Войти
В популяционной экологии и экономики, максимальный устойчивый вылов ( МУВ), теоретически, самый большой выход (или поймать), которые могут быть взяты из запаса Разновидность в течение неопределенного периода времени. Основополагающая для понятия устойчивого урожая, концепция MSY направлена на поддержание размера популяции на уровне максимальной скорости роста путем вылова особей, которые обычно добавляются к популяции, позволяя популяции оставаться продуктивной на неопределенный срок. Исходя из предположения о логистическом росте, ограничение ресурсов не ограничивает темпы воспроизводства особей при небольших популяциях, но из-за того, что особей мало, общий урожай невелик. При средней плотности популяции, которая также составляет половину от продуктивной способности, особи могут размножаться с максимальной скоростью. В этот момент, называемый максимальной устойчивой урожайностью, имеется избыток особей, которые можно собрать, потому что рост популяции находится на максимальной отметке из-за большого количества воспроизводящихся особей. Выше этой точки факторы, зависящие от плотности, все больше ограничивают размножение до тех пор, пока популяция не достигнет продуктивности. На данный момент нет лишних особей, которые нужно собирать, и урожай падает до нуля. Максимальный устойчивый урожай обычно выше, чем оптимальный устойчивый урожай и максимальный экономический урожай.
MSY широко используется для управления рыболовством. В отличие от логистической модели ( модели Шефера ), MSY был уточнен в большинстве современных моделей рыболовства и составляет около 30% от неэксплуатируемой численности популяции. Эта доля различается между популяциями в зависимости от жизненного цикла вида и возрастной избирательности метода лова.
Концепция MSY как стратегии управления рыболовством была разработана в Белмаре, штат Нью-Джерси, в начале 1930-х годов. Его популярность возросла в 1950-х годах с появлением моделей с избыточным производством с явной оценкой MSY. Как казалось бы, простой и логичной цель управления, в сочетании с отсутствием других целей управления простым то времени, МПЗ был принят в качестве цели первичного управления нескольких международных организаций (например, IWC, IATTC, ИККАТ, ICNAF ) и отдельных стран.
Между 1949 и 1955 годами США пытались добиться, чтобы MSY провозгласила цель международного управления рыболовством (Johnson 2007). Международный договор MSY, который был в конечном итоге принят в 1955 году, дал иностранным флотам право ловить рыбу у любого побережья. Страны, которые хотели исключить иностранные лодки, должны были сначала доказать, что их рыба подверглась перелову.
По мере накопления опыта с этой моделью некоторым исследователям стало очевидно, что она не способна справляться с операционными сложностями реального мира и влиянием трофических и других взаимодействий. В 1977 году Питер Ларкин написал ее эпитафию, поставив под сомнение цель достижения максимальной устойчивой урожайности по нескольким причинам: это подвергало население слишком большому риску; он не учитывал пространственную изменчивость продуктивности; в нем не учитывались виды, кроме основных промысловых; он рассматривал только выгоды, а не издержки рыбной ловли; и он был чувствителен к политическому давлению. Фактически, ни одна из этих критических замечаний не была направлена на устойчивость как цель. Первый отметил, что поиск абсолютного MSY с неопределенными параметрами был рискованным. Остальные указывают, что цель MSY не была целостной; в нем упущено слишком много важных функций.
Некоторые менеджеры начали использовать более консервативные рекомендации по квотам, но влияние модели MSY на управление рыболовством по- прежнему преобладало. Даже в то время как научное сообщество начинало сомневаться в целесообразности и эффективности MSY как цели управления, оно было включено в Конвенцию Организации Объединенных Наций по морскому праву 1982 года, что обеспечило ее интеграцию в национальные и международные законы и законы о рыболовстве. По словам Уолтерса и Магуайра, «институциональная мощь была приведена в движение», достигнув апогея в начале 1990-х годов с крахом северной трески.
Ключевое предположение, лежащее в основе всех моделей устойчивого промысла, таких как MSY, заключается в том, что популяции организмов растут и замещают себя, то есть являются возобновляемыми ресурсами. Кроме того, предполагается, что, поскольку темпы роста, выживаемости и репродуктивной способности увеличиваются, когда сбор урожая снижает плотность популяции, они производят излишки биомассы, которые можно собирать. В противном случае устойчивый урожай был бы невозможен.
Еще одно предположение об использовании возобновляемых ресурсов заключается в том, что популяции организмов не могут расти бесконечно; они достигают равновесного размера популяции, что происходит, когда количество особей совпадает с ресурсами, доступными населению (т. е. при классическом логистическом росте ). При этом равновесном размере популяции, называемом вместимостью, популяция остается стабильной.
фигура 1 Логистическая модель (или логистическая функция ) - это функция, которая используется для описания ограниченного роста населения при двух предыдущих предположениях. Логистическая функция ограничена в обоих крайних: когда нет людей, чтобы размножаться, и когда есть равновесное число особей (т.е. при пропускной способности ). Согласно логистической модели, скорость роста популяции между этими двумя пределами чаще всего считается сигмоидальной (рис. 1). Существуют научные доказательства того, что некоторые популяции действительно растут в логистической моде в направлении устойчивого равновесия - широко цитируемый примером является логистическим ростом из дрожжей.
Уравнение, описывающее логистический рост:
Значения параметров:
От логистической функции, размер популяции в любой точке может быть вычислена, если, и известны.
фигура 2 Дифференцирующее уравнение 1.1 дает выражение того, как скорость популяции увеличивается с увеличением N. Сначала темп роста населения быстрый, но он начинает замедляться по мере роста населения, пока не выровняется до максимального темпа роста, после чего он начинает уменьшаться (рисунок 2).
Уравнение для рисунка 2 является дифференциалом уравнения 1.1 ( модель роста Ферхульста 1838 г.):
можно понимать как изменение популяции (N) по отношению к изменению во времени (t). Уравнение 1.2 - это обычный способ математического представления логистического роста, который имеет несколько важных особенностей. Во-первых, при очень малых размерах населения значение мало, поэтому скорость роста населения приблизительно равна, что означает, что население растет экспоненциально со скоростью r (внутренняя скорость роста населения). Несмотря на это, темпы роста популяции очень низкие (низкие значения по оси Y на рисунке 2), потому что, даже если каждая особь воспроизводит с высокой скоростью, воспроизводящихся особей мало. И наоборот, когда популяция велика, значение приближается к 1, эффективно уменьшая члены в скобках уравнения 1.2 до нуля. Эффект состоит в том, что темпы роста населения снова очень низкие, потому что либо каждый особь с трудом воспроизводит потомство, либо уровень смертности высок. В результате этих двух крайностей скорость роста популяции максимальна при промежуточной популяции или половинной вместимости ().
Рисунок 3 Самый простой способ смоделировать сбор урожая - изменить логистическое уравнение так, чтобы определенное количество особей постоянно удалялось:
Где H представляет количество особей, удаляемых из популяции, то есть коэффициент вылова. Когда H является постоянным, популяция будет находиться в равновесии, когда количество удаляемых особей будет равно скорости роста популяции (рисунок 3). Равновесный размер популяции при определенном режиме сбора урожая можно определить, когда популяция не растет, то есть когда. Это происходит, когда темп прироста популяции совпадает с темпом сбора урожая:
На рисунке 3 показано, как скорость роста зависит от плотности населения. При низкой плотности (далеко от вместимости) популяции мало прибавляются (или «пополняются») просто потому, что мало организмов, способных к рождению. Однако при высокой плотности населения возникает острая конкуренция за ресурсы, и темпы роста снова низкие из-за высокого уровня смертности. Между этими двумя крайностями темпы роста населения возрастают до максимального значения (). Эта максимальная точка представляет собой максимальное количество особей, которое может быть добавлено к популяции естественными процессами. Если из популяции будет удалено больше особей, чем это, популяция окажется под угрозой исчезновения. Максимальное количество, которое может быть убрано устойчивым образом, называемое максимальной устойчивой урожайностью, определяется этой максимальной точкой.
На рис. 3 также показаны несколько возможных значений скорости вылова H. При наличии двух возможных точек равновесия популяции: низкая численность популяции () и высокая (). При немного более высокой скорости вылова, однако существует только одна точка равновесия (at), которая представляет собой размер популяции, обеспечивающий максимальную скорость роста. При логистическом росте эта точка, называемая максимальной устойчивой урожайностью, находится там, где размер популяции составляет половину от продуктивной способности (или). Максимальный устойчивый урожай - это самый большой урожай, который может быть получен от популяции в состоянии равновесия. На рисунке 3, если больше, чем, урожай превысит способность популяции к самовосстановлению при любом размере популяции ( на рисунке 3). Поскольку скорость сбора урожая выше, чем темпы прироста популяции при всех значениях, такая скорость сбора урожая не является устойчивой.
Важной особенностью модели MSY является то, как вылавливаемые популяции реагируют на колебания окружающей среды или незаконный отбор. Рассмотрим убранную популяцию при постоянном уровне урожая. Если популяция падает (из-за плохой зимы или незаконного урожая), это облегчит регулирование популяции в зависимости от плотности и увеличит урожай, вернув популяцию к стабильному равновесию. В этом случае петля отрицательной обратной связи создает стабильность. Однако нижняя точка равновесия для постоянного уровня урожая нестабильна; падение численности популяции или незаконный сбор урожая приведут к снижению урожайности популяции ниже текущего уровня, создавая положительную обратную связь, ведущую к исчезновению. Уборка урожая также потенциально нестабильна. Небольшое сокращение популяции может привести к положительной обратной связи и вымиранию, если не снижать режим сбора (). Таким образом, некоторые считают, что сбор урожая на МЮМ небезопасен по экологическим и экономическим причинам. Сама модель MSY может быть модифицирована для сбора определенного процента населения или с постоянными ограничениями усилий, а не с фактическим числом, тем самым избегая некоторых из ее нестабильностей.
Точка равновесия MSY является полустабильной - небольшое увеличение численности популяции компенсируется, небольшое уменьшение до исчезновения, если H не уменьшается. Поэтому сбор урожая в MSY опасен, потому что он находится на острие - любое небольшое сокращение популяции приводит к положительной обратной связи, при этом популяция быстро сокращается до исчезновения, если количество выловленной рыбы остается прежним.
Формула для максимального устойчивого урожая () представляет собой одну четвертую максимальной популяции или урожайности (), умноженную на внутреннюю скорость роста ().
Принцип MSY также часто применяется к возрастным группам населения. Расчеты могут быть более сложными, и результаты часто зависят от того, возникает ли зависимость от плотности на стадии личинки (часто моделируемой как воспроизводство, зависящее от плотности) и / или на других стадиях жизни. Было показано, что если зависимость от плотности действует только на личинку, то существует оптимальная жизненная стадия (размер или возрастной класс) для сбора урожая, при этом урожай на всех других этапах жизни отсутствует. Следовательно, оптимальная стратегия - собрать этот самый ценный этап жизни в MSY. Однако в моделях с возрастной и поэтапной структурой постоянный MSY не всегда существует. В таких случаях оптимальным вариантом является циклический сбор урожая, когда урожайность и ресурсы меняются по размеру во времени. Кроме того, стохастичность окружающей среды взаимодействует с демографически структурированными популяциями принципиально иначе, чем для неструктурированных популяций при определении оптимального урожая. Фактически, оптимальная биомасса, которую следует оставить в океане при промысле в MSY, может быть либо выше, либо ниже, чем в аналогичных детерминированных моделях, в зависимости от деталей функции пополнения, зависящей от плотности, если стадия-структура также включена в модель.
Начало сбора урожая из ранее не убранной популяции всегда приводит к уменьшению численности популяции. То есть невозможно, чтобы выловленная популяция оставалась на своей первоначальной урожайности. Вместо этого популяция либо стабилизируется на новом более низком равновесном уровне, либо, если уровень вылова слишком высок, снизится до нуля.
Причина, по которой популяцию можно вести устойчиво, заключается в том, что она проявляет реакцию, зависящую от плотности. Это означает, что при любой численности популяции ниже K популяция производит избыточный урожай, который можно использовать для сбора урожая без уменьшения численности популяции. Зависимость от плотности - это регуляторный процесс, который позволяет популяции вернуться к равновесию после возмущения. Логистическое уравнение предполагает, что зависимость плотности принимает форму отрицательной обратной связи.
Если постоянное количество особей будет выловлено из популяции на уровне, превышающем MSY, популяция сократится до исчезновения. Сбор урожая ниже уровня MSY приводит к стабильной равновесной популяции, если начальная популяция превышает размер неустойчивой равновесной популяции.
MSY оказала особое влияние в управлении возобновляемыми биологическими ресурсами, такими как коммерчески важные рыба и дикие животные. С точки зрения рыболовства, максимальный устойчивый улов (MSY) - это самый большой средний улов, который может быть получен из запаса в существующих условиях окружающей среды. MSY стремится к достижению баланса между слишком большим и слишком низким урожаем, чтобы поддерживать популяцию на некотором промежуточном уровне с максимальным коэффициентом воспроизводства.
Что касается MSY, максимальный экономический доход (MEY) - это уровень улова, который обеспечивает максимальную чистую экономическую выгоду или прибыль для общества. Как и при оптимальной устойчивой урожайности, MEY обычно меньше MSY.
Хотя это широко практикуется государственными органами штата и федеральными государственными органами, регулирующими дикую природу, леса и рыболовство, MSY подвергается резкой критике со стороны экологов и других лиц как по теоретическим, так и по практическим причинам. Концепцию максимальной устойчивой урожайности не всегда легко применить на практике. Проблемы с оценкой возникают из-за неправильных допущений в некоторых моделях и недостаточной надежности данных. Биологи, например, не всегда имеют достаточно данных, чтобы четко определить размер и скорость роста популяции. Подсчитать момент, когда популяция начинает замедляться из-за конкуренции, также очень сложно. Концепция MSY также имеет тенденцию рассматривать всех индивидов в популяции как идентичных, тем самым игнорируя все аспекты структуры популяции, такие как размер или возрастные классы, а также их дифференциальные темпы роста, выживания и воспроизводства.
В качестве цели управления статическая интерпретация MSY (т. Е. MSY как фиксированного улова, который может быть получен год за годом) обычно неуместна, поскольку игнорирует тот факт, что популяции рыб подвергаются естественным колебаниям (т.е. MSY рассматривает окружающую среду как неизменную).) в изобилии и обычно в конечном итоге сильно истощаются при стратегии постоянного вылова. Таким образом, большинство ученых-рыболовов теперь интерпретируют MSY в более динамичном смысле как максимальный средний вылов (MAY), полученный путем применения определенной стратегии промысла к колеблющимся ресурсам. Или в качестве оптимальной «стратегии неуловителя», где «спуск» означает количество рыбы, которая должна оставаться в океане [а не количество рыбы, которое может быть выловлено]. Стратегия необрезания часто является оптимальной стратегией для максимизации ожидаемого урожая от выловленной, стохастически колеблющейся популяции.
Однако ограничения MSY не означают, что он работает хуже, чем люди, использующие свои лучшие интуитивные суждения. Эксперименты с участием студентов на курсах управления природными ресурсами показывают, что люди, использующие свой прошлый опыт, интуицию и здравый смысл для управления рыболовством, производят гораздо меньший долгосрочный вылов по сравнению с компьютером, использующим расчет MSY, даже если этот расчет основан на неверных моделях динамики популяции..
Для более современного описания MSY и его расчета см.
Пример ошибки в оценке динамики популяции вида произошел при промысле новозеландского апельсина. Ранние квоты основывались на предположении, что оранжевый хищник имел довольно короткую продолжительность жизни и относительно быстро размножался. Однако позже было обнаружено, что оранжевый хищник жил долгое время и медленно размножался (~ 30 лет). К этому моменту запасы были в значительной степени истощены.
Такой подход широко критиковался за игнорирование нескольких ключевых факторов, влияющих на управление рыболовством, и привел к разрушительному краху многих промыслов. Биологи- экологи считают, что он опасен и используется не по назначению.
Во всем мире наблюдается кризис мирового рыболовства. В последние годы наблюдается ускоренное снижение продуктивности многих важных промыслов. К числу опустошенных в последнее время рыбных промыслов относятся (но не ограничиваются ими) крупный китовый промысел, промысел Гранд-Бэнк в западной части Атлантического океана и промысел перуанских анчоусов. Недавние оценки состояния мирового рыболовства, проведенные Продовольственной и сельскохозяйственной организацией Объединенных Наций (ФАО), указывают на стабилизацию выгрузки в 1990-х годах примерно на 100 миллионов тонн.
Кроме того, изменился состав мировых уловов. По мере того как рыбаки истощают более крупные, долгоживущие хищные виды рыб, такие как треска, тунец, акула и окунь, они переходят на следующий уровень - к видам, которые, как правило, меньше, короче и менее ценны.
Чрезмерный вылов рыбы - классический пример трагедии общин.
В популяционной экологии и экономики, оптимальный устойчивый выход является уровень усилий (ПЭП), который максимизирует разницу между общим доходом и общими затратами. Или, где предельный доход равен предельным издержкам. Этот уровень усилий максимизирует экономическую прибыль или ренту от используемых ресурсов. Обычно это соответствует уровню усилий ниже, чем максимальный устойчивый урожай. В науке об окружающей среде, оптимальный устойчивый выход является крупнейшим экономическим выходом из достижимых возобновляемых ресурсов в течение длительного периода времени без снижения способности населения или его окружения, чтобы поддержать продолжение этого уровня доходности.
(уравнение 1.1)
= Размер популяции в момент времени t
= Пропускная способность населения
= Размер популяции в нулевой момент времени
= внутренняя скорость роста населения (скорость, с которой растет население, когда оно очень мало)
(уравнение 1.2)
можно понимать как изменение популяции (N) по отношению к изменению во времени (t). Уравнение 1.2 - это обычный способ математического представления логистического роста, который имеет несколько важных особенностей. Во-первых, при очень малых размерах населения значение мало, поэтому скорость роста населения приблизительно равна, что означает, что население растет экспоненциально со скоростью r (внутренняя скорость роста населения). Несмотря на это, темпы роста популяции очень низкие (низкие значения по оси Y на рисунке 2), потому что, даже если каждая особь воспроизводит с высокой скоростью, воспроизводящихся особей мало. И наоборот, когда популяция велика, значение приближается к 1, эффективно уменьшая члены в скобках уравнения 1.2 до нуля. Эффект состоит в том, что темпы роста населения снова очень низкие, потому что либо каждый особь с трудом воспроизводит потомство, либо уровень смертности высок. В результате этих двух крайностей скорость роста популяции максимальна при промежуточной популяции или половинной вместимости (). 
(уравнение 1.3)
