Экологическая инженерия - Ecological engineering
Экологическая инженерия использует экологию и инженерию для прогнозирования, проектирования, строительства или восстановления, а также управления экосистемами, которые объединяют « человеческое общество с его естественной средой на благо обоих».
Истоки, ключевые концепции, определения и применения
Экологическая инженерия возникла как новая идея в начале 1960-х годов, но ее определение потребовалось несколько десятилетий для уточнения, ее реализация все еще подвергается корректировке, а ее более широкое признание в качестве новой парадигмы произошло относительно недавно. Экологическая инженерия была представлена Ховардом Одумом и другими как использование природных источников энергии в качестве основного средства управления экологическими системами и управления ими. Истоки экологической инженерии лежат в работе Одума с экологическим моделированием и симуляцией экосистемы для захвата целостных макростатей потоков энергии и материалов, влияющих на эффективное использование ресурсов.
Митч и Йоргенсен суммировали пять основных концепций, которые отличают экологическую инженерию от других подходов к решению проблем на благо общества и природы: 1) она основана на способности экосистем к самопроектированию ; 2) это может быть полевая (или кислотная) проверка экологических теорий; 3) опирается на системные подходы; 4) сохраняет невозобновляемые источники энергии ; и 5) он поддерживает экосистемное и биологическое сохранение .
Митч и Йоргенсен первыми определили экологическую инженерию как проектирование социальных услуг, приносящих пользу обществу и природе, а позже отметили, что дизайн должен быть системным, устойчивым и объединять общество с его естественной средой.
Bergen et al. определила экологическую инженерию как: 1) использование экологической науки и теории; 2) применимость ко всем типам экосистем; 3) адаптация методов инженерного проектирования; и 4) признание системы руководящих ценностей.
Барретт (1999) предлагает более буквальное определение термина: «проектирование, строительство, эксплуатация и управление (то есть инженерия) ландшафтных / водных структур и связанных с ними сообществ растений и животных (то есть экосистем) на благо человечества и, часто природа ". Барретт продолжает: «другие термины с эквивалентным или похожим значением включают экотехнологию и два термина, наиболее часто используемые в области борьбы с эрозией : биоинженерия почвы и биотехническая инженерия. Однако экологическую инженерию не следует путать с« биотехнологией »при описании генной инженерии на клеточном уровне. уровень, или « биоинженерия », что означает создание искусственных частей тела ».
Приложения в экологической инженерии можно разделить на 3 пространственных масштаба: 1) мезокосмы (от ~ 0,1 до сотен метров); 2) экосистемы (от ~ 1 до 10 км); и 3) региональные системы (> 10 км). Сложность конструкции, вероятно, увеличивается с увеличением пространственного масштаба. Приложения становятся все шире и глубже и, вероятно, влияют на определение области, поскольку исследуются все больше возможностей для проектирования и использования экосистем как интерфейсов между обществом и природой. Внедрение экологической инженерии было сосредоточено на создании или восстановлении экосистем, от деградированных водно-болотных угодий до многоклеточных ванн и теплиц, которые объединяют услуги микробов, рыб и растений для переработки человеческих сточных вод в такие продукты, как удобрения, цветы и питьевая вода . Применение экологической инженерии в городах явилось результатом сотрудничества с другими областями, такими как ландшафтная архитектура , городское планирование и городское садоводство , для решения проблем здоровья человека и биоразнообразия, как предусмотрено Целями устойчивого развития ООН , с целостными проектами, такими как управление ливневыми водами . Применение экологической инженерии в сельских ландшафтах включает обработку водно-болотных угодий и восстановление лесных массивов на основе традиционных экологических знаний . Пермакультура является примером более широких приложений, которые возникли как отдельные дисциплины из экологической инженерии, где Дэвид Холмгрен цитирует влияние Говарда Одума на развитие пермакультуры.
Руководства по дизайну, функциональные классы и принципы дизайна
Экологическое инженерное проектирование объединит экологию систем с процессом инженерного проектирования . Инженерное проектирование обычно включает формулировку проблемы (цель), анализ проблемы (ограничения), поиск альтернативных решений, решение среди альтернатив и спецификацию полного решения. Рамки временного дизайна представлены Matlock et al., Заявив, что проектные решения рассматриваются в экологическом времени. При выборе между альтернативами дизайн должен включать экологическую экономику в оценку дизайна и признавать систему руководящих ценностей, которая способствует биологическому сохранению, принося пользу обществу и природе.
Экологическая инженерия использует системную экологию с инженерным проектированием, чтобы получить целостное представление о взаимодействиях внутри и между обществом и природой. Моделирование экосистемы с помощью языка энергетических систем (также известного как язык энергетических цепей или energese) Ховарда Одума является одной из иллюстраций этого подхода к системной экологии. Эта целостная разработка и моделирование модели определяет интересующую систему, определяет границы системы и схематично показывает, как энергия и материалы перемещаются в, внутри и из системы, чтобы определить, как использовать возобновляемые ресурсы через процессы экосистемы и повысить устойчивость. Система, которую он описывает, представляет собой набор (т. Е. Группу) компонентов (т. Е. Частей), связанных определенным типом взаимодействия или взаимосвязи, которые коллективно реагируют на некоторый стимул или требование и выполняют некоторую конкретную цель или функцию. Понимая системную экологию, инженер-эколог может более эффективно проектировать с использованием компонентов и процессов экосистемы в проекте, использовать возобновляемые источники энергии и ресурсы и повышать устойчивость.
Митч и Йоргенсен выделили пять функциональных классов для экологических инженерных проектов:
- Экосистема используется для уменьшения / решения проблемы загрязнения. Пример: фиторемедиация, водно-болотные угодья и биологическое удержание ливневой воды для фильтрации избыточных питательных веществ и загрязнения металлами.
- Экосистема имитируется или копируется для решения ресурсной проблемы. Пример: восстановление лесов, замена заболоченных территорий и установка дождевых садов на улице для расширения навеса и оптимизации охлаждения жилых и городских районов.
- Экосистема восстановилась после нарушения. Пример: восстановление шахтных земель, восстановление озер и восстановление русловых водоемов со зрелыми прибрежными коридорами.
- Экосистема изменена экологически безопасным образом. Пример: выборочная заготовка древесины, биоманипуляция и введение хищных рыб для уменьшения количества планктоноядных рыб, увеличения зоопланктона, потребления водорослей или фитопланктона и очистки воды.
- Экосистемы используются с пользой без нарушения баланса. Пример: устойчивые агроэкосистемы, многовидовая аквакультура и введение участков агролесоводства в жилую недвижимость для создания первичной продукции на нескольких вертикальных уровнях.
Митч и Йоргенсен определили 19 принципов проектирования для экологической инженерии, но ожидается, что не все они внесут свой вклад в какой-либо отдельный дизайн:
- Структура и функции экосистемы определяются принудительными функциями системы;
- Ввод энергии в экосистемы и доступное хранилище экосистемы ограничены;
- Экосистемы - это открытые и диссипативные системы (не термодинамический баланс энергии, вещества, энтропии, а спонтанное возникновение сложной хаотической структуры);
- Внимание к ограниченному числу управляющих / контролирующих факторов является наиболее стратегическим в предотвращении загрязнения или восстановлении экосистем;
- Экосистема обладает некоторой гомеостатической способностью, которая приводит к сглаживанию и подавлению эффектов сильно изменчивых входов;
- Согласовать пути рециркуляции с темпами экосистем и уменьшить воздействие загрязнения;
- По возможности проектируйте импульсные системы;
- Экосистемы - это саморазвивающиеся системы;
- Процессы экосистем имеют характерные временные и пространственные масштабы, которые следует учитывать при управлении окружающей средой;
- Следует отстаивать биоразнообразие, чтобы поддерживать способность экосистемы самостоятельно проектировать;
- Экотоны, переходные зоны, так же важны для экосистем, как мембраны для клеток;
- По возможности следует использовать взаимосвязь между экосистемами;
- Компоненты экосистемы взаимосвязаны, взаимосвязаны и образуют сеть; учитывать прямые и косвенные усилия по развитию экосистемы;
- Экосистема имеет историю развития;
- Экосистемы и виды наиболее уязвимы на своих географических окраинах;
- Экосистемы представляют собой иерархические системы и являются частями более широкого ландшафта;
- Физические и биологические процессы интерактивны, важно знать как физические, так и биологические взаимодействия и правильно их интерпретировать;
- Экотехнология требует целостного подхода, который максимально интегрирует все взаимодействующие части и процессы;
- Информация в экосистемах хранится в структурах.
Митч и Йоргенсен определили следующие соображения перед реализацией экологического инженерного проекта:
- Создать концептуальную модель определения частей природы, связанных с проектом;
- Внедрить компьютерную модель для моделирования воздействий и неопределенности проекта;
- Оптимизируйте проект, чтобы уменьшить неопределенность и увеличить положительное воздействие.
Академическая программа (колледжи)
Предложена академическая программа по экологической инженерии, и учебные заведения по всему миру начинают программы. Ключевые элементы этой учебной программы: экологическая инженерия ; системная экология ; реставрационная экология ; экологическое моделирование ; количественная экология; экономика экологической инженерии и технические факультативы .
Этот набор курсов дополняют предварительные курсы по физическим, биологическим и химическим предметам, а также опыт комплексного проектирования. Согласно Мэтлоку и др., Проект должен определять ограничения, характеризовать решения в экологическом времени и включать экологическую экономику в оценку проекта. Экономика экологической инженерии была продемонстрирована с использованием принципов энергетики для водно-болотных угодий и с использованием оценки питательных веществ для молочной фермы.
Литература
- Говард Т. Одум (1963), «Человек и экосистема», конференция Локвуда по пригородным лесам и экологии, в: Бюллетень Connecticut Agric. Станция .
- В. Дж. Митч и С. Е. Йоргенсен (1989). Экологическая инженерия: введение в экотехнологию . Нью-Йорк: Джон Уайли и сыновья .
- WJ Mitsch (1993), Экологическая инженерия - «совместная роль с планетными системами жизнеобеспечения . Наука об окружающей среде и технологии 27: 438-445.
- К. Р. Барретт (1999). «Экологическая инженерия в водных ресурсах: преимущества сотрудничества с природой». Water International . 24 : 182–188. DOI : 10.1080 / 02508069908692160 .
- ПК Кангас (2004). Экологическая инженерия: принципы и практика . Бока-Ратон, Флорида: Lewis Publishers, CRC Press . ISBN 978-1566705998.
- У. Дж. Митч и С. Э. Йоргенсен (2004). Экологическая инженерия и восстановление экосистем . Нью-Йорк: Джон Уайли и сыновья. ISBN 978-0471332640.
- HD van Bohemen (2004), Экологическая инженерия и строительные работы , докторская диссертация TU Delft, Нидерланды.
- Д. Массе; JL Chotte; Э. Скопел (2015). «Экологическая инженерия для устойчивого сельского хозяйства в засушливых и полузасушливых регионах Западной Африки» . Fiche thématique du CSFD (11): 2.
Смотрите также
- Облесение
- Агроэкология
- Агролесоводство
- Аналоговое лесное хозяйство
- Биомасса
- Биомасса (экология)
- Буферная полоса
- Совместная инновационная сеть
- Построенные водно-болотные угодья
- Вырубка леса
- Вырубка лесов в римский период
- Опустынивание
- Методы экологической инженерии
- Энергоэффективное озеленение
- Инженерия окружающей среды
- Лесное хозяйство
- Лесное озеленение
- Великая зеленая стена
- Укрытие Великих равнин (1934-)
- Великий план преобразования природы - пример прикладной экологической инженерии 1940-х и 1950-х годов.
- Изгородь
- Приусадебные участки
- Экология человека
- Макроинженерия
- Мегапроекты
- Вечные леса
- Лесной проект Сахары
- Забор из песка
- Теплица с морской водой
- Устойчивое сельское хозяйство
- Терра Прета
- Лесная программа "Три-север"
- Дикие ремесла
- Ветрозащитный экран
Рекомендации
Внешние ссылки
- Что такое «экологическая инженерия»? Webtext, Группа экологической инженерии, 2007.
- Веб-сайт студенческого общества экологической инженерии , EESS, Государственный университет Орегона, 2011 г.
- Веб-текст по экологической инженерии , сделанный Центром водно-болотных угодий Говарда Т. Одума при Университете Флориды, 2007.
Организации
- Американское общество экологической инженерии , домашняя страница.
- Веб-сайт студенческого общества экологической инженерии , EESS, Государственный университет Орегона, 2011 г.
- Американское общество профессиональных инженеров водно-болотных угодий , домашняя страница, вики.
- Группа экологической инженерии , домашняя страница.
- Домашняя страница Международного общества экологической инженерии .
Научные журналы
- Экологическая инженерия с 1992 г., с общим описанием месторождения.
- Ландшафтная и экологическая инженерия с 2005 года.