Экологическая инженерия
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:
- 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.
- 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.
- Экосистема восстановилась после нарушения. Пример: восстановление шахтных земель, восстановление озер и восстановление водных ресурсов каналов со зрелыми прибрежными коридорами.
- 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.
- 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:
- Структура и функции экосистемы определяются принудительными функциями системы;
- Поступление энергии в экосистемы и доступные запасы энергии в экосистеме ограничены;
- Экосистемы — открытые и диссипативные системы (не термодинамический баланс энергии, вещества, энтропии, а самопроизвольное возникновение сложной, хаотической структуры);
- Внимание к ограниченному числу управляющих/контролирующих факторов является наиболее стратегически важным для предотвращения загрязнения или восстановления экосистем;
- Экосистема обладает некоторой гомеостатической способностью, которая приводит к сглаживанию и подавлению эффектов сильно варьирующихся факторов воздействия;
- Сопоставить пути переработки с нормами экосистем и снизить последствия загрязнения;
- Проектирование для импульсных систем, где это возможно;
- Экосистемы — это самопроектирующиеся системы;
- Экосистемные процессы имеют характерные временные и пространственные масштабы, которые необходимо учитывать при природопользовании;
- Биоразнообразие следует поддерживать для поддержания способности экосистемы к самостоятельному проектированию;
- Экотоны, переходные зоны, так же важны для экосистем, как мембраны для клеток;
- Взаимодействие между экосистемами следует использовать везде, где это возможно;
- Компоненты экосистемы взаимосвязаны, взаимосвязаны и образуют сеть; рассмотреть как прямые, так и косвенные усилия по развитию экосистем;
- Экосистема имеет историю развития;
- Экосистемы и виды наиболее уязвимы на своих географических окраинах;
- Экосистемы представляют собой иерархические системы и являются частью более крупного ландшафта;
- Физические и биологические процессы интерактивны, важно знать как физические, так и биологические взаимодействия и правильно их интерпретировать;
- Экотехнологии требуют целостного подхода, максимально интегрирующего все взаимодействующие части и процессы;
- 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 ]- 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
[ 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.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ 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.
- ^ HT Odum et al. (1963), Эксперименты с инженерией морских экосистем , в: Публикация Института морских наук Техасского университета , 9: 374-403.
- ^ 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
- ^ 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.
- ^ WJ Митч (1993), «Экологическая инженерия - совместная роль с планетарными системами жизнеобеспечения» в: Environmental Science & Technology , 27: 438-45.
- ^ 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.
- ^ 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.
- ^ Перейти обратно: а б с С.Д. Берген и др. (2001), «Принципы проектирования экологической инженерии», в: Экологическая инженерия , 18: 201-210.
- ^ КР Барретт (1999). «Экологическая инженерия в водных ресурсах: преимущества сотрудничества с природой». Водный Интернационал . 24 : 182–188. дои : 10.1080/02508069908692160 .
- ^ Центр водно-болотных угодий, экологическая инженерия , веб-текст, 2007 г.
- ^ Нью-Джерси Тодд и Дж. Тодд (1994). От экогородов к живым машинам: принципы экологического дизайна . Беркли: Книги Северной Атлантики. ISBN 978-1556431500 .
- ^ 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.
- ^ SAW Diemont и другие (2006), «Управление лесами майя Ланкандон: восстановление плодородия почвы с использованием местных пород деревьев», в: Ecoological Engineering , 28: 205-212.
- ^ E.V. Krik
- ^ 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.
- ^ Браун, М.Т. (2004) Картинка стоит тысячи слов: язык энергетических систем и моделирование. Экологическое моделирование 178(1-2), 83-100.
- ^ 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
- ^ «ОГУ открывает первую степень в области экологического инженерства в США» Жизнь в ОГУ . 6 июля 2009 г. Проверено 27 апреля 2023 г.
- ^ С. Тон, Х. Т. Одум и Дж. Дж. Дельфино (1998), «Эколого-экономическая оценка альтернатив управления водно-болотными угодьями», в: Ecoological Engineering , 11: 291-302.
- ^ К. Писарро и другие, Экономическая оценка технологии скруббера водорослевого газона для очистки сточных вод от молочного навоза. Экологическая инженерия, 26(12): 321-327.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- 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
[ редактировать ]- 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
[ редактировать ]- 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.