Jump to content

Экологическая инженерия

(Перенаправлено из «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». [ 1 ]

Истоки, ключевые понятия, определения и приложения.

[ редактировать ]

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. [ 2 ] как использование природных источников энергии в качестве основного ресурса для манипулирования и контроля экологических систем. Истоки экологической инженерии лежат в работе Одума по экологическому моделированию и симуляции экосистем для выявления целостных макромоделей энергетических и материальных потоков, влияющих на эффективное использование ресурсов.

Митч и Йоргенсен [ 3 ] 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 [ 4 ] были первыми, кто определил экологическую инженерию как разработку социальных услуг, приносящих пользу обществу и природе, а позже отметили [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 3 ] дизайн должен быть системным, устойчивым и интегрировать общество с его природной средой.

Берген и др. [ 8 ] 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) [ 9 ] 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. [ 10 ] 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 . [ 11 ] Применение экологической инженерии в городах возникло в результате сотрудничества с другими областями, такими как ландшафтная архитектура , городское планирование и городское садоводство . [ 8 ] 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. [ 12 ] и лесовосстановление общин посредством традиционных экологических знаний . [ 13 ] 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

[ редактировать ]

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. [ 14 ] Структура временного проектирования предоставлена ​​Мэтлоком и др., [ 15 ] Заявляя, что проектные решения рассматриваются в экологическом времени. При выборе между альтернативами проект должен учитывать экологическую экономику при оценке проекта. [ 15 ] и признать ведущую систему ценностей, которая способствует биологическому сохранению, принося пользу обществу и природе. [ 7 ] [ 8 ]

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. [ 16 ] 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 [ 3 ] 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 загрязнения 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 [ 3 ] 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 [ 3 ] 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)

[ редактировать ]

Академическая программа была предложена по экологической инженерии, [ 15 ] 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 . [ 17 ] Первая в мире программа бакалавриата по экологической инженерии была официально оформлена в 2009 году в Университете штата Орегон . [ 18 ]

Этот набор курсов дополняют обязательные курсы по физическим, биологическим и химическим предметам, а также комплексный опыт проектирования. По мнению Мэтлока и др., [ 15 ] 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. [ 19 ] и использование оценки питательных веществ для молочной фермы [ 20 ]

См. также

[ редактировать ]

Литература

[ редактировать ]
  • 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.
  1. ^ WJ Mitsch и SE Jorgensen (1989), «Введение в экологическую инженерию», В: WJ Mitsch и SE Jorgensen (редакторы), Экологическая инженерия: Введение в экотехнологию . John Wiley & Sons, Нью-Йорк, стр. 3–12.
  2. ^ HT Odum et al. (1963), Эксперименты с инженерией морских экосистем , в: Публикация Института морских наук Техасского университета , 9: 374-403.
  3. ^ Перейти обратно: а б с д и В. Дж. Митч и С. Е. Йоргенсен (2004 г.), «Экологическая инженерия и восстановление экосистем». Джон Уайли и сыновья, Нью-Йорк
  4. ^ WJ Mitsch и SE Jorgensen (1989), «Введение в экологическую инженерию» В: WJ Mitsch и SE Jorgensen (редакторы), Экологическая инженерия: Введение в экотехнологию . John Wiley & Sons, Нью-Йорк, стр. 3–12.
  5. ^ WJ Митч (1993), «Экологическая инженерия - совместная роль с планетарными системами жизнеобеспечения» в: Environmental Science & Technology , 27: 438-45.
  6. ^ WJ Mitsch (1996), «Экологическая инженерия: новая парадигма для инженеров и экологов», В: PC Schulze (редактор), «Инженерия в экологических ограничениях » . National Academy Press, Вашингтон, округ Колумбия, стр. 114–132.
  7. ^ Перейти обратно: а б В. Дж. Митч и С. Е. Йоргенсен (2003), «Экологическая инженерия: область, время которой пришло», в: Ecoological Engineering , 20 (5): 363-377.
  8. ^ Перейти обратно: а б с С.Д. Берген и др. (2001), «Принципы проектирования экологической инженерии», в: Экологическая инженерия , 18: 201-210.
  9. ^ КР Барретт (1999). «Экологическая инженерия в водных ресурсах: преимущества сотрудничества с природой». Водный Интернационал . 24 : 182–188. дои : 10.1080/02508069908692160 .
  10. ^ Центр водно-болотных угодий, экологическая инженерия , веб-текст, 2007 г.
  11. ^ Нью-Джерси Тодд и Дж. Тодд (1994). От экогородов к живым машинам: принципы экологического дизайна . Беркли: Книги Северной Атлантики. ISBN  978-1556431500 .
  12. ^ AM Налик и WJ Митч. (2006), «Тропические очистные водно-болотные угодья, на которых преобладают свободно плавающие макрофиты, для улучшения качества воды в Коста-Рике», в: Ecoological Engineering , 28: 246-257.
  13. ^ SAW Diemont и другие (2006), «Управление лесами майя Ланкандон: восстановление плодородия почвы с использованием местных пород деревьев», в: Ecoological Engineering , 28: 205-212.
  14. ^ E.V. Krik
  15. ^ Перейти обратно: а б с д Доктор медицинских наук Мэтлок и другие (2001), «Экологическая инженерия: обоснование стандартизированной учебной программы и профессиональной сертификации в Соединенных Штатах», в: Ecoological Engineering , 17: 403-409.
  16. ^ Браун, М.Т. (2004) Картинка стоит тысячи слов: язык энергетических систем и моделирование. Экологическое моделирование 178(1-2), 83-100.
  17. ^ Даймонт, С.В., Ти.Дж. Лоуренс и Т.А. Эндрени. «Предвидение экологического инженерного образования: международный опрос образовательного и профессионального сообщества», Ecoological Engineering, 36 (4): 570-578, 2010. DOI: 10.1016/j.ecoleng.2009.12.004
  18. ^ «ОГУ открывает первую степень в области экологического инженерства в США» Жизнь в ОГУ . 6 июля 2009 г. Проверено 27 апреля 2023 г.
  19. ^ С. Тон, Х. Т. Одум и Дж. Дж. Дельфино (1998), «Эколого-экономическая оценка альтернатив управления водно-болотными угодьями», в: Ecoological Engineering , 11: 291-302.
  20. ^ К. Писарро и другие, Экономическая оценка технологии скруббера водорослевого газона для очистки сточных вод от молочного навоза. Экологическая инженерия, 26(12): 321-327.
[ редактировать ]

Организации

[ редактировать ]

Научные журналы

[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: effaa3c9d3e3717670e7014a73dd0cc5__1708638600
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/ef/c5/effaa3c9d3e3717670e7014a73dd0cc5.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Ecological engineering - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)