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Ingeniería ecológica

Vías de ferrocarril con césped

La ingeniería ecológica utiliza la ecología y la ingeniería para predecir, diseñar, construir o restaurar y gestionar ecosistemas que integren " la sociedad humana con su entorno natural para el beneficio de ambos". [1]

Orígenes, conceptos clave, definiciones y aplicaciones.

La ingeniería ecológica surgió como una nueva idea a principios de la década de 1960, pero su definición ha tardado varias décadas en perfeccionarse. Su implementación aún está en proceso de ajuste y su reconocimiento más amplio como nuevo paradigma es relativamente reciente. Howard Odum y otros [2] introdujeron la ingeniería ecológica como la utilización de fuentes de energía naturales como insumo predominante para manipular y controlar los sistemas ambientales. Los orígenes de la ingeniería ecológica se encuentran en el trabajo de Odum con modelos ecológicos y simulación de ecosistemas para capturar macropatrones holísticos de flujos de energía y materiales que afectan el uso eficiente de los recursos.

Mitsch y Jorgensen [3] resumieron cinco conceptos básicos que diferencian la ingeniería ecológica de otros enfoques para abordar problemas en beneficio de la sociedad y la naturaleza: 1) se basa en la capacidad de autodiseño de los ecosistemas ; 2) puede ser la prueba de campo (o ácida) de las teorías ecológicas; 3) se basa en enfoques sistémicos; 4) conserva fuentes de energía no renovables ; y 5) apoya la conservación biológica y de los ecosistemas .

Mitsch y Jorgensen [4] fueron los primeros en definir la ingeniería ecológica como el diseño de servicios sociales de manera que beneficien a la sociedad y a la naturaleza, y luego señalaron [5] [6] [7] [3] que el diseño debe estar basado en sistemas, ser sostenible y integrar la sociedad con su entorno natural.

Bergen et al. [8] definió la ingeniería ecológica como: 1) utilizar la ciencia y la teoría ecológicas; 2) aplicar a todo tipo de ecosistemas; 3) adaptar los métodos de diseño de ingeniería; y 4) reconocer un sistema de valores rectores.

Barrett (1999) [9] ofrece una definición más literal del término: "el diseño, construcción, operación y gestión (es decir, ingeniería) de estructuras paisajísticas/acuáticas y comunidades vegetales y animales asociadas (es decir, ecosistemas) para beneficiar la humanidad y, a menudo, la naturaleza." Barrett continúa: "otros términos con significados equivalentes o similares incluyen ecotecnología y dos términos más utilizados en el campo del control de la erosión : bioingeniería del suelo e ingeniería biotécnica. Sin embargo, la ingeniería ecológica no debe confundirse con ' biotecnología ' cuando se describe la ingeniería genética a nivel celular. nivel, o ' bioingeniería ', es decir, construcción de partes artificiales del cuerpo".

Las aplicaciones en ingeniería ecológica se pueden clasificar en 3 escalas espaciales: 1) mesocosmos (~0,1 a cientos de metros); 2) ecosistemas (~de uno a decenas de kilómetros); y 3) sistemas regionales (>decenas de kilómetros). La complejidad del diseño probablemente aumenta con la escala espacial. Las aplicaciones están aumentando en amplitud y profundidad, y probablemente afecten la definición del campo, a medida que se exploran más oportunidades para diseñar y utilizar ecosistemas como interfaces entre la sociedad y la naturaleza. [10] La implementación de la ingeniería ecológica se ha centrado en la creación o restauración de ecosistemas, desde humedales degradados hasta invernaderos e invernaderos multicelulares que integran servicios microbianos, pesqueros y vegetales para procesar aguas residuales humanas en productos como fertilizantes, flores y bebidas . agua . [11] Las aplicaciones de la ingeniería ecológica en las ciudades han surgido de la colaboración con otros campos como la arquitectura paisajística , la planificación urbana y la horticultura urbana , [8] para abordar la salud humana y la biodiversidad, como lo apuntan los Objetivos de Desarrollo Sostenible de la ONU , con proyectos holísticos. como la gestión de aguas pluviales . Las aplicaciones de la ingeniería ecológica en paisajes rurales han incluido el tratamiento de humedales [12] y la reforestación comunitaria a través del conocimiento ecológico tradicional . [13] La permacultura es un ejemplo de aplicaciones más amplias que han surgido como disciplinas distintas de la ingeniería ecológica, donde David Holmgren cita la influencia de Howard Odum en el desarrollo de la permacultura.

Pautas de diseño, clases funcionales y principios de diseño.

El diseño de ingeniería ecológica combinará la ecología de sistemas con el proceso de diseño de ingeniería . El diseño de ingeniería generalmente implica la formulación de problemas (meta), el análisis de problemas (restricciones), la búsqueda de soluciones alternativas, la decisión entre alternativas y la especificación de una solución completa. [14] Matlock et al. [15] proporcionan un marco de diseño temporal, afirmando que las soluciones de diseño se consideran en el tiempo ecológico. Al seleccionar entre alternativas, el diseño debe incorporar la economía ecológica en la evaluación del diseño [15] y reconocer un sistema de valores rectores que promueva la conservación biológica, beneficiando a la sociedad y la naturaleza. [7] [8]

La ingeniería ecológica utiliza la ecología de sistemas con el diseño de ingeniería para obtener una visión holística de las interacciones dentro y entre la sociedad y la naturaleza. La simulación de ecosistemas con lenguaje de sistemas de energía (también conocido como lenguaje de circuitos de energía o energese) de Howard Odum es un ejemplo de este enfoque de ecología de sistemas. [16] Este desarrollo y simulación de modelo holístico define el sistema de interés, identifica los límites del sistema y diagrama cómo la energía y el material se mueven dentro, dentro y fuera de un sistema para identificar cómo utilizar los recursos renovables a través de procesos ecosistémicos y aumentar la sostenibilidad. El sistema que describe es una colección (es decir, un grupo) de componentes (es decir, partes), conectados por algún tipo de interacción o interrelación, que colectivamente responde a algún estímulo o demanda y cumple algún propósito o función específica. Al comprender la ecología de sistemas, el ingeniero ecológico puede diseñar de manera más eficiente con componentes y procesos del ecosistema dentro del diseño, utilizar energía y recursos renovables y aumentar la sostenibilidad.

Mitsch y Jorgensen [3] identificaron cinco clases funcionales para diseños de ingeniería ecológica:

  1. Ecosistema utilizado para reducir/resolver el problema de la contaminación. Ejemplo: fitorremediación, humedales de aguas residuales y biorretención de aguas pluviales para filtrar el exceso de nutrientes y la contaminación por metales.
  2. Ecosistema imitado o copiado para abordar el problema de recursos. Ejemplo: restauración forestal , reemplazo de humedales e instalación de jardines de lluvia en las calles para extender la cubierta de dosel y optimizar el enfriamiento residencial y urbano.
  3. Ecosistema recuperado después de la perturbación. Ejemplo: restauración de terrenos mineros, restauración de lagos y restauración de canales acuáticos con corredores ribereños maduros
  4. Ecosistema modificado de manera ecológicamente racional. Ejemplo: extracción selectiva de madera, biomanipulación e introducción de peces depredadores para reducir los peces planctívoros, aumentar el zooplancton, consumir algas o fitoplancton y clarificar el agua.
  5. Ecosistemas utilizados para obtener beneficios sin destruir el equilibrio. Ejemplo: agroecosistemas sostenibles, acuicultura de múltiples especies e introducción de parcelas agroforestales en propiedades residenciales para generar producción primaria en múltiples niveles verticales.

Mitsch y Jorgensen [3] identificaron 19 principios de diseño para la ingeniería ecológica, pero no se espera que todos contribuyan a un diseño único:

  1. La estructura y función del ecosistema están determinadas por las funciones forzadas del sistema;
  2. Los aportes de energía a los ecosistemas y el almacenamiento disponible del ecosistema son limitados;
  3. Los ecosistemas son sistemas abiertos y disipativos (no equilibrio termodinámico de energía, materia, entropía, sino aparición espontánea de estructuras complejas y caóticas);
  4. La atención a un número limitado de factores rectores/controladores es más estratégica para prevenir la contaminación o restaurar los ecosistemas;
  5. Los ecosistemas tienen cierta capacidad homeostática que resulta en suavizar y deprimir los efectos de entradas fuertemente variables;
  6. Hacer coincidir las vías de reciclaje con las tasas de los ecosistemas y reducir los efectos de la contaminación;
  7. Diseño para sistemas pulsantes siempre que sea posible;
  8. Los ecosistemas son sistemas que se diseñan a sí mismos;
  9. Los procesos de los ecosistemas tienen escalas temporales y espaciales características que deben tenerse en cuenta en la gestión ambiental;
  10. Se debe defender la biodiversidad para mantener la capacidad de autodiseño de un ecosistema;
  11. Los ecotonos, zonas de transición, son tan importantes para los ecosistemas como las membranas para las células;
  12. Siempre que sea posible debería utilizarse el acoplamiento entre ecosistemas;
  13. Los componentes de un ecosistema están interconectados, interrelacionados y forman una red; considerar esfuerzos directos e indirectos de desarrollo de ecosistemas;
  14. Un ecosistema tiene una historia de desarrollo;
  15. Los ecosistemas y las especies son más vulnerables en sus límites geográficos;
  16. Los ecosistemas son sistemas jerárquicos y forman parte de un paisaje más amplio;
  17. Los procesos físicos y biológicos son interactivos, es importante conocer las interacciones tanto físicas como biológicas e interpretarlas adecuadamente;
  18. La ecotecnología requiere un enfoque holístico que integre en la medida de lo posible todas las partes y procesos que interactúan;
  19. La información en los ecosistemas se almacena en estructuras.

Mitsch y Jorgensen [3] identificaron las siguientes consideraciones antes de implementar un diseño de ingeniería ecológica:

Plan de estudios académico (colegios)

Se ha propuesto un plan de estudios académico para la ingeniería ecológica [15] e instituciones de todo el mundo están iniciando programas. Los elementos clave de este plan de estudios son: ingeniería ambiental ; ecología de sistemas ; ecología de la restauración ; modelado ecológico ; ecología cuantitativa; Economía de la ingeniería ecológica y asignaturas optativas técnicas . [17] El primer programa de Licenciatura en Ingeniería Ecológica del mundo se formalizó en 2009 en la Universidad Estatal de Oregon . [18]

Complementando este conjunto de cursos se encuentran cursos de requisitos previos en áreas temáticas físicas, biológicas y químicas, y experiencias de diseño integrado. Según Matlock et al., [15] el diseño debe identificar restricciones, caracterizar soluciones en tiempo ecológico e incorporar la economía ecológica en la evaluación del diseño. La economía de la ingeniería ecológica se ha demostrado utilizando principios energéticos para un humedal [19] y utilizando la valoración de nutrientes para una granja lechera [20].

Ver también

Literatura

Referencias

  1. ^ WJ Mitsch y SE Jorgensen (1989), "Introducción a la ingeniería ecológica", en: WJ Mitsch y SE Jorgensen (Editores), Ingeniería ecológica: una introducción a la ecotecnología . John Wiley & Sons, Nueva York, págs. 3-12.
  2. ^ HT Odum y col. (1963), Experiments with Engineering of Marine Ecosystems , en: Publicación del Instituto de Ciencias Marinas de la Universidad de Texas , 9: 374-403.
  3. ^ abcde WJ Mitsch y SE Jorgensen (2004), "Ingeniería ecológica y restauración de ecosistemas". John Wiley & Sons, Nueva York
  4. ^ WJ Mitsch y SE Jorgensen (1989), "Introducción a la ingeniería ecológica" En: WJ Mitsch y SE Jorgensen (Editores), Ingeniería ecológica: una introducción a la ecotecnología . John Wiley & Sons, Nueva York, págs. 3-12.
  5. ^ WJ Mitsch (1993), "Ingeniería ecológica: un papel cooperativo con los sistemas de soporte de vida planetarios" en: Ciencia y tecnología ambientales , 27: 438-45.
  6. ^ WJ Mitsch (1996), "Ingeniería ecológica: un nuevo paradigma para ingenieros y ecologistas", en: PC Schulze (Editor), Ingeniería dentro de restricciones ecológicas . Prensa de la Academia Nacional, Washington, DC, págs. 114-132.
  7. ^ ab WJ Mitsch & SE Jørgensen (2003), "Ingeniería ecológica: un campo cuyo momento ha llegado", en: Ingeniería ecológica , 20(5): 363-377.
  8. ^ a b C SD Bergen et al. (2001), "Principios de diseño para la ingeniería ecológica", en: Ingeniería ecológica , 18: 201-210.
  9. ^ KR Barrett (1999). "Ingeniería ecológica en recursos hídricos: Los beneficios de colaborar con la naturaleza". Agua Internacional . 24 : 182–188. doi :10.1080/02508069908692160.
  10. ^ Centro de Humedales, Ingeniería Ecológica , webtext 2007.
  11. ^ Nueva Jersey Todd y J. Todd (1994). De las ecociudades a las máquinas vivas: principios del diseño ecológico . Berkeley: Libros del Atlántico Norte. ISBN 978-1556431500.
  12. ^ AM Nahlik y WJ Mitsch. (2006), “Tratamiento Tropical de Humedales Dominados por Macrófitos de Flotación Libre para el Mejoramiento de la Calidad del Agua en Costa Rica”, en: Ingeniería Ecológica , 28: 246-257.
  13. ^ SAW Diemont y otros (2006), "Manejo del bosque maya de Lancando: restauración de la fertilidad del suelo utilizando especies de árboles nativos", en: Ingeniería ecológica , 28: 205-212.
  14. ^ EV Krik
  15. ^ abcd MD Matlock y otros (2001), "Ingeniería ecológica: fundamento del plan de estudios estandarizado y la certificación profesional en los Estados Unidos", en: Ingeniería ecológica , 17: 403-409.
  16. ^ Brown, MT (2004) Una imagen vale más que mil palabras: lenguaje y simulación de sistemas energéticos. Modelado ecológico 178(1-2), 83-100.
  17. ^ Diemont, SW, TJ Lawrence y TA Endreny. "Visualización de la educación en ingeniería ecológica: una encuesta internacional de la comunidad educativa y profesional", Ingeniería ecológica, 36(4): 570-578, 2010. DOI: 10.1016/j.ecoleng.2009.12.004
  18. ^ "OSU lanza la primera carrera de ingeniería ecológica en EE. UU." Vida en OSU . 2009-07-06 . Consultado el 27 de abril de 2023 .
  19. ^ S. Ton, HT Odum y JJ Delfino (1998), "Evaluación económica ecológica de alternativas de manejo de humedales", en: Ingeniería ecológica , 11: 291-302.
  20. ^ C. Pizarro y otros, Evaluación económica de la tecnología de depuración de césped con algas para el tratamiento de efluentes de estiércol lechero. Ingeniería Ecológica, 26(12): 321-327.

enlaces externos

Organizaciones

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