Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Смотрите также: Экологическая инженерия

Экологическая инженерия использует экологию и инженерию для прогнозирования, проектирования, строительства или восстановления экосистем , а также управления ими, которые объединяют « человеческое общество с его естественной средой на благо обоих». [1]

Истоки, ключевые концепции, определения и приложения [ править ]

Экологическая инженерия возникла как новая идея в начале 1960-х годов, но на ее уточнение потребовалось несколько десятилетий, ее реализация все еще находится в процессе корректировки, а ее более широкое признание в качестве новой парадигмы произошло относительно недавно. Экологическая инженерия была представлена Ховардом Одумом и другими [2] как использование природных источников энергии в качестве основного источника для управления и контроля экологических систем. 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 [3] обобщили 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) сберегает невозобновляемые источники энергии ; и 5) он поддерживает экосистемное и биологическое сохранение .

Митч и Йоргенсен [4] первыми определили экологическую инженерию как проектирование социальных услуг, приносящих пользу обществу и природе, и позже отметили [5] [6] [7] [3], что дизайн должен быть системным, устойчивым и интегрировать общество с его естественной средой.

Bergen et al. [8] определили 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) [9] 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) в интересах человечество 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. [10] Реализация экологической инженерии была сосредоточена на создании или восстановлении экосистем, от деградированных водно-болотных угодий до многоклеточных ванн и теплиц, которые объединяют услуги микробов, рыб и растений для обработки сточных вод человека.в такие продукты, как удобрения, цветы и питьевую воду . [11] Применение экологической инженерии в городах явилось результатом сотрудничества с другими областями, такими как ландшафтная архитектура , городское планирование и городское садоводство , [8] для решения проблем здоровья человека и биоразнообразия, как предусмотрено Целями устойчивого развития ООН , с целостными проектами например, управление ливневыми стоками . Применение экологической инженерии в сельских ландшафтах включает обработку водно-болотных угодий [12] и лесовосстановление общин с помощью традиционных экологических знаний .[13] Пермакультура является примером более широких приложений, которые возникли как отдельные дисциплины из экологической инженерии, где Дэвид Холмгрен ссылается на влияние Говарда Одума на развитие пермакультуры.

Рекомендации по проектированию, функциональные классы и принципы проектирования [ править ]

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. [14] Временная структура дизайна представлена ​​Matlock et al., [15] заявив, что проектные решения рассматриваются в экологическом времени. При выборе между альтернативами дизайн должен включать экологическую экономику в оценку дизайна [15] и признавать систему руководящих ценностей, которая способствует сохранению биологических ресурсов, принося пользу обществу и природе. [7][8]

Экологическая инженерия использует системную экологию с инженерным проектированием для получения целостного представления 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. [16]Эта целостная разработка и моделирование модели определяет интересующую систему, определяет границы системы и диаграммы, как энергия и материалы перемещаются в, внутри и из системы, чтобы определить, как использовать возобновляемые ресурсы через экосистемные процессы 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 ресурсов и повышать устойчивость.

Митч и Йоргенсен [3] выделили пять функциональных классов для экологических инженерных проектов:

  1. Экосистема используется для уменьшения / решения проблемы загрязнения. Пример: фиторемедиация, водно-болотные угодья и биологическое удержание ливневых вод для фильтрации избыточных питательных веществ и загрязнения металлов.
  2. Экосистема имитируется или копируется для решения ресурсной проблемы. Пример: восстановление лесов, замена заболоченных территорий и установка дождевых садов на улице для увеличения навеса и оптимизации охлаждения жилых и городских районов.
  3. Экосистема восстановилась после нарушения. Пример: восстановление шахтных земель, восстановление озер и восстановление русловых водоемов со зрелыми прибрежными коридорами.
  4. 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.
  5. 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 [3] определили 19 принципов проектирования для экологической инженерии, но ожидается, что не все они внесут свой вклад в какой-либо отдельный дизайн:

  1. Структура и функции экосистемы определяются принудительными функциями системы;
  2. Ввод энергии в экосистемы и доступное хранилище экосистемы ограничены;
  3. Экосистемы - это открытые и диссипативные системы (не термодинамический баланс энергии, вещества, энтропии, а спонтанное возникновение сложной хаотической структуры);
  4. Внимание к ограниченному количеству управляющих / контролирующих факторов является наиболее стратегическим в предотвращении загрязнения или восстановлении экосистем;
  5. Экосистема обладает некоторой гомеостатической способностью, которая приводит к сглаживанию и подавлению эффектов сильно изменчивых входов;
  6. Согласовать пути рециркуляции с темпами экосистем и уменьшить воздействие загрязнения;
  7. По возможности проектируйте импульсные системы;
  8. Экосистемы - это саморазвивающиеся системы;
  9. Процессы экосистем имеют характерные временные и пространственные масштабы, которые следует учитывать при управлении окружающей средой;
  10. Следует отстаивать биоразнообразие, чтобы поддерживать способность экосистемы самостоятельно проектировать;
  11. Экотоны, переходные зоны, так же важны для экосистем, как мембраны для клеток;
  12. По возможности следует использовать взаимосвязь между экосистемами;
  13. Компоненты экосистемы взаимосвязаны, взаимосвязаны и образуют сеть; учитывать как прямые, так и косвенные усилия по развитию экосистемы;
  14. Экосистема имеет историю развития;
  15. Экосистемы и виды наиболее уязвимы на своих географических окраинах;
  16. Экосистемы представляют собой иерархические системы и являются частями более широкого ландшафта;
  17. Физические и биологические процессы взаимосвязаны, важно знать как физические, так и биологические взаимодействия и правильно их интерпретировать;
  18. Экотехнологии требуют целостного подхода, который максимально интегрирует все взаимодействующие части и процессы;
  19. Информация в экосистемах хранится в структурах.

Митч и Йоргенсен [3] выделили следующие соображения перед внедрением 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) [ править ]

Предложена академическая программа по экологической инженерии [15], 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 . [17]

Этот набор курсов дополняют предварительные курсы по физическим, биологическим и химическим предметам, а также опыт интегрированного проектирования. Согласно Мэтлоку и др., [15] проект должен определять ограничения, характеризовать решения в экологическом времени и включать экологическую экономику в оценку проекта. Экономика экологической инженерии была продемонстрирована с использованием принципов энергии для водно-болотных угодий [18] и с использованием оценки питательных веществ для молочной фермы [19]

Литература [ править ]

  • Ховард Т. Одум (1963), «Человек и экосистема», конференция Локвуда по пригородным лесам и экологии, в: Бюллетень Connecticut Agric. Станция .
  • У. 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 планетарными системами жизнеобеспечения . Наука об окружающей среде и технология 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. Е. Йоргенсен (2004). Экологическая инженерия и восстановление экосистем . Нью-Йорк: Джон Уайли и сыновья. ISBN 978-0471332640.
  • HD van Bohemen (2004 г.), 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.

См. Также [ править ]

  • Облесение
  • Агроэкология
  • Агролесоводство
  • Аналоговое лесное хозяйство
  • Биомасса
  • Биомасса (экология)
  • Буферная полоса
  • Совместная инновационная сеть
  • Построенное водно-болотное угодье
  • 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.
  • Hedgerow
  • Приусадебные участки
  • Экология человека
  • Макроинженерия
  • Мегапроекты
  • Permaforestry
  • Лесной проект Сахары
  • Забор из песка
  • Теплица с морской водой
  • Устойчивое сельское хозяйство
  • Terra preta
  • Лесная программа "Три-север"
  • Дикие ремесла
  • Ветрозащитный экран

Ссылки [ править ]

  1. ^ WJ Митч и С.Е. Йоргенсен (1989), «Введение в экологическую инженерию», В: WJ. Митч и С.Е. Йоргенсен (редакторы), « Экологическая инженерия: введение в экотехнологию» . John Wiley & Sons, Нью-Йорк, стр. 3–12.
  2. ^ HT Odum et al. (1963), Эксперименты с проектированием морских экосистем , в: Публикация Института морских наук Техасского университета , 9: 374-403.
  3. ^ a b c d e W.J. Митч и С.Е. Йоргенсен (2004), «Экологическая инженерия и восстановление экосистем». John Wiley & Sons, Нью-Йорк
  4. ^ WJ Митч и С.Е. Йоргенсен (1989), «Введение в экологическую инженерию» В: WJ Митч и С.Е. Йоргенсен (редакторы), Экологическая инженерия: введение в экотехнологию . John Wiley & Sons, Нью-Йорк, стр. 3–12.
  5. ^ WJ Mitsch (1993), "Экологическая инженерия - Кооператив роль с системами поддержки планетарной жизни" в: Environmental Science & Technology , 27: 438-45.
  6. ^ WJ Mitsch (1996), «Экологическая инженерия: новая парадигма для инженеров и экологов», в: PC Шульце (редактор), инженерии в рамках экологических ограничений . National Academy Press, Вашингтон, округ Колумбия, стр. 114-132.
  7. ^ a b W.J. Mitsch & SE Jørgensen (2003), «Экологическая инженерия: область, время которой пришло», в: Ecological Engineering , 20 (5): 363-377.
  8. ^ а б в С.Д. Bergen et al. (2001), «Принципы проектирования для экологической инженерии», в: Ecological Engineering , 18: 201-210.
  9. Перейти ↑ KR Barrett (1999). «Экологическая инженерия в водных ресурсах: преимущества сотрудничества с природой». Water International . 24 : 182–188. DOI : 10.1080 / 02508069908692160 .
  10. ^ Центр водно-болотных угодий, экологическая инженерия , webtext 2007.
  11. ^ NJ Тодд и Дж. Тодд (1994). От эко-городов к живым машинам: принципы экологического дизайна . Беркли: Североатлантические книги. ISBN 978-1556431500.
  12. ^ AM Нахлик и WJ Mitsch. (2006), «Тропические водно-болотные угодья, в которых доминируют свободно плавающие макрофиты, для улучшения качества воды в Коста-Рике», в: Экологическая инженерия , 28: 246-257.
  13. ^ SAW Diemont и другие (2006), «Управление лесами Ланкандона Майя: восстановление плодородия почвы с использованием местных видов деревьев», в: Экологическая инженерия , 28: 205-212.
  14. ^ Е. В. Крик
  15. ^ a b c d Доктор медицины Мэтлок и другие (2001), «Экологическая инженерия: обоснование стандартизированной учебной программы и профессиональной сертификации в Соединенных Штатах», в: Экологическая инженерия , 17: 403-409.
  16. ↑ Brown, MT (2004). Картинка стоит тысячи слов: язык энергетических систем и моделирование. Экологическое моделирование 178 (1-2), 83-100.
  17. ^ Димонт, SW, Т.Дж. Лоуренс и Т.А. Эндрени. «Предвидение экологического инженерного образования: международный обзор образовательного и профессионального сообщества», Экологическая инженерия, 36 (4): 570-578, 2010. DOI: 10.1016 / j.ecoleng.2009.12.004
  18. ^ С. Тон, HT Odum и JJ Delfino (1998), "Экологическая экономическая оценка альтернатив управления водно-болотными угодьями", в: Экологическая инженерия , 11: 291-302.
  19. ^ C. Писарро и другие, Экономическая оценка технологии скрубберов водорослей для обработки стоков молочного навоза. Экологическая инженерия, 26 (12): 321-327.

Внешние ссылки [ править ]

  • 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 Ховарда Т. Одума при Университете Флориды, 2007.

Организации [ править ]

  • 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 [ править ]

  • Экологическая инженерия с 1992 года, с общим описанием месторождения.
  • Ландшафтная и экологическая инженерия с 2005 года.