвратить воздействие на диких животных антропогенных токсинов. [62] Хотя исследования преимуществ GI для биоразнообразия возросли в геометрической прогрессии за последнее десятилетие, эти эффекты редко подвергались количественной оценке. В исследовании, проведенном Алессандро Филаццолой (и др.), были изучены и метаанализированы 1883 опубликованных рукописей в отношении 33 соответствующих исследований с целью определения влияния GI на диких животных. Хотя результаты были разными, было установлено, что внедрение GI улучшило биоразнообразие по сравнению с традиционной инфраструктурой. [75] В некоторых случаях GI даже сохранило сопоставимые показатели биоразнообразия с природными компонентами. [75]
В планировании землепользования городское зеленое пространство — это открытые пространства, зарезервированные для парков и других «зеленых пространств», включая растительную жизнь, водные объекты — также называемые синими пространствами — и другие виды естественной среды. [78] Большинство городских открытых пространств являются зелеными пространствами, но иногда включают другие виды открытых зон. Ландшафт городских открытых пространств может варьироваться от игровых полей до тщательно поддерживаемых сред и относительно естественных ландшафтов .
Обычно считающиеся открытыми для общественности, городские зеленые зоны иногда находятся в частной собственности, например, кампусы высших учебных заведений , районные/общественные парки/сады , а также институциональные или корпоративные территории. Территории за пределами городских границ, такие как государственные и национальные парки , а также открытые пространства в сельской местности, не считаются городскими открытыми пространствами. Улицы, площади, плазы и городские скверы не всегда определяются как городские открытые пространства в планировании землепользования. Городские зеленые зоны оказывают широкое положительное влияние на здоровье людей и сообществ, находящихся вблизи зеленых зон. [78]
Политика городского озеленения важна для оживления сообществ, снижения финансового бремени здравоохранения и повышения качества жизни. Содействуя развитию парков, зеленых крыш и общественных садов, эта политика способствует более чистому воздуху, смягчает последствия городской жары и создает пространства для отдыха и социального взаимодействия. Большинство политик сосредоточены на выгодах для сообщества и снижении негативных последствий городского развития, таких как поверхностный сток и эффект городского острова тепла . [79] Исторически доступ к зеленым насаждениям благоприятствовал более богатым и более привилегированным сообществам, поэтому в последнее время внимание в городском озеленении все больше сосредотачивается на проблемах экологической справедливости и вовлечении сообщества в процесс озеленения. [80] В частности, в городах с экономическим спадом, таких как Rust Belt в Соединенных Штатах, городское озеленение оказывает широкое воздействие на оживление сообщества. [80]
Городские территории значительно расширились, в результате чего более половины населения мира проживает в городских районах. [81] Поскольку население продолжает расти, прогнозируется, что к 2050 году это число составит две трети людей, проживающих в городских районах. [81]Препятствием, связанным с поиском нужного количества городских зеленых насаждений, является разнообразие пространства, необходимого различным видам для завершения их жизненных циклов. Это также усугубляется искусственными барьерами, соседствующими с зелеными насаждениями, которые могут ограничивать перемещение определенных видов из других городских зеленых насаждений, расположенных поблизости. [82]
Повышение связности среды обитания диких животных
Реализация коридоров дикой природы на городских территориях (и между территориями дикой природы) будет способствовать связности местообитаний диких животных . Связность местообитаний имеет решающее значение для здоровья экосистемы и сохранения дикой природы, однако она подвергается риску из-за растущей урбанизации . Развитие городов привело к тому, что зеленые зоны стали все более фрагментированными и оказало неблагоприятное воздействие на генетическую изменчивость внутри видов, численность популяции и видовое богатство. Городские зеленые зоны, которые связаны коридорами экосистем, имеют более высокое здоровье экосистемы и устойчивость к глобальным изменениям окружающей среды. [67] Использование коридоров может сформировать экосистемную сеть, которая облегчает перемещение и расселение. [67] Однако планирование этих сетей требует комплексного пространственного плана.
Один из подходов заключается в том, чтобы нацелиться на «уменьшающиеся» города (такие как Детройт, штат Мичиган , США), в которых имеется множество пустующих участков и земель, которые можно было бы перепрофилировать в зеленые зоны для предоставления экосистемных услуг (хотя даже в городах с растущим населением обычно также есть пустующие земли). [67] Однако даже города с высоким уровнем пустующих земель иногда могут представлять социальные и экологические проблемы. Например, пустующие земли, расположенные на загрязненных почвах , могут содержать тяжелые металлы или строительный мусор ; это необходимо решить до перепрофилирования. [67] После того, как земля была перепрофилирована для экосистемных услуг, необходимо искать пути, которые могли бы позволить этой земле внести вклад в структурную или функциональную связанность.
Структурная связность относится к частям ландшафта, которые физически связаны. [67] Функциональная связность относится к тенденциям, специфичным для видов, которые указывают на взаимодействие с другими частями ландшафта. [67] По всему городу Детройт были обнаружены пространственные закономерности, которые могут способствовать структурной связности. [67] Исследование, проведенное Чжаном, «интегрирует ландшафтную экологию и теорию графов , пространственное моделирование и ландшафтный дизайн для разработки методологии планирования многофункциональной зеленой инфраструктуры, которая способствует социально-экологической устойчивости и устойчивости». [67] Используя индекс функциональной связности, было обнаружено, что существует высокая корреляция между этими результатами (структурной и функциональной связностью), что позволяет предположить, что эти два показателя могут быть индикаторами друг друга и могут направлять планирование зеленых зон. [67]
Хотя городские коридоры для диких животных могут служить потенциальным инструментом смягчения последствий, важно, чтобы они были построены таким образом, чтобы способствовать перемещению диких животных без ограничений. Поскольку люди могут восприниматься как угроза, успех коридоров зависит от плотности населения и близости дорог. [83] В исследовании, проведенном Темпе Адамсом (и др.), использовались камеры-ловушки с дистанционными датчиками и данные с ошейников GPS для оценки того, будет ли африканский слон использовать узкие городские коридоры для диких животных. Исследование проводилось в трех различных типах землепользования с преобладанием городов (в Ботсване , Южная Африка) в течение двух лет.
Результаты исследования показали, что слоны, как правило, быстрее перемещаются по незащищенным территориям, проводя меньше времени в этих территориях. [83] Используя транспортное движение в качестве меры человеческой активности, исследование показало, что присутствие слонов было выше в периоды, когда человеческая активность была минимальной. [83] Было установлено, что «формальная защита и обозначение городских коридоров соответствующими руководящими органами будут способствовать сосуществованию людей и диких животных в небольших пространственных масштабах». [83] Однако единственный способ, которым это сосуществование может быть осуществимо, — это создание структурной связанности (и, таким образом, содействие функциональной связанности) путем внедрения надлежащих коридоров для диких животных, которые облегчают перемещение между участками среды обитания. [67] [83] Было показано, что использование зеленой инфраструктуры , которая связана с естественной средой обитания, приносит большую пользу для биоразнообразия, чем GI, реализованная в районах, далеких от естественной среды обитания. GI, расположенная близко к естественным территориям, также может повысить функциональную связанность в естественной среде. [75]
Снижение последствий дорожно-транспортных происшествий
В Соединенных Штатах ежегодно в результате смертельных случаев на дорогах погибают от сотен тысяч до сотен миллионов млекопитающих, птиц и земноводных. [84] Смертность от смертельных случаев на дорогах оказывает пагубное воздействие на вероятность сохранения, численность и генетическое разнообразие популяций диких животных (больше, чем сокращение перемещения через участки среды обитания). [84] Смертельные случаи на дорогах также оказывают влияние на безопасность водителей. [84] Если зеленые зоны не могут быть зарезервированы, необходимо решить проблему наличия мест обитания диких животных в непосредственной близости от городских дорог. Оптимальным вариантом было бы избегать строительства дорог рядом с этими естественными местами обитания, но можно предпринять другие превентивные меры для снижения смертности животных. Одним из способов смягчения этих последствий является установка ограждений для диких животных в приоритетных районах. Многие страны используют подземные и надземные переходы в сочетании с ограждениями для диких животных, чтобы снизить смертность от смертельных случаев на дорогах в попытке восстановить связность среды обитания. Нереально пытаться оградить целые дорожные сети из-за финансовых ограничений. Поэтому следует сосредоточиться на районах, в которых наблюдаются самые высокие показатели смертности. [84]
Разрастание городов является одним из многих способов, с помощью которых земли коренных народов захватываются и развиваются в городах глобального севера, таким образом, глубокое знание родной местности (экология) часто теряется из-за последствий колонизации или потому, что земля была существенно изменена. Городское развитие происходит вокруг районов, где жили коренные народы, поскольку эти районы удобны для транспорта, а естественная окружающая среда плодородна. При развитии районов городских земель следует учитывать глубинные уровни знаний, которыми владеют коренные народы, а также биокультурное и языковое разнообразие места. [85] Городская экология следует западным научным рамкам и разделяет природу. Городская экология имеет возможность рассматриваться взаимосвязанным и целостным образом, посредством « двуглазого видения » [86] , и включать традиционные экологические знания, которыми владеют местные коренные народы этого района.
Экология восстановления городов будет обогащена партнерскими отношениями с местными коренными народами, если они будут осуществляться уважительным образом, учитывающим нынешние несправедливые отношения. [40] Некоренное население может поддержать свои местные коренные общины, узнав об истории земли и экосистем, которые восстанавливаются или изучаются. [40] Экологическое восстановление, построенное на прочных партнерствах с коренными народами, приносит пользу культуре и идентичности коренных народов, а также всем городским жителям. [40] [87]
Урбанизация приводит к ряду как локальных, так и далеко идущих последствий для биоразнообразия , биогеохимических циклов , гидрологии и климата , среди прочих стрессов. Многие из этих последствий не полностью изучены, поскольку городская экология только недавно появилась как научная дисциплина, и еще предстоит провести больше исследований. Исследования городов за пределами США и Европы остаются ограниченными. Наблюдения за влиянием урбанизации на биоразнообразие и взаимодействие видов совпадают во многих исследованиях, но окончательные механизмы еще предстоит установить. Городская экология представляет собой важную и весьма актуальную подобласть экологии, и необходимо проводить дальнейшие исследования, чтобы более полно понять влияние городских территорий человека на окружающую среду. [88]
{{cite journal}}: CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на апрель 2024 г. ( ссылка ){{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )