Максимально устойчивая продуктивность: концепция и применение в управлении ресурсами.

Введение

Концепция управления

В экологии популяций и экономике максимальный устойчивый вылов (МУВ) теоретически представляет собой наибольший объем вылова (или улова), который можно изъять из популяции вида в неопределенный период времени. Являясь основополагающим понятием устойчивого использования ресурсов, концепция МУВ направлена на поддержание численности популяции на уровне максимальной скорости роста путем изъятия особей, которые в противном случае приросли бы к популяции, что позволяет популяции оставаться продуктивной неограниченно долго. При допущении логистического роста, ограничение ресурсов не влияет на репродуктивные показатели особей при небольших популяциях, однако из-за малого числа особей общий вылов невелик. При умеренной плотности популяции, соответствующей половине емкости среды обитания, особи способны размножаться с максимальной скоростью. В этой точке, называемой максимальным устойчивым выловом, появляется избыток особей, которых можно изъять, поскольку рост популяции достигает максимума благодаря большому количеству размножающихся особей. Выше этой точки, факторы, зависящие от плотности, все сильнее ограничивают размножение, пока популяция не достигнет емкости среды обитания. В этот момент избыточных особей для изъятия нет, и вылов падает до нуля. Максимальный устойчивый вылов обычно выше оптимального устойчивого вылова и максимального экономического вылова. МУВ широко используется в управлении рыболовством. В отличие от логистической (Schaefer) модели, МУВ был уточнен в большинстве современных моделей рыболовства и достигается примерно при 30% от численности неэксплуатируемой популяции. Эта доля варьируется в зависимости от популяции, истории жизни вида и специфичности метода лова по возрасту.

История

Концепция МСУ как стратегии управления рыболовством была разработана в Белмаре, штат Нью-Джерси, в начале 1930-х годов. Ее популярность возросла в 1950-х годах с появлением моделей избыточного производства с явной оценкой МСУ. ICCAT, ICNAF), и отдельными странами. В 1949–1955 годах США предприняли усилия, чтобы МСУ была объявлена целью международного управления рыболовством (Johnson 2007). Международный договор о максимальной устойчивой урожайности, принятый в 1955 году, давал иностранным флотам право ловить рыбу у любого побережья. Страны, желающие исключить иностранные суда, должны были сначала доказать, что их рыбные запасы переловлены. По мере накопления опыта работы с моделью, некоторым исследователям стало очевидно, что ей не хватает возможностей для учета операционных сложностей реального мира и влияния трофических и других взаимодействий. В 1977 году Питер Ларкин написал эпитафию, опровергая цель максимальной устойчивой урожайности по нескольким основаниям: она подвергала популяции слишком большому риску; она не учитывала пространственную изменчивость продуктивности; она не учитывала другие виды, кроме целевого объекта рыболовства; она рассматривала только выгоды, а не затраты на рыболовство; и она была чувствительна к политическому давлению. Фактически, ни одна из этих критических замечаний не была направлена против устойчивости как цели. Первая отметила, что стремление к абсолютной МСУ с неопределенными параметрами рискованно. Остальные указывают на то, что цель МСУ не была целостной; она упускала слишком много важных факторов. В 1982 году она была включена в Конвенцию Организации Объединенных Наций по морскому праву, тем самым обеспечив ее интеграцию в национальные и международные акты и законы в области рыболовства. Логистическая модель (или логистическая функция) – это функция, используемая для описания ограниченного роста популяции при вышеуказанных двух предположениях. Логистическая функция ограничена с обеих сторон: когда нет особей для размножения и когда достигается равновесное количество особей (т.е. при несущей способности). Согласно логистической модели, скорость роста популяции между этими двумя пределами чаще всего предполагается сигмоидальной (Рисунок 1). Существуют научные доказательства того, что некоторые популяции растут по логистическому закону к стабильному равновесию – часто приводимым примером является логистический рост дрожжей. Уравнение, описывающее логистический рост, имеет вид: Максимальное количество, которое можно вылавливать устойчивым образом, называемое максимальной устойчивой урожайностью, определяется этой максимальной точкой. На Рисунке 3 также показаны несколько возможных значений скорости вылова, H. При , существует две возможные точки равновесия популяции: малая численность популяции и большая. При , немного более высокая скорость вылова, однако существует только одна точка равновесия (при ), которая соответствует численности популяции, обеспечивающей максимальную скорость роста. При логистическом росте эта точка, называемая максимальной устойчивой урожайностью, соответствует половине несущей способности (или ). Максимальная устойчивая урожайность – это наибольший вылов, который можно получить из популяции в состоянии равновесия. На Рисунке 3, если выше , то вылов превысит способность популяции к воспроизводству при любой численности популяции (на Рисунке 3). Поскольку скорость вылова выше скорости роста популяции при всех значениях , эта скорость вылова неустойчива. Важная особенность модели МСУ заключается в том, как выловленные популяции реагируют на колебания окружающей среды или незаконный отлов. Рассмотрим популяцию при , вылавливаемую с постоянной скоростью вылова . Если численность популяции снижается (из-за суровой зимы или незаконного отлова), это ослабит зависимое от плотности регулирование численности популяции и увеличит вылов, возвращая популяцию к , стабильному равновесию. В этом случае отрицательная обратная связь создает стабильность. Однако нижняя точка равновесия для постоянной скорости вылова не является стабильной; сокращение численности популяции или незаконный отлов снизят вылов популяции ниже текущего уровня вылова, создавая положительную обратную связь, ведущую к вымиранию. Вылов при также потенциально нестабилен. Небольшое сокращение численности популяции может привести к положительной обратной связи и вымиранию, если режим вылова не будет снижен. Таким образом, некоторые считают вылов при МСУ небезопасным с экологической и экономической точек зрения. Сама модель МСУ может быть модифицирована для вылова определенного процента популяции или с постоянными ограничениями усилий, а не с конкретным числом, тем самым избегая некоторых ее нестабильностей.

The concept of MSY as a fisheries management strategy developed in Belmar, New Jersey, in the early 1930s. It increased in popularity in the 1950s with the advent of surplus production models with explicitly estimate MSY. ICCAT, ICNAF), and individual countries. Between 1949 and 1955, the U. S. maneuvered to have MSY declared the goal of international fisheries management (Johnson 2007). The international MSY treaty that was eventually adopted in 1955 gave foreign fleets the right to fish off any coast. Nations that wanted to exclude foreign boats had to first prove that its fish were overfished. As experience was gained with the model, it became apparent to some researchers that it lacked the capability to deal with the real world operational complexities and the influence of trophic and other interactions. In 1977, Peter Larkin wrote its epitaph, challenging the goal of maximum sustained yield on several grounds: It put populations at too much risk; it did not account for spatial variability in productivity; it did not account for species other than the focus of the fishery; it considered only the benefits, not the costs, of fishing; and it was sensitive to political pressure. In fact, none of these criticisms was aimed at sustainability as a goal. The first one noted that seeking the absolute MSY with uncertain parameters was risky. The rest point out that the goal of MSY was not holistic; it left out too many relevant features. it was incorporated into the 1982 United Nations Convention for the Law of the Sea, thus ensuring its integration into national and international fisheries acts and laws. The logistic model (or logistic function) is a function that is used to describe bounded population growth under the previous two assumptions. The logistic function is bounded at both extremes: when there are not individuals to reproduce, and when there is an equilibrium number of individuals (i. e., at carrying capacity). Under the logistic model, population growth rate between these two limits is most often assumed to be sigmoidal (Figure 1). There is scientific evidence that some populations do grow in a logistic fashion towards a stable equilibrium – a commonly cited example is the logistic growth of yeast. The equation describing logistic growth is: The maximum number that can be harvested in a sustainable manner, called the maximum sustainable yield, is given by this maximum point. Figure 3 also shows several possible values for the harvesting rate, H. At , there are two possible population equilibrium points: a low population size and a high one At , a slightly higher harvest rate, however there is only one equilibrium point (at ), which is the population size that produces the maximum growth rate. With logistic growth, this point, called the maximum sustainable yield, is where the population size is half the carrying capacity (or ). The maximum sustainable yield is the largest yield that can be taken from a population at equilibrium. In figure 3, if is higher than , the harvesting would exceed the population's capacity to replace itself at any population size ( in figure 3). Because harvesting rate is higher than the population growth rate at all values of , this rate of harvesting is not sustainable. An important feature of the MSY model is how harvested populations respond to environmental fluctuations or illegal offtake. Consider a population at harvested at a constant harvest level If the population falls (due to a bad winter or illegal harvest) this will ease density dependent population regulation and increase yield, moving the population back to , a stable equilibrium. In this case, a negative feedback loop creates stability. The lower equilibrium point for the constant harvest level is not stable however; a population crash or illegal harvesting will decrease population yield farther below the current harvest level, creating a positive feedback loop leading to extinction. Harvesting at is also potentially unstable. A small decrease in the population can lead to a positive feedback loop and extinction if the harvesting regime is not reduced. Thus, some consider harvesting at MSY to be unsafe on ecological and economic grounds. The MSY model itself can be modified to harvest a certain percentage of the population or with constant effort constraints rather than an actual number, thereby avoiding some of its instabilities.

Для демографически структурированных групп населения

Принцип МСУ часто применим и к возрастным группам популяции. Расчеты могут быть более сложными, и результаты часто зависят от того, проявляется ли зависимость от плотности на стадии личинки (часто моделируется как зависимость размножения от плотности) и/или на других жизненных стадиях. Показано, что если зависимость от плотности действует только на личинок, то существует оптимальная жизненная стадия (размер или возрастной класс) для вылова, при этом вылов на всех остальных жизненных стадиях не производится. Однако в моделях, структурированных по возрасту и стадиям развития, постоянное МСУ не всегда существует. В таких случаях оптимальным является циклический вылов, при котором урожайность и численность ресурса изменяются во времени. Кроме того, экологическая стохастичность взаимодействует с демографически структурированными популяциями принципиально иначе, чем с неструктурированными популяциями, при определении оптимального вылова. Фактически, оптимальная биомасса, оставляемая в океане при вылове на уровне МСУ, может быть как выше, так и ниже, чем в аналогичных детерминированных моделях, в зависимости от особенностей функции зависимости прироста численности от плотности, если в модель также включена стадийная структура.

Последствия модели МСВ

Начало эксплуатации ранее не эксплуатируемой популяции всегда приводит к уменьшению её численности. То есть, невозможно, чтобы популяция, подвергшаяся вылову, оставалась на своей первоначальной ёмкости среды. Вместо этого популяция либо стабилизируется на новом, более низком уровне равновесия, либо, если интенсивность вылова слишком высока, сократится до нуля. Возможность устойчивой эксплуатации популяций обусловлена их зависимостью от плотности. Максимально устойчивый вылов (MSY) направлен на достижение баланса между чрезмерным и недостаточным выловом, чтобы поддерживать популяцию на некотором промежуточном уровне с максимальной скоростью возобновления. В связи с MSY, максимальный экономический вылов (MEY) – это уровень улова, обеспечивающий максимальную чистую экономическую выгоду или прибыль для общества. Как и оптимальный устойчивый вылов, MEY обычно меньше MSY.

Оранжевый грубый

Пример ошибок в оценке динамики популяции вида произошел в новозеландском промысле оранжевого групера. Первоначальные квоты были установлены на основании предположения о том, что оранжевый групер имеет относительно короткую продолжительность жизни и быстро размножается. Однако впоследствии выяснилось, что оранжевый групер живет долго и размножается медленно (около 30 лет). К этому моменту запасы популяции были значительно истощены.

Критика

Этот подход подвергся широкой критике за игнорирование ряда ключевых факторов, влияющих на управление рыболовством, и привел к катастрофическому коллапсу многих рыбных запасов. Среди специалистов по охране природы он широко считается опасным и злоупотребляемым.

Перелов

Во всем мире наблюдается кризис в мировом рыболовстве. В последние годы отмечается ускоряющийся спад продуктивности многих важных рыболовных районов. Среди рыболовств, которые в последнее время пришли в упадок, можно назвать (но не ограничиваться этим) китобойный промысел, рыболовство на Большой Банке в западной Атлантике и перуанский промысел анчоусов. Недавние оценки Продовольственной и сельскохозяйственной организации Объединенных Наций (ФАО) о состоянии мирового рыболовства указывают на стабилизацию объемов вылова в 1990-х годах на уровне около 100 миллионов тонн. Кроме того, изменился состав мирового улова. По мере истощения рыбаками крупных, долгоживущих хищных видов рыб, таких как треска, тунец, акулы и луцианы, они переходят к видам меньшего размера, с более коротким жизненным циклом и меньшей ценностью. Перелов – это классический пример трагедии общих ресурсов.

Оптимальный устойчивый урожай

В популяционной экологии и экономике оптимальная устойчивая доходность – это уровень усилий (LOE), который максимизирует разницу между общим доходом и общими затратами. Или, точка, где предельный доход равен предельным издержкам. Этот уровень усилий максимизирует экономическую прибыль, или ренту, от используемого ресурса. Как правило, он соответствует уровню усилий, меньшему, чем уровень максимальной устойчивой доходности. В науках об окружающей среде оптимальная устойчивая доходность – это наибольшая экономически выгодная продуктивность возобновляемого ресурса, которую можно поддерживать в течение длительного периода времени, не снижая способности популяции или её среды обитания обеспечивать продолжение этой продуктивности.