Городская экология – это область экологии, которая изучает отношения живых организмов друг с другом и их окружением в городской среде. Городская среда относится к среде, в которой преобладают жилые и коммерческие здания с высокой плотностью застройки, мощеные поверхности и другие связанные с городом факторы, которые создают уникальный ландшафт. Целью городской экологии является достижение баланса между культурой человека и природной средой в пределах городов.

Городская экология является недавней областью исследований по сравнению с экологией. Методы и исследования городской экологии являются разновидностью экологии. Изучение городской экологии приобретает все большее значение, поскольку более 50% населения мира сегодня проживает в городских районах, а площадь, занятая городскими застройками, активно увеличивается. Также подсчитано, что в течение следующих 40 лет две трети населения мира будут жить в расширяющихся городских центрах. 

Экологические процессы в городской среде сопоставимы с процессами вне городского контекста. Тем не менее, типы городских мест обитания и виды, которые их населяют, плохо изучены, поэтому необходимо проводить дополнительные исследования в области городской экологии и закономерностей взаимодействия внутри неё.

История

Исторически экология была сосредоточена на природной среде, но к 1970-м годам многие экологи начали обращать свой интерес на экологические взаимодействия, происходящие в городской среде и вызванные ею. Позже обнаружили, что конкуренция за ресурсы имеет решающее значение для контроля роста населения и является движущей силой вымирания. Затем впервые отличились городские условия и ландшафты от других ландшафтов. Они были разделены по интенсивности человеческого влияния, начиная от нетронутой природной среды и заканчивая городскими центрами.

Ранние экологи определяли экологию как изучение организмов и окружающей их среды. С течением времени городская экология была признана разнообразной и сложной концепцией, которая различается в применении между континентами и странами.

Концепция городской экологии изучает биоту городских районов, социальные науки о городском ландшафте, влияние человеческой деятельности на биоразнообразие и потоки городских экосистем.

Методы урбоэкологии

Поскольку городская экология является относительно молодой отраслью экологии, многие методы аналогичны методам экологии. Методы экологического исследования разрабатывались на протяжении веков, но многие из методов, используемых для городской экологии, были разработаны совсем недавно. Они включают химические и биохимические методы, регистрацию температуры, тепловое картирование, дистанционное зондирование и долгосрочные экологические исследовательские площадки.

Влияние городов на окружающую среду

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;
• деградация экосистем;
• нерациональное землепользование;
• нарушение биогеохимических циклов;
• загрязнение воды;
• управление твердыми отходами;
• влияние на климат;

Урбанизация была обусловлена миграцией в города и быстрыми экологическими последствиями, которые сопровождали ее: увеличение выбросов углекислого газа, энергопотребления, нарушение экосистем.

Несмотря на воздействие, восприятие урбанизации в настоящее время смещается от проблем к решениям. Города являются домом для большого количества знающих и новаторских инициаторов, которые расширяют участие науки в процессах и концепциях городской политики. Пересечение множественных процессов / интегрированного системного подхода, которое может легко возникнуть в городе, позволяют минимизировать негативное влияние человека на окружающую среду. Эти решения представляют собой интегрированные, всеобъемлющие, многофункциональные подходы, которые учитывают социальный, экономический и культурный контекст городов. Они учитывают химические, биофизические и экологические аспекты, определяющие городские системы, включая выбор образа жизни, который взаимосвязан с культурой города.

Изменение природных экосистем

Люди предъявляют высокие требования к земле не только для строительства городских центров, но и для строительства прилегающих пригородных районов для жилья. Земля также выделяется для сельского хозяйства, чтобы поддерживать растущее население города. Расширение городов и пригородных районов обусловливает необходимость соответствующей вырубки лесов для удовлетворения потребностей урбанизации в землепользовании и ресурсах.

Наряду с манипулированием землей в соответствии с потребностями человека, природные водные ресурсы, такие как реки и ручьи, также изменяются в городских учреждениях. Модификация может прийти в виде плотин, искусственных каналов и даже разворота рек. Городские районы в естественных условиях пустыни часто приносят воду из отдаленных районов для поддержания численности населения и, вероятно, окажут влияние на местный пустынный климат. Изменение водных систем в городских районах также приводит к уменьшению разнообразия водотоков и увеличению загрязнения.

Торговля, судоходство и распространение инвазивных видов

Для удовлетворения потребностей в ресурсах, имеющих важное значение для поддержания городских районов, необходимы как местные перевозки, так и торговля на дальние расстояния. Выбросы углекислого газа при перевозке грузов также способствуют накоплению парниковых газов и отложений веществ в почве и воздухе городской среды. Кроме того, судоходство способствует непреднамеренному распространению живых организмов и вводит их в среду, в которой они не будут обитать естественным образом.

Интродуцированные или чужеродные виды – это популяции организмов, живущих в диапазоне, 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. Чужеродные виды часто не имеют естественных хищников и представляют существенную угрозу для динамики существующих экологических популяций в среде, в которую они интродуцированы. Инвазивные виды опасны из-за способности размножаться с высокой скоростью из-за коротких жизненных циклов, существовать и адаптироваться при высокой плотности.

Такие инвазивные виды многочисленны в городах и включают домовых воробьев, европейских скворцов, коричневых крыс и многих других. Коричневые крысы являются высокоинвазивным видом в городских условиях и обычно встречаются на улицах, где они оказывают множество негативных последствий для инфраструктуры, местных видов и здоровья человека. Они переносят несколько типов паразитов и патогенов, которые могут заразить людей и других животных.

Влияние городских животных на человека

Положительный эффект

Некоторые городские животные могут оказывать положительное влияние на жизнь человека. Выявлено, что присутствие домашних животных может уменьшить стресс, беспокойство и одиночество. Кроме того, некоторые городские животные выступают в качестве хищников для таких животных, как насекомые, вредители и т. д., которые могут быть вредны для человека. Также городские виды могут служить многим другим целям, включая сельское хозяйство, транспорт и защиту.

Негативный эффект

Некоторые городские виды оказывают негативное влияние на человека. Например, продукты жизнедеятельности вредителей и фрагменты кожи могут распространять микробы при попадании в организм человека. Болезни, вызванные вредителями или насекомыми, могут привести к летальному исходу. У некоторых людей аллергия на определенных насекомых, таких как вредители, пчелы, осы, и поэтому воздействие на них вызовет серьезные аллергические реакции.

Изменение биогеохимических циклов

Урбанизация приводит к большому спросу на использование химикатов в промышленности, строительстве, сельском хозяйстве и энергетических услугах. Такие требования оказывают существенное влияние на биогеохимические циклы, что приводит к таким явлениям, как кислотные дожди, эвтрофикация и глобальное потепление. Кроме того, естественные биогеохимические циклы в городской среде могут быть затруднены из-за непроницаемых поверхностей, которые препятствуют возвращению питательных веществ в почву, воду и атмосферу.

Спрос на удобрения для удовлетворения сельскохозяйственных потребностей, 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, вызывают серьезные проблемы в виде сельскохозяйственных стоков, которые изменяют концентрацию этих соединений в местных реках и ручьях, что часто приводит к неблагоприятным последствиям для местных видов. 

Хорошо известным эффектом сельскохозяйственного стока является явление эвтрофикации. Когда химические удобрения из сельскохозяйственных стоков достигают океана, происходит цветение водорослей, а затем быстро отмирает. Биомасса мертвых водорослей разлагается бактериями, которые также потребляют большое количество кислорода, который они получают из воды, создавая «мертвую зону» без кислорода для рыб или других организмов.

Подобно тому, как загрязняющие вещества и изменения в биогеохимическом цикле изменяют речные и океанические экосистемы, они оказывают аналогичное воздействие на воздух. Некоторые из них возникают из-за накопления химических веществ и загрязнения и часто проявляются в городских условиях, что оказывает большое влияние на местные растения и животных. Поскольку городские центры часто считаются точечными источниками загрязнения, неудивительно, что местные растения приспособились противостоять таким условиям.

Изменение климата

Было обнаружено, что городская среда и отдаленные районы демонстрируют уникальные местные температуры, осадки и другую характерную активность из-за множества факторов, таких как загрязнение и измененные геохимические циклы. Некоторыми примерами городского воздействия на климат являются городской остров тепла, эффект оазиса, парниковые газы и кислотные дожди.

Эффект городского острова тепла

Городской остров тепла – это явление, при котором центральные районы городских центров демонстрируют более высокие средние температуры, чем окружающие городские районы. Большая часть этого эффекта может быть связана с низким альбедо города, отражающей способностью поверхности и увеличенной площадью поверхности зданий для поглощения солнечного излучения. Бетонные, цементные и металлические поверхности в городских районах имеют тенденцию поглощать тепловую энергию, а не отражать ее, что способствует повышению температуры в городах. Эффект теплового острова имеет соответствующие экологические последствия для оседлых видов. 

Парниковые газы

Выбросы парниковых газов позволяют людям населять Землю, потому что они улавливают тепло от солнца, чтобы сделать климат пригодным для жизни.

• Углекислый газ является наиболее распространенным парниковым газом и составляет 3/4 выбросов. Он выделяется при сжигании угля, нефти, газа, древесины и других органических материалов.
• Еще одним парниковым газом является метан. Он может поступать со свалок, природного газа или нефтяной промышленности.
• Закись азота составляет около 6% выбросов и может поступать из удобрений, навоза, сжигания сельскохозяйственных отходов и/или топлива. 
• Фторированные газы составляют 2% выбросов парниковых газов и могут поступать из хладагентов, растворителей и т. д.

Чрезмерные выбросы парниковых газов ответственны за большую часть вреда, который можно наблюдать сегодня, включая глобальное потепление, респираторные заболевания из-за загрязнения, вымирание или миграцию определенных видов и т. д. Эти проблемы могут быть уменьшены, если их не решить, отказавшись от использования ископаемого топлива в пользу возобновляемых источников энергии.

Кислотные осадки и загрязнение

Процессы, связанные с городскими районами, приводят к выбросам многочисленных загрязняющих веществ, которые изменяют соответствующие циклы углерода, серы, азота и других элементов. Экосистемы в центре города и вокруг него особенно подвержены влиянию этих точечных источников загрязнения. Высокие концентрации диоксида серы, возникающие в результате промышленных требований урбанизации, приводят к тому, что дождевая вода становится более кислой. Было обнаружено, что такой эффект оказывает значительное влияние на локально затронутые популяции, особенно в водной среде. 

Изменение биоразнообразия в городах

Исследования, проведенные в странах с умеренным климатом, показывают, что в небольших масштабах урбанизация часто увеличивает биоразнообразие неместных видов при одновременном сокращении биоразнообразия местных видов. Обычно это приводит к общему сокращению видового богатства и увеличению общей биомассы и численности видов.

Урбанизация сокращает разнообразие в больших масштабах в городах развитых стран. Однако в тропических городах, несмотря на высокую плотность людей, может сохраняться высокое разнообразие, если небольшие участки мест обитания сохраняются по всему городу. Урбанизация нарушает взаимодействие видов с конкретными особенностями экосистемы, которые наблюдались бы в ее естественной среде обитания.

Разнообразие, как правило, немного сокращается на промежуточных и низких уровнях урбанизации, но всегда значительно сокращается на высоких уровнях урбанизации. Эти эффекты наблюдались у позвоночных и беспозвоночных. В то время как растения имеют тенденцию увеличиваться с промежуточным и низким уровнями урбанизации.

Последствия урбанизации также зависят от типа и диапазона ресурсов, используемых организмом. Универсальные виды, которые используют широкий спектр ресурсов и могут процветать в широком диапазоне условий жизни, вероятно, выживут в однородных условиях. Специализированные виды, которые используют узкий спектр ресурсов и могут справиться только с узким диапазоном условий жизни, вряд ли справятся с однородными средами. Вероятно, на эти две группы организмов будет оказываться переменное воздействие, поскольку урбанизация изменяет однородность среды обитания. Удивительно, но сообщалось, что исчезающие виды растений встречаются в широком спектре городских экосистем, многие из которых являются новыми экосистемами.