Loading article…
生態工学は、生態学と工学を用いて、「人間社会と自然環境を統合し、両者に利益をもたらす」生態系を予測、設計、構築または修復、管理する。 [ 1 ]
生態工学は1960年代初頭に新しい概念として登場しましたが、その定義が洗練されるまでには数十年を要しました。その実施は今も調整中で、新しいパラダイムとして広く認識されるようになったのは比較的最近のことです。生態工学はハワード・オダムら[ 2 ]によって、環境システムを操作および制御するための主要な入力として自然エネルギー源を利用するものとして導入されました。生態工学の起源は、資源の効率的な利用に影響を与えるエネルギーと物質の流れの全体的なマクロパターンを捉えるための生態モデリングと生態系シミュレーションに関するオダムの研究にあります。
ミッチとヨルゲンセン[ 3 ]は、生態工学を社会と自然に利益をもたらす問題解決のための他のアプローチと区別する5つの基本概念をまとめた。1) 生態系の自己設計能力に基づいている。2) 生態学的理論の現場（または厳しい）テストになり得る。3) システムアプローチに依存している。4)再生不可能なエネルギー源を節約する。5) 生態系と生物の保全を支援する。
ミッチとヨルゲンセン[ 4 ]は、生態工学を社会と自然に利益をもたらすような社会サービスの設計と定義した最初の人物であり、後に[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 3 ]、設計はシステムベースで持続可能であり、社会と自然環境を統合するべきであると指摘した。
Bergenら[ 8 ]は生態工学を次のように定義した。1) 生態学の科学と理論を活用する。2) あらゆる種類の生態系に適用する。3) 工学設計方法を適応させる。4) 指導的な価値体系を認識する。
バレット（1999）[ 9 ]は、この用語についてより文字通りの定義を提示している。「景観／水域構造物および関連する動植物群集（すなわち生態系）の設計、建設、運用、管理（すなわち工学）であり、人類、そして多くの場合、自然に利益をもたらすものである。」バレットはさらに、「同等または類似の意味を持つ他の用語には、エコテクノロジー、および侵食防止分野で最もよく使用される2つの用語、土壌バイオエンジニアリングとバイオテクノロジー工学がある。ただし、生態工学は、細胞レベルでの遺伝子工学を説明する際の「バイオテクノロジー」や、人工身体部位の構築を意味する「バイオエンジニアリング」と混同してはならない。」と述べている。
生態工学の応用は、空間スケール 3 つに分類できます。1)メソコスム(約 0.1 ～ 数百メートル)、2) 生態系 (約 1 ～ 数十 km)、3) 地域システム (数十 km 以上)。設計の複雑さは、空間スケールとともに増加する可能性が高いです。応用は、社会と自然の間のインターフェースとして生態系を設計および使用する機会がさらに探求されるにつれて、広さと深さを増しており、この分野の定義に影響を与える可能性が高いです。[ 10 ]生態工学の実装は、劣化した湿地から、微生物、魚、植物のサービスを統合して人間の廃水を肥料、花、飲料水などの製品に処理する多細胞容器や温室まで、生態系の創造または修復に焦点を当てています。[ 11 ]都市における生態工学の応用は、景観建築、都市計画、都市園芸などの他の分野との連携から生まれており、[ 8 ]国連の持続可能な開発目標で目標とされている人間の健康と生物多様性に対処するために、雨水管理などの包括的なプロジェクトが行われています。農村景観における生態工学の応用には、湿地処理[ 12 ]や伝統的な生態学的知識によるコミュニティの再植林[ 13 ]が含まれます。パーマカルチャーは、生態工学とは別の分野として出現したより広範な応用の例であり、デイビッド・ホルムグレンはパーマカルチャーの発展におけるハワード・オダムの影響を挙げています。
生態工学設計は、システム生態学と工学設計のプロセスを組み合わせたものです。工学設計は通常、問題の定式化（目標）、問題の分析（制約）、代替ソリューションの探索、代替案の中からの決定、および完全なソリューションの仕様化を含みます。[ 14 ] Matlock らは、時間的設計フレームワークを提供しており、[ 15 ]設計ソリューションは生態学的時間で考慮されると述べています。代替案を選択する際には、設計評価に生態経済学を組み込み、 [ 15 ]生物保全を促進し、社会と自然に利益をもたらす指導的価値体系を認識する必要があります。[ 7 ] [ 8 ]
生態工学は、システム生態学と工学設計を組み合わせて、社会と自然の内部および間の相互作用を包括的に把握します。ハワード・オダムによるエネルギーシステム言語（エネルギー回路言語またはエネルジーズとも呼ばれる）を用いた生態系シミュレーションは、このシステム生態学アプローチの一例です。[ 16 ]この包括的なモデル開発とシミュレーションでは、対象となるシステムを定義し、システムの境界を特定し、エネルギーと物質がシステムに出入りする様子を図式化することで、生態系プロセスを通じて再生可能資源を利用する方法を特定し、持続可能性を高めます。このシステムが記述するシステムは、何らかの相互作用または相互関係によって接続されたコンポーネント（つまり部品）の集合（つまりグループ）であり、何らかの刺激または要求に集合的に反応し、特定の目的または機能を果たします。システム生態学を理解することで、生態工学者は、設計に生態系コンポーネントとプロセスをより効率的に組み込み、再生可能エネルギーと資源を活用し、持続可能性を高めることができます。
ミッチとヨルゲンセン[ 3 ]は、生態工学設計のための5つの機能クラスを特定した。
ミッチとヨルゲンセン[ 3 ]は生態工学のための19の設計原則を特定したが、すべてが単一の設計に貢献するとは期待されていない。
ミッチとヨルゲンセン[ 3 ]は、生態工学設計を実施する前に考慮すべき事項として以下の点を挙げている。
生態工学の分野は、環境工学および土木工学の分野と密接に関連しています。これら3つの分野は、水資源工学、特に雨水および廃水の処理と管理の分野で大きく重なり合っています。これら3つの工学分野は互いに密接に関連していますが、それぞれの分野内には明確な専門領域が存在します。
生態工学は主に自然環境と自然インフラに焦点を当て、人と地球の関係性の調整を重視します。補完的な分野として、土木工学は主に建築インフラと公共事業に焦点を当て、環境工学は廃棄物の処理と管理を通じて公衆衛生と環境衛生の保護に焦点を当てています。
生態工学の学術カリキュラムは2001年に提案されました。[ 15 ]提案されたカリキュラムの主要要素は、環境工学、システム生態学、修復生態学、生態モデリング、定量的生態学、生態工学の経済学、および技術選択科目です。[ 17 ]この一連のコースを補完するのは、物理、生物、化学分野の前提科目と統合設計経験です。Matlockらによると、[ 15 ]設計では制約を特定し、生態学的時間でソリューションを特徴付け、設計評価に生態経済学を組み込む必要があります。生態工学の経済学は、湿地のエネルギー原理を使用して実証されています。[ 18 ]また、酪農場の栄養素評価を使用して実証されています。[ 19 ]これらの原則を念頭に置いて、世界初の生態工学学士課程が2009年にオレゴン州立大学で正式に設立されました。[ 20 ]
2024年、米国工学技術認定委員会（ABET）は、生態工学プログラムの認定基準を初めて公表した。[ 21 ]認定を受けるには、生態工学学士課程プログラムは以下の要件を満たす必要がある。