“最大持續(xù)產(chǎn)量”原理分析

王立乾

(山東省冠縣第一中學(xué) 252500)

1 最大持續(xù)產(chǎn)量的理論基礎(chǔ)

種群在有限環(huán)境中的增長(zhǎng)表現(xiàn)為“S”型曲線，又稱邏輯斯蒂曲線。其數(shù)學(xué)模型(微分方程)為： dN/dt=rN[(K-N)/K]。r是種群瞬時(shí)增長(zhǎng)率，指種群數(shù)目在單位時(shí)間內(nèi)平均每個(gè)個(gè)體的改變率。這個(gè)模型有兩點(diǎn)重要假設(shè)： ①有一個(gè)環(huán)境容納量(K)： 當(dāng)N=K時(shí)，種群為零增長(zhǎng)，即dN/dt=0；②假設(shè)某個(gè)空間能容納K個(gè)個(gè)體： 每個(gè)個(gè)體用了1/K的空間，N個(gè)個(gè)體利用了N/K的空間，而可供種群持續(xù)增長(zhǎng)的剩余空間就只有(1-N/K)了，從而種群增長(zhǎng)率r隨密度增加而降低，而不是保持不變[1]。

2 最大持續(xù)產(chǎn)量

在不損害生物資源可持續(xù)利用的前提下，實(shí)現(xiàn)對(duì)生物資源的最大限度利用，這需要解決兩個(gè)問(wèn)題： 什么樣的種群水平能夠保證最大持續(xù)產(chǎn)量？最大持續(xù)產(chǎn)量是多少？根據(jù)邏輯斯諦方程，如果以dN/dt為縱坐標(biāo)，以N為橫坐標(biāo)，就會(huì)得到圖1所示拋物線。

圖1 種群最大持續(xù)產(chǎn)量示意圖

種群在每一個(gè)數(shù)量水平上(低于K)都對(duì)應(yīng)一個(gè)種群增長(zhǎng)率dN/dt，將這一部分種群增長(zhǎng)量dN/dt捕獲后，種群數(shù)量仍保持在原有水平上，這種捕獲量就稱為持續(xù)產(chǎn)量。那么，種群大小處于K/2時(shí)的種群最大增長(zhǎng)率dN/dt就稱為最大持續(xù)產(chǎn)量(MSY)[2]。將N=K/2代入邏輯斯諦方程得： d(K/2)/dt=rK/2[(K-K/2)/K]=rK/4。因此，最大持續(xù)產(chǎn)量MSY=rK/4。只要知道某一種群的環(huán)境容納量K值和瞬時(shí)增長(zhǎng)率r兩個(gè)參數(shù)值，就能從理論上求出最大持續(xù)產(chǎn)量MSY和提供MSY的種群數(shù)量NMSY。例如，南極的藍(lán)鯨的種群容納量K值為150000頭，而種群的r值為0.053頭/頭·年。根據(jù)上式，NMSY為75000頭，最大持續(xù)產(chǎn)量MSY為1988頭。

一個(gè)種群數(shù)量穩(wěn)定并接近于K值，則種群的dN/dt=0，因此就沒(méi)有持續(xù)產(chǎn)量。只有通過(guò)獵取使種群數(shù)量由K值降下來(lái)，使dN/dt>0，這才有“剩余生產(chǎn)”可供持續(xù)獵取。在種群數(shù)量由K下降到K/2的過(guò)程中，種群數(shù)量逐漸減少，而dN/dt卻逐漸增加，這就意味著K下降到K/2之前，種群數(shù)量減少的程度越大，增長(zhǎng)率dN/dt就越大，持續(xù)產(chǎn)量也就越高。在種群數(shù)量達(dá)到K/2時(shí)，持續(xù)產(chǎn)量最高。種群數(shù)量小于K/2以后，若種群數(shù)量進(jìn)一步下降，不但種群增長(zhǎng)率dN/dt(持續(xù)產(chǎn)量)越來(lái)越小，而且會(huì)出現(xiàn)種群滅亡的危險(xiǎn)。因此，種群數(shù)量N=K/2既是一個(gè)提供最大持續(xù)產(chǎn)量的種群水平，也是種群是否趨向衰退甚至滅亡的臨界種群水平[1]。以上述藍(lán)鯨種群為例，如果將種群維持在K/2=75000的水平，就可以達(dá)到每年1988頭的MSY，即75000頭的藍(lán)鯨種群經(jīng)過(guò)一年單位時(shí)間增加了1988頭，如果捕撈掉這增加的1988頭，種群還會(huì)回到原來(lái)的水平，這樣明年仍可捕獲新增的1988頭個(gè)體，如此可持續(xù)捕撈下去。因此，獲取最大持續(xù)產(chǎn)量應(yīng)在種群數(shù)量達(dá)到K/2時(shí)適時(shí)開始捕獲，使捕獲后的種群水平維持在K/2。