Экологическая инженерия

См. Также: Экологическая инженерия

Железнодорожные пути с травяным покрытием

Экологическая инженерия использует экологию и инженерию для прогнозирования, проектирования, строительства или восстановления и управления экосистемами , которые интегрируют « человеческое общество с его природной средой на благо обоих».

Истоки, ключевые понятия, определения и приложения.

Экологическая инженерия возникла как новая идея в начале 1960-х годов, но на ее уточнение ушло несколько десятилетий. Ее реализация все еще находится в стадии корректировки, а более широкое признание в качестве новой парадигмы появилось относительно недавно. Экологическую инженерию представили Говард Одум и другие. как использование природных источников энергии в качестве основного ресурса для манипулирования и контроля экологических систем. Истоки экологической инженерии лежат в работах Одума по экологическому моделированию и симуляции экосистем для выявления целостных макромоделей энергетических и материальных потоков, влияющих на эффективное использование ресурсов.

Митч и Йоргенсен к самопроектированию обобщил пять основных концепций, которые отличают экологическую инженерию от других подходов к решению проблем на благо общества и природы: 1) она основана на способности экосистем ; 2) это может быть полевое (или кислотное) испытание экологических теорий; 3) опирается на системные подходы; 4) сохраняет невозобновляемые источники энергии; и 5) он поддерживает экосистему и биологическую охрану .

Митч и Йоргенсен были первыми, кто определил экологическую инженерию как разработку социальных услуг, приносящих пользу обществу и природе, а позже отметили дизайн должен быть системным, устойчивым и интегрировать общество с его природной средой.

Берген и др. определил экологическую инженерию как: 1) использование экологической науки и теории; 2) применимо ко всем типам экосистем; 3) адаптация методов инженерного проектирования; и 4) признание системы руководящих ценностей.

Барретт (1999) предлагает более буквальное определение этого термина: «проектирование, строительство, эксплуатация и управление (то есть инженерия) ландшафтными/водными структурами и связанными с ними растительными и животными сообществами (то есть экосистемами) на благо человечества и, зачастую, природы. " Барретт продолжает: «Другие термины с эквивалентными или схожими значениями включают экотехнологию и два термина, наиболее часто используемые в области борьбы с эрозией : биоинженерия почвы и биотехническая инженерия. Однако не следует путать экологическую инженерию с « биотехнологией » при описании генной инженерии на клеточном уровне. уровень, или « биоинженерия », означающая создание искусственных частей тела».

Приложения в экологической инженерии можно разделить на три пространственных масштаба: 1) мезокосмы (от ~0,1 до сотен метров); 2) экосистемы (~от одного до десятков км); и 3) региональные системы (> десятков км). Сложность конструкции, вероятно, возрастает с увеличением пространственного масштаба. Приложения становятся все шире и глубже и, вероятно, влияют на определение этой области, поскольку исследуются все больше возможностей для проектирования и использования экосистем в качестве интерфейса 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 микробные, рыбные и растительные услуги для переработки сточных вод человека в такие продукты, как удобрения, цветы и питьевая вода . Применение экологической инженерии в городах возникло в результате сотрудничества с другими областями, такими как ландшафтная архитектура , городское планирование и городское садоводство . ООН для решения проблем здоровья человека и биоразнообразия, как это предусмотрено Целями устойчивого развития , с помощью комплексных проектов, таких как управление ливневыми водами . Применение экологической инженерии в сельских ландшафтах включает очистку водно-болотных угодий. и лесовосстановление общин посредством традиционных экологических знаний . Пермакультура является примером более широкого применения, которое возникло как отдельные дисциплины экологической инженерии, где Дэвид Холмгрен ссылается на влияние Говарда Одума на развитие пермакультуры.

Рекомендации по проектированию, функциональные классы и принципы проектирования

Экологическое инженерное проектирование объединит системную экологию с процессом инженерного проектирования . Инженерное проектирование обычно включает формулировку проблемы (цель), анализ проблемы (ограничения), поиск альтернативных решений, принятие решения среди альтернатив и спецификацию полного решения. Структура временного проектирования предоставлена ​​Мэтлоком и др., Заявляя, что проектные решения рассматриваются в экологическом времени. При выборе между альтернативами проект должен учитывать экологическую экономику при оценке проекта. и признать ведущую систему ценностей, которая способствует биологическому сохранению, принося пользу обществу и природе.

Экологическая инженерия использует системную экологию с инженерным проектированием для получения целостного представления о взаимодействиях внутри общества и природы и между ними. Моделирование экосистемы с помощью языка энергетических систем (также известного как язык энергетических цепей или энергия) Говарда Одума является одной из иллюстраций этого подхода к экологии систем. Эта разработка и моделирование целостной модели определяет интересующую систему, определяет границы системы и показывает, как энергия и материалы перемещаются в систему, внутри нее и из нее, чтобы определить, как использовать возобновляемые ресурсы посредством экосистемных процессов и повысить устойчивость. Система, которую она описывает, представляет собой совокупность (т. е. группу) компонентов (т. е. частей), связанных определенным типом взаимодействия или взаимосвязей, 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, использовать возобновляемые источники энергии и ресурсы и повышать устойчивость.

Митч и Йоргенсен определил пять функциональных классов для экологических инженерных проектов:

1. Экосистема используется для уменьшения/решения проблемы загрязнения. Пример: фиторемедиация, заболоченные территории для сточных вод и биоудержание ливневых вод для фильтрации избыточных питательных веществ и загрязнений металлами.
2. Экосистема имитируется или копируется для решения проблемы ресурсов. Пример: восстановление лесов , замена водно-болотных угодий и установка дождевых садов на улицах для расширения навеса и оптимизации охлаждения жилых и городских районов.
3. Экосистема восстановилась после нарушения. Пример: восстановление шахтных земель, восстановление озер и восстановление водных ресурсов каналов со зрелыми прибрежными коридорами.
4. Экосистема модифицирована экологически безопасным способом. Пример: выборочная заготовка древесины, биоманипуляции и внедрение хищных рыб для сокращения планктоноядных рыб, увеличения количества зоопланктона, потребления водорослей или фитопланктона и осветления воды.
5. Экосистемы используются с пользой, не нарушая баланса. Пример: устойчивые агроэкосистемы, многовидовая аквакультура и внедрение агролесомелиоративных участков в жилую недвижимость для производства первичной продукции на нескольких вертикальных уровнях.

Митч и Йоргенсен идентифицировано 19 принципов проектирования экологической инженерии, однако не ожидается, что все они внесут вклад в какой-либо отдельный проект:

1. Структура и функции экосистемы определяются принудительными функциями системы;
2. Поступление энергии в экосистемы и доступные запасы энергии в экосистеме ограничены;
3. Экосистемы — открытые и диссипативные системы (не термодинамический баланс энергии, вещества, энтропии, а самопроизвольное возникновение сложной, хаотической структуры);
4. Внимание к ограниченному числу управляющих/контролирующих факторов является наиболее стратегически важным для предотвращения загрязнения или восстановления экосистем;
5. Экосистема обладает некоторой гомеостатической способностью, которая приводит к сглаживанию и подавлению эффектов сильно варьирующихся факторов воздействия;
6. Сопоставить пути переработки с нормами экосистем и снизить последствия загрязнения;
7. Проектирование для импульсных систем, где это возможно;
8. Экосистемы — это самопроектирующиеся системы;
9. Экосистемные процессы имеют характерные временные и пространственные масштабы, которые необходимо учитывать при природопользовании;
10. Биоразнообразие следует поддерживать для поддержания способности экосистемы к самостоятельному проектированию;
11. Экотоны, переходные зоны, так же важны для экосистем, как мембраны для клеток;
12. Взаимодействие между экосистемами следует использовать везде, где это возможно;
13. Компоненты экосистемы взаимосвязаны, взаимосвязаны и образуют сеть; рассмотреть как прямые, так и косвенные усилия по развитию экосистем;
14. Экосистема имеет историю развития;
15. Экосистемы и виды наиболее уязвимы на своих географических окраинах;
16. Экосистемы представляют собой иерархические системы и являются частью более крупного ландшафта;
17. Физические и биологические процессы интерактивны, важно знать как физические, так и биологические взаимодействия и правильно их интерпретировать;
18. Экотехнологии требуют целостного подхода, максимально интегрирующего все взаимодействующие части и процессы;
19. Информация в экосистемах хранится в структурах.

Митч и Йоргенсен определили следующие соображения перед реализацией экологического инженерного проекта:

• Создать концептуальную модель для определения частей природы, связанных с проектом;
• Внедрить компьютерную модель для моделирования воздействия и неопределенности проекта;
• Оптимизируйте проект, чтобы уменьшить неопределенность и увеличить положительный эффект.

Академическая программа (колледжи)

Академическая программа была предложена по экологической инженерии, и учреждения по всему миру начинают программы. Ключевыми элементами этой учебной программы являются: экологическая инженерия ; системная экология ; восстановительная экология ; экологическое моделирование ; количественная экология; экономика экологической инженерии и технические факультативы . Первая в мире программа бакалавриата по экологической инженерии была официально оформлена в 2009 году в Университете штата Орегон .

Этот набор курсов дополняют обязательные курсы по физическим, биологическим и химическим предметам, а также комплексный опыт проектирования. По мнению Мэтлока и др., проект должен выявить ограничения, охарактеризовать решения в экологическом времени и включить экологическую экономику в оценку проекта. Экономика экологической инженерии была продемонстрирована с использованием энергетических принципов для водно-болотных угодий. и использование оценки питательных веществ для молочной фермы

См. также

• Облесение
• Агроэкология
• Агролесомелиорация
• Аналоговое лесное хозяйство
• Биомасса (экология)
• Буферная полоса
• Построенные водно-болотные угодья
• Энергоэффективное благоустройство
• Экологическая инженерия
• Лесное хозяйство
• Лесное садоводство
• Великая зеленая стена
• Защитный пояс Великих равнин (1934-)
• Великий план преобразования природы - пример прикладной экологической инженерии 1940-х и 1950-х годов.
• живая изгородь
• Домашние сады
• Экология человека
• Макроинженерия
• Песчаный забор
• Теплица с морской водой
• Устойчивое сельское хозяйство
• черная земля
• Программа «Укрытие леса трех северов»
• Дикое ремесло
• Ветрозащита

Литература

• Говард Т. Одум (1963), Труды «Человек и экосистема», Локвудская конференция по пригородным лесам и экологии, в: Bulletin Connecticut Agric. Станция .
• В. Дж. Митч и С. Е. Йоргенсен (1989). Экологическая инженерия: введение в экотехнологию . Нью-Йорк: Джон Уайли и сыновья .
• У. Дж. Митч (1993), Экологическая инженерия — «совместная роль с планетарными системами жизнеобеспечения» . Экологическая наука и технология 27: 438-445.
• КР Барретт (1999). «Экологическая инженерия в водных ресурсах: преимущества сотрудничества с природой». Водный Интернационал . 24 : 182–188. дои : 10.1080/02508069908692160 .
• ПК Кангас (2004). Экологическая инженерия: принципы и практика . Бока-Ратон, Флорида: Lewis Publishers, CRC Press . ISBN  978-1566705998 .
• В. Дж. Митч и С. Е. Йоргенсен (2004). Экологическая инженерия и восстановление экосистем . Нью-Йорк: Джон Уайли и сыновья. ISBN  978-0471332640 .
• Х.Д. ван Бохемен (2004 г.), Экологическая инженерия и гражданское строительство , Докторская диссертация, Делфтский технологический университет, Нидерланды.
• Д. Массе; Дж. Л. Чотте; Э. Скопель (2015). «Экологическая инженерия для устойчивого сельского хозяйства в засушливых и полузасушливых регионах Западной Африки» . Тематическая карточка CSFD (11): 2. Архивировано из оригинала 23 апреля 2016 г. Проверено 23 марта 2019 г.

Внешние ссылки

• Что такое «экологическая инженерия»? Веб-текст, Группа экологической инженерии, 2007.
• Веб-сайт студенческого общества экологической инженерии , EESS, Университет штата Орегон, 2011 г.
• Веб-текст по экологической инженерии , подготовленный Центром водно-болотных угодий Говарда Т. Одума при Университете Флориды, 2007 г.

Организации

• Американское экологическое инженерное общество , домашняя страница.
• Веб-сайт студенческого общества экологической инженерии , EESS, Университет штата Орегон, 2011 г.
• Американское общество профессиональных инженеров водно-болотных угодий , домашняя страница, вики.
• Экологическая инженерная группа , домашняя страница.
• Домашняя страница Международного экологического инженерного общества .

Научные журналы

• Экологическая инженерия с 1992 года, с общим описанием специальности.
• Ландшафтно-экологическая инженерия с 2005 года.
• Журнал экологического инженерного проектирования. Этот журнал, официально выпущенный в 2021 году, предлагает бриллиантовый формат открытого доступа (бесплатно для читателя, бесплатно для авторов). Это официальный журнал Американского общества экологической инженерии, выпускаемый при поддержке библиотек Университета Вермонта.