Podstawy ekologii, TiR, sem. I

Ćwiczenie 4

Temat: Ekologia człowieka. Analiza funkcjonowania miasta jako środowisko życia człowieka i ekosystemu antropogenicznego - 2 godz.

opracował: dr Krzysztof Stepaniuk

1.Definicje

Ekosystem jako podstawowa jednostka stosowana do opisania poziomów ekologicznych. Podział ekosystemów ze względu na stopień naturalności :

- naturalne? (nie były poddawane antropopresji);

- zbliżone do natury (bliska naturalności szata roślinna, Remmert 1980);

- antropogeniczne (stanowią ok. 70% powierzchni Polski, Zimny 2002).

Miasto (urbicenoza) - zespół osadniczy wraz z jego ukształtowaniem geologicznym, zwartą i z reguły planową zabudową, światem ożywionym, podlegający odrębnej administracji, zamieszkały stale przez ludność wykonującą zawody nierolnicze. W związku z ostatnim założeniem miasto nie może pełnić funkcji rolniczych. Miasto jest też antropocenozą tj. układem ekologicznym tworzonym i podtrzymywanym przez człowieka. Inne przykłady antropozenoz to: agrocenozy, uprawy leśne, stawy hodowlane. Cechy miasta (tzw. cechy konstytutywne tj. będące głównym składnikiem czegoś; podstawowe, zasadnicze, istotne):

- znaczne zagęszczenie ludności;

- zwarta zabudowa przeznaczona na różne cele: mieszkaniowe, kulturalne, administracyjne, kultowe, przemysłowe;

- obecność szlaków komunikacyjnych wykorzystywanych do transportu ludności, produktów i odpadów;

- obecność kanalizacji i sieci wodociągowej;

- obecność sieci nadziemnych i podziemnych urządzeń i instalacji związanych z transportem nośników energii;

- pogorszenie stanu środowiska przyrodniczego, będące wynikiem intensywnej antropopresji.

Synantropizacja - proces powstawania przystosowań do samodzielnego, niezależnego od woli człowieka zajmowania przez gatunki dzikich zwierząt osiedli ludzkich lub ich najbliższego otoczenia. Czynniki sprzyjające synantropizacji:

• duże zdolności adaptacyjne

• niski poziom strachu wobec człowieka

• podobieństwo naturalnego środowiska do warunków w otoczeniu człowieka (gatunki synurbilne = blisko człowieka w środowisku miejskim)

Synurbizacja - jest to proces dostosowania się populacji zwierzęcych do specyficznych warunków panujących w miastach.

Antropogenizacja przyrody - proces przekształcania środowiska przyrodniczego pod wpływem działalności człowieka

2. Miasto a ekosystem

Ponad połowa ludności na świecie mieszka obecnie w środowisku miejskim. Miasto jest układem ekologicznym w większości stworzonym i zdominowanym przez człowieka. Podstawowe założenia związane z rozpatrywaniem miasta i ekosystemu:

- funkcjonowanie miasta może być rozpatrywane z punktu widzenia ekosystemu pod warunkiem, że analizowane będą jego (miasta) konkretne systemy ekologiczne; populacja człowieka najczęściej nie jest rozpatrywana (H. sapiens jako Alien);

- funkcjonowanie miasta może być rozpatrywane z punktu widzenia ekosystemu jako całości, łącznie z populacją człowieka. W związku z powyższym rozpatrujemy 2 podstawowe koncepcje:

Koncepcja Andrzejewskiego (1975) - miasto jako mozaika ekosystemów wykształconych w zależności od warunków środowiska i sposobów jego wykorzystania. Populacja ludzka jest włączona ze względu na odmienne źródła pozyskiwania energii (tak na marginesie skąd człowiek czerpie energię??), chociaż produkcja pierwotna jest przez nią w pewien sposób wykorzystywana (np. ogródki przydomowe).

Koncepcja Zimnego (1994) - miasto jako ekosystem zasilany z zewnątrz (otwarty) o z charakterystycznym dopływem materii i energii (część energii pochodzi spoza układu i jest dostarczana przez człowieka), recyklingiem wewnątrz systemu oraz odpływem materii i energii do otoczenia, a także ograniczonym działaniu mechanizmów samoregulacji (zaburzony układ sprzężeń zwrotnyvh). Cechy takiego układu to:

- nadmiernie rozbudowana populacja jednego gatunku;

- zubożony skład gatunkowy biocenozy;

- mały udział układów ekologicznie czynnych (o mniejszej aktywności niż w warunkach naturalnych i seminaturalnych);

- największa aktywność i bogactwo procesów ekologicznych w układach wielowarstwowych;

- niższa wydajność (produktywność) zieleni kultywowanej w stosunku do analogicznych układów w krajobrazie otwartym;

- uzależnienie funkcjonalności systemów ekologicznych od ograniczenia skażeń środowiska.

System miejski tworzą, oprócz uwarunkowań fizjograficznych, populacja człowieka, struktury architektoniczno-urbanistyczne oraz świat roślinny i zwierzęcy. Człowiek jest twórcą miast. Kształtując miasta jest jednocześnie ich częścią i produktem. Tworząc ekosystem miejski jednocześnie kształtuje siebie tj. własne postawy i zachowania.

3. Funkcjonowanie ekosystemu naturalnego i miejskiego:

źródło: opracowanie własne

Rys. 1. Funkcjonowanie ekosystemu naturalnego

źródło: opracowanie własne

Rys. 2. Funkcjonowanie ekosystemu miejskiego

4. Stan zróżnicowania gatunkowego biocenoz miejskich. Ekosystem uszkadzany poprzez wprowadzenie do niego różnorakich czynników pochodzenia ludzkiego traci ze swojego składu gatunki najbardziej wrażliwe na toksyczne działanie danych substancji. Generalnie działalność człowieka zakłóca funkcjonowanie poszczególnych poziomów troficznych. Zanik bioróżnorodności następuje w wyniku przekroczenia progu tolerancji ekologicznej organizmów. Tolerancja ekologiczna to zdolność przystosowania organizmów do zmian fizyczno-chemicznych czynników środowiska (temperatury, światła, wilgotności, poziomu zanieczyszczeń, kwasowości środowiska) zgodnie z prawem Justusa von Liebiga, (tzw. prawo minimum; sformułowane w XIX), w myśl którego o stanie organizmu, jego wzroście i rozwoju decyduje ten spośród pierwiastków lub czynników niezbędnych do jego czynności życiowych, który dostępny jest w najmniejszej ilości. Generalnie organizmy mogą charakteryzować się szerokim (eurybionty) i wąskim (stenobionty) zakresem tolerancji dla zmienności czynników środowiska. Poziom tolerancji ekologicznej jest uwarunkowany genetycznie.

Dlaczego gatunki nie występują powszechnie??

Rys. 3. Przyczyny zróżnicowania gatunkowego w ekosystemach

Ze względu na charakter zmian antropogenicznych fauna i flora miejska (tzw. flora i fauna synantropijna) jest niezbyt zróżnicowana gatunkowo. Fauna synantropijna składa się z:

- gatunków, które przetrwały okres zabudowy i przystosowały się do życia w nowych warunkach środowiskowych (np. nietoperze),

- gatunków stale bytujących w mieście (np. psy, koty, gryzonie),

- gatunków, które wnikają do aglomeracji miejskiej z innych środowisk (wiewiórki, mewy, kaczki),

- gatunków wprowadzonych świadomie lub mimowolnie przez człowieka, które zaadaptowały się do specyficznych wymagań ekologicznych panujących w mieście  (np. gołębie: sierpówka).

     Najliczniejszą grupę zwierząt stanowią owady: np. pluskwiaki: kowal bezskrzydły, muchówki: plujka pospolita, błonkówki: trzmiel, osa, chrząszcze: biedronka dwukropka, strąkowiec fasolowy, mrówki: rudnica, pajęczaki: kątnik domowy większy i motyle. W budynkach mieszkalnych pospolicie występuje: rybik cukrowy i zaleszczotek pospolity.

Flora synantropijna to:

- zbiorowiska ruderalne, które mając bardzo małe wymagania środowiskowe porasta m.in. szczeliny murów, szpary w bruku ulicznym i gruzowiska. Jest to np. tasznik pospolity, komosa biała i bylica pospolita,

- zbiorowiska pionierskie - złożone z terofitów (rośliny jednoroczne) występujące na podłożach całkowicie sztucznych o wysokim natężeniu antropopresji;

- zbiorowiska nitrofilne lub kalcyfilne;

- zbiorowiska dywanowe - występujące na poboczach dróg, ścieżkach, placach zabaw, boiskach sportowych, itp.

- zbiorowiska segetalne - związane z polami uprawnymi, ogrodami, sadami, a także parkami miejskimi. Są to z reguły rośliny jednoroczne i dwuletnie.

     Na powierzchniach drzew i głazów narzutowych rosną ponadto porosty (między innymi złotorost ścienny, chrobotek palczasty), z których część pełni rolę bioindykatorów zanieczyszczeń atmosferycznych (tzw. zjawisko lichenoindykacji).

5. Specyfika biotopu miejskiego

Miasto jest nietypowym układem o środowisku charakteryzującym się wieloma zmianami w stosunku do obszarów nim nie będących. Dotyczy to zmian w warunkach biotycznych i abiotycznych, czyli:

- kseryzacji (rozumianej jako osuszanie i ocieplanie się) klimatu;

- toksykacji atmosfery, gleby, wody oraz organizmów żywych.

Powyższe zmiany wynikają z faktu występowania pod wpływem działalności człowieka:

- obniżania się poziomu wód gruntowych i zmiany ich parametrów fizyko - chemicznych,

- zanieczyszczenia i obniżania się jakości wód powierzchniowych i gruntowych,

- zanieczyszczeń przemysłowych w ekosystemach wodnych (ścieki przemysłowe, zrzuty podgrzanej wody),

- eutrofizacji (przeżyźnienia) siedlisk,

- emisji gazów i pyłów,

- emisji hałasu,

- transportu,

- pożarów.

a. Charakterystyka klimatu miasta

Klimat decyduje o ilości energii która może być użytkowana w procesach ekologicznych. Dlatego też ma decydujący wpływa na ukształtowanie szaty roślinnej, ogółu fauny oraz warunków biotopu. Klimat miasta i związane z nim zjawiska atmosferyczne są uwarunkowane występowaniem następujących czynników:

- statycznych (np. zabudowy miejskiej);

- dynamicznych (wynikających z emisji zanieczyszczeń).

Cechy klimatu miejskiego:

- podwyższona, w stosunku do otaczających obszarów pozamiejskich, temperatura (tzw. „wyspy ciepła” związane ze sposobem pokrycia terenu, kumulacją zanieczyszczeń i gazów cieplarnianych, zabudową);

- mniejsze niż na obszarach pozamiejskich roczne amplitudy temperatury; jest to wywołane:

• wzrostem promieniowania zwrotnego do atmosfery;

• zmiana charakterystyki termicznej podłoża;

• zakłóceniem wymiany ciepła (zmniejszenie prędkości wiatru w mieście o ok. 10-20% w skali rocznej; ograniczonej prędkość wiatry towarzyszą niekiedy, szczególnie na obszarach blokowisk, b. silne porywy);

• emisją ciepła powstałego w wyniku spalania surowców energetycznych.

- podwyższenie sumy opadów rocznych o ok. 20% w stosunku do obszarów pozamiejskich (na skutek częstszej kondensacji pary wodnej na tzw. jądrach kondensacji), nie przyczynia się to jednak do wzrostu poziomu wilgotności w mieście;

- niedobory wilgotności spowodowane spływem powierzchniowym i zmniejszoną retencją;

- zmniejszenie ilości docierającego promieniowania słonecznego (na skutek występowania zanieczyszczeń atmosferycznych).

- występowanie smogu (mgły miejskiej).

b. Charakterystyka gleb miejskich

Na obszarach miejskich występuje bogata mozaika gleb antropogenicznych. Przekształcenia środowiska glebowego powodowane przez człowieka mogą mieć charakter:

- mechaniczny (niszczenie i wymieszanie naturalnych poziomów glebowych),

- organizacyjny (zmiany struktury fizycznej gleb skutkujący zmniejszeniem przepuszczalności i przewiewności; zmiana stosunków wodnych-obniżenie się poziomu i jakości wód gruntowych),

- chemiczny (alkalizacja gleb, skażenie chemiczne gleb, zmiana składu substancji organicznej).

W miastach możemy wyróżnić następujące typy gleb: industroziemy; urbanoziemy. Charakteryzują się one: 1. wysoką zawartością węglanów pochodzących z gruzu, 2. wysokim stężeniem soli, 3. brakiem dobrze wykształconych poziomów genetycznych. Na obrzeżach miast występują z reguły: w ogródkach działkowych gleby ogrodowe (hortisole) oraz gleby regulówkowe (rigosole) powstające w wyniku głębokiej orki i pełnego odwrócenia gleby.

6. Polecenia

1. Odnieś poniższą rycinę do funkcjonowania ekosystemu miejskiego. Poszczególne fazy życia produktu dopasuj do procesów zachodzących w ekosystemie. Uzasadnij swój wybór.

źródło: http://www.epa.gov/climatechange/wycd/waste/lifecycle.html

Rys. 4. Podstawowe stadia życia produktu

2. Na podstawie analizy danych zawartych w Tabeli 2 oceń stopień zanieczyszczenia powietrza we wskazanych miejscach w % dopuszczalnej normy średniorocznej. Uzasadnij lub obal hipotezę tzw. „wysp ciepła”. Obliczenia wykonaj wg wzoru:

norma dopuszczalna D24 - 100%

średnia dobowych pomiarów - x%

x =

100%

Do oceny stanu powietrza zastosuj następującą skalę:

0 - 20% - stan bardzo dobry 41 - 60% - stan średni 61 - 80% - stan dostateczny

21 - 40% - stan dobry 81 - 100% - stan zły > 100% - stan bardzo zły

Tabela 2. Dobowe wskaźniki zanieczyszczenia powietrza w Białymstoku i okolicach (D24-doppuszczalne stężenie średniodobowe)

Stacja pomiarowa	SO2[μg/m^3] (dopuszczalna norma D24: 125 μg/m^3)
		11.03.06	18.03.06	25.03.06	01.04.06
Borsukowizna Gm. Krynki (wieś)	3,5	3,2	0,2	2,0
Białystok, ul. 27 lipca (podmiejska)	14	3,5	5,0	7,0
Białystok, ul. Waszyngtona 16 (miejska)	13,0	7,0	9,0	10,0

na podst.: [Dokument elektroniczny] Tryb dostępu: www.wios.bialystok.pl [Data odwiedzin: 02.04.2006]

3. Na podstawie artykułu „Błyskawice nad miastem” scharakteryzuj zależność pomiędzy częstotliwością występowania wyładowań atmosferycznych a przestrzenną organizacją siedzib ludzkich.

4. Zapoznaj się ze skalą porostową. Możliwe źródła informacji:

- http://www.wodip.opole.pl/eko/eko_biala/bio1a.gif oraz kontynuacja http://www.wodip.opole.pl/eko/eko_biala/bio2a.gif; lub:

- http://www.lozychlin.szkoly.lodz.pl/Geo_przewodnik/images/obrazki/skala.jpg

Zaobserwuj porosty występujące na drzewach rosnących w: A. centrum miasta przy ruchliwej ulicy; B. poza miastem; C. w Parku miejskim w centrum miasta; D. w ogródkach działkowych. Dokładnie określ punkt zebrania informacji (lokalizacja, natężenie ruchu samochodów, sąsiedztwo osiedla mieszkaniowego, elektrociepłowni, zakładu produkcyjnego, itp.).Uzyskane wyniki obserwacji odnieś do zaprezentowanej skali. Zinterpretuj wyniki.

5. Toksykacja atmosfery miejskiej związana jest m.in. z obecnością tlenków azotu i tlenków siarki, które wchodząc w reakcje chemiczne z wodą przyczyniają się do powstawania tzw. „kwaśnych deszczy”. Scharakteryzuj skutki i wpływ tego zjawiska na: a. roślinność, b. wody i faunę wodną, c. organizmy glebowe i strukturę gleby.

6. Ułóż w logiczny ciąg przyczynowo-skutkowy łańcuch zdarzeń powstałych w wyniku spływu do zbiornika podgrzanych wód pochłodniczych (BZT - biologiczne zapotrzebowanie na O₂). Wybór krótko uzasadnij.

7. Literatura

1. Stawicka A. i in. Wybrane zagadnienia ekologiczne. Wydawnictwo SGGW. Warszawa 2004 s. 117-129.

2. www.wios.bialystok.pl

3. Remmert H. Ekologia. PWRiL, Warszawa 1980

4. Zimny H. Ekologia ogólna. Agencja Reklamowo-Wydawnicza, Arkadiusz Grzegorczyk, Warszawa 2002

5. Andrzejewski R., 1975. Problemy kształtowania środowiska w mieście. Wiadomości Ekologiczne vol. 21(3)

6. Karolewski A.M., 1981. Specyfika i status ekologiczny miasta. Wiadomości Ekologiczne vol. 27(1) s. 3-35.

7. Cole S. Błyskawice nad miastem. Świat Nauki 2001(7) s. 15.

http://sjp.pwn.pl/haslo.php?id=25419

[Dokument elektroniczny] Tryb dostępu: www.eionet.eu.int/gemet/concept?langcode=pl&cp=8807 [Data odwiedzin: 20.03.2006]

opracowanie własne

opracowanie własne

[Dokument elektroniczny] Tryb dostępu: http://aneksy.pwn.pl/biologia/1475188_1.html [Data odwiedzin: 13.03.2006]

na podst. WIEM 2006

Krebs Ch. Ekologia. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1997.

[Dokument elektroniczny] Tryb dostępu: www.um.suwalki.pl/PortalVBVS/uploads/srodowisko/załącznik2.doc [Data odwiedzin: 12.02.2006]

tamże.

1

producenci

konsumenci

destruenci

obieg materii i przepływ energii

energia słoneczna

producenci

konsumenci

destruenci

producenci

odpady, zanieczyszczenia

produkty,

informacje,

ludzie

materia,

energia,

ludzie

detrytus

energia słoneczna

Śniecie ryb

Spływ podgrzanych wód

pochłodniczych

Wzrost temperatury

zbiornika o 4 - 8⁰C

Kumulacja martwej

materii organicznej

wzrost BZT - narastające

deficyty tlenowe

Brak synchronizacji z rytmami (zjawiskami) klimatycznymi

Masowe wymieranie

organizmów wodnych

Przyspieszenie tempa

produkcji biologicznej

oraz skrócenie cykli

życiowych organizmów wodnych

---