Экология и экологическая безопасность города

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное 

учреждение высшего образования

«ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Инженерно-технологическая академия

Е. А. МАРЬЕВА
О. В. ПОПОВА

ЭКОЛОГИЯ И ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ 

БЕЗОПАСНОСТЬ ГОРОДА

Учебное пособие

Ростов-на-Дону – Таганрог

Издательство Южного федерального университета

2018

УДК 504.05(075.8)
ББК 20.1Я73

М25

Печатается по решению кафедры экологии и безопасности жизнедея
тельности Института управления в экономических, экологических 

и социальных системах Южного федерального университета 

(протокол № 5 от 18 декабря 2017 г.)

Рецензенты:

зав. кафедрой безопасности жизнедеятельности и защиты окружающей 
среды Донского государственного технического университета, кандидат 

химических наук, доцент О. В. Дымникова

профессор кафедры техносферной безопасности и химии Южного федерального университета доктор технических наук, доцент Л. П. Милешко

Марьева, Е. А.

М25
Экология и экологическая безопасность города : учебное пособие / 

Е. А. Марьева, О. В. Попова ; Южный федеральный университет. –
Ростов-на-Дону ; Таганрог : Издательство Южного федерального 
университета, 2018. – 107 с.

ISBN 978-5-9275-3098-4
Учебное пособие содержит полное и систематическое изложение материала, 

входящего в учебную программу дисциплины «Экология и экологическая безопасность города», изучаемой студентами направления «Землеустройство и кадастры». Последовательно рассматриваются основные разделы экологии и 
экологической безопасности города с учетом актуальной концепции «умного» 
города.

Предназначено для студентов различных направлений подготовки, для 

которых учебным планом предусмотрено изучение экологических дисциплин, а 
также для лиц, самостоятельно изучающих экологию городской среды и вопросы 
экологической безопасности.

УДК 504.05(075.8)

ББК 20.1Я73

ISBN 978-5-9275-3098-4

© Южный федеральный университет, 2018
© Марьева Е. А., Попова О. В., 2018
© Оформление. Макет. Издательство

Южного федерального университета, 2018

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ..................................................................................................4

1. ЭКОЛОГИЯ .............................................................................................5

1.1. Экология как наука ...........................................................................5
1.2. Основные законы и терминология экологической

науки ...................................................................................................9

1.3. Популяции........................................................................................13
1.4. Биоценозы ........................................................................................16
1.5. Биосфера. Учение В. И. Вернадского о биосфере .......................24
1.6. Устойчивость экологических систем. Экологические 

проблемы..........................................................................................31

2. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ГОРОДА.............................40

2.1. Урбанизация и формирование городской среды .........................40
2.2. Экологические проблемы городской среды.................................45

3. КОНЦЕПЦИЯ УМНОГО ГОРОДА В СИСТЕМЕ 

ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ГОРОДА.............................64

3.1. Роль информационно-компьютерных технологий 

в развитии концепции «умного» города .......................................66

3.2. Интернет вещей...............................................................................71
3.3. Характеристики умного города .....................................................74
3.4. Управление водными ресурсами...................................................76
3.5. Управление отходами.....................................................................91

ЗАКЛЮЧЕНИЕ .......................................................................................100

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.......................................................................102

ВВЕДЕНИЕ

Человечество существует в условиях окружающей его природной сре
ды. Технологии и научный прогресс позволяют нам изменять природу и 
условия жизнедеятельности, приводя окружающую среду (ОС) в соответствие с потребностями общества. Однако бесконтрольное и агрессивное 
изменение ОС поставило перед человеком ряд вопросов, решение которых 
необходимо в самое ближайшее время. К ним относятся, прежде всего, вопросы возникающих экологических кризисов, урбанизация, глобальные 
процессы изменения биосферы, ее устойчивости. Благоприятное разрешение этих вопросов необходимо для осуществления комфортного существования и включение человека в биосферу.

Решением и исследованием вопросов, связанных с взаимодействием 

человека и ОС, занимается наука экология. Более узкие ее разделы, такие 
как защита окружающей среды, урбоэкология и др., решают задачи 
совместного существования всех компонентов системы человек – ОС, 
человек – биосфера.

Вопросы экологии и взаимодействия человека и окружающей среды 

занимают важное место в научно-исследовательской деятельности современного общества, создано большое количество научной1 и научнопопулярной2 литературы, цель которой наиболее разносторонне осветить 
указанные вопросы.

Данное учебное пособие призвано помочь в освоении дисциплины 

«Экология и экологическая безопасность города», сформировать у студентов компетенции, направленные на решение проблем экологии городских 
систем и методов создания городской среды, а также поддержания ее 
функционирования как комплекса природных, антропогенных, ландшафтных и социально-экономических факторов; познакомить с новейшими 
технологиями в области экологии и экологической безопасности городских 
систем.

1 Дроздов В. В. Общая экология: учебное пособие. Санкт-Петербург: РГГМУ, 

2011. 412 с; Фридман, В. С. Глобальный экологический кризис. Москва: МГУ, 2017. 
448 с.; Тетиор, А. Н. Городская экология: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений 
/ А. Н. Тетиор. 3-е изд., стер. Москва: Издательский центр «Академия», 2008. 336 с.

2 Донелла Медоуз, Йорген Рандерс, Деннис Медоуз. Пределы роста: 30 лет спустя 

/ Пер. с англ. Москва: ИКЦ «Академкнига», 2012. 342 с.; Аткиссон А. Как устойчивое 
развитие может изменить мир / Пер. с англ. Москва: БИНОМ, 2012. 455 с.; Мюррей Р. Цель 
– Zero Waste / Пер. с англ. Москва: ОМННО «Совет Гринпис», 2004. 232 с.

1. ЭКОЛОГИЯ

1.1. Экология как наука

Экология – это наука, занимающаяся изучением взаимодействия и 

функционирования живых систем с окружающей средой на различных 
уровнях существования жизни, начиная с надорганизменного и заканчивая 
глобальным, т. е. биосферой. 

Термин «экология» впервые был употреблен немецким зоологом 

Э. Геккелем в середине XIX в. (1866). Геккель определял термин «экология» как науку о доме, от греческого «ойкос» – дом и «логос» – наука. Однако наиболее употребительным он стал только в конце XIX – начале XX в.
Так американский эколог, один из основателей экологической науки, 
Ю. Одум в своем труде «Экология»3 (1886), раскрывающем фундаментальные основы новой науки, трактует термин «экология» как область знания,
объединяющую в себе ряд наук об устройстве и функционировании многоуровневых природных систем, а также науки об обществе. Данное Одумом 
определение экологии на настоящее время наиболее полно соответствует 
современному пониманию этой науки.

Как и другие междисциплинарные науки, экология опирается на фун
даментальные основы ряда других наук. Наибольшее пресечение экология, 
относящаяся к разряду биологических наук, имеет с такими разделами биологии, как зоология, физиология, анатомия, генетика, морфология и другие. 
Наряду с этим экология включает в себя знания наук об обществе, таких 
как социология, философия, психология, эстетика, этика, право, охрана 
труда и другие. С точными и естественными науками экология связана через математику, химию, физику, астрономию, географию, геологию, климатологию. Генетическая связь экологии с другими науками отражена на 
рис. 1.

В связи с тем, что экология является междисциплинарной наукой, ее 

основная роль в современном мире определяется как консолидация различных научных направлений и разделов, а также огромного количества научного и практического материала в одну систему знаний. Систему, которая 

3 Одум Ю. Основы экологии. Москва: Мир, 1975. 740 с.

1. Экология

6

наиболее полно отражала бы взаимоотношения человеческого общества и 
природы (окружающей среды), живого вещества и неживой материи. 

Формирование подобной системы необходимо для наиболее полного 

осознания и понимания тех вызовов, с которыми ежедневно сталкивается 
человечество. В первую очередь это касается понимания современных экологических проблем, выработки экологической методологии и системы рационального природопользования, создания и организации экологического 
образования, а также создание на базе этих знаний экологическиориентированной идеологии.

Экология

География

Климатология

Геология

Социология
Демография

История

Биология

Химия

Медицина

Экономика

Право

Философия

Промышленность

Техника и технологии

Охрана труда

Математика

Физика

Теория систем

Рис. 1. Связь экологии с другими науками

Задачи, которые ставит перед собой современная экология, можно 

подразделить на несколько классов4.

1. Определение и раскрытие экологических законов, которые могут 

описать роль и место человека и общества в биосфере, экосфере. Определение критериев, определяющих гармоничное сосуществования человека и 

4 Экология: учебное пособие для студентов высших учебных заведений и 

бакалавров / А. В. Тотай и др.; под общ. ред. А. В. Тотая. 3-е изд., испр. и доп. Москва: 
Юрайт, 2013. 411 с.

1.1. Экология как наука

7

биосферы, их экологическую совместимость, установление пределов и 
факторов, лимитирующих развитие и распространение техносферы на планете Земля. 

2. Формирование экоцентричной идеологии и мировоззрения людей, 

экологизация сознания. Создание эколого-ориентированного образования, 
права и экономики с целью возможности перехода человеческого общества
к экологически ориентированной постиндустриальной цивилизации.

3. Всесторонний мониторинг и оценка состояния природы планеты и 

ее ресурсов с целью определения порога выносливости живой природы 
планеты – биосферы по отношению к антропогенной нагрузке, т.е. к тем 
помехам и утратам – изъятию биологических ресурсов, загрязнению среды, 
изменениям климата, которые наносятся человеческой деятельностью, и 
выяснение степени обратимости этих изменений.

4. Прогнозирование и моделирование процессов изменений биосферы 

и состояния окружающей среды при разных сценариях экономического и 
социального развития человечества. Выработка критериев оптимизации и 
сценариев развития техносферы, при которых воздействие на биосферу 
сводится к минимуму, к наиболее гармоничному взаимодействию, выбор 
наиболее согласованного с экологическим императивом и экологически 
ориентированного социально-экономического развития общества.

5. Формирование стратегии развития человеческого общества, эконо
мики и технологий, при которых масштабы и характер хозяйственной деятельности находятся в соответствии с экологической выносливостью природы, не нарушают протекание процессов, регулирующих равновесие биосферы, и остановят развитие глобального экологического кризиса.

Для решения поставленных задач в экологии как науке выделяют не
сколько наиболее крупных ветвей экологической науки. Экология подразделяется на общую экологию (биоэкологию), прикладную экологию, геоэкологию, социальную экологию и экологию человека. Каждая ветвь экологии также подразделяется на более мелкие научные направления. Так,
общая экология подразделяется на два больших семейства наук: по таксономическому признаку – экология растений, экология животных, экология 
микроорганизмов. По принципу взаимодействия с окружающей средой в 
общей экологии выделяют следующие науки: 

1. Экология

8

– аутэкология занимается изучением механизмов и процессов взаимо
действия отдельных организмов с окружающей средой; 

– демэкология (экология популяций) – раздел общей экологии, изуча
ющий динамику численности популяций, внутрипопуляционные группировки и их взаимоотношения, а также взаимодействие с окружающей средой;

– синэкология – наука о жизни и процессах, протекающих в биоцено
зах, т. е. многовидовых сообществах животных, растений и микроорганизмов;

– глобальная экология определяется как комплексная научная дисци
плина, сформированная в недавнем прошлом и нацеленная на изучение 
биосферы в целом. Основы этого раздела экологии были заложены в 
1977 г. М. И. Будыко5, главной задачей глобальной экологии является изучение круговоротов веществ в природе и их влияние на развитие биосферы.

Геоэкология, как ветвь экологии, включает в себя семейство наук об 

экологии различных геологических формирований, так выделяют экологию 
суши, морей, пресных вод, лесов и т.д.

В русле прикладной экологии развиваются такие науки, как промыш
ленная, сельскохозяйственная, медицинская и др.

Социальная экология рассматривает вопросы, связанные с экологией 

личности, экологией человечества.

Экология человека рассматривает аспекты взаимодействия человека и 

окружающей его природной среды и включает в себя такие науки, как экология города6 (урбоэкология), аркология (синтез экологии и архитектуры) и 
экология народонаселения.

Структура экологии представлена на рис. 2.

5
Будыко М. И. Современные проблемы экологии. Москва: 1994. 307 с.; 

Будыко М. И. Глобальная экология. Москва: Мысль, 1977. 328 с.

6 Денисов В. В. и др. Экология города: учебное пособие / Под ред. проф. 

В. В. Денисова. М.: ИКЦ «МарТ», Ростов-на-Дону: Издательский центр МарТ, 2008. 
832 с.

1.2. Основные законы и терминология экологической науки

9

Экология 

Экология человека
Прикладная 

экология
Геоэкология 
Социальная 

экология 
Общая экология 

По 

таксономическому 

признаку 

По типу 

взаимодействия 
Экология растений

Экология 
животных

Экология 
микроорганизмов

Аутэкология

Демэкология

Синэкология

Экология суши

Экология моря

Экология леса

Экология пресных 
вод

Экология личночти

Экология 
человечества

Глобальная 
экология

Экология города

Экология 
народонаселения

Аркология

Промышленная 
экология

Медицинская 
экология

Сельскохозяйствен
ная экология

Рис. 2. Структура экологии

1.2. Основные законы и терминология экологической науки

Как и любая наука, экология опирается на ряд законов и имеет свой 

терминологический аппарат. 

Одним из основных понятий экологии является понятие о среде оби
тания. Среда обитания – это часть непосредственно окружающей и взаимодействующей с живым организмом природы. 

Выделяют несколько типов окружающей среды: водная, наземно
воздушная, почвенная и организменная (для паразитарных форм жизни) 
среды. Живые организмы, существующие в определенных природных 
условиях, находятся в зависимости от различных физико-химических, биологических, временных и иных факторов. Такие факторы, оказывающие 
прямое или косвенное воздействие на процессы жизнедеятельности орга