Inżynieria ekologiczna - Ecological engineering
Inżynieria ekologiczna wykorzystuje ekologię i inżynierię do przewidywania, projektowania, konstruowania lub przywracania ekosystemów, które integrują „ społeczeństwo ludzkie z jego środowiskiem naturalnym z korzyścią dla obu”.
Geneza, kluczowe pojęcia, definicje i zastosowania
Inżynieria ekologiczna pojawiła się jako nowa idea na początku lat sześćdziesiątych, ale jej zdefiniowanie zajęło kilkadziesiąt lat, jej wdrożenie wciąż jest dostosowywane, a jej szersze uznanie jako nowego paradygmatu jest stosunkowo nowe. Inżynieria ekologiczna została wprowadzona przez Howarda Oduma i innych jako wykorzystanie naturalnych źródeł energii jako głównego wkładu do manipulowania i kontrolowania systemów środowiskowych. Początki inżynierii ekologicznej tkwią w pracach Odum nad modelowaniem ekologicznym i symulacją ekosystemów w celu uchwycenia holistycznych makrowzorców przepływów energii i materiałów wpływających na efektywne wykorzystanie zasobów.
Mitsch i Jorgensen podsumowali pięć podstawowych koncepcji, które odróżniają inżynierię ekologiczną od innych podejść do rozwiązywania problemów z korzyścią dla społeczeństwa i przyrody: 1) opiera się na zdolności ekosystemów do samodzielnego projektowania ; 2) może to być test terenowy (lub kwasowy) teorii ekologicznych; 3) opiera się na podejściach systemowych; 4) oszczędza nieodnawialne źródła energii ; oraz 5) wspiera ochronę ekosystemów i biologii .
Mitsch i Jorgensen jako pierwsi zdefiniowali inżynierię ekologiczną jako projektowanie usług społecznych z korzyścią dla społeczeństwa i przyrody, a później zauważyli, że projektowanie powinno być oparte na systemach, zrównoważone i integrować społeczeństwo z jego środowiskiem naturalnym.
Bergen i in. zdefiniowana inżynieria ekologiczna jako: 1) wykorzystanie nauk i teorii ekologicznych; 2) zastosowanie do wszystkich typów ekosystemów; 3) dostosowanie metod projektowania inżynierskiego; oraz 4) uznanie systemu wartości przewodnich.
Barrett (1999) podaje bardziej dosłowną definicję tego terminu: „projektowanie, budowa, eksploatacja i zarządzanie (tj. inżynieria) struktur krajobrazowych/wodnych i związanych z nimi społeczności roślinnych i zwierzęcych (tj. ekosystemów) z korzyścią dla ludzkości i, często natura”. Barrett kontynuuje: „inne terminy o równoważnym lub podobnym znaczeniu obejmują ekotechnologię i dwa terminy najczęściej używane w dziedzinie kontroli erozji : bioinżynieria gleby i inżynieria biotechniczna. Jednakże inżynieria ekologiczna nie powinna być mylona z„ biotechnologią ” przy opisie inżynierii genetycznej w komórce poziom, czyli ' bioinżynieria ', co oznacza konstruowanie sztucznych części ciała."
Zastosowania w inżynierii ekologicznej można podzielić na 3 skale przestrzenne: 1) mezokosmosy (~0,1 do setek metrów); 2) ekosystemy (~1 do 10s km); oraz 3) systemy regionalne (>10 km). Złożoność projektu prawdopodobnie wzrasta wraz ze skalą przestrzenną. Zastosowania stają się coraz szersze i bardziej szczegółowe i prawdopodobnie wpływają na definicję tej dziedziny, ponieważ bada się więcej możliwości projektowania i wykorzystywania ekosystemów jako interfejsów między społeczeństwem a naturą. Wdrażanie inżynierii ekologicznej koncentrowało się na tworzeniu lub przywracaniu ekosystemów, od zdegradowanych terenów podmokłych po wielokomórkowe wanny i szklarnie, które integrują usługi mikrobiologiczne, rybne i roślinne w celu przetwarzania ścieków ludzkich na produkty takie jak nawozy, kwiaty i woda pitna . Zastosowania inżynierii ekologicznej w miastach powstały w wyniku współpracy z innymi dziedzinami, takimi jak architektura krajobrazu , urbanistyka i ogrodnictwo miejskie , w celu rozwiązania problemu ludzkiego zdrowia i bioróżnorodności, zgodnie z celami zrównoważonego rozwoju ONZ , z holistycznymi projektami, takimi jak zarządzanie wodami opadowymi . Zastosowania inżynierii ekologicznej w krajobrazach wiejskich obejmują oczyszczanie terenów podmokłych i ponowne zalesianie społeczności dzięki tradycyjnej wiedzy ekologicznej . Permakultura jest przykładem szerszych zastosowań, które wyłoniły się jako odrębne dyscypliny z inżynierii ekologicznej, gdzie David Holmgren przytacza wpływ Howarda Oduma na rozwój permakultury.
Wytyczne projektowe, klasy funkcjonalne i zasady projektowania
Ekologiczne projektowanie inżynierskie połączy ekologię systemów z procesem projektowania inżynierskiego . Projektowanie inżynierskie zazwyczaj obejmuje sformułowanie problemu (cel), analizę problemu (ograniczenia), wyszukiwanie rozwiązań alternatywnych, podejmowanie decyzji wśród alternatyw i specyfikację kompletnego rozwiązania. Matlock i in. dostarczają tymczasowe ramy projektowe, stwierdzając, że rozwiązania projektowe są rozważane w czasie ekologicznym. Wybierając między alternatywami, projekt powinien uwzględniać ekonomię ekologiczną w ocenie projektu i uznawać system wartości przewodnich, który promuje ochronę biologiczną, z korzyścią dla społeczeństwa i przyrody.
Inżynieria ekologiczna wykorzystuje ekologię systemów z projektowaniem inżynierskim, aby uzyskać całościowy obraz interakcji w obrębie społeczeństwa i natury oraz między nimi. Symulacja ekosystemu za pomocą języka systemów energetycznych (znanego również jako język obwodów energetycznych lub energese) autorstwa Howarda Oduma jest jedną z ilustracji tego podejścia do ekologii systemów. Ten holistyczny model rozwoju i symulacji definiuje interesujący system, identyfikuje granice systemu i przedstawia diagramy, w jaki sposób energia i materiały przemieszczają się do, wewnątrz i na zewnątrz systemu, aby określić, jak wykorzystać zasoby odnawialne poprzez procesy ekosystemowe i zwiększyć zrównoważony rozwój. System, który opisuje, jest zbiorem (tj. grupą) komponentów (tj. części), połączonych jakimś rodzajem interakcji lub wzajemnych powiązań, które zbiorowo odpowiadają na jakiś bodziec lub żądanie i spełniają określony cel lub funkcję. Dzięki zrozumieniu ekologii systemów inżynier ekologii może wydajniej projektować z elementami ekosystemu i procesami w projekcie, wykorzystywać energię i zasoby odnawialne oraz zwiększać zrównoważony rozwój.
Mitsch i Jorgensen zidentyfikowali pięć klas funkcjonalnych dla projektów inżynierii ekologicznej:
- Ekosystem wykorzystywany do redukcji/rozwiązania problemu zanieczyszczenia. Przykład: fitoremediacja, podmokłe ścieki i bioretencja wody deszczowej w celu odfiltrowania nadmiaru składników odżywczych i zanieczyszczeń metalami
- Ekosystem imitowany lub kopiowany w celu rozwiązania problemu z zasobami. Przykład: rekultywacja lasu, wymiana terenów podmokłych i instalowanie ogrodów deszczowych od strony ulicy w celu rozszerzenia zadaszenia w celu optymalizacji chłodzenia w budynkach mieszkalnych i miejskich
- Ekosystem odrodził się po zakłóceniach. Przykład: rekultywacja gruntów kopalnianych, rekultywacja jezior i rekultywacja kanałów wodnych z dojrzałymi korytarzami nadbrzeżnymi
- Ekosystem zmodyfikowany w sposób ekologiczny. Przykład: selektywne pozyskiwanie drewna, biomanipulacja i wprowadzanie ryb drapieżnych w celu zmniejszenia ilości ryb planktożernych, zwiększenia ilości zooplanktonu, spożycia glonów lub fitoplanktonu oraz klarowania wody.
- Ekosystemy wykorzystywane dla korzyści bez niszczenia równowagi. Przykład: zrównoważone agroekosystemy, wielogatunkowa akwakultura oraz wprowadzanie działek rolno-leśnych do nieruchomości mieszkalnych w celu generowania produkcji pierwotnej na wielu poziomach pionowych.
Mitsch i Jorgensen zidentyfikowali 19 zasad projektowania dla inżynierii ekologicznej, ale nie oczekuje się, że wszystkie przyczynią się do pojedynczego projektu:
- Struktura i funkcja ekosystemu są określane przez wymuszające funkcje systemu;
- Nakłady energii do ekosystemów i dostępne magazynowanie ekosystemu są ograniczone;
- Ekosystemy to systemy otwarte i rozpraszające (nie termodynamiczna równowaga energii, materii, entropia, ale spontaniczne pojawianie się złożonej, chaotycznej struktury);
- Zwrócenie uwagi na ograniczoną liczbę czynników regulujących/kontrolujących jest najbardziej strategiczne w zapobieganiu zanieczyszczeniom lub przywracaniu ekosystemów;
- Ekosystem ma pewną zdolność homeostatyczną, która powoduje wygładzenie i zmniejszenie skutków silnie zmiennych wejść;
- Dopasuj ścieżki recyklingu do tempa ekosystemów i zmniejsz skutki zanieczyszczenia;
- Projektowanie dla systemów pulsacyjnych wszędzie tam, gdzie to możliwe;
- Ekosystemy to samoprojektujące się systemy;
- Procesy ekosystemów mają charakterystyczne skale czasowe i przestrzenne, które należy uwzględnić w zarządzaniu środowiskiem;
- Należy wspierać różnorodność biologiczną, aby utrzymać zdolność ekosystemu do samodzielnego projektowania;
- Ekotony, strefy przejściowe, są tak samo ważne dla ekosystemów jak błony komórkowe;
- W miarę możliwości należy wykorzystywać sprzężenie między ekosystemami;
- Składniki ekosystemu są ze sobą połączone, wzajemnie powiązane i tworzą sieć; rozważyć bezpośrednie i pośrednie wysiłki na rzecz rozwoju ekosystemu;
- Ekosystem ma historię rozwoju;
- Ekosystemy i gatunki są najbardziej narażone na ich geograficznych krawędziach;
- Ekosystemy są systemami hierarchicznymi i są częścią większego krajobrazu;
- Procesy fizyczne i biologiczne są interaktywne, ważne jest, aby znać interakcje fizyczne i biologiczne i właściwie je interpretować;
- Ekotechnologia wymaga holistycznego podejścia, które integruje wszystkie współdziałające ze sobą części i procesy tak dalece, jak to możliwe;
- Informacje w ekosystemach są przechowywane w strukturach.
Mitsch i Jorgensen zidentyfikowali następujące kwestie przed wdrożeniem ekologicznego projektu inżynierskiego:
- Stworzenie modelu koncepcyjnego określenia części przyrody związanych z projektem;
- Wdrożenie modelu komputerowego do symulacji wpływów i niepewności projektu;
- Zoptymalizuj projekt, aby zmniejszyć niepewność i zwiększyć korzystne skutki.
Program akademicki (uczelnie)
Zaproponowano akademicki program nauczania inżynierii ekologicznej, a instytucje na całym świecie rozpoczynają programy. Kluczowymi elementami tego programu nauczania są: inżynieria środowiska ; ekologia systemów ; ekologia restauracyjna ; modelowanie ekologiczne ; ekologia ilościowa; ekonomia inżynierii ekologicznej i fakultety techniczne .
Uzupełnieniem tego zestawu kursów są kursy wstępne z przedmiotów fizycznych, biologicznych i chemicznych oraz zintegrowane doświadczenia projektowe. Według Matlocka i in. projekt powinien identyfikować ograniczenia, charakteryzować rozwiązania w czasie ekologicznym oraz uwzględniać ekonomię ekologiczną w ocenie projektu. Ekonomia inżynierii ekologicznej została wykazana przy użyciu zasad energetycznych dla terenów podmokłych oraz przy użyciu wyceny składników odżywczych w gospodarstwie mleczarskim
Literatura
- Howard T. Odum (1963), „Man and Ecosystem” Proceedings, Lockwood Conference on the Suburban Forest and Ecology, w: Bulletin Connecticut Agric. Stacja .
- WJ Mitsch i SE Jørgensen (1989). Inżynieria ekologiczna: wprowadzenie do ekotechnologii . Nowy Jork: John Wiley i Synowie .
- WJ Mitsch (1993), Inżynieria ekologiczna — „współpraca z planetarnymi systemami podtrzymywania życia . Environmental Science & Technology 27:438-445.
- KR Barretta (1999). „Inżynieria ekologiczna w zasobach wodnych: Korzyści ze współpracy z naturą”. Woda Międzynarodowa . 24 : 182–188. doi : 10.1080/02508069908692160 .
- PC Kangas (2004). Inżynieria ekologiczna: zasady i praktyka . Boca Raton, Floryda: Lewis Publishers, CRC Press . Numer ISBN 978-1566705998.
- WJ Mitsch i SE Jørgensen (2004). Inżynieria ekologiczna i odbudowa ekosystemów . Nowy Jork: John Wiley i synowie. Numer ISBN 978-0471332640.
- HD van Bohemen (2004), Inżynieria Ekologiczna i Inżynieria Lądowa , Praca doktorska TU Delft, Holandia.
- D. Msza; JL Chotte; E. Scopela (2015). „Inżynieria ekologiczna dla zrównoważonego rolnictwa w suchych i półpustynnych regionach Afryki Zachodniej” . Fiche thematique du CSFD (11): 2.
Zobacz też
- Zalesienie
- Agroekologia
- Agroleśnictwo
- Leśnictwo analogowe
- Biomasa
- Biomasa (ekologia)
- Pasek buforowy
- Wspólna sieć innowacji
- Zbudowany teren podmokły
- Wylesianie
- Wylesianie w okresie rzymskim
- Pustynnienie
- Ekologiczne metody inżynieryjne
- Architektura krajobrazu energooszczędna
- Inżynieria środowiska
- Rolnictwo leśne
- Ogrodnictwo leśne
- Wielka Zielona Ściana
- Schronisko Wielkich Równin (1934- )
- Wielki Plan Przemiany Przyrody – przykład stosowanej inżynierii ekologicznej w latach 40. i 50. XX wieku
- Żywopłot
- ogrody przydomowe
- Ludzka ekologia
- Makroinżynieria
- Megaprojekty
- Permaleśnictwo
- Projekt lasu Sahara
- Ogrodzenie z piasku
- Szklarnia z wodą morską
- Zrównoważone rolnictwo
- Terra preta
- Program Leśny Schronisko Trzy Północy
- Dzikie rzemiosło
- Osłona od wiatru
Bibliografia
Linki zewnętrzne
- Czym jest „inżynieria ekologiczna”? Webtext, Zespół Inżynierii Ekologicznej, 2007.
- Strona internetowa stowarzyszenia studentów inżynierii ekologicznej , EESS, Oregon State University, 2011.
- Tekst internetowy poświęcony inżynierii ekologicznej, Howard T.Odum Center for Wetlands na Uniwersytecie Florydy, 2007.
Organizacje
- Amerykańskie Towarzystwo Inżynierii Ekologicznej , strona główna.
- Strona internetowa stowarzyszenia studentów inżynierii ekologicznej , EESS, Oregon State University, 2011.
- American Society of Professional Wetland Engineers , strona główna, wiki.
- Zespół Inżynierii Ekologicznej , strona główna.
- Strona główna Międzynarodowego Towarzystwa Inżynierii Ekologicznej .
Czasopisma naukowe
- Inżynieria Ekologiczna od 1992 roku, z ogólnym opisem dziedziny.
- Inżynieria Krajobrazu i Ekologii od 2005 roku.