Ekologisk ingenjörskonst

Se även: Miljöteknik
Combino VAG auf Rasengleis.jpg

Ekologisk ingenjörskonst använder ekologi och ingenjörskonst för att förutsäga, designa, konstruera eller återställa och hantera ekosystem som integrerar " det mänskliga samhället med sin naturliga miljö till gagn för båda".

Ursprung, nyckelbegrepp, definitioner och tillämpningar

Ekologisk ingenjörskonst dök upp som en ny idé i början av 1960-talet, men dess definition har tagit flera decennier att förfina, dess implementering håller fortfarande på att justeras, och dess bredare erkännande som ett nytt paradigm är relativt nyligen. Ekologisk ingenjörskonst introducerades av Howard Odum och andra som att använda naturliga energikällor som den dominerande insatsen för att manipulera och kontrollera miljösystem. Ursprunget till ekologisk ingenjörskonst ligger i Odums arbete med ekologisk modellering och ekosystemsimulering för att fånga holistiska makromönster av energi- och materialflöden som påverkar en effektiv resursanvändning.

ekosystemens självdesignande förmåga ; 2) det kan vara fälttestet (eller surt) av ekologiska teorier; 3) det förlitar sig på systemmetoder; 4) den bevarar icke-förnybara energikällor ; och 5) det stöder ekosystem och biologiskt bevarande .

Mitsch och Jorgensen var de första som definierade ekologisk ingenjörskonst som att designa samhällstjänster så att de gynnar samhället och naturen, och noterade senare att designen borde vara systembaserad, hållbar och integrera samhället med sin naturliga miljö.

Bergen et al. definierad ekologisk ingenjörskonst som: 1) att använda ekologisk vetenskap och teori; 2) gäller alla typer av ekosystem; 3) anpassning av tekniska designmetoder; och 4) erkänna ett vägledande värdesystem.

Barrett (1999) erbjuder en mer bokstavlig definition av termen: "design, konstruktion, drift och förvaltning (det vill säga ingenjörskonst) av landskaps-/vattenstrukturer och tillhörande växt- och djursamhällen (det vill säga ekosystem) för att gynna mänskligheten och, ofta naturen." Barrett fortsätter: "andra termer med likvärdiga eller liknande betydelser inkluderar ekoteknik och två termer som oftast används inom erosionskontrollområdet : markbioteknik och bioteknisk ingenjörskonst. Ekologisk ingenjörskonst bör dock inte förväxlas med " bioteknik " när man beskriver genteknik på cellulära nivå, eller " bioteknik " som betyder konstruktion av konstgjorda kroppsdelar."

Tillämpningarna inom ekologisk teknik kan klassificeras i tre rumsliga skalor: 1) mesokosmos (~0,1 till hundratals meter); 2) ekosystem (~1 till 10s km); och 3) regionala system (>10s km). Komplexiteten i designen ökar sannolikt med den rumsliga skalan. Tillämpningar ökar i bredd och djup, och påverkar sannolikt fältets definition, eftersom fler möjligheter att designa och använda ekosystem som gränssnitt mellan samhälle och natur utforskas. Implementeringen av ekologisk ingenjörskonst har fokuserat på skapandet eller återställandet av ekosystem, från förstörda våtmarker till flercelliga badkar och växthus som integrerar mikrobiella, fisk- och växttjänster för att bearbeta mänskligt avloppsvatten till produkter som gödningsmedel, blommor och dricksvatten . Tillämpningar av ekologisk ingenjörskonst i städer har uppstått från samarbete med andra områden som landskapsarkitektur , stadsplanering och stadsträdgårdsodling , för att ta itu med människors hälsa och biologisk mångfald, enligt målen för FN:s mål för hållbar utveckling , med holistiska projekt som dagvattenhantering . Tillämpningar av ekologisk ingenjörskonst i lantliga landskap har inkluderat behandling av våtmarker och återplantering av skog genom traditionell ekologisk kunskap . Permakultur är ett exempel på bredare tillämpningar som har dykt upp som distinkta discipliner från ekologisk ingenjörskonst, där David Holmgren citerar Howard Odums inflytande i utvecklingen av permakultur.

Designriktlinjer, funktionsklasser och designprinciper

Ekologisk ingenjörsdesign kommer att kombinera systemekologi med processen för ingenjörsdesign . Ingenjörsdesign involverar vanligtvis problemformulering (mål), problemanalys (restriktioner), sökning av alternativa lösningar, beslut bland alternativ och specifikation av en komplett lösning. En tidsmässig designram tillhandahålls av Matlock et al., där designlösningarna beaktas i ekologisk tid. I valet mellan alternativ bör designen inkludera ekologisk ekonomi i designutvärderingen och erkänna ett vägledande värdesystem som främjar biologiskt bevarande, till gagn för samhälle och natur.

Ekologisk teknik använder systemekologi med ingenjörsdesign för att få en helhetssyn på samspelet inom och mellan samhälle och natur. Ekosystemsimulering med Energy Systems Language (även känt som energikretsspråk eller energese) av Howard Odum är en illustration av detta systemekologiska tillvägagångssätt. Denna holistiska modellutveckling och simulering definierar systemet av intresse, identifierar systemets gränser och diagrammer hur energi och material rör sig in i, inom och ut ur ett system för att identifiera hur man kan använda förnybara resurser genom ekosystemprocesser och öka hållbarheten. Systemet det beskriver är en samling (dvs en grupp) av komponenter (dvs delar), sammankopplade genom någon typ av interaktion eller inbördes förhållande, som kollektivt svarar på någon stimulans eller efterfrågan och uppfyller något specifikt syfte eller funktion. Genom att förstå systemekologi kan den ekologiska ingenjören mer effektivt designa med ekosystemkomponenter och processer inom designen, utnyttja förnybar energi och resurser och öka hållbarheten.

Mitsch och Jorgensen identifierade fem funktionsklasser för ekologiska tekniska konstruktioner:

  1. Ekosystem som används för att minska/lösa föroreningsproblem. Exempel: fytoremediering, avloppsvatten våtmark och bioretention av dagvatten för att filtrera överskott av näringsämnen och metallföroreningar
  2. Ekosystem imiterat eller kopierat för att lösa resursproblem. Exempel: skogsrestaurering , ersättning av våtmarker och installation av regnträdgårdar på gatorna för att utöka täcket för att optimera kylning av bostäder och städer
  3. Ekosystemet återhämtat sig efter störning. Exempel: restaurering av gruvmark, sjörestaurering och vattenrestaurering av kanaler med mogna strandkorridorer
  4. Ekosystem modifierat på ett ekologiskt sunt sätt. Exempel: selektiv timmerskörd, biomanipulation och introduktion av rovfiskar för att minska plankätande fisk, öka djurplankton, konsumera alger eller växtplankton och klarna vattnet.
  5. Ekosystem används till nytta utan att förstöra balansen. Exempel: hållbara agro-ekosystem, vattenbruk med flera arter och införande av agroskogsbruk i bostadsfastigheter för att generera primärproduktion på flera vertikala nivåer.

Mitsch och Jorgensen identifierade 19 designprinciper för ekologisk ingenjörskonst, men alla förväntas inte bidra till någon enskild design:

  1. Ekosystemstruktur och funktion bestäms av påtvingande funktioner i systemet;
  2. Energitillförseln till ekosystemen och tillgänglig lagring av ekosystemet är begränsad;
  3. Ekosystem är öppna och dissipativa system (inte termodynamisk balans mellan energi, materia, entropi, utan spontant uppträdande av komplex, kaotisk struktur);
  4. Att uppmärksamma ett begränsat antal styrande/kontrollerande faktorer är mest strategiskt för att förhindra föroreningar eller återställa ekosystem;
  5. Ekosystem har en viss homeostatisk förmåga som resulterar i att utjämna och dämpa effekterna av starkt varierande input;
  6. Matcha återvinningsvägar till ekosystemens nivåer och minska föroreningseffekterna;
  7. Design för pulserande system där så är möjligt;
  8. Ekosystem är självdesignande system;
  9. Ekosystems processer har karakteristiska tids- och rumsskalor som bör beaktas i miljöförvaltningen;
  10. Biologisk mångfald bör kämpas för att upprätthålla ett ekosystems egendesignkapacitet;
  11. Ekotoner, övergångszoner, är lika viktiga för ekosystem som membran för celler;
  12. Koppling mellan ekosystem bör utnyttjas där så är möjligt;
  13. Komponenterna i ett ekosystem är sammankopplade, relaterade till varandra och bildar ett nätverk; överväga direkta såväl som indirekta ansträngningar för ekosystemutveckling;
  14. Ett ekosystem har en historia av utveckling;
  15. Ekosystem och arter är mest sårbara vid sina geografiska kanter;
  16. Ekosystem är hierarkiska system och är delar av ett större landskap;
  17. Fysiska och biologiska processer är interaktiva, det är viktigt att känna till både fysiska och biologiska interaktioner och att tolka dem rätt;
  18. Ekoteknik kräver ett helhetsgrepp som integrerar alla samverkande delar och processer så långt det är möjligt;
  19. Information i ekosystem lagras i strukturer.

Mitsch och Jorgensen identifierade följande överväganden innan de implementerade en ekologisk ingenjörsdesign:

  • Skapa konceptuell modell för att bestämma de delar av naturen som är kopplade till projektet;
  • Implementera en datormodell för att simulera projektets effekter och osäkerhet;
  • Optimera projektet för att minska osäkerheten och öka den positiva effekten.

Akademisk läroplan (högskolor)

En akademisk läroplan har föreslagits för ekologisk teknik, och institutioner runt om i världen startar program. Nyckelelement i denna läroplan är: miljöteknik ; systemekologi ; restaurering ekologi ; ekologisk modellering ; kvantitativ ekologi; ekologisk ingenjörsekonomi och tekniska valfria ämnen .

Som komplement till denna uppsättning kurser finns förkunskapskurser i fysikaliska, biologiska och kemiska ämnesområden och integrerade designupplevelser. Enligt Matlock et al. bör designen identifiera begränsningar, karakterisera lösningar i ekologisk tid och införliva ekologisk ekonomi i designutvärdering. Ekonomin för ekologisk ingenjörskonst har visats med hjälp av energiprinciper för en våtmark, och med hjälp av näringsvärde för en mjölkgård

Se även

Litteratur

  • Howard T. Odum (1963), "Man and Ecosystem" Proceedings, Lockwood Conference on the Suburban Forest and Ecology, i: Bulletin Connecticut Agric. Station .
  • WJ Mitsch och SE Jørgensen (1989). Ekologisk teknik: En introduktion till ekoteknik . New York: John Wiley and Sons .
  • WJ Mitsch (1993), Ekologisk ingenjörskonst - "en samarbetsroll med de planetära livsuppehållande systemen. Environmental Science & Technology 27:438-445.
  • KR Barrett (1999). "Ekologisk ingenjörskonst i vattenresurser: Fördelarna med att samarbeta med naturen". Water International . 24 : 182–188. doi : 10.1080/02508069908692160 .
  •   PC Kangas (2004). Ekologisk teknik: principer och praxis . Boca Raton, Florida: Lewis Publishers, CRC Press . ISBN 978-1566705998 .
  •   WJ Mitsch och SE Jørgensen (2004). Ekologisk teknik och ekosystemåterställning . New York: John Wiley and Sons. ISBN 978-0471332640 .
  • HD van Bohemen (2004), Ecological Engineering and Civil Engineering works , Doktorsavhandling TU Delft, Nederländerna.
  • D. Massa; JL Chotte; E. Scopel (2015). "Ekologisk ingenjörskonst för hållbart jordbruk i torra och semirida västafrikanska regioner" . Fiche thématique du CSFD (11): 2.

externa länkar

Organisationer

Vetenskapliga tidskrifter

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Ecological_engineering&oldid=1138311156 "