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1、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 本讲计划 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
2、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
3、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
4、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
5、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
6、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
7、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 研究报告提出 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
8、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
9、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
10、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
11、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 UB 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 可变为 Nt 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
12、体数 d为给定时间内个体死亡的概率 则 11 2 式可变为 Nt 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 R0
13、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 NdN 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
14、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 Pie
15、lou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N t No t 有一次死亡的概率为N 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 N t N t PN 1 t 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 PN t N 1 PN 1 t 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
16、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
