Ekologické inženýrství - Ecological engineering

Viz také: Environmentální inženýrství

Ekologické inženýrství používá ekologie a inženýrství předvídat, navrhovat, konstruovat nebo obnovovat a spravovat ekosystémy které integrují "lidská společnost s jeho přírodní prostředí ve prospěch obou “.[1]

Počátky, klíčové pojmy, definice a aplikace

Ekologické inženýrství se objevilo jako nová myšlenka na počátku 60. let, ale jeho definování trvalo několik desetiletí, než se zdokonalilo, jeho implementace stále prochází úpravami a jeho širší uznání jako nového paradigmatu je relativně nedávné. Ekologické inženýrství zavedlo Howard Odum a další[2] jako využití přírodní energie zdroje jako převládající vstup pro manipulaci a řízení environmentálních systémů. Počátky ekologického inženýrství spočívají v Odumově práci s ekologickým modelováním a simulací ekosystémů, které mají zachytit holistické makro-vzory energetických a materiálových toků ovlivňujících efektivní využívání zdrojů.

Mitsch a Jorgensen[3] shrnul pět základních konceptů, které odlišují ekologické inženýrství od jiných přístupů k řešení problémů ve prospěch společnosti a přírody: 1) je založen na samo-projektování kapacita ekosystémů; 2) může to být polní (nebo kyselý) test ekologických teorií; 3) spoléhá se na systémové přístupy; 4) konzervuje neobnovitelná energie Zdroje; a 5) podporuje ekosystém a biologická ochrana.

Mitsch a Jorgensen[4] jako první definovali ekologické inženýrství jako návrh společenských služeb tak, aby prospívali společnosti a přírodě, a později si to všimli[5][6][7][3] design by měl být založen na systémech, udržitelný a integrovat společnost s jejím přirozeným prostředím.

Bergen a kol.[8] definované ekologické inženýrství jako: 1) využívající ekologické vědy a teorie; 2) platí pro všechny typy ekosystémů; 3) přizpůsobení metod konstrukčního návrhu; a 4) potvrzení systému řídící hodnoty.

Barrett (1999)[9] nabízí doslovnější definici pojmu: „návrh, konstrukce, provoz a řízení (tj. inženýrství) krajinných / vodních struktur a přidružených rostlinných a živočišných společenství (tj. ekosystémů) ve prospěch lidstva a často i přírody. " Barrett pokračuje: „Mezi další výrazy s ekvivalentním nebo podobným významem patří ekotechnologie a dva termíny nejčastěji používané v EU kontrola eroze obor: bioinženýrství půdy a biotechnické inženýrství. Ekologické inženýrství by se však nemělo zaměňovat s „biotechnologie „když popisujeme genetické inženýrství na buněčné úrovni, nebo“bioinženýrství „znamená konstrukci umělých částí těla.“

Aplikace v ekologickém inženýrství lze rozdělit do 3 prostorových měřítek: 1) mezokosmy (~ 0,1 až stovky metrů); 2) ekosystémy (~ 1 až 10 s km); a 3) regionální systémy (> 10 s km). Složitost návrhu se pravděpodobně zvyšuje s prostorovým měřítkem. Vzhledem k tomu, že je prozkoumáváno více příležitostí navrhovat a používat ekosystémy jako rozhraní mezi společností a přírodou, počet aplikací roste v šíři a hloubce a pravděpodobně ovlivňují definici pole.[10] Implementace ekologického inženýrství se zaměřila na vytvoření nebo obnovu ekosystémů od degradován mokřady do mnohobuněčných van a skleníky které integrují mikrobiální, rybí a rostlinné služby pro zpracování člověka odpadní voda do produktů, jako jsou hnojiva, květiny a pití vody.[11] Aplikace ekologického inženýrství ve městech vyplynuly ze spolupráce s jinými obory, jako je krajinná architektura, územní plánování, a městské zahradnictví,[8] zabývat se lidským zdravím a biologickou rozmanitostí, jak je stanoveno OSN Cíle udržitelného rozvoje s holistickými projekty, jako je hospodaření s dešťovou vodou. Aplikace ekologického inženýrství ve venkovské krajině zahrnovaly úpravu mokřadů[12] a komunita opětovné zalesňování prostřednictvím tradičních ekologických znalostí.[13] Permakultura je příkladem širších aplikací, které se ukázaly jako odlišné disciplíny z ekologického inženýrství, kde David Holmgren uvádí vliv Howard Odum ve vývoji permakultury.

Pokyny k návrhu, funkční třídy a principy návrhu

Ekologické inženýrství se bude kombinovat ekologie systémů s procesem inženýrský design. Inženýrský design obvykle zahrnuje formulaci problému (cíl), analýzu problému (omezení), hledání alternativních řešení, rozhodnutí mezi alternativami a specifikaci kompletního řešení.[14] Časový návrhový rámec poskytuje Matlock et al.,[15] s uvedením návrhových řešení se uvažuje v ekologickém čase. Při výběru mezi alternativami by měl design zahrnovat ekologická ekonomie při hodnocení designu[15] a uznat systém hlavních hodnot, který podporuje biologickou ochranu a je přínosem pro společnost a přírodu.[7][8]

Ekologické inženýrství využívá ekologie systémů s inženýrským designem k získání holistického pohledu na interakce uvnitř a mezi společností a přírodou. Simulace ekosystémů s Jazyk energetických systémů (také známý jako jazyk energetického obvodu nebo energický) Howarda Oduma je jednou z ilustrací tohoto přístupu k ekologii systémů.[16] Tento celostní vývoj a simulace modelu definuje zájmový systém, identifikuje hranice systému a diagramy, jak se energie a materiál přesouvají do, uvnitř a ven ze systému, aby určily, jak využívat obnovitelné zdroje prostřednictvím procesů ekosystému a zvyšovat udržitelnost. Systém, který popisuje, je soubor (tj. Skupina) komponent (tj. Dílů), spojených nějakým typem interakce nebo vzájemného vztahu, který kolektivně reaguje na nějaký podnět nebo poptávku a plní nějaký konkrétní účel nebo funkci. Pochopením ekologie systémů může ekologický inženýr efektivněji navrhovat s komponentami a procesy ekosystémů v rámci návrhu, využívat obnovitelnou energii a zdroje a zvyšovat udržitelnost.

Mitsch a Jorgensen[3] identifikováno pět funkčních tříd pro návrhy ekologického inženýrství:

  1. Ekosystém využívaný ke snižování / řešení problému znečištění. Příklad: fytoremediace, mokřady v odpadních vodách a biologické zadržování dešťové vody k filtrování přebytečných živin a znečištění kovy
  2. Ekosystém napodobený nebo zkopírovaný k řešení problému se zdroji. Příklad: obnova lesa, výměna mokřadů a instalace deštných zahrad na straně ulice za účelem rozšíření krytu vrchlíku pro optimalizaci obytného a městského chlazení
  3. Ekosystém se po narušení zotavil. Příklad: obnova důlní půdy, obnova jezera a vodní obnova kanálu se zralými břehovými chodbami
  4. Ekologicky upravený ekosystém. Příklad: selektivní těžba dřeva, biomanipulace a zavedení dravých ryb ke snížení planktivorních ryb, zvýšení zooplanktonu, konzumaci řas nebo fytoplanktonu a vyčištění vody.
  5. Ekosystémy využívané ve prospěch bez narušení rovnováhy. Příklad: udržitelné agroekosystémy, vícedruhová akvakultura a zavádění agrolesnických ploch do rezidenčních nemovitostí za účelem generování primární produkce na několika vertikálních úrovních.

Mitsch a Jorgensen[3] identifikováno 19 návrhových zásad pro ekologické inženýrství, ale ne u všech se očekává, že přispějí k jakémukoli jednomu návrhu:

  1. Struktura a funkce ekosystému jsou určovány vynucením funkcí systému;
  2. Energetické vstupy do ekosystémů a dostupné úložiště ekosystému jsou omezené;
  3. Ekosystémy jsou otevřené a disipativní systémy (nikoli termodynamická rovnováha energie, hmoty, entropie, ale spontánní vzhled složité chaotické struktury);
  4. Pozornost na omezený počet řídících / kontrolních faktorů je nejstrategičtější v prevenci znečištění nebo obnově ekosystémů;
  5. Ekosystém má určitou homeostatickou schopnost, která vede k vyhlazení a snížení účinků silně proměnlivých vstupů;
  6. Přizpůsobit způsoby recyklace rychlostem ekosystémů a snížit účinky znečištění;
  7. Konstrukce pulzujících systémů, kdykoli je to možné;
  8. Ekosystémy jsou samy navrhující systémy;
  9. Procesy ekosystémů mají charakteristické časové a prostorové měřítka, které by měly být zohledňovány při řízení životního prostředí;
  10. Je třeba prosazovat biologickou rozmanitost, aby byla zachována schopnost vlastního designu ekosystému;
  11. Ekotony, přechodové zóny, jsou pro ekosystémy stejně důležité jako membrány pro buňky;
  12. Spojení mezi ekosystémy by mělo být využíváno, kdykoli je to možné;
  13. Složky ekosystému jsou vzájemně propojeny, vzájemně propojeny a tvoří síť; zvážit přímé i nepřímé snahy o rozvoj ekosystému;
  14. Ekosystém má historii vývoje;
  15. Ekosystémy a druhy jsou nejzranitelnější na svých zeměpisných okrajích;
  16. Ekosystémy jsou hierarchické systémy a jsou součástí větší krajiny;
  17. Fyzikální a biologické procesy jsou interaktivní, je důležité znát fyzikální i biologické interakce a správně je interpretovat;
  18. Ekologická technologie vyžaduje holistický přístup, který co nejvíce integruje všechny vzájemně se ovlivňující části a procesy;
  19. Informace v ekosystémech jsou ukládány do struktur.

Mitsch a Jorgensen[3] identifikoval před implementací ekologického inženýrského návrhu následující úvahy:

  • Vytvořit koncepční model určující části přírody spojené s projektem;
  • Implementovat počítačový model pro simulaci dopadů a nejistoty projektu;
  • Optimalizujte projekt, abyste snížili nejistotu a zvýšili příznivé dopady.

Akademické osnovy (vysoké školy)

Pro ekologické inženýrství bylo navrženo akademické osnovy,[15] a instituce po celém světě zahajují programy. Klíčovými prvky tohoto kurikula jsou: environmentální inženýrství; ekologie systémů; ekologie obnovy; ekologické modelování; kvantitativní ekologie; ekonomika ekologického inženýrství a technická volitelné předměty.[17]

Doplňkem této sady kurzů jsou předpoklady kurzů ve fyzikálních, biologických a chemických oborech a zkušenosti s integrovaným designem. Podle Matlock et al.,[15] design by měl identifikovat omezení, charakterizovat řešení v ekologickém čase a začlenit ekologickou ekonomii do hodnocení designu. Ekonomika ekologického inženýrství byla prokázána pomocí energetických principů pro mokřady.,[18] a využití hodnocení živin pro mléčnou farmu [19]

Literatura

  • Howard T. Odum (1963), „Man and Ecosystem“ Proceedings, Lockwood Conference on the Suburban Forest and Ecology, in: Bulletin Connecticut Agric. Stanice.
  • W. J. Mitsch a S.E. Jørgensen (1989). Ekologické inženýrství: Úvod do ekotechnologie. New York: John Wiley and Sons.
  • W. J. Mitsch (1993), Ekologické inženýrství - „role spolupráce se systémy podpory života na planetě. Věda o životním prostředí a technologie 27:438-445.
  • K. R. Barrett (1999). „Ekologické inženýrství ve vodních zdrojích: výhody spolupráce s přírodou“. Water International. 24: 182–188. doi:10.1080/02508069908692160.
  • P.C. Kangas (2004). Ekologické inženýrství: zásady a praxe. Boca Raton, Florida: Lewis Publishers, CRC Press. ISBN  978-1566705998.
  • W. J. Mitsch a S.E. Jørgensen (2004). Ekologické inženýrství a obnova ekosystémů. New York: John Wiley and Sons. ISBN  978-0471332640.
  • H.D. van Bohemen (2004), Ekologické a stavební práce, Disertační práce TU Delft, Nizozemsko.
  • D. Masse; JL. Chotte; E. Scopel (2015). „Ekologické inženýrství pro udržitelné zemědělství v suchých a polosuchých západoafrických regionech“. Fiche thématique du CSFD (11): 2.

Viz také

Reference

  1. ^ W.J.Mitsch & S.E. Jorgensen (1989), „Úvod do ekologického inženýrství“, In: W. J. Mitsch a S.E. Jorgensen (redaktoři), Ekologické inženýrství: Úvod do ekotechnologie. John Wiley & Sons, New York, s. 3-12.
  2. ^ H.T. Odum a kol. (1963), Experimenty s Engineering of Marine Ecosystems, v: Publikace Institute of Marine Science na University of Texas, 9: 374-403.
  3. ^ A b C d E W. J. Mitsch a S.E. Jorgensen (2004), „Ekologické inženýrství a obnova ekosystémů“. John Wiley & Sons, New York
  4. ^ W. J. Mitsch a S.E. Jorgensen (1989), „Úvod do ekologického inženýrství“ In: W. J. Mitsch a S.E. Jorgensen (redaktoři), Ekologické inženýrství: Úvod do ekotechnologie. John Wiley & Sons, New York, s. 3-12.
  5. ^ W. J. Mitsch (1993), „Ekologické inženýrství - role ve spolupráci se systémy podpory planetárního života“ v: Věda o životním prostředí a technologie, 27: 438-45.
  6. ^ W. J. Mitsch (1996), „Ekologické inženýrství: nové paradigma pro inženýry a ekology“, In: P.C. Schulze (redaktor), Inženýrství v ekologických omezeních. National Academy Press, Washington, D.C., str. 114-132.
  7. ^ A b W.J.Mitsch & S.E. Jørgensen (2003), „Ekologické inženýrství: pole, jehož čas nadešel“, in: Ekologické inženýrství, 20(5): 363-377.
  8. ^ A b C S.D. Bergen a kol. (2001), „Design Principles for Ecological Engineering“, v: Ekologické inženýrství, 18: 201-210.
  9. ^ K. R. Barrett (1999). „Ekologické inženýrství ve vodních zdrojích: výhody spolupráce s přírodou“. Water International. 24: 182–188. doi:10.1080/02508069908692160.
  10. ^ Centrum pro mokřady, Ekologické inženýrství, webtext 2007.
  11. ^ N.J Todd a J. Todd (1994). Od ekologických měst k živým strojům: zásady ekologického designu. Berkeley: North Atlantic Books. ISBN  978-1556431500.
  12. ^ DOPOLEDNE. Nahlik a W. J. Mitsch. (2006), „Tropické úpravy mokřadů ovládaných volně plovoucími makrofyty pro zlepšení kvality vody v Kostarice“, v: Ekologické inženýrství, 28: 246-257.
  13. ^ VIDĚL. Diemont a další (2006), „Lesní správa Lancandon Maya: Obnova úrodnosti půdy pomocí původních druhů stromů“, v: Ekologické inženýrství, 28: 205-212.
  14. ^ E.V. Krik
  15. ^ A b C d M. Mat. Matlock a další (2001), „Ecological Engineering: A Rationale for Standardized Curriculum and Professional Certification in the United States“, in: Ekologické inženýrství, 17: 403-409.
  16. ^ Brown, M.T. (2004) Obrázek stojí za tisíc slov: jazyk energetických systémů a simulace. Ekologické modelování 178 (1-2), 83-100.
  17. ^ Diemont, S.W., T.J. Lawrence a T.A. Endreny. „Envisioning Ecological Engineering Education: An International Survey of the Educational and Professional Community“, Ecological Engineering, 36 (4): 570-578, 2010. DOI: 10.1016 / j.ecoleng.2009.12.004
  18. ^ S. Ton, H.T. Odum & J.J. Delfino (1998), „Ecological Economic Evaluation of Wetland Management Alternatives“, v: Ekologické inženýrství, 11: 291-302.
  19. ^ C. Pizarro a další, Ekonomické posouzení technologie praček na řasy pro čištění odpadních vod z mléka. Ekologické inženýrství, 26 (12): 321-327.

externí odkazy

Organizace

Vědecké časopisy