Av-Avcı Biyoekonomik Modellerine Genel Bir Bakış
TÜBİTAK
ARAŞTIRMA PROJESİ
PROJE NO : 114K957
Bu çalışma projesi yürütücüsü, Doç. Dr. Serkan Küçükşenel, önderliğinde
proje bursiyeri Fatma Taşdemir
1
tarafından yapılmıştır.
ANKARA
2016
1
İktisat Bölümü, ODTÜ, Ankara 06800, Türkiye. E-posta: tfatma@metu.edu.tr.
çindekiler
1 Giri³
1
2 Av - Avc Modelleri
3
2.1 Lotka - Volterra Modeli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
2.1.1 Modelin Varsaymlar . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6
2.1.2 Modele Giri³ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7
2.2 Nicholson - Bailey Modeli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
3 Av - Avc Modelleri ile lgili Literatürde Yer Alan Çal³malar 12
3.1 ³levsel Tepkinin Ava Ba§l Olmas Durumu . . . . . . . . . . 13
3.2 ³levsel Tepkinin Av ve Avcya Ba§l Olmas Durumu . . . . . 17
3.3 ³levsel Tepkinin Av-Avc Oranna Ba§l Olmas Durumu . . . 20
4 Av-Avc Modelinde Denge Özellikleri
24
5 Klasik Av - Avc Modeline Uygulanan De§i³iklikler
31
6 Sonuç
46
A Birinci Proje De§erlendirme Raporu Özeti
48
1
1 Giri³
114K957 numaral TÜBTAK projesinin ilk de§erlendirme rapo-
runda
1
balkçlk sektörü genel hatlar ile incelenmi³tir. lk de§erlendirme
raporundan elde edilen temel sonuç ise sektörde var olan a³r avlanma prob-
lemidir. A³r avlanma probleminin çözümü için genellikle avlanma çabasna
ya da avlanma miktarna snrlama getirilmektedir.
lk de§erlendirme raporunda da belirtildi§i üzere, balk kaynakla-
rna zarar vermeden avlanmann optimal oldu§u iki denge noktas bulun-
maktadr. Bu denge noktalar maksimum sürdürülebilir mahsul ve maksi-
mum ekonomik mahsul olarak bilinmektedir. Maksimum sürdürülebilir mah-
sul düzeyinde avlanma, balk popülasyonu büyüme orannn sfr oldu§u dü-
zeye kar³lk gelmektedir. Maksimum ekonomik mahsul dengesi ise balkçlk
sektöründe faaliyet gösteren ki³ilerin kârlarnn maksimize edildi§i avlanma
düzeyini göstermektedir. Ancak maksimum ekonomik mahsul düzeyi, maksi-
mum sürdürülebilir mahsul düzeyine kyasla daha az avlanmay ve daha fazla
kâr içerdi§i için daha optimal denge noktas oldu§u belirtilmi³tir.
Av-avc modellerinde, avc, av tüketerek hayatn sürdürmekte ve
avn hayatn sürdürebilmesi, avcdan kaçmasn gerektirmektedir. Av, avc
için bir besin kayna§ iken avcnn avlanma faaliyetinde bulunmas, avn haya-
tn kaybetmesine yol açaca§ için iki popülasyon türü arasnda besin kayna§
1
Birinci de§erlendirme raporunun özeti, bu çal³mann ek ksmnda yer almaktadr.
2
ve dü³manlk ili³kisinin bulundu§u Ströbele ve Wacker(1995)'da belirtilmi³-
tir.
ki canl türü arasndaki ili³ki genellikle Lotka-Volterra modeliyle
incelenmektedir. Lotka-Volterra modelinde, av ve avc popülasyon dinami-
§ini gösteren iki denklem bulunmaktadr. Av-avc modelleri ile ilgili yaplan
çal³malar genellikle uzun dönemli popülasyon davran³larnn incelenmesi,
dengenin hesaplanmas ve elde edilen dengenin dura§an olabilmesi için ge-
rekli ko³ullar üzerine yo§unla³m³tr.
Maksimum ekonomik mahsul veya maksimum sürdürülebilir mah-
sul düzeyinde avlanma ile av-avc modelleri arasnda literatürde var olan
ili³ki eksikli§i ikinci de§erlendirme raporunun av-avc modellerine, üçüncü
de§erlendirme raporunun ise av-avc modelleri ile optimal avlanma noktalar
arasndaki ili³kinin belirlenmesini gerekli klm³tr.
Bu çal³mann ikinci ksmnda, av - avc modellerinde kullanlan
Lotka - Volterra ve Nicholson - Bailey modellerinden bahsedilecektir. Av-avc
modelinde yer alan i³levsel tepki fonksiyonu sadece ava , hem av hem de av-
cya ve av-avc oranna ba§l olmak üzere üç ³ekilde incelenmektedir. Üçüncü
bölümde, literatürde yer alan çal³malar, belirtilen snandrmaya uygun
olarak incelenmi³tir. Dördüncü bölümde, av - avc modellerinden elde edilen
dengenin özelliklerinden bahsedilecektir. Be³inci bölümde, av-avc modeline
göç, çevresel heterojenlik vb. gibi özelliklerin entegre edildi§i çal³malardan
3
bahsedilmesi ve bu çal³mann sonuç ksm ile devam etmesi planlanm³tr.
2 Av - Avc Modelleri
Avlanma faaliyetlerinin, av popülasyonuna etkisini gözlemlemek için
literatürde çe³itli modeller kullanlmaktadr. Mesela avlanmann ya³ yapsna
göre gerçekle³mesi, avcnn sadece hedeedi§i av yakalamas ve hedeenen
ava ek olarak ba³ka türlerin de avlanmas durumunu dikkate alan biyoekono-
mik modeller mevcuttur. Ya³ yapsn dikkate alan biyoekonomik modeller,
genel olarak, avlanmann ya³ yapsna göre gerçekle³mesi durumunda av po-
pülasyonuna etkisini incelemektedir. Ancak bu tür modellerde, avlanmann
avc popülasyonuna etkisi üzerinde fazla durulmam³tr. Av-avc modellerinde
ise popülasyon türlerinden birinde meydana gelen de§i³imin, di§er popülas-
yona etkisi direkt olarak gözlemlenmektedir.
Ya³ yapsn dikkate alan biyoekonomik modelleri statik ve dinamik
olarak modellemek mümkündür. Av-avc modelleri ise popülasyonlar arasn-
daki etkile³imi dinamik olarak ele almaktadr. Av-avc modelleri daha çok
uygulamal matematik alannda uzman ki³ilerin çal³t§ bir alan iken biyo-
ekonomik modeller daha çok biyologlar ve ekonomistler tarafndan olu³tu-
rulmaktadr. Bu nedenle, av-avc modelleri ile yaplan çal³malarda daha çok
dengenin var olma ko³ullar, dengenin dura§an olmas için gereken özellikler
vb. gibi konular ön plandadr.
4
Av-avc modellerinde, popülasyonlar aras etkile³imin zamana göre
de§i³imi incelenmektedir. Mesela avc popülasyonunun yo§un olmas, av po-
pülasyonunun azalmasna yol açmaktadr. Av popülasyonunun azalmas, te-
mel besin kayna§ av olan avc popülasyonunun azalmasna yol açacaktr.
Azalan avc popülasyonu kar³snda av popülasyonu üreme için elveri³li bir
ortam bulaca§ndan dolay av popülasyonunda art³ görülmesi beklenmekte-
dir. Dolaysyla artan av popülasyonu, avc popülasyonu için uygun beslenme
ortam sa§lamakta ve avc popülasyonunun artmasna katk sa§lamaktadr.
Av ve avc popülasyonu arasndaki ili³ki bu ³ekilde devam etmektedir.
Av ve avc popülasyonu arasnda belirtilen bu ili³ki, her iki popülas-
yon için döngü olu³masn gerektirmektedir. Ancak, kullanlan modele ba§l
olarak baz çal³malar modelin döngü olu³mas ile sonuçland§n belirtirken
baz çal³malar ise modelde döngü olu³mamasnn nedenini, modele empoze
edilen ba³langç ko³ullar ve seçilen parametrelerle ili³kilendirmektedir.
Sih(1984) av ve avc arasndaki ili³kinin, baskn olan popülasyon tü-
rüne göre de§i³im gösterece§ini belirtmi³tir. Mesela, avc(av) popülasyon dav-
ran³nn baskn olmas av ve avc arasndaki ili³kinin pozitif(negatif) yönlü
olmasna yol açacaktr. Avc davran³nn av popülasyonuna nazaran mobi-
litesinin yüksek olmas, avn avcdan kaçabilmek için çok fazla çaba harca-
yamayaca§n ve avcnn av popülasyonunun yo§un oldu§u yerde bulunmas,
iki canl türü arasnda pozitif yönlü bir ili³ki olu³mas ile sonuçlanacaktr.
5
Av-avc modellerinin geli³imi temel olarak Lotka-Volterra modeli
üzerinden gerçekle³mi³tir. Lotka-Volterra modeline ek olarak Nicholson-Bailey
modelleri de kullanlmaktadr. Abrams(2000), Nicholson-Bailey modelinde
yer alan av-avc popülasyon dinamiklerinin tam olarak anla³lmad§n be-
lirtmi³tir. Belki de bu nedenledir ki, av-avc modelleri ile ilgili yaplan çal³-
malarda daha çok Lotka-Volterra modeli kullanlmaktadr.
Bu bölümde ilk önce Lotka-Volterra daha sonra ise Nicholson-Bailey
modelinden bahsedilmesi planlanm³tr.
2.1 Lotka - Volterra Modeli
Av ve avc gruplar arasnda var olan ili³kinin incelenmesi Lotka-
Volterra modeli ile ba³lam³tr. Av ve avcnn, besin kayna§ olarak ayn can-
ly hedeemesi durumunda birbirlerine rakip olmaktadrlar. Bu durumdan
farkl olarak avcnn, av besin kayna§ olarak seçmesi durumunda aralarnda
dü³manlk ili³kisi ba³lamaktadr (Ströbele ve Wacker, 1995). Av ve avc po-
pülasyonu arasnda belirtilen rekabet ve dü³manlk ili³kisinin ele alnmas
Lotka-Volterra modelinin kullanlmasn gerektirmektedir.
Lotka-Volterra tarafndan geli³tirilen av-avc modelini, iki popülas-
yon türü arasnda var olan ili³kiyi anlayabilmek için gerçek ya³amn basit bir
uyarlamas olarak dü³ünebiliriz. Bu model ile popülasyon içi veya popülas-
yonlar aras meydana gelen bir de§i³imin, modelde nasl bir etki yarataca§
6
tahmin edilmeye çal³lmaktadr.
2.1.1 Modelin Varsaymlar
Pulley(2011)'de belirtilen Lotka-Volterra modeli ile ilgili olarak;
•
Avcnn modelde olmamas halinde, av popülasyonunda büyüme, mev-
cut popülasyonun belirli bir oran kadar olaca§,
•
Avn modelde olmamas durumunda, avcnn ba³ka bir besin kayna§
kullanmamas ko³uluyla, avc popülasyonun soyunun tükenebilece§i,
•
Her iki popülasyonun kar³la³mas durumunda av popülasyonunda azalma
ve avc popülasyonunda art³ gözlemlenece§i,
varsaymlar yaplm³tr.
Belirtilen varsaymlara ek olarak ba³ka bir çal³mada( http://yunus.hacettepe.edu.tr/ ca-
gasan/Documents, Bölüm 7, Eri³im Tarihi: 22 A§ustos) ise;
•
Modelde avcnn bulunmamas durumunda, avn üssel ³ekilde büyüme
sergileyece§i,
•
Popülasyonlarin büyümesi, kar³la³ma olaslklarn artraca§,
•
Avc saysnn artmas ile avlanma arasnda pozitif bir ili³ki bulundu§u,
7
•
Avc ölüm oran ve yo§unlu§u arasnda ili³ki bulunmad§
varsaymlarnn da yapld§n belirtmi³tir.
Lima(2002) av - avc modellerinde, popülasyon türleri arasnda etki-
le³imi modellemek için sabit risk varsaymnn yapld§n ancak bu durumun
gerçe§i yanstmad§n belirtmi³tir. Sabit risk varsaym avcnn ava saldrma
orannn sabit oldu§u bir durumu belirtmektedir.
2.1.2 Modele Giri³
Av ve avc arasndaki etkile³imi ele alan klasik Lotka-Volterra mo-
deli(Pulley, 2011),
dx
dt
= ax − bxy = x(a − by)
(1)
dy
dt
= −cy + zxy = y(−c + zx)
(2)
2.1 ve 2.2 numaral denklemlerde tanmlanmaktadr. Modelde yer
alan x ve y parametreleri srasyla av ve avc popülasyonunu temsil etmekte-
dir. a, b, c ve z parametreleri ise pozitif herhangi bir sayy göstermektedir.
Modelde avcnn olmamas durumunda av popülasyonuna ili³kin
denklem(2.1 numaral denklem ile gösterilmektedir.)
dx
dt
= ax
haline gelmek-
tedir. a parametresi pozitif oldu§u için av popülasyonu mevcut popülsyonun
belli bir oran kadar büyüyecektir. Dolaysyla, av popülasyonunun zamana
8
göre de§i³imini gösteren denklemde avn büyüme oran a ile gösterilmektedir.
Av popülasyonuna ili³kin denklemde yer alan b parametresi av ve
avc kar³la³mas sonucu ölen av orann, by av ba³na dü³en avlanma mikta-
rn, byx ise avlanma sonucunda av popülasyonunda meydana gelen azalmay
göstermektedir.
2.2
numaral denklem avc popülasyonunun zamana göre de§i³imini
göstermektedir. Modelde av poülasyonunun olmamas durumunda 2.2 numa-
ral denklem
dy
dt
= −cy
haline gelmektedir. Yani modelde avn olmamas, avc
popülasyonunun azalmasna yol açmaktadr. Bu durumun temel nedeni ise
modelde avcnn sadece av tüketmesi, yan avlarla beslenmemesi varsaym-
dr.
Avc popülasyonuna ili³kin denklemde yer alan z parametresi av ve
avc kar³la³masnn, avc popülasyonuna olan pozitif etkisini göstermektedir.
Modelde, avcnn sadece av tüketti§i varsayld§ için z parametresini avc
büyüme oran olarakta dü³ünebiliriz. zx avc ba³na dü³en av tüketim mik-
tarn, zxy ise avc grubunun tüketti§i toplam av miktarn göstermektedir.
Av ve avc popülasyonu arasndaki ili³kiyi gösterebilmek için, mo-
delde yer alan zaman de§i³keninden kurtulmamz gerekmektedir. Bunu ise
2.2 numaral denklemin 2.1 numaral denkleme oran ile bulabiliriz. Böylece,
9
av ve avc popülasyonu arasndaki direkt ili³kiyi gösteren
dy
dx
=
y(−c + zx)
x(a − by)
(3)
2.3 numaral denklemi elde edebiliriz. Bu denklemde, av ve avc
arasndaki ili³kinin, modelin temel parametrelerine ba§l oldu§unu gözlemle-
yebiliriz.
Chaudri ve Ray (1996), av-avc modellerinde yer alan canllar için
ço§unlukla lojistik büyüme fonksiyonu kullanld§n belirtmi³lerdir. Lojistik
büyüme fonksiyonu kullanlmasnn nedeni ise küçük bir popülasyonun hzl
büyümesi ve büyük bir popülasyonun azalarak büyümesini sa§lamasdr. Böy-
lelikle, ara³trmaclar av-avc arasndaki ili³kiyi en iyi ³ekilde modellemeye
çal³maktadrlar.
Av ve avc modelinin çözüm kümesini bulabilmek için 2.1 ve 2.2
denklemlerini sfra e³itlememiz gerekmektedir. Temel gerekçe ise uzun dö-
nemde de§i³kenlerin dura§an davran³ sergileyece§i ve bu nedenle zamana
göre herhangi bir de§i³imin olmayaca§ varsaymdr. Bu durumda elde ede-
ce§imiz iki denge noktas bulunmaktadr. Denge noktalarn (0, 0) ve (
c
z
,
a
b
)
³eklinde gösterebiliriz. Çözüm kümesinde yer alan ilk de§er av popülasyo-
nunu, ikinci de§er ise avc popülasyonunun dengede ald§ de§eri göstermek-
tedir. lk denge noktas, popülasyon türlerini gösteren fonksiyonun boyun
noktasn ve ikinci de§er ise dura§an denge noktasn göstermektedir.
10
Denge noktalarndan anla³laca§ üzere avc popülasyonu a ve b pa-
rametreleri tarafndan belirlenmekte ve bu parametreler av popülasyonunun
zamana göre de§i³imini gösteren denklemde yer almaktadr. Ayn durum av
popülasyonu için de geçerlidir. Bu nedenle, avc (av) popülasyonuna ili³kin
parametreler av (avc) popülasyonunun denge de§erinin bulunmasnda rol
oynamaktadr (Mc Laughlin ve Roughgarden, 1991).
Mc Laughlin ve Roughgarden (1991), Lotka Volterra modelinin do-
§al kararllk dinamiklerine sahip oldu§unu belirtmi³lerdir. Yani, ba³langçta
dengeden ne kadar uzak oldu§umuza göre popülasyon türleri arasndaki sal-
nm sabit büyüklükte de§i³im sergileyecek ve modeli denge noktasna ula³t-
racaktr. Ayrca, yazarlar Lotka-Volterra modelinin do§al kararllk özelli§ine
sahip olmas nedeniyle ele³tirilere maruz kald§n belirtmi³lerdir.
2.2 Nicholson - Bailey Modeli
Av-avc popülasyonu arasndaki etkile³imi, Lotka-Volterra modeli-
nin yan sra Nicholson-Bailey modeli kullanarakta incelemek mümkündür.
Nicholson-Bailey modeli daha çok üremenin mevsime ba§l olmas duru-
munda kullanlmaktadr. Lotka - Volterra modelinden farkl olarak, bu mo-
del, av ve avc popülasyonuna ait denklemleri fark denklemleri kullanarak
açklamaktadr (Abrams, 2000).
Nicholson - Bailey modeli,
11
•
Avc saysnn de§i³medi§i,
•
Av saysnn sabit kalmas,
varsaymlarna dayanmaktadr. Av saysnn sabit kalmas varsa-
ym, avlanan ve yeni do§an av saysnn birbirine e³it olmasn gerektirmek-
tedir.
Abrams(2000)'de belirtilen Nicholson-Bailey modeli,
N
t+1
= N
t
Exp
r
1 −
N
t
K
− CP
t
(4)
P
t+1
= BN
t
(1 − Exp(−CP
t
))
(5)
2.4 ve 2.5 numaral denklemlerde görülebilir. Bu modelde yer alan
N
av popülasyonunu, P avc popülasyonunu, K avn ta³ma kapasitesini, C
avlanma orann, r ise av ba³na dü³en büyüme orann göstermektedir. Bu
modelde görüldü§ü gibi t + 1 dönemindeki bir popülasyon türü t dönemine
ba§l olarak de§i³im sergilemektedir.
Daha önce de belirtildi§i üzere av ve avc popülasyonu arasnda
döngünün olu³mas istenen bir durumdur. Abrams(2000), modelde döngü-
nün olu³abilmesi için r ve C parametrelerinin oldukça büyük de§er almas
gerekti§ini belirtmi³tir.
Murdoch ve Oaten(1989), modele yeni bir canl türü tanmlama-
12
nn Lotka-Volterra modelinde, Nicholson-Bailey modeline kyasla daha kolay
oldu§u için Lotka-Volterra modelini kullanmann bu anlamda bir avantaj sa§-
lad§n belirtmi³tir. Abrams(2000) ise Nicholson-Bailey modelinde yer alan
dinamiklerin tam anla³lamamas nedeniyle ara³trmaclarn daha çok Lotka-
Volterra modeli kulland§n belirtmi³tir.
3 Av - Avc Modelleri ile lgili Literatürde Yer
Alan Çal³malar
Lotka-Volterra modelinde belirtildi§i üzere av ve avc kar³la³mas
sonucu hem av popülasyonu azalmakta hem de avla beslenen avc popülas-
yonunda art³ gözlemlenmektedir. Avlanan miktarn modelde yaratt§ bu iki
farkl durum 2.1 ve 2.2 numaral denklemlerde yer alan b ve z parametre-
leri ile gerçekle³mektedir. Literatürde, av-avc modellerinde avlanma miktar
i³levsel tepki(functional response) fonksiyonu, avlanmann avc popü-
lasyon büyüme oranna etkisi ise Nümerik tepki(numerical response)
olarak isimlendirilmektedir.
Literatürde yer alan çal³malar, i³levsel tepki fonksiyonun sadece
ava ba§l olmas, hem av hem de avcya ba§l olmas ve av-avc oranna ba§l
olmas ³eklinde snandrmamz mümkündür. Çal³mann bu ksmnda lite-
ratürde yer alan çal³malardan bahsedilecektir.
13
3.1 ³levsel Tepkinin Ava Ba§l Olmas Durumu
³levsel tepki fonksiyonunun sadece ava ba§l olmas durumu, avlan-
mann sadece ava ba§l olarak de§i³im sergilemesi durumudur. ³levsel tepki
fonksiyonunun ava ba§l oldu§u durumu ele alan çal³malar Tablo 3.1'de be-
lirtilmi³tir.
Tablo 1: ³levsel Tepkinin Ava Ba§l Olmas Durumu
Yazar
³levsel Tepki
Lotka-Volterra
aN
Holling(1959)
aN
b+N
Rosenzweig-MacArthur(1963) g(N)
Kaynak: Akçakaya ve di§erleri(1995)
Tablo 3.1'de görüldü§ü üzere, Lotka -Volterra modelinde i³levsel
tepki av miktar arttkça artmaktadr. Yani av miktar arttkça avlanmada
art³ gözlemlenmektedir. Ancak, i³levsel tepkinin Holling tipi olmas durumu,
avlanmann artarak azalan bir trend izledi§ini göstermektedir.
³levsel tepki fonksiyonunun sadece ava ba§l olmas durumunda,
Kaynak: Okuyama ve Ruyle(2011)
i³levsel tepki fonksiyon türleri Tablo 3.2'de görülebilir. Tablo 3.2'de
yer alan a parametresi avcnn ava saldr orann, h parametresi ise avcnn
14
Tablo 2: Ava Ba§l Olan ³levsel Tepki Fonksiyon Türleri
Fonksiyon Türü ³levsel Tepki Fonksiyonu
Holling 2 Türü
aN
1+ahN
Holling 3 Türü
aN
2
1+ahN
2
θ
-Sigmoid
aN
θ
1+ahN
θ
av yakalamas için geçen zaman göstermektedir.
Piana ve di§erleri (2006), Lotka-Volterra modelini kullanm³lardr
ve i³levsel tepki fonksiyonunun av yo§unlu§una ba§l oldu§u durumu
2
ele
alm³lardr. Çal³malarnda, Osmar gölcü§ünde var olan balklar av ve avc
olarak ikiye ayrm³lardr ve bu popülasyon türlerine ait data toplam³lar-
dr. Osmar gölcü§ü sel vb. gibi durumlarn olmamas nedeniyle göçe kapal
olmasndan dolay seçilmi³tir. Dolaysyla buradan toplanacak data, daha gü-
venilir olmaktadr. Av-avc modeli fonksiyonel formda,
dV
dt
= f (V )V − g(V )P = G
v
(V, P )
(6)
dP
dt
= i(V )P − j(P )P = G
p
(V, P )
(7)
3.1 ve 3.2 numaral denklemlerle tanmlanm³tr. Bu modelde V av
yo§unlu§unu, P avc yo§unlu§unu,f(V ) av popülasyonu büyüme fonksiyo-
nunu, g(V ) i³levsel tepki fonksiyonunu, i(V ) nümerik tepki fonksiyonunu ve
j(P )
ise avc popülasyonu ölüm fonksiyonunu göstermektedir. Yazarlar, mo-
2
³levsel tepki fonksiyonunun av ve avc oranna ba§l olmas durumu da ilgili çal³mada
göz önünde bulundurulmu³tur.
15
delden elde ettikleri tahminler ve data gözlemlerinden yararlanarak, amaç
fonksiyonunu
F =
n
X
i=1
[(V obs
i
− V est
i
)
2
+ (P obs
i
− P est
i
)
2
]
(8)
F =
n
X
i=1
[(
V obs
i
− V est
i
V obs
i
2
) + (
P obs
i
− P est
i
P obs
i
)
2
]
(9)
F =
n
X
i=1
F
i
=
n
X
i=1
[w
v
(V obs
i
− V est
i
)]
2
+ [w
p
(P obs
i
− P est
i
)]
2
Dostları ilə paylaş: |