Ingeniería ecológica
La ingeniería ecológica utiliza la ecología y la ingeniería para predecir, diseñar, construir o restaurar y administrar ecosistemas que integran «la sociedad humana con su entorno natural en beneficio de ambos».
Definición
La ingeniería ecológica se define en Francia como la «conducción de proyectos que, en su implementación y monitoreo, aplica los principios de la ingeniería ecológica y promueve la resiliencia de los ecosistemas», definiéndose la ingeniería ecológica como la «combinación de conocimientos, técnicas y prácticas científicas». que tengan en cuenta los mecanismos ecológicos, aplicados a la gestión de recursos, el diseño y la implementación de instalaciones o equipos, y que sean apropiados para garantizar la protección del medio ambiente «.
En los países anglosajones, es «la concepción, la realización y la implementación de proyectos que asocian la naturaleza en beneficio tanto de la biodiversidad como de la sociedad humana».
En el mundo de habla hispana, el concepto más cercano es el de «ingeniería ambiental», que se define como «el diseño, la aplicación y la gestión de procesos, productos y servicios para prevenir, limitar o reparar la degradación del medio ambiente con una visión de desarrollo sostenible «.
Orígenes, conceptos clave, definiciones y aplicaciones
La ingeniería ecológica surgió como una nueva idea a principios de la década de 1960, pero su definición tardó varias décadas en afinarse, su implementación aún se está ajustando, y su reconocimiento más amplio como un nuevo paradigma es relativamente reciente. Howard Odum y otros introdujeron la ingeniería ecológica al utilizar las fuentes de energía naturales como el insumo predominante para manipular y controlar los sistemas ambientales. Los orígenes de la ingeniería ecológica se encuentran en el trabajo de Odum con el modelado ecológico y la simulación de ecosistemas para capturar macro-patrones holísticos de flujos de energía y materiales que afectan el uso eficiente de los recursos.
Mitsch y Jorgensen resumieron cinco conceptos básicos que diferencian la ingeniería ecológica de otros enfoques para abordar los 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 ácido) de las teorías ecológicas; 3) se basa en enfoques del sistema; 4) conserva fuentes de energía no renovables; y 5) apoya el ecosistema y la conservación biológica.
Mitsch y Jorgensen fueron los primeros en definir la ingeniería ecológica como el diseño de servicios sociales de modo que beneficien a la sociedad y la naturaleza, y luego señalaron que el diseño debería basarse en sistemas, ser sostenibles e integrar a la sociedad con su entorno natural.
Bergen et al. definió la ingeniería ecológica como: 1) utilizando la ciencia y la teoría ecológicas; 2) aplicar a todos los tipos de ecosistemas; 3) adaptar los métodos de diseño de ingeniería; y 4) reconocer un sistema de valores guía.
Barrett (1999) ofrece una definición más literal del término: «diseño, construcción, operación y gestión (es decir, ingeniería) de estructuras paisajísticas / acuáticas y comunidades de plantas y animales asociadas (es decir, ecosistemas) en beneficio de 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 de control de la erosión: bioingeniería del suelo e ingeniería biotécnica. Sin embargo, la ingeniería ecológica no debe confundirse con la biotecnología al describir la ingeniería genética en el nivel, o ‘bioingeniería’, que significa construcción de partes artificiales del cuerpo «.
Las aplicaciones en ingeniería ecológica se pueden clasificar en 3 escalas espaciales: 1: mesocosmos (~ 0.1 a 100s de metros); 2: ecosistemas (1 a 10s de km); y 3: sistemas regionales (> 10s de km). La complejidad del diseño probablemente aumente con la escala espacial. Las aplicaciones están aumentando en amplitud y profundidad, y probablemente tengan un impacto en la definición del campo, a medida que se exploran más oportunidades para diseñar y usar ecosistemas como interfaces entre la sociedad y la naturaleza. La implementación de ingeniería ecológica se ha centrado en la creación o restauración de ecosistemas, desde humedales degradados hasta bañeras e invernaderos multicelulares que integran servicios microbianos, de peces y de plantas para procesar aguas residuales humanas en productos como fertilizantes, flores y agua potable. Las aplicaciones de la ingeniería ecológica en las ciudades surgieron de la colaboración con otros campos como la arquitectura paisajista, el urbanismo y la horticultura urbana para abordar la salud humana y la biodiversidad, como objetivos de los Objetivos de Desarrollo Sostenible de la ONU, con proyectos integrales como la gestión de aguas pluviales. Las aplicaciones de la ingeniería ecológica en paisajes rurales han incluido el tratamiento de humedales y la reforestación comunitaria a través del conocimiento ecológico tradicional. 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.
Directrices de diseño, clases funcionales y principios de diseño
El diseño de ingeniería ecológica combinará la ecología de los sistemas con el proceso de diseño de ingeniería. El diseño de ingeniería típicamente involucra la formulación de problemas (objetivo), análisis de problemas (restricciones), búsqueda de soluciones alternativas, decisión entre alternativas y especificación de una solución completa. Matlock et al. Proporcionan un marco de diseño temporal que establece que las soluciones de diseño se consideran en tiempo ecológico. Al seleccionar entre alternativas, el diseño debe incorporar la economía ecológica en la evaluación del diseño y reconocer un sistema de valores guía que promueva la conservación biológica, beneficiando a la sociedad y la naturaleza.
La ingeniería ecológica utiliza la ecología de sistemas con diseño de ingeniería para obtener una visión holística de las interacciones dentro y entre la sociedad y la naturaleza. La simulación de ecosistemas con Energy Systems Language (también conocida como lenguaje de circuito de energía o energese) por Howard Odum es una ilustración de este enfoque de ecología de sistemas. Este modelo holístico de desarrollo y simulación 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 usar recursos renovables a través de los procesos del ecosistema 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 un propósito o función específica. Al comprender la ecología de los sistemas, el ingeniero ecológico puede diseñar de manera más eficiente los componentes y procesos del ecosistema dentro del diseño, utilizar energía y recursos renovables y aumentar la sostenibilidad.
Mitsch y Jorgensen identificaron cinco Clases Funcionales para diseños de ingeniería ecológica:
Ecosistema utilizado para reducir / resolver el problema de contaminación. Ejemplo: fitorremediación, humedales de aguas residuales y biorretención de aguas pluviales para filtrar el exceso de nutrientes y la contaminación de metales
Ecosistema imitado o copiado para abordar el problema de los recursos. Ejemplo: restauración de bosques, humedales de reemplazo e instalación de jardines de lluvia laterales para extender la cubierta del dosel para optimizar el enfriamiento residencial y urbano
Ecosistema recuperado después de la perturbación. Ejemplo: restauración de tierras mineras, restauración de lagos y restauración acuática de canales con corredores ribereños maduros
Ecosistema modificado de manera ecológicamente sana. Ejemplo: cosecha selectiva de madera, biomanipulación e introducción de peces predadores para reducir los peces planctívoros, aumentar el zooplancton, consumir algas o fitoplancton y aclarar el agua.
Ecosistemas utilizados para beneficio 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 identificaron los Principios de diseño para la ingeniería ecológica, aunque no se espera que todos contribuyan a un solo diseño:
La estructura y la función del ecosistema se determinan forzando las funciones del sistema;
Las entradas de energía a los ecosistemas y el almacenamiento disponible del ecosistema son limitados;
Los ecosistemas son sistemas abiertos y disipativos (no el equilibrio termodinámico de la energía, la materia, la entropía, sino la aparición espontánea de una estructura compleja y caótica);
La atención a un número limitado de factores de gobierno / control es la más estratégica para prevenir la contaminación o restaurar los ecosistemas;
Los ecosistemas tienen cierta capacidad homeostática que da como resultado suavizar y reducir los efectos de entradas fuertemente variables;
Emparejar las vías de reciclaje con las tasas de los ecosistemas y reducir los efectos de la contaminación;
Diseño para sistemas pulsantes siempre que sea posible;
Los ecosistemas son sistemas de autodiseño;
Los procesos de los ecosistemas tienen escalas temporales y espaciales características que deben tenerse en cuenta en la gestión ambiental;
La biodiversidad debe ser defendida para mantener la capacidad de autodiseño de un ecosistema;
Los ecotones, zonas de transición, son tan importantes para los ecosistemas como las membranas para las células;
El acoplamiento entre ecosistemas se debe utilizar siempre que sea posible;
Los componentes de un ecosistema están interconectados, interrelacionados y forman una red; considerar los esfuerzos tanto directos como indirectos del desarrollo del ecosistema;
Un ecosistema tiene una historia de desarrollo;
Los ecosistemas y las especies son los más vulnerables en sus bordes geográficos;
Los ecosistemas son sistemas jerárquicos y son parte de un paisaje más amplio;
Los procesos físicos y biológicos son interactivos, es importante conocer las interacciones tanto físicas como biológicas e interpretarlas adecuadamente;
La ecotecnología requiere un enfoque holístico que integre todas las partes y procesos que interactúan en la medida de lo posible;
La información en los ecosistemas se almacena en estructuras.
Una nueva carrera
La ingeniería ecológica es un nuevo comercio que se desarrolla a partir de finales del siglo XX. Implementa las técnicas de ingeniería ecológica cuyos principios son definidos así por el CNRS: «La ingeniería ecológica es el uso, mayormente in situ, a veces bajo condiciones controladas, de poblaciones, comunidades o comunidades, ecosistemas con el objetivo de modificar uno o más organismos bióticos o dinámica fisicoquímica del medio ambiente en un sentido que se considera favorable a la sociedad y compatible con el mantenimiento de los equilibrios ecológicos y el potencial de adaptación del medio ambiente «. El objetivo de la ingeniería ecológica es, por lo tanto, contribuir mediante acciones adaptadas a la resiliencia del ecosistema y, por lo tanto, a promover la biodiversidad.
Si el mundo de la investigación desempeña un papel importante al proporcionar nuevos conocimientos fundamentales, los operadores de ingeniería ecológica también recurren a prácticas antiguas y desarrollan innovaciones basadas en la observación de mecanismos vivientes. Así, Leonardo da Vinci escribió: «Las raíces de los sauces impiden el colapso de los terraplenes de los canales y las ramas de sauce, que se colocan en el banco y luego se cortan, se vuelven cada año densas y así obtenemos un banco vivo de un solo Estas técnicas fueron descuidadas durante mucho tiempo a favor de sistemas de protección pesados que utilizan ingeniería civil. Estos entornos de vida, a veces más efectivos, están dotados de una capacidad de auto-mantenimiento y resiliencia, aunque requieren de acuerdo con las situaciones una gestión regular.
Una actividad transversal
Los actores de la ingeniería ecológica trabajan por la biodiversidad, son «artesanos de la biodiversidad». Ellos aportan sus conocimientos, técnicas y herramientas para reconstruir los ecosistemas vivos. La implementación de proyectos de ingeniería ecológica implica muchas habilidades; consulta con los actores económicos y sociales en el monitoreo ecológico del proyecto a través de su diseño e implementación. Una operación clásica comienza con actividades de consultoría y apoyo estratégico, seguidas por pasos de estudios de diagnóstico, definición de acciones, trabajos, monitoreo, gestión y finalmente valorización del enfoque a través de la comunicación. Estas actividades involucran a naturalistas, asesores de biodiversidad, trabajadores especializados y técnicos alrededor del pivote del ingeniero ecológico.
La ingeniería ecológica considera todas las dimensiones del ecosistema: flora, fauna, hongos, bacteriológicos, pedológicos, biogeoquímicos, procesos geológicos y también sociedades humanas. Para actuar en todos estos procesos vivos, el ingeniero ecologista usa una variedad de técnicas. Por ejemplo, utilizará la ingeniería de plantas, algunas veces conocida como bioingeniería o ingeniería biológica, y muchas otras técnicas que pueden reemplazar ventajosamente las técnicas convencionales.
Pero más allá de la simple acción sobre la biodiversidad y la protección del patrimonio natural, la ingeniería ecológica tiene como objetivo conciliar la economía y la ecología. De hecho, dado que su objetivo es promover la resiliencia del ecosistema, la ingeniería ecológica debe tener en cuenta las actividades humanas presentes, una parte integral del ecosistema. La actividad del sector es, por lo tanto, el centro de las interrelaciones entre la humanidad y la biodiversidad, y se desarrolla en relación con todos los sectores económicos. La actividad de ingeniería ecológica es entonces acompañar a los profesionales de la planificación, la agricultura e incluso la industria, el sector inmobiliario y la planificación urbana para trabajar en la compatibilidad entre las actividades humanas y los sistemas vivos.
Por lo tanto, el éxito de un proyecto de ingeniería ecológica se mide por dos criterios: la aceptación social y la participación de los residentes y usuarios en el proyecto y por una evaluación científica. Esto último se hace sobre la base del monitoreo de indicadores, incluidos los bioindicadores, que varían según el contexto biogeográfico, la superficie del sitio y el objetivo de las operaciones. Los ecologistas se basan principalmente en unas pocas especies consideradas bioindicadores para evaluar y, si es necesario, corregir las operaciones.
Técnicas y aplicaciones
Las técnicas de ingeniería ecológica pueden implementarse en relación con todo tipo de actividades humanas siempre que tengan un impacto en el ecosistema y su funcionamiento, que es muy amplio: gestión de áreas naturales, planificación espacial, planificación urbana, agricultura, actividad económica. Dependiendo del objetivo, las intervenciones se pueden dividir en cuatro: gestión, restauración, creación o integración de la actividad en el ecosistema. Esta distribución no es exclusiva, pero permite una visión general de las numerosas aplicaciones de la ingeniería ecológica.
Gestión ambiental
Los gerentes ambientales usan la ingeniería ecológica cuando su objetivo es aumentar la biodiversidad, estabilizarla o detener su declive. De hecho, algunos procesos naturales ahora están extintos y solo la intervención humana puede llenar este vacío e impedir la desaparición de ciertos círculos de ciertas especies. Desde ambientes naturales hasta áreas urbanas y áreas agrícolas, el ingeniero ecológico recomendará, en relación con los usos, las intervenciones que se realizarán para promover la biodiversidad. Aquí hay unos ejemplos:
mantenimiento en estado abierto mediante molienda, siega o desbroce, dependiendo de las comunidades vegetales presentes;
gestión diferenciada para diversificar los entornos o conservar la diversidad existente;
orden de faucardage, por ejemplo, para limitar la proliferación de especies exóticas o reducir la eutrofización de un humedal;
eco-pastoreo, para preservar la apertura del medio ambiente a largo plazo gracias a herbívoros como equinos, ovejas o ganado, o castor o alce que se pueden utilizar en el caso de ambientes prairiales o húmedos.
Para los primeros tres puntos, el manejo de los remanentes es decisivo. Si se exportan, el medio ambiente se agota en materia orgánica, lo que en algunos casos favorece el enriquecimiento de la biodiversidad.
Agroecología
El ingeniero ecologista también está involucrado en áreas agrícolas. A continuación, puede proponer una nueva gestión de la granja mejor adaptada al funcionamiento del ecosistema. Está inspirado en este caso de técnicas de permacultura.
El agricultor puede promover la biodiversidad para ayudar a la productividad del agrosistema y garantizar su estabilidad a lo largo del tiempo frente a las perturbaciones externas. Se pueden intensificar diferentes procesos biológicos o ecológicos vinculados a la biodiversidad: potenciando la diversidad y actividad de los microorganismos del suelo a favor de las plantas, asociando y colaborando diversas especies, utilizando diferentes familias y capas de vegetación, regulando las plagas ecológicas de los cultivos a través de sus enemigos naturales, También puede actuar sobre los ciclos de materia orgánica y nutrientes para mejorar la productividad de los agrosistemas de bajos insumos. Gracias al buen manejo de los recursos orgánicos y, por lo tanto, al flujo de nutrientes y energía que inducen. Entonces es posible intervenir en varios niveles: reforzar las interacciones del ganado y la agricultura para preservar los recursos naturales, restaurar la vida biológica de los suelos mediante insumos orgánicos específicos, alimentar la planta localmente.
Finalmente, la gestión del agua es un factor determinante, especialmente en áreas secas, donde el recurso es limitado e irregular. La gestión puede mejorarse de varias formas: adaptando el cultivo a lluvias erráticas o riesgos de sequía, conservando el agua a nivel de parcela limitando la escorrentía, teniendo en cuenta el papel esencial que desempeñan los árboles en el suelo y el agua en las zonas secas …
Restauración del ecosistema o características ecológicas
La última Conferencia Mundial sobre Biodiversidad, celebrada en Nagoya en 2010, dejó constancia de que era necesario en 2020 restaurar al menos el 15% de los ecosistemas degradados además de las políticas de retención (15º objetivo de Aichi). La ingeniería ecológica aprovecha la resiliencia ecológica de los ecosistemas para restaurar los entornos ecológicos y las características:
movimiento de tierras, importación de materiales (rocas, arenas) para la restauración de ambientes, suelos, arroyos;
uso de las características morfológicas de las plantas para restaurar naturalmente los ambientes erosionados y / o protegerse de los peligros naturales, plantar especies con sistemas de raíces extensivos para la restauración sostenible de suelos degradados, estabilización de taludes, bancos, dunas o litorales;
métodos de descontaminación por plantas o por bacterias, por ejemplo para tratar materiales de minas con metales pesados (bacterias quimiolitotróficas), derrames de petróleo (bacterias organotróficas), purificación de agua o degradación de desechos;
apertura del medio ambiente mediante el desarraigo o la tala para diversificar los hábitats;
Manejo del suelo: stripping (étré) para promover la biodiversidad, la recuperación del suelo moviendo mineral, biomasa y hojarasca, rehabilitación Technosol;
transferencia de especies o hábitats para restablecer las condiciones mínimas de resiliencia ambiental: reabastecimiento, repoblación, restauración de praderas marinas de fanerógamas en el ambiente marino, estabilización de marismas por un lecho de mejillones, etc.
Creando un Ecosistema Funcional
La creación de un ecosistema se produce cuando el medio ambiente está demasiado degradado como para ser restaurado o cuando el ingeniero ecológico considera que la diversificación de los hábitats es necesaria en coherencia con el contexto social, económico y ambiental local. Esto puede implicar en el área terrestre la creación de un entorno completo como zonas de amortiguamiento para la purificación del agua, estanques, laderas, setos, etc. o la creación de elementos de hábitat para animales: hibernáculo, nidales, casa de insectos, cabañas. En el entorno marino, el ingeniero ecologista puede solicitar el establecimiento de hábitats en el área del puerto bajo el agua o en la zona intermareal, en un puerto, dique u otros dispositivos de protección costera, por ejemplo incorporando especies filtrantes (mejillones, ostras).
Integrando la actividad humana en el ecosistema
Las técnicas de gestión, restauración y creación de entornos naturales se utilizan para la integración ecológica de instalaciones e infraestructuras. Luego, la ingeniería ecológica establece instalaciones urbanas, agrícolas, hidráulicas o forestales integradas en el ecosistema en el que el civil utilizaba con mayor preferencia el hormigón o la tablestaca. La ingeniería ecológica propone soluciones inspiradas en la naturaleza y permite aumentar la permeabilidad ecológica de las estructuras y reducir la huella ecológica mediante la limitación severa de los recursos naturales y la promoción del uso de materiales ecológicos. Las técnicas de reutilización de recursos también pueden estar relacionadas con la ingeniería ecológica a través de su deseo de reducir el uso de recursos naturales no renovables, como el saneamiento ecológico.
En términos concretos, estas técnicas apuntan a promover la conectividad ecológica y la integración de la gestión en el funcionamiento del ecosistema. La continuidad ecológica se mejora con la creación de tales cruces obras ecoductos asociados a dispositivos de guía Vida silvestre: terraplenes, setos, zanjas … La integración ecológica de los edificios se garantiza mediante la incorporación de su influencia, su entorno, y la valorización de las estructuras sí mismos. Los techos verdes y las paredes verdes se están volviendo importantes desde la integración de la biodiversidad en los estándares ambientales de edificios como HQE o BREEAM y tienden a interesar a los arquitectos y diseñadores de interiores, y no solo a los desarrolladores de carreteras o ríos.
La integración ecológica también puede llevarse a cabo a escalas mayores que el sitio de desarrollo simple. Los actores de la ingeniería ecológica ayudan así a los profesionales a pensar en la compatibilidad de la actividad de su empresa con el funcionamiento del ecosistema e incluso a trabajar a nivel del modelo económico del territorio, o incluso del país. Esto puede concentrar todos los sectores económicos, incluso los más fuera de la tierra.
Guía de diseño
El proyecto de diseño ambiental seguirá un ciclo similar al ciclo de proyecto de ingeniería: la designación del problema (objetivo), el análisis del problema (restricciones), la búsqueda de soluciones alternativas, la elección de alternativas y la especificación del resultado final. solución. Los elementos que distinguen el diseño ambiental son desarrollados por muchos autores, pero aún no existe un enfoque único. Típicamente, el objetivo del proyecto incluye protección, ecosistemas en riesgo, restauración de ecosistemas degradados, o la creación de un nuevo ecosistema sostenible para satisfacer las necesidades de la naturaleza y la sociedad. Al elegir entre alternativas, el proyecto debe incluir una economía ambiental en la evaluación de proyectos y reconocer un sistema de valores guía que promueva la conservación biológica.
Adecuado para todo tipo de ecosistemas
Adapta los métodos de diseño
La implementación del proyecto debe basarse en el uso de la ciencia y la teoría ambiental.
Basado en la capacidad de autorreplicación de los ecosistemas
Adopta la teoría del manejo adaptativo del aprendizaje sobre los errores, el proyecto se prueba en la teoría ambiental.
Se basa en enfoques para un sistema integrado
Conserva fuentes de energía no renovables
Mitsch y Jorgensen identificaron las siguientes consideraciones antes de implementar un diseño de ingeniería ecológica:
Crear un modelo conceptual para determinar las partes de la naturaleza conectadas al proyecto;
Implementar un modelo de computadora para simular los impactos y la incertidumbre del proyecto;
Optimice el proyecto para reducir la incertidumbre y aumentar los impactos beneficiosos.
Plan de estudios
El plan de estudios se desarrolló para el Proyecto Ambiental y las instituciones clave de los EE. UU. Lanzaron estos programas. Los elementos de este programa son:
Se ha propuesto un plan de estudios académico para la ingeniería ecológica, y las instituciones de todo el mundo están comenzando programas. Los elementos clave de este plan de estudios son: ingeniería ambiental; ecología de sistemas; ecología de restauración; modelado ecológico; ecología cuantitativa; economía de ingeniería ecológica y electivos técnicos.
Como complemento de este conjunto de cursos se encuentran cursos de prerrequisitos en áreas físicas, biológicas y químicas, y experiencias de diseño integradas. Según Matlock et al., El diseño debe identificar restricciones, caracterizar soluciones en tiempo ecológico e incorporar economía ecológica en la evaluación del diseño. La economía de la ingeniería ecológica se ha demostrado utilizando principios de energía para un humedal. Y el uso de la valoración de nutrientes para una granja lechera.
Ecología cuantitativa
Ecología del sistema
Ecología Restaurativa
Modelado ambiental
Ingeniería Ambiental
Economía de Ingeniería Ambiental
Electivas técnicas
Además de este conjunto de cursos, hay cursos iniciales de disciplinas físicas, biológicas y químicas. Según Matlock y otros, el proyecto debe definir restricciones, caracterizar soluciones en tiempo ecológico e incorporar la economía ambiental a la evaluación de proyectos. La economía de la ingeniería ambiental se ha demostrado utilizando los principios de consumo de energía necesarios para los humedales y los nutrientes para la granja lechera.