可再生资源的最优利用

第11章可再生资源的最优利用中国地质大学（北京）汪安佑教授资源环境经济学本讲 案例讨论 专题：生物资源 讲授重点 科研选题 课后思考案例讨论：山东省利用秸秆栽培食用菌 食用菌以其“天然、营养、保健、味道鲜美”而著称，自古以来就被誉为“山珍”，是二十一世纪人类继植物性食物、动物性食物之后的第三大食物来源。 食用菌生产具有“不与农争时，不与人争粮、不与粮争地、不与地争肥、占地少、用水少、投资小、见效快”等特点，能把大量废弃的农作物秸秆转化成为可供人类食用的优质蛋白与健康食品，其培养废料（菌糠）又是良好的农业有机肥料，是延长农业产业链和生态农业的重要组成部分，并可安置大量农村剩余劳动力。 山东省是秸秆出田量最多的省份之一，秸秆资源非常丰富。全省每年生产可利用的农作物鲜秸秆数量总计为9526.94万吨。若按照秸秆露天堆放储存时的平均含水率17%计算，作物秸秆总量为7036.15万吨，综合利用率在60.4%左右，另外，还有近40%的剩余秸秆资源得不到科学利用。大部分被焚烧，造成了大气污染、土壤矿化、火灾事故等大量的社会、经济和生态问题，引起了全社会的广泛关注。 山东省传统的食用菌栽培多用木屑和棉籽皮，利用秸秆作为基料栽培食用菌，大大增加了食用菌生产原料的来源，极大地节约了木屑与棉籽壳资源，避免了过度砍伐木材等问题，对生态保护具有十分重要的作用。 同时，生产鲜菇后剩余的蘑菇糠是一种富含营养的菌体蛋白饲料，也可作为优质有机肥还田。 这项技术的应用推广，使农业资源多级增值，既可大量利用作物秸秆，减少环境污染，又可增加农民收益。 如2005年，全省用于食用菌生产利用秸秆221.3万吨，产菇后的培养废料（即菌糠）达110多万吨，如果全部用作肥料，肥效可相当于100%碳肥约190.4万吨，100%氮肥2.56万吨，22万公斤复合肥或800万吨的优质土杂肥。 若利用出菇后的菌糠低温发酵技术，在配料时，适当添加尿素、麸糠等，利用大棚低温发酵，还可直接获得粗蛋白含量在18-20%的无污染的高蛋白饲料。菌糠饲料利用后再次进入新的生物循环，形成了多梯级循环、多层次搭配、多效益统一和生物多次利用的物质和能量体系，有效地延长了食物链和生态链。半亩地的菇棚，每年将消耗15-20亩作物秸秆，产生1万公斤的鲜菇，形成2万元左右的产值效益。 山东省食用菌产业得到快速、持续、健康发展，已发展成为种植业中继粮、棉、油、菜、果之后蓬勃兴起的第六大产业。 2005年全省食用菌总产量达130万吨，比2000年的72万吨提高了80.6%；总产值60亿元，比2000年的26.19亿元提高了129.1%，出口额1.2亿美元，比2000年的4863万美元提高了150%；消耗农作物秸秆、农产品下脚料、废弃枝条和木屑等农业废料221.3万吨，比2000年的109.1万吨，提高了102.8%； 涌现出一批如莘县、定陶、惠民、新泰、邹城、武城、牟平、苍山、栖霞、淄川、利津、莒县、台儿庄、滕州、临朐、寿光、齐河、历城、文登、鱼台等年总产值超过2亿元的食用菌主产县 建成了以烟台九发、聊城奥登、泰安天野、菏泽利得尔、济南奥利、济宁华源、淄博七河、滨州科力等20多家国家级、省级大型食用菌龙头加工企业 带动了全省300万农民致富，菇农户均增收8000元。 2003年12月14日，胡锦涛在视察我省定陶县马集镇双孢菇生产基地时，对该县以食用菌为突破口，努力增加农民收入的做法给予了充分肯定。讨论题： 1、山东省开发食用菌这种可再生资源的意义和启示？ 2、总结山东省开发食用菌的规律或模式？ 3、可再生资源开发利用的原则？专题：生物资源云南香格里拉生物资源：松榕贵州是生物资源的宝库，品种多，价值高，是我国重要的生物种源地和著名的四大中药材产区之一。属国家一级保护树种的有银杉、珙桐、秃杉、杪椤等，属国家一级保护动物的有黔金丝猴、华南虎、黑颈鹤等15种。梵净山、茂兰、"百里杜鹃"、赤水竹海等60多个自然保护区和森林公园，为保护环境和生物多样性发挥了巨大作用。大西洋神秘生物神秘生物生物产品生物蛋白钙生物肥皂海洋生物钙（无糖型）生物肥料生物动物转基因-趣味动物生物制药美乳霜：生物缓释珍珠球链国际生物芯片技术论坛开发新的生物资源依赖于生物多样性生物入侵：非洲大蜗牛生物柴油生物柴油原料—文冠果2000年—2003年美国生物柴油的产量生物柴油合成新技术世界生物产业 2005年，美国的生物技术企业获得320亿美元的资金，创下了历史记录； 其中融资170亿美元，合作资金150亿美元 打破了2004年109亿美元的历史记录。 2005年，美国生物技术产业融到了70亿美元的风险资金，比2004年增加了20亿美元。新竹生物医学园生物产业 由国家发改委牵头组织中科院、卫生部、农业部、科技部、教育部、国家林业局、国家中医药管理局、国家食品药品监督管理局、国务院发展研究中心、中国社会科学院等10多个部门和单位组成的联合课题组共同进行的《中国生物产业发展战略研究》已完成。 研究提出,发展生物产业对我国具有重要战略意义,建议我国应紧紧抓住生物科技革命和产业革命的重大战略机遇,实施生物经济强国战略 力争通过10年15年的努力,将我国生物产业发展成为产业规模大、科技含量高、增长速度快、具有突破性重大带动作用的新兴主导产业; 在战略性生物技术领域掌握自主知识产权,基本具备开发核心技术能力,大幅度提高生物产业的自主创新能力;主要生物技术产品能够满足国内人民群众的基本需求;形成一批具有较强国际竞争力和国际化经营能力的现代生物企业。　首届中国生物产业大会在石家庄开幕 我国生物产业的发展方针：坚持“科学谋划、及早部署；体制创新、国际合作；重点突破、集聚发展“。 努力推进投融资、创新和政策法规三大体系建设 加快实施全民健康、生物兴农和创新创业三大工程 重点发展生物农业、生物医药、生物制造、生物能源、生物环保和生物服务六个产业领域 和若干生物产业基地，组织实施优质高产生物育种、重大疾病药物、中医药、绿色生物制造等九大专项。讲授重点 可再生资源的涵义与类型 可再生资源的生态增长模型 可再生资源开发应考虑的因素 不同环境下待开发种群数量动态的基本特征 可再生资源开发利用的决策模型 渔业资源经济学一、可再生资源的涵义与类型（一）可再生资源的涵义1、可再生资源的概念可再生资源:指能够通过自然力保持或增加蕴藏量的自然资源。例如森林、鱼类、农作物以及各种动植物等自然资源。2、可再生资源的基本特征 第一，可再生资源是资源本身具有一定的可再生和自我恢复的能力，但是这一能力是有限度的，并不是无限的。 第二，可再生资源的可持续性受到人类利用方式的影响。 第三，可再生资源具有可储藏性。（二）可再生资源的类型1、可再生商品性资源1）可再生商品性资源:指财产权可以确定，能够被私人所有和享用，并能在市场上进行交易的可再生资源。2）特点 财产权明确 专有性 可转让性 可实施性2、可再生公共品资源1）可再生公共品资源:指不为任何特定的个人所拥有，但是却能为任何人所享用的可再生资源。如公海鱼类资源等。2）特点 无排他性 非专有性 易过度开发二、可再生资源的生态增长模型（一）影响可再生资源种群增长的因子 内部因子:繁殖力和死亡率。 外部因子: 生物因子：指竞争者或捕食者。 非生物因子：指物理环境方面的约束，如光、水温、海流等。（二）可再生资源的种群生态增长过程 为了解释种群生态增长的过程，我们有两个假设： 假设外部因子对种群的增长没有影响，只探讨内部因子对种群的增长； 假设种群的数量因出生和迁入而增加，因死亡和迁出而减少。 种群在数量上发生的变化可以用下式来表达： △N=Nt+1-Nt=B+I-D-U B、I、D和U分别为在时间t到t+1内出生、迁入、死亡和迁出的种群数量； N为在时刻t时种群的数量。 对一个单种种群来说，I和U可取值为0，则式①可变为：②Nt+1-Nt=B-D 种群中出生和死亡的总数均为种群个体数量的函数。 因而有B＝bNt和D＝dNt，其中b和d分别为种群的繁殖率和死亡率，也就是说，b为每一个体能生产或繁殖的新个体数，d为给定时间内个体死亡的概率。 则（11-2）式可变为：③Nt+1-Nt=（b-d）Nt 结果分析： 如果b>d，即繁殖率大于死亡率，则种群数量将增加； 如果b<d，即死亡率大于繁殖率，则种群数量减少。几何增长模型、指数增长模型、逻辑斯谛增长模型、随机增长模型等。1、几何增长模型 几何增长模型:指假设种群大小的变化率为一常数，而与分布密度无关而建立的种群增长模型。 符合几何增长模型的种群中，每代只繁殖一次，而母体繁殖后便死亡。 假设每一平均个体能产生R0个子代，将R0定义为每一代的净增长率，R0为： R0=Nt+1／Nt 将上式进行递推： 第1代的数量为：N1=R0×N0 第2代的数量为：N2＝R0×N1=R0²×N0 则：第t代的种群数量为： 结果分析： 如果R0>1，则种群数量将会随时间增加而增加； 如果R0<1，则种群数量将会随时间增加而减少； 如果R0=1，种群的数量将保持不变。（三）可再生资源的生态增长模型2、指数增长模型 在一些种群中，有机个体几乎是连续繁殖的，没有特殊的繁殖期间。在这种情形下，种群大小的变化可用微分方程来表示： dN／dt=（b-d）×N dN／dt表示种群数量在很短的时间间隔的变化； b和d表示为在相同时间内每一个体的生殖率和死亡率； r表示生殖率与死亡率之差。 则上式可表示为： dN／dt＝r×N 结果分析： 如果r>0，则种群数量将增加； 如果r<0，则种群数量减少； 如果r=0，则种群数量维持不变。 此外，等式（11-7）还可以表示为： N为时刻t时的种群数量。3、逻辑斯谛（Logistic）模型 受环境中食物、空间或其他可供资源的限制，种群数量将趋于一有限值。 这种限制由特定环境条件下的资源条件来确定，称之为载容量。 自然种群的载容量大小，在很大程度上，也由一定环境条件下的资源水平所确定。 用K表示载容量，则指数型的增长模型可以变为： 式中：N为种群数量；r为种群内禀增长率；K为负载容量。 上述方程式称为逻辑斯谛（Logistic）增长模型，见下图的S型曲线: 通过求解上述方程，逻辑斯谛增长模型也可表示为：4、随机增长模型 由于种群个体之间存在差异，加之环境因素的影响，种群的数量动态变化是随机变化的。 Pielou提出了考虑随机因素的种群动态模型。 在种群数量为N时，设在△t的时间内： 有一次繁殖的概率为Nλ△t+No(△t)； 有一次死亡的概率为Nμ△t＋No(△t)； 在△t时间内发生两次以上事件的概率认为是可忽略的。 则有：PN（t＋△t）＝PN-1（t）（N-1）(△t)+PN（t）[1-Nλ△t-Nμ△t]+PN+1（t）μ（N+1）△tPN（t）为在时刻t时，种群数量为N的概率。 上式可变为：dPN（t）/dt=－N（λ+μ）PN（t）+（N-1）PN-1（t）+μ（N+1）PN+1（t） 假设在t=0时，种群的大小为No，则在t时种群大小的期望值为：三、可再生资源开发利用的决策模型（一）可再生资源开发考虑的因素 主要取决于其群体的总数的规模或尺寸、大小。 如果群体总数低于某一临界水平，则该物种就会遭到灭绝的危险。 群体总数取决于两个因素：生物学因素和人类社会行为因素。 可再生资源的特点决定了我们不能像对待可耗竭资源那样，预先设定一个存量规模N，然后求出最优开采量的时间路径。 因为种群规模是不断变动的，后一阶段的净增量与原有种群规模及其变化速率有关。 因此，从资源种群的最优管理角度来看，资源开采控制侧重于对种群规模或资源存量的最优控制。 从一个连续时间过程看，管理者的目标是使整个开发周期的净收益现值最大化。（二）不同环境下待开发种群数量动态的基本特征1、无限环境条件下 可更新资源具有更新能力，新增存量与现期存量之间有着密切联系。 如果把生物资源限定在一种自然状态下，其数量变化就表现为一个连续的生长繁衍过程，并呈某种规律性，称之为数量动态基本特征。 典型特征是指数增长规律。 它描述在没有人为活动侵扰且空间无限条件下，生物资源由自身繁衍特点决定，没有争夺生存空间的现象，生物量呈指数率增长。 无限有两层含义：数量的增长可以不受环境限制持续下去；资源数量的增长尚未达到受到环境限制的程度。 待开发种群的数量动态主要由四个要素决定： 初始存量、出生率、死亡率、时间。 其模型如式 该模型用得最多的是用来刻画阶段性的人口增长趋势。 马尔萨斯生物总数增长定律有其内在局限性，在资源经济学领域只能用来刻画某一阶段的数量特征。2、有限环境条件下 在有限环境条件下，待开发种群的数量动态变化除受初始规模、生长率、死亡率、时间因素影响外，待开发种群的数量的动态变化不还要考虑以下因素： 种间竞争，结果必然使某些种类迅速衰竭，另一些种类获得发展。 空间限制，种群密度的增加会导致个体空间缩小，从而改变增殖率， 生存条件，改变其初始所表现出的指数增长趋势。 表现有限环境条件下待开发种群数量动态特征的为逻辑斯谛模型，如式： 逻辑斯谛模型在可更新资源最优开发与管理理论中具有重要地位 尤其是对“收获”生物量为主的资源（如林木、野生牧草、鱼类等），可以在观测工作的基础上对其增长规律进行拟合 制定管理和收获的最优策略。四、渔业资源经济学（一）渔业资源的概念与特性1、渔业资源的概念 《辞海》-水产资源：指水域中蕴藏的各种经济动植物的数量。 渔业上对经济动物的数量通常称为渔业资源。 《农业大词典》和《中国农业百科全》-水产资源：指天然水域中具有开发利用价值的经济动植物种类和数量的总称。 渔业资源状况受自身生物学特性、栖息环境条件的变化和人类开发利用状况、科学技术和生产手段的影响。2、渔业资源的特性 具有跨区域和大范围的流动性 有限和稀缺性 再生性 变化性 共享性 渔获物的易腐性 产权不确定性（二）渔业资源的生物学模型 渔业资源存量随资源的自然增长率和捕捞量的变化而变化，如下图。 其经济分析，是建立在沙发尔提出的渔业资源生物学模型的基础上。 沙发尔模型建立鱼类存量和鱼类存量的增长之间的平均关系。 鱼类存量和增长之间的关系由下图表示。 存量的增长是存量的函数，C＝dX／dt 上图中，Xm到Xn是一条可持续捕捞线。在该线上任一点表示某一存量和与其相对应的产量，该产量将不会减少下期资源存量。 一个存量范围（Xm到X*），存量增长随存量的增加而增加。 另一个存量范围中（X*到Xn），存量增长随存量的增加而减少。 在Xm和Xn两点，存量的增长都为0。 Xn是无外部影响的情况下持续存在的总体数量，称为自然均衡点。 自然均衡点是稳定的，任何偏离均衡点的运动都会推动返回均衡点的运动。 如果存量超过Xn，死亡率或向外迁徙率就会增加，直至存量回到Xn。 Xm是最低可生存存量，低于这一存量，存量的增长率就将为负，死亡和向外迁徙将超过出生和向内迁徙。 Xm是不稳定的，该点右侧增长率为正，存量沿曲线向右运动直至Xn。 该点左侧增长率为负，存量减少直至为零。在Xm左侧没有力量发生作用使存量回到Xm。 当捕捞量等于存量的增量时，存量可以保持不变。称这一捕捞量为可持续捕捞量。（三）有效的可持续捕捞量1、静态有效可持续捕捞量 静态有效可持续捕捞量：不考虑贴现情况下取得最大年净效益的捕捞量。 假设： 鱼价固定，不随销售量的变化而变化； 单位捕鱼活动的成本固定不变； 单位捕鱼活动的捕鱼量与鱼类存量的大小有关。 静态有效可持续捕捞量如下图： 捕捞活动量E可以用捕捞时间、年渔船出海次数等衡量。捕捞活动的收益R和成本C是捕捞活动量的函数。 TR＝P·H TR为总收益，P为每单位捕获物的价格，H为捕捞量，H为捕捞活动量E的函数。 TC＝W·E TC为总成本，W为单位捕捞活动的成本，E为捕捞活动量。2、动态有效可持续捕捞量 静态有效可持续捕捞量:是使每一时期的净收益最大的配置。 静态有效可持续捕捞量只是在假设贴现率为零的情况下动态有效可持续捕捞量的特例。 正的贴现率对渔业资源管理的影响同对非再生资源的影响相同，贴现率越高，保存资源的成本越高。 当捕捞努力超过有效可持续捕捞量，最初由于捕捞量增加净收益也增加。 由于这一捕捞量超过了该存量下的可持续捕捞量，未来存量和均衡捕捞量将减少。 克拉克证明，贴现率上升时，动态有效捕捞努力水平也上升，直至当贴现率等于无穷大时，动态有效捕捞努力等于,净效益等于零。（四）渔业资源的市场配置分别考虑不同的渔业资源产权情况。1、竞争的单一的所有者 该所有者对渔业资源有着明确定义的所有权，见右图。 TC-总成本，TR-总收益，AC-平均成本，MC-边际成本，AR-平均收益，MR-边际收益。 若忽略贴现问题，所有者不断增加捕捞努力直至边际收益等于边际成本。 这一努力水平即，静态有效可持续捕捞量。利润等于R（Ee）和C（Ee）之差。2、公共财产 对海洋渔业资源来说，单一所有者的假设很不现实。 渔业资源的公共财产性质产生两类问题： 当前外部效应和代际外部效应。 捕捞努力的增加会提高成本减少利润，直至耗尽全部利润，即达到捕捞努力Ee。太多的人挤在一起捕鱼，使成本大大提高，这就是“当前外部效应”问题。 当前过度捕捞，减少资源存量，减少未来利润，这是“代际外部效应”。（五）渔业资源利用中的问题及相关政策1、渔业资源利用中的问题 渔业资源利用中存在以下问题： 公共产权问题，许多水面为公共产权，这就带来了渔的生产量问题。 先占问题，单位渔获量下降，导致投入生产要素的消费，整个社会的效率下降。 高价值渔利用问题，例如兼捕物在整个海洋生态系统中却起着重要的作用，是中型和大型鱼类的主要饵料来源。 渔业可持续发展问题，由于渔民投入到渔船的固定成本高，使用周期长，对渔业资源破坏严重，这就影响到渔业的可持续发展。 渔民问题，由于捕鱼业的劳力和资金难移动、渔民素质和文化程度低下，渔业就业转移困难等。2、捕鱼业的公共政策（1）鼓励私人占有并进行养殖 适用于流动性不大的渔业资源，或一些固定洄游到出生地产卵的鱼类。 对这些鱼类可以：（1）在隔离的水域中人工养殖。（2）对于洄游鱼类可以在其幼年时期人工饲养，然后放入大洋，成年后洄游到出生地再捕捞。（2）通过管制提高捕鱼的真实成本 下图给出管制前后的总成本曲线TC1和TC2。 净收益为总收益TR和总成本之差。通过管制使捕鱼的真实成本得以提高。 管制后，有效配置点的净收益变为零。（3）税收 既不增加成本又使捕捞量减少到有效水平。 下图，对捕捞努力成比例征税也使总成本曲线向上扭转上升。 对渔民来说，税后成本为TC2。 与提高成本的管制不同，政府得到了税收，可以用于为社会谋福利。 对整个社会来说，成本没有增加。 在税收的情况下，总成本的增加部分从社会的一部分转移到社会的另一部分，称为转移成本。 税收使渔民的利益受到损失，“租”（rent）从渔民手中转移到政府手中。 因此渔民对税收不满意。（4）可交易配额 有下列基本要素： 配额的持有者可以捕捞指定种类鱼的指定数量 配额总量等于有效捕捞量 配额可以在渔民之间自由交换。 以上三要素缺一不可。 可交易配额鼓励技术进步。 在税收情况下，租由渔民手中转移到政府手中引起渔民不满，那么在可交易配额系统中租是怎样分配的呢？ 在配额系统中，租的分配由配额的初始分配决定。 配额有不同的初始分配办法，其效果各不相同： 政府可以拍卖配额，通过拍卖收入得到全部租。政府可以根据渔民历史上的捕捞量把配额无偿分配给渔民。 渔民可以自由交易直至市场均衡。新渔民要进入市场，必须向现有渔民购买配额。新渔民之间的竞争会抬高配额的市场价格，直到使市场价格反映未来租的市场价值的现值。对未来渔民来说，这一系统与税收无异。 减少捕捞量是上述各种政策的共同目标，但是如何减少捕捞量还存在各种问题。科研选题 某生物资源的繁衍规律研究 某生物产业的发展现状与对策研究 某市或区县可再生资源开发中的问题与策略研究课后思考题 1、可再生资源的概念、基本特征、类型。 2、影响可再生资源种群增长的因子、可再生资源的生态增长模型。 3、不同环境下待开发种群数量动态的基本特征分析。 4、渔业资源利用中的问题及相关政策。 5、我国生物产业发展中的问题与对策。