资源科学研究的关键性理论课件

第3章资源科学研究的相关学科理论3.1物质循环规律——物质循环理论3.2能量流动规律3.3自然节律规律3.4地域分异规律3.5生态资源优化定律3.6若干资源经济学原理

资源科学研究的关键性理论第3章资源科学研究的相关学科理论3.1物质循环规律——物质3.1物质循环规律——物质循环理论物质循环规律是指自然界中碳、氧、氮、磷、硫等组成生物有机体的基本元素，在生态系统的生物群落与无机环境之间形成的有规律的复原系列。各种化学元素，在生物圈里具有沿着特定途径，从周围环境到生物体，再从生物体回到周围环境循环的趋势。这些循环途径称为生物地球化学循环(biogeochemicalcycle)。通常将那些对生命必不可少的各种元素和无机化合物的运动称为营养物质循环(nutrientcycle)。每一个循环都可以分为两个室或库：(1)储存库(reservoirpool)容积大而活动缓慢，一般为非生物的成分。(2)交换或循环库(exchangeorcyclingpool)在生物体和他们周围环境之间进行迅速交换(即来回活动)的较小而更活跃的部分。生物地球化学循环，主要包括：固体运动的地质循环、液体运动的水分循环、气体运动的大气循环和有机界的生物循环。

资源科学研究的关键性理论3.1物质循环规律——物质循环理论物质循环规律是指自然界中碳3.1.1固体运动的地质循环岩石→风化过程→侵蚀搬运过程→堆积过程→构造过程→岩石资源科学研究的关键性理论3.1.1固体运动的地质循环岩石→风化过程→侵蚀搬运过

3.1.2液体运动的水分循环水体→蒸发→水汽输送→凝结降水→径流输送→水体水循环的意义：为陆地提供了淡水来源降水形成江河湖地下水水源，有利于生物与人类水是溶剂，参与溶蚀和元素迁移。资源科学研究的关键性理论3.1.2液体运动的水分循环水体→蒸发→水汽输送→凝结降水3.1.3气体运动的大气循环有相当一部分物质和能量，是通过大气环流的方式实行输移的。由于气体的自由度最大，运动速度也远较地质循环和水循环快，交换能力也相当强，因此它在地理环境中的作用也是相当巨大的。大气环流对调节地理面的温度、湿度状况，以及供给光合作用的二氧化碳等方面，均具极大意义。例如，在赤道发生的环流，平均每秒可以流动空气2×108吨，因此。它能大规模地改变地理面中的能量、动量、水分和其他物质的分配，也是制约一个地区气候状况的基本因素之一。寒潮，是大气环流的一种表现形式。在地球整个亚热带地区(中国的亚热带部分除外)，由于气流的堆积，伴之下沉时的干燥和炎热，使得这一地带普遍形成了大片的沙漠。世界上最著名的沙漠区几乎都处于这一区域，这对农作物的种植造成了极大的威胁，使这一区域的植物初始生产力水平急剧下降。而该地带内的我国东南沿海及广大的长江以南地区，则由于青藏高原的存在和季风环流的作用，雨量丰沛，成为盛产粮食及其他农产品的鱼米之乡。由此不难看出，大气环流状况给农业生产带来的影响。资源科学研究的关键性理论3.1.3气体运动的大气循环有相当一部分物质和能量，是通3.1.4有机界的生物循环

生物循环的主体是植物、动物和微生物。生物循环过程，包含两个方面的内容：其一，生物本身就是土壤——植物——大气系统中的一个联系环节，从而使它成为整个能量交换与物质循环的一个基本通道；其二，也是最本质的，生物循环实现了有机界与无机界之间的转化。物质被生物有机体的利用，并在生态系统中循环必须遵循以下3条基本定理：

1．耐性定律；

2．最小量定律；

3．物质不灭定律。资源科学研究的关键性理论3.1.4有机界的生物循环生物循环的主体是植物、动物和1．耐性定律耐性定律(thelawoftolerance)是指对任何元素来讲都存在着一个浓度范围，称作忍耐区间。在这个范围内所有与该元素有关的生理学过程才能正常发生。因此，只有在这个范围内，一定的动植物种类才有可能生存。忍耐区间与最适范围示意图

资源科学研究的关键性理论1．耐性定律耐性定律(thelawoftoleranc2．最小量定律——最小量律、最低因子限制律最小定律(thelawoftheminimum)：是指只有在所有关键元素都达到足够的量时植物才可能正常生长；生长速度受浓度最低的关键元素的限制；这就是说，即使只有一种关键元素没有达到足够的数量，植物生长也将停滞。这个定律是由德国农业化学家李比西（Liebig）在19世纪（1840年）发现的，1905年由英国人布莱克曼（Blackman）发展成最低因子限制律。要在实践中应用最小因子定律，还必须补充两点：一是Liebig定律只能严格地适用于稳定状态，即能量和物质的流入和流出是处于平衡的情况下才适用；二是要考虑因子间的替代作用。

资源科学研究的关键性理论2．最小量定律——最小量律、最低因子限制律最小定律(the3．物质不灭定律物质不灭定律是指：物质既不能创造，也不能毁灭，除非物质在系统中被储存起来，或者从储存中移去，则一个系统的物质输入必定等于物质输出。也就是说，在生态系统中，物质永远不会变成“废物”而在环境中无限累积。

生态系统中的物质循环与能量流动(——物质循环，……能量流动)资源科学研究的关键性理论3．物质不灭定律物质不灭定律是指：物质既不能创造，也不能毁灭§3.2能量流动规律

某种资源是生物圈中不同形式的能量中某一种能量形式；资源也可以定义为活的机体需要的某种东西。通过有机体，资源有效性增加会致使能量增加，进而使能量转化率进一步提高。生态系统中的能量流动服从热力学定律。

3.2.1能量守恒原理能量守恒原理(theprincipleoftheconservationofenergy)即热力学第一定律指出：能量既不会创生，也不会消灭，只能从一种形态变为另一种形态。这个原理可表述为△E=△H—△ω式中：△E是孤立系统的能量增量，△H是该系统的热量增量，△ω则为系统对周围环境所做的功。既然该定律是普适性的，那么它当然适用于所有生物学反应，包括光合作用(光能转化为生化能)，肌肉做功(生化能转化为机械能)，神经传导(化学能转化为电能)等等。它也适用于涉及到与生物有机体的整个群落有关的能量流的过程，如初级生产和次级生产。资源科学研究的关键性理论§3.2能量流动规律某种资源是生物圈中不同形式的能量中某一3.2.2能质蜕变原理

能量蜕变原理(theprincipleofthedegradationofenergy)即热力学第二定律指出，任何能量转化过程的发生都必然伴随着能质的部分蜕变，能量从集中、有序状态过渡到一种分散、无用的状态。这一过程中系统有用能量的丧失与熵值s成正比。这一原理可用公式表述为:式中：△G为有用能量(称自由能)的变化；△H为与环境中的热量交换；△S为熵的变化；△T是这一过程发生时的绝对温度。由这一原理可得出一条推理：任何生物学过程的效率都不可能达到100％。生态系统能量转化效率总是偏低的，无论如何都不可能接近100％。美国生态学家奥德姆(1959)给出了一个典型例子来说明生态系统中能量极低的转化率及食物链中能量低转化而导致的低产量。他从理论上计算了小孩吃牛肉、牛吃苜蓿的能量转化过程，其食物链为：太阳辐射→苜蓿→牛→小孩奥德姆计算得出，栽培植物受到的太阳辐射中只有0.24％可以被栽培植物生长利用，牛利用所吃的栽培植物储藏能量的8％，小孩只利用了所吃牛肉的储藏能量的0.7％。总之，最初太阳辐射的能量中，只有不到百分之一的能量被转化成食肉动物的能量，比如小孩所利用的能量。资源科学研究的关键性理论3.2.2能质蜕变原理能量蜕变原理(theprinc3.2.3林德曼定律在生态系统中，关于能量转换的热力学第二定律，有一个重要的结果被表述为：在一个生物群落中，抵达一个给定营养水平级上的一部分能量，可以被传送到一个较高的营养水平级别上，在一般规则中，每一级以不超过10％的能量沿着箭号的方向被传递到上一个营养级，即林德曼定律(LindemanLaw)，又称十分之一定律。这当然有点类似于资源的“升值传递”。这个原理的必然结论是：在一个食物链中能量利用效率与食物链长度成反比。食物链越短，总的能量利用效率越大。因此，有利于满足全人类营养需要，人类所处的营养级应该是食草动物而不是食肉动物，否则，就必须大大增加从植物中获取能量的数量。

资源科学研究的关键性理论3.2.3林德曼定律在生态系统中，关于能量转换的热力学第

地球表面的太阳辐射量平均每天104kcal(1cal＝4.1868J，下同)，生产者每天能利用103kcal。进入食草动物的每天约102kcal，而第一级食肉动物大约每天获得10kcal能量。这是一个绝妙的林德曼法则，它说明了为什么食物链长度不可能是无限的原因。在陆地环境中，最长的食物链通常可以这样表示，营养级为：植物→食草动物→食肉动物I→食肉动物Ⅱ。大陆环境中最常见的是：牧草→牛→人类。海洋环境中有：浮游植物→浮游生物→食微小生物鱼→捕食鱼→超级捕食鱼。海洋环境中最长的食物链(包括人类)是金枪鱼例子，营养级为：浮游植物(Ⅰ)→浮游动物(Ⅱ)→浮游动物(Ⅲ)→鲐鱼(Ⅳ)→金枪鱼(Ⅴ)→人类(Ⅵ)。在粮食短缺地区，人们只好直接吃粮食而不能吃动物性食物。当人作为肉食动物者时，不仅意味着损失了一部分热量，而且也降低了蛋白质的利用效率。例如：一英亩土地如果用来种植大豆，可以满足6个人所需要的蛋白质；种植小麦，作为全面粉可以满足3个人所需要的蛋白质，精粉可以满足2个人；如果这块地用来饲养牛，牛奶提供的蛋白质可以满足1个人，牛肉所提供的蛋白质仅能满足0.22个人的需要。如果大豆直接用作人的食物而不是作为家畜的饲料，那么大豆将是一种更为重要的蛋白质来源。

资源科学研究的关键性理论地球表面的太阳辐射量平均每天104kcal(1cal＝4.§3.3自然节律规律——节律性节律性，是指由自然地理过程的循环和振荡引起的随时间推移而有规律（周期性）演替的现象。是非人为的自然过程所表现出的时序规律性，我们称之为自然节律规律。自然资源随时间变化，一方面可以是一些类型或现象的消失，新类型、新现象出现；另一方面可以是数量的增加或减少，质量的优变与劣变。自然资源随时间变化具有一定节律性，是适时、适地最大限度地利用自然资源的科学依据之一(诸如适时采摘、捕捞、药材适季挖掘等)，同时，也是在对自然资源利用、改造的前景进行预测时，必须予以考虑的问题。资源科学研究的关键性理论§3.3自然节律规律——节律性节律性，是指由自然地理过程按照所涉及的地理环境的特点

可以分成5大类

(1)固相循环周期性：也称地质循环，包括风化、侵蚀、搬运、沉积、岩化、构造上升等环节。(2)液相循环周期性：包括水蒸发、水分输送与降落、径流、洋流等环节。(3)气相循环周期性：通过大气环流形成。(4)生物循环周期性：通过矿物元素吸收、化合，组成有机物，食物链转换，枝叶枯落，动植物遗体分解等环节形成。以上四类循环的周期性互相交叉，在生物循环中受到其它循环的影响，总称自然界的循环和周期性。(5)社会循环周期性：国家、地区、经济都有一定的循环与周期性。社会循环周期性比自然界的循环与周期性复杂得多。资源科学研究的关键性理论按照所涉及的地理环境的特点

可以分成5大类(1)固相循环周按照所涉及的周期变化特点可以分为3类（1）周期性节律：以严格的时间间隔为循环振荡周期。如：昼夜节律，年节律，季节节律等；（2）阶段性节律：以不等长的时间间隔为循环振荡周期。如：生物（或人）的生长节律（婴儿－幼儿－少儿－儿童－少年－青年－中年－老年），生物进化节律.（3）旋迴性节律：以一定的旋迴阶段为周期。如：冰期节律（气候冷暖旋迴节律），地质旋迴节律（岩浆——花岗岩＋火山岩——沉积岩——变质岩——岩浆），地貌旋迴节律（山地——平原——山地——平原）等。又如：社会发展的左右倾变化。资源科学研究的关键性理论按照所涉及的周期变化特点可以分为3类（1）周期性节律：以严格自然节律性的特点1．叠加性在地理环境中，任何一种地理成分都经受着各种类型自然节律的共同作用，这些节律性的表现都交织在一起。这些叠加在一起的自然节律表现，对于某一特定对象来说并不是等同的，也不是无规律可循的，所有这些节律性的表现程度，各自都在不同的水平上起着相应的作用。2．分级性自然节律性虽然有各种各样的表现，但它们各自的作用和规模，却可以区分得十分清楚。其中，高一级的节律性制约着低一级的节律性，低一级的节律性中又必定保留有高一级节律性的印痕。在一个地理对象身上，这种印痕的层次越多，该地理对象也就越进化，而且所要求的地理环境组合也必然狭窄和越严格，因此，它的存在也就越脆弱，越不具有广谱性。次一级节律活动，必须首先在符合高层次节律的前提下，才能得到充分的表现。3．变异性自然节律本身也是在不断变化的，它包括两个方面的内容。其一，倘若高一级的节律发生了某种变化，势必影响低于它的其他所有节律性。其二，通过次级节律性在其演进过程中所产生的反馈作用，影响较高一级节律的变异。例如，大气的环流、雪的冻结与消融、大陆的漂移和洋流的运动等地球上大规模的质量迁移，都可以对地球的转动施加某些影响，这种影响称为摆动(wobble)。资源科学研究的关键性理论自然节律性的特点1．叠加性资源科学研究的关键性理论§3.4地域分异规律

地域分异规律，是自然地理各要素及其综合特征在地表呈现出的分布规律。它也成为自然资源学研究的理论依据。自然条件与自然资源是紧密相连的，自然资源在空间分布上也确实有这种规律反映。研究自然资源就要首先依据这个规律，明确自然资源研究区域的性质和特点，并在以后的分级区划时遵循它。其次，是不同的水热组合及其对比关系形成自然条件分布的规律性，而这个规律性具体地影响到从上而下的区划所确定的水热指标，和从下而上的组合所确定的土地类型的群聚，决定了一个区域的作物构成，这对自然资源尤其是农业自然资源的研究有着十分重要的意义。第三，由于海陆分布及地形的影响，产生了非地带性规律，使自然资源更为错综复杂，为了说明这些问题，自然资源研究就必须注意它。另外，矿产资源等也具有一定的分布规律，遵循这种规律从事矿产资源研究，应引起人们的重视。因此，地域分异规律指导着自然资源的类型归并和区域划分等主要的系统研究。资源科学研究的关键性理论§3.4地域分异规律地域分异规律，是自然地理各要素及其综合§3.5生态资源优化定律——

少投入，多产出——优化组合所谓生态资源优化定律，主要是指以下内容：无论对于矿物元素还是有机分子而言，“资源成分”有效性的增加(可利用的营养物质的增加)，不可能在资源生产力方面产生无限的增加。——要么是条渐近线；要么达到某一最大值，以后便开始下降。此种说法在可更新资源中，更具体地说在绿色植物第一性生产力中，尤其带有普适性。资源有效性与资源生产力之间的关系

资源科学研究的关键性理论§3.5生态资源优化定律——

少投入，多产出——优化组合所谓报酬递减规律的提出

最早注意到这一现象的是英国经济学家威廉·配第(1623～1687)。他发现一定面积的土地生产力都有一限度，超过这一限度之后，土地的生产量就不可能随劳动的增加而增加了。法国政治家、重农主义理论家杜尔阁(R．J．Turgot，1727～1782)最早对土地报酬递减律的内涵进行了详细表述：“撒在一块天然肥沃的土地上的种子，如果没作过任何土地的准备工作，这将是一种几乎完全损失的投资。如果添加一个劳动力，产品产量就会提高；而添加第二个、第三个劳动力，不是简单地使产品产量增加一倍或两倍，而是增加五倍或九倍。这样，产品产量增加的比例达到它所能达到的最大限度时为止；超过这一点，如果继续增加投资，产品产量也会增加，但增加的较少，而且总是越来越少，直到土地肥力被耗尽。耕作技术也不会使土地生产能力提高时，投资的增加就不会使产品产量有任何提高了。”1836年英国人西尼尔(N．W．Senior，1770～1864)给这一规律添加了“农业生产技术保持不变”的前提条件，使这一规律得以成立。资源科学研究的关键性理论报酬递减规律的提出最早注意到这一现象的是英国经济学家威廉·土地报酬递减律的表述土地报酬递减律(thelawofdiminishingreturns)可以完整表述如下：在技术未变的条件下，在一定的土地面积上，当一个可变要素同不变要素相配合进行生产时，如果可变要素的投入量连续增加，则总产量的变化先是递增，然后转为递减。报酬递减规律：对于所有自然资源，更为普通的陈述是：凡将某一变动生产要素连续投入附加到另一有限的固定要素上时，逐渐会达到一点，在此点后的每一单位投入的附加产出(或边际产出)将减少并且最终成为一个负数。资源科学研究的关键性理论土地报酬递减律的表述土地报酬递减律(thelawofd§3.6若干资源经济学原理：3个1资源最优耗竭理论

资源最优耗竭理论是关于自然资源，特别是不可更新自然资源之最优耗竭利用速度和条件的理论。多数自然资源是不能再生和更新的耗竭性资源，如石油、煤炭等矿物燃料资源，其蕴藏量虽大，但存量不会增加，其长期永续利用是一个重大问题。美国经济学家H．霍特林和R．索洛认为自然资源优化利用有两个基本条件。

资源科学研究的关键性理论§3.6若干资源经济学原理：3个1资源最优耗竭理论资源资源最优耗竭理论中的第一个条件

索洛认为，为使社会从一种资源存量中获得的收益净现值最大，资源(品)价格不应与资源(品)边际成本相等，而应等于边际生产成本和这种资源未开采时的影子价格的和。边际成本：增加一单位的产量(Output)随即而产生的成本增加量。资源品价格=资源品边际生产成本+资源影子价格（资源矿区使用费或稀缺性资源租，资源影子价格或资源净价格），被人称为资源最优耗竭理论中的第一个条件。或者说自然资源产品生产最大效率的必要条件是：产品价格=生产成本（边际成本）+环境成本+时间成本。在市场竞争情况下，企业经营者往往不考虑社会环境的损失，这个必要条件就成为自然资源产品价格等于边际生产成本与资源稀缺地租之和；在垄断情况下，这个必要条件改成为自然资源产品边际收益等于边际生产成本与资源稀缺地租之和。资源科学研究的关键性理论资源最优耗竭理论中的第一个条件索洛认为，为使社会从一种资源资源最优耗竭理论中的第二个条件霍特林在“可耗竭资源经济学”中，第一次将导数和微分应用于资源存量的时间配置问题，得出了被后人称之为资源最优耗竭的第二个条件：随着时间的推移，矿区使用费须以利率相同的比率增长。也就是社会持有存量资源稀缺地租的增长率应等于社会长期利率。社会长期利率的高低对资源耗竭速度产生影响。当社会利率提高时，会促使资源耗用加快，相反，如社会利率降低，则有利于减少资源的流失而起到保护资源的作用。其实质是根据效率最大化原则，任何时间的资源耗用与其获利水平都是一样的，亦即资源耗用的时间机会成本为零。霍特林所得出的这个最优耗竭条件，被人称之为霍特林定理而广泛引用。实际上，资源最优耗竭的第一个条件是最优流量或最优开采条件，其中亦对资源产品最优定价作了说明；资源最优耗竭的第二个条件则是最优存量或最优保护条件，其中亦对资源租或资源使用费的合理调整作了说明。由两个条件所组成的资源最优耗竭理论，对于自然资源，特别是对不可更新资源的合理开发、利用和保护极有应用价值。资源科学研究的关键性理论资源最优耗竭理论中的第二个条件霍特林在“可耗竭资源经济学”中2共享资源与外部性理论

外部性理论：由马歇尔(A．Marshall)提出，庇古(A．C．Pihou)等人做出了重要贡献的外部性理论，为资源经济学的建立和发展奠定了理论基础。简单地说，外部性是一种自然资源开发利用对另一种资源或环境的影响。外部性不只是存在于两种资源活动之间，亦可存在于资源与环境之间，或生产活动与消费活动之间，或两种消费活动之间。外部性理论实际上已经是对市场理论的某种修正。这些早年的经济学家甚至引用了一个典型的环境问题来说明外部性的具体表现：一台在铁路上行进的蒸汽机车冒出的火星，引燃了路边农民成熟的麦田，由此产生了外部性问题(外部不经济性)。资源科学研究的关键性理论2共享资源与外部性理论外部性理论：由马歇尔(A．Mar资源共享：在自然资源利用中，外部性是与共享资源密切相关的。在自然资源系统中共享资源种类繁多。它包括荒原上的野生动植物、公共水域、地下水域、地下水层、大气层等。由于这类自然资源可以共享，因此产生了种种问题，如不能促使使用者节约使用资源，使用者便可以把人类共同拥有的大气层和水体当成了个别集团和个人的当然排废场所而不顾忌环境后果。共享资源的问题源于允许每个人都可使用这种资源而不能排斥他人使用这种资源的权利，每个人都担心在未利用这种资源之前就被他人用尽，因此造成每个人都想争先使用，致使共享资源利用过度、加速耗竭，乃至破坏资源的再生能力。资源科学研究的关键性理论资源共享：资源科学研究的关键性理论外部性的影响当一种消费或生产活动对其他消费或生产活动产生不反映在市场价格中的直接效应时，就存在外部性。外部性造成私人成本或收益与社会成本或收益的不一致。导致实际价格不同于最优价格。外部性包括外部经济性和外部不经济性。外部经济性的典型事例：上游居民种树，保护水土，下游居民的用水得到保障，这时社会收益大于私人收益。外部不经济性的典型事例：上游伐木，造成洪水泛滥和水土流失。对下游的种植、灌溉、运输和工业产生不利影响。在许多情况下，外部性之所以导致资源配置失当，是由于产权不明确。如果产权是完全确定的并得到充分的保障，有些外部影响就可能不会发生。例如，河流上游的污染者使下游用水者受到损害。如果给下游用水者使用一定质量水源的产权，则上游的污染者将因把下游水质降到特定水平以下而受罚。这时上游污染者可以“贿赂”下游用水者以换取污染的权力，下游用水者可利用所得治理污染；同样，如果给予上游污染者水的产权，下游用水者为换取清洁的水会“贿赂”上游污染者，以使其减少污染。上游污染者可利用其所得改进生产，减少污染。以上任何情况下，社会福利都得到了改善。资源科学研究的关键性理论外部性的影响当一种消费或生产活动对其他消费或生产活动产生不反3高斯定律与资源产权制度理论

高斯（科斯）定律：自从1960年英国经济学高斯的“社会成本问题”(theproblemsofsocialcost)发表以后，经济学界开始讨论政府干预的必要性。罗纳德·哈里·科斯（RonaldH.Coase）——新制度经济学的鼻祖,1991年诺贝尔经济学奖的获得者。高斯定律的主旨，就是不管权利谁属，只要是清楚地界定为私有，市场的运作能力便会应运而起；权利的买卖者互定合约，使资源的使用达到最高的生产总净值。高斯第一定理：如果交易成本为零，不论产权的初始配置状态如何，私人交易总能实现资源的最优配置。或者说，在交易成本为零或相当低的情况下，不管选择何种规则，只要财产权是明确界定的，都会出现有效配置资源的结果。这一陈述被称作高斯第一定理。在存在着相当大的交易成本时，有效益的资源配置结果就不可能在每种规则中出现，而合理的规则是使交易成本影响最小化的规则。这又称为高斯第二定理。显然，第二定理更具有现实性。所谓交易费用（成本）是指企业用于寻找交易对象、订立合同、执行交易、洽谈交易、监督交易等方面的费用与支出，主要由搜索成本、谈判成本、签约成本与监督成本构成。——说明产权问题非常重要。

资源科学研究的关键性理论3高斯定律与资源产权制度理论高斯（科斯）定律：资源科学什么是产权？作为完备的产权(propertyrights)总是以复数名词出现的，它不是一种权利，而是一系列权利，其包括使用权、收益权和转让权等三大类权利。使用权是指在法规所允许的范围内以各种方式使用财产的权利。收益权就是指直接从财产本身或经契约关系从别人那里获取得益的权利。转让权就是指通过出租或出售把与财产价值有关的权利转让给其他人的权利。上述这三大类权利都可进一步细分。例如，一片水域资源可以用来通航，也可以用来养殖、捕鱼、饮水、引水灌溉等等，这样它的使用权就可以分为航行的权利、养殖水产的权利、捕鱼的权利、饮水的权利引水灌溉的权利等等。又如，一块耕地转让其他人的期限可以是短期的(出租)，也可以是永久的(出售)，这的转让权就可以分为短期的转让权(或出租权)和长期的转让权(或出售权)。同样，收益权也可以进行类似的细分，如：直接收益权和间接收益权。资源科学研究的关键性理论什么是产权？作为完备的产权(propertyrights)资源产权制度的定位一种资源到底采用那种产权制度，主要视该资源在当时的制度环境下对于不同产权制度的资源配置效率的高低(或交易成本的大小)而定：情况一：如果社会发生了争夺稀缺资源的现象，或者集体产权(或社团产权)制度不能有效地保护资源持续利用，即保护资源持续利用的代价高昂到足以放弃保护资源的努力时，将造成资源持续受到人类的相互瓜分，掠夺行为得不到约束和阻止，致使资源利用效率低下，为此，社会就会确立更为有效率的私有产权制度。情况二：如果资源不是稀缺，人类对资源争夺不是很激烈时，人们就没有激励机制去承担确立私有权制度的成本，而采取集体产权(或社团产权)制度，甚至人们根本就没有必要去建立任何具有排他性的产权制度。情况三：一些公共物品性质较大的资源(如水域)采取集体产权(或社团产权)制度，往往会比采取私有产权制度更有效率(或只需要低交易成本)，因而，社会就对这些资源采取集体产权(或社团产权)制度。资源科学研究的关键性理论资源产权制度的定位一种资源到底采用那种产权制度，主要视该资源第3章资源科学研究的相关学科理论3.1物质循环规律——物质循环理论3.2能量流动规律3.3自然节律规律3.4地域分异规律3.5生态资源优化定律3.6若干资源经济学原理

资源科学研究的关键性理论第3章资源科学研究的相关学科理论3.1物质循环规律——物质3.1物质循环规律——物质循环理论物质循环规律是指自然界中碳、氧、氮、磷、硫等组成生物有机体的基本元素，在生态系统的生物群落与无机环境之间形成的有规律的复原系列。各种化学元素，在生物圈里具有沿着特定途径，从周围环境到生物体，再从生物体回到周围环境循环的趋势。这些循环途径称为生物地球化学循环(biogeochemicalcycle)。通常将那些对生命必不可少的各种元素和无机化合物的运动称为营养物质循环(nutrientcycle)。每一个循环都可以分为两个室或库：(1)储存库(reservoirpool)容积大而活动缓慢，一般为非生物的成分。(2)交换或循环库(exchangeorcyclingpool)在生物体和他们周围环境之间进行迅速交换(即来回活动)的较小而更活跃的部分。生物地球化学循环，主要包括：固体运动的地质循环、液体运动的水分循环、气体运动的大气循环和有机界的生物循环。

资源科学研究的关键性理论3.1物质循环规律——物质循环理论物质循环规律是指自然界中碳3.1.1固体运动的地质循环岩石→风化过程→侵蚀搬运过程→堆积过程→构造过程→岩石资源科学研究的关键性理论3.1.1固体运动的地质循环岩石→风化过程→侵蚀搬运过

3.1.2液体运动的水分循环水体→蒸发→水汽输送→凝结降水→径流输送→水体水循环的意义：为陆地提供了淡水来源降水形成江河湖地下水水源，有利于生物与人类水是溶剂，参与溶蚀和元素迁移。资源科学研究的关键性理论3.1.2液体运动的水分循环水体→蒸发→水汽输送→凝结降水3.1.3气体运动的大气循环有相当一部分物质和能量，是通过大气环流的方式实行输移的。由于气体的自由度最大，运动速度也远较地质循环和水循环快，交换能力也相当强，因此它在地理环境中的作用也是相当巨大的。大气环流对调节地理面的温度、湿度状况，以及供给光合作用的二氧化碳等方面，均具极大意义。例如，在赤道发生的环流，平均每秒可以流动空气2×108吨，因此。它能大规模地改变地理面中的能量、动量、水分和其他物质的分配，也是制约一个地区气候状况的基本因素之一。寒潮，是大气环流的一种表现形式。在地球整个亚热带地区(中国的亚热带部分除外)，由于气流的堆积，伴之下沉时的干燥和炎热，使得这一地带普遍形成了大片的沙漠。世界上最著名的沙漠区几乎都处于这一区域，这对农作物的种植造成了极大的威胁，使这一区域的植物初始生产力水平急剧下降。而该地带内的我国东南沿海及广大的长江以南地区，则由于青藏高原的存在和季风环流的作用，雨量丰沛，成为盛产粮食及其他农产品的鱼米之乡。由此不难看出，大气环流状况给农业生产带来的影响。资源科学研究的关键性理论3.1.3气体运动的大气循环有相当一部分物质和能量，是通3.1.4有机界的生物循环

生物循环的主体是植物、动物和微生物。生物循环过程，包含两个方面的内容：其一，生物本身就是土壤——植物——大气系统中的一个联系环节，从而使它成为整个能量交换与物质循环的一个基本通道；其二，也是最本质的，生物循环实现了有机界与无机界之间的转化。物质被生物有机体的利用，并在生态系统中循环必须遵循以下3条基本定理：

1．耐性定律；

2．最小量定律；

3．物质不灭定律。资源科学研究的关键性理论3.1.4有机界的生物循环生物循环的主体是植物、动物和1．耐性定律耐性定律(thelawoftolerance)是指对任何元素来讲都存在着一个浓度范围，称作忍耐区间。在这个范围内所有与该元素有关的生理学过程才能正常发生。因此，只有在这个范围内，一定的动植物种类才有可能生存。忍耐区间与最适范围示意图

资源科学研究的关键性理论1．耐性定律耐性定律(thelawoftoleranc2．最小量定律——最小量律、最低因子限制律最小定律(thelawoftheminimum)：是指只有在所有关键元素都达到足够的量时植物才可能正常生长；生长速度受浓度最低的关键元素的限制；这就是说，即使只有一种关键元素没有达到足够的数量，植物生长也将停滞。这个定律是由德国农业化学家李比西（Liebig）在19世纪（1840年）发现的，1905年由英国人布莱克曼（Blackman）发展成最低因子限制律。要在实践中应用最小因子定律，还必须补充两点：一是Liebig定律只能严格地适用于稳定状态，即能量和物质的流入和流出是处于平衡的情况下才适用；二是要考虑因子间的替代作用。

资源科学研究的关键性理论2．最小量定律——最小量律、最低因子限制律最小定律(the3．物质不灭定律物质不灭定律是指：物质既不能创造，也不能毁灭，除非物质在系统中被储存起来，或者从储存中移去，则一个系统的物质输入必定等于物质输出。也就是说，在生态系统中，物质永远不会变成“废物”而在环境中无限累积。

生态系统中的物质循环与能量流动(——物质循环，……能量流动)资源科学研究的关键性理论3．物质不灭定律物质不灭定律是指：物质既不能创造，也不能毁灭§3.2能量流动规律

某种资源是生物圈中不同形式的能量中某一种能量形式；资源也可以定义为活的机体需要的某种东西。通过有机体，资源有效性增加会致使能量增加，进而使能量转化率进一步提高。生态系统中的能量流动服从热力学定律。

3.2.1能量守恒原理能量守恒原理(theprincipleoftheconservationofenergy)即热力学第一定律指出：能量既不会创生，也不会消灭，只能从一种形态变为另一种形态。这个原理可表述为△E=△H—△ω式中：△E是孤立系统的能量增量，△H是该系统的热量增量，△ω则为系统对周围环境所做的功。既然该定律是普适性的，那么它当然适用于所有生物学反应，包括光合作用(光能转化为生化能)，肌肉做功(生化能转化为机械能)，神经传导(化学能转化为电能)等等。它也适用于涉及到与生物有机体的整个群落有关的能量流的过程，如初级生产和次级生产。资源科学研究的关键性理论§3.2能量流动规律某种资源是生物圈中不同形式的能量中某一3.2.2能质蜕变原理

能量蜕变原理(theprincipleofthedegradationofenergy)即热力学第二定律指出，任何能量转化过程的发生都必然伴随着能质的部分蜕变，能量从集中、有序状态过渡到一种分散、无用的状态。这一过程中系统有用能量的丧失与熵值s成正比。这一原理可用公式表述为:式中：△G为有用能量(称自由能)的变化；△H为与环境中的热量交换；△S为熵的变化；△T是这一过程发生时的绝对温度。由这一原理可得出一条推理：任何生物学过程的效率都不可能达到100％。生态系统能量转化效率总是偏低的，无论如何都不可能接近100％。美国生态学家奥德姆(1959)给出了一个典型例子来说明生态系统中能量极低的转化率及食物链中能量低转化而导致的低产量。他从理论上计算了小孩吃牛肉、牛吃苜蓿的能量转化过程，其食物链为：太阳辐射→苜蓿→牛→小孩奥德姆计算得出，栽培植物受到的太阳辐射中只有0.24％可以被栽培植物生长利用，牛利用所吃的栽培植物储藏能量的8％，小孩只利用了所吃牛肉的储藏能量的0.7％。总之，最初太阳辐射的能量中，只有不到百分之一的能量被转化成食肉动物的能量，比如小孩所利用的能量。资源科学研究的关键性理论3.2.2能质蜕变原理能量蜕变原理(theprinc3.2.3林德曼定律在生态系统中，关于能量转换的热力学第二定律，有一个重要的结果被表述为：在一个生物群落中，抵达一个给定营养水平级上的一部分能量，可以被传送到一个较高的营养水平级别上，在一般规则中，每一级以不超过10％的能量沿着箭号的方向被传递到上一个营养级，即林德曼定律(LindemanLaw)，又称十分之一定律。这当然有点类似于资源的“升值传递”。这个原理的必然结论是：在一个食物链中能量利用效率与食物链长度成反比。食物链越短，总的能量利用效率越大。因此，有利于满足全人类营养需要，人类所处的营养级应该是食草动物而不是食肉动物，否则，就必须大大增加从植物中获取能量的数量。

资源科学研究的关键性理论3.2.3林德曼定律在生态系统中，关于能量转换的热力学第

地球表面的太阳辐射量平均每天104kcal(1cal＝4.1868J，下同)，生产者每天能利用103kcal。进入食草动物的每天约102kcal，而第一级食肉动物大约每天获得10kcal能量。这是一个绝妙的林德曼法则，它说明了为什么食物链长度不可能是无限的原因。在陆地环境中，最长的食物链通常可以这样表示，营养级为：植物→食草动物→食肉动物I→食肉动物Ⅱ。大陆环境中最常见的是：牧草→牛→人类。海洋环境中有：浮游植物→浮游生物→食微小生物鱼→捕食鱼→超级捕食鱼。海洋环境中最长的食物链(包括人类)是金枪鱼例子，营养级为：浮游植物(Ⅰ)→浮游动物(Ⅱ)→浮游动物(Ⅲ)→鲐鱼(Ⅳ)→金枪鱼(Ⅴ)→人类(Ⅵ)。在粮食短缺地区，人们只好直接吃粮食而不能吃动物性食物。当人作为肉食动物者时，不仅意味着损失了一部分热量，而且也降低了蛋白质的利用效率。例如：一英亩土地如果用来种植大豆，可以满足6个人所需要的蛋白质；种植小麦，作为全面粉可以满足3个人所需要的蛋白质，精粉可以满足2个人；如果这块地用来饲养牛，牛奶提供的蛋白质可以满足1个人，牛肉所提供的蛋白质仅能满足0.22个人的需要。如果大豆直接用作人的食物而不是作为家畜的饲料，那么大豆将是一种更为重要的蛋白质来源。

资源科学研究的关键性理论地球表面的太阳辐射量平均每天104kcal(1cal＝4.§3.3自然节律规律——节律性节律性，是指由自然地理过程的循环和振荡引起的随时间推移而有规律（周期性）演替的现象。是非人为的自然过程所表现出的时序规律性，我们称之为自然节律规律。自然资源随时间变化，一方面可以是一些类型或现象的消失，新类型、新现象出现；另一方面可以是数量的增加或减少，质量的优变与劣变。自然资源随时间变化具有一定节律性，是适时、适地最大限度地利用自然资源的科学依据之一(诸如适时采摘、捕捞、药材适季挖掘等)，同时，也是在对自然资源利用、改造的前景进行预测时，必须予以考虑的问题。资源科学研究的关键性理论§3.3自然节律规律——节律性节律性，是指由自然地理过程按照所涉及的地理环境的特点

可以分成5大类

(1)固相循环周期性：也称地质循环，包括风化、侵蚀、搬运、沉积、岩化、构造上升等环节。(2)液相循环周期性：包括水蒸发、水分输送与降落、径流、洋流等环节。(3)气相循环周期性：通过大气环流形成。(4)生物循环周期性：通过矿物元素吸收、化合，组成有机物，食物链转换，枝叶枯落，动植物遗体分解等环节形成。以上四类循环的周期性互相交叉，在生物循环中受到其它循环的影响，总称自然界的循环和周期性。(5)社会循环周期性：国家、地区、经济都有一定的循环与周期性。社会循环周期性比自然界的循环与周期性复杂得多。资源科学研究的关键性理论按照所涉及的地理环境的特点

可以分成5大类(1)固相循环周按照所涉及的周期变化特点可以分为3类（1）周期性节律：以严格的时间间隔为循环振荡周期。如：昼夜节律，年节律，季节节律等；（2）阶段性节律：以不等长的时间间隔为循环振荡周期。如：生物（或人）的生长节律（婴儿－幼儿－少儿－儿童－少年－青年－中年－老年），生物进化节律.（3）旋迴性节律：以一定的旋迴阶段为周期。如：冰期节律（气候冷暖旋迴节律），地质旋迴节律（岩浆——花岗岩＋火山岩——沉积岩——变质岩——岩浆），地貌旋迴节律（山地——平原——山地——平原）等。又如：社会发展的左右倾变化。资源科学研究的关键性理论按照所涉及的周期变化特点可以分为3类（1）周期性节律：以严格自然节律性的特点1．叠加性在地理环境中，任何一种地理成分都经受着各种类型自然节律的共同作用，这些节律性的表现都交织在一起。这些叠加在一起的自然节律表现，对于某一特定对象来说并不是等同的，也不是无规律可循的，所有这些节律性的表现程度，各自都在不同的水平上起着相应的作用。2．分级性自然节律性虽然有各种各样的表现，但它们各自的作用和规模，却可以区分得十分清楚。其中，高一级的节律性制约着低一级的节律性，低一级的节律性中又必定保留有高一级节律性的印痕。在一个地理对象身上，这种印痕的层次越多，该地理对象也就越进化，而且所要求的地理环境组合也必然狭窄和越严格，因此，它的存在也就越脆弱，越不具有广谱性。次一级节律活动，必须首先在符合高层次节律的前提下，才能得到充分的表现。3．变异性自然节律本身也是在不断变化的，它包括两个方面的内容。其一，倘若高一级的节律发生了某种变化，势必影响低于它的其他所有节律性。其二，通过次级节律性在其演进过程中所产生的反馈作用，影响较高一级节律的变异。例如，大气的环流、雪的冻结与消融、大陆的漂移和洋流的运动等地球上大规模的质量迁移，都可以对地球的转动施加某些影响，这种影响称为摆动(wobble)。资源科学研究的关键性理论自然节律性的特点1．叠加性资源科学研究的关键性理论§3.4地域分异规律

地域分异规律，是自然地理各要素及其综合特征在地表呈现出的分布规律。它也成为自然资源学研究的理论依据。自然条件与自然资源是紧密相连的，自然资源在空间分布上也确实有这种规律反映。研究自然资源就要首先依据这个规律，明确自然资源研究区域的性质和特点，并在以后的分级区划时遵循它。其次，是不同的水热组合及其对比关系形成自然条件分布的规律性，而这个规律性具体地影响到从上而下的区划所确定的水热指标，和从下而上的组合所确定的土地类型的群聚，决定了一个区域的作物构成，这对自然资源尤其是农业自然资源的研究有着十分重要的意义。第三，由于海陆分布及地形的影响，产生了非地带性规律，使自然资源更为错综复杂，为了说明这些问题，自然资源研究就必须注意它。另外，矿产资源等也具有一定的分布规律，遵循这种规律从事矿产资源研究，应引起人们的重视。因此，地域分异规律指导着自然资源的类型归并和区域划分等主要的系统研究。资源科学研究的关键性理论§3.4地域分异规律地域分异规律，是自然地理各要素及其综合§3.5生态资源优化定律——

少投入，多产出——优化组合所谓生态资源优化定律，主要是指以下内容：无论对于矿物元素还是有机分子而言，“资源成分”有效性的增加(可利用的营养物质的增加)，不可能在资源生产力方面产生无限的增加。——要么是条渐近线；要么达到某一最大值，以后便开始下降。此种说法在可更新资源中，更具体地说在绿色植物第一性生产力中，尤其带有普适性。资源有效性与资源生产力之间的关系

资源科学研究的关键性理论§3.5生态资源优化定律——

少投入，多产出——优化组合所谓报酬递减规律的提出

最早注意到这一现象的是英国经济学家威廉·配第(1623～1687)。他发现一定面积的土地生产力都有一限度，超过这一限度之后，土地的生产量就不可能随劳动的增加而增加了。法国政治家、重农主义理论家杜尔阁(R．J．Turgot，1727～1782)最早对土地报酬递减律的内涵进行了详细表述：“撒在一块天然肥沃的土地上的种子，如果没作过任何土地的准备工作，这将是一种几乎完全损失的投资。如果添加一个劳动力，产品产量就会提高；而添加第二个、第三个劳动力，不是简单地使产品产量增加一倍或两倍，而是增加五倍或九倍。这样，产品产量增加的比例达到它所能达到的最大限度时为止；超过这一点，如果继续增加投资，产品产量也会增加，但增加的较少，而且总是越来越少，直到土地肥力被耗尽。耕作技术也不会使土地生产能力提高时，投资的增加就不会使产品产量有任何提高了。”1836年英国人西尼尔(N．W．Senior，1770～1864)给这一规律添加了“农业生产技术保持不变”的前提条件，使这一规律得以成立。资源科学研究的关键性理论报酬递减规律的提出最早注意到这一现象的是英国经济学家威廉·土地报酬递减律的表述土地报酬递减律(thelawofdiminishingreturns)可以完整表述如下：在技术未变的条件下，在一定的土地面积上，当一个可变要素同不变要素相配合进行生产时，如果可变要素的投入量连续增加，则总产量的变化先是递增，然后转为递减。报酬递减规律：对于所有自然资源，更为普通的陈述是：凡将某一变动生产要素连续投入附加到另一有限的固定要素上时，逐渐会达到一点，在此点后的每一单位投入的附加产出(或边际产出)将减少并且最终成为一个负数。资源科学研究的关键性理论土地报酬递减律的表述土地报酬递减律(thelawofd§3.6若干资源经济学原理：3个1资源最优耗竭理论

资源最优耗竭理论是关于自然资源，特别是不可更新自然资源之最优耗竭利用速度和条件的理论。多数自然资源是不能再生和更新的耗竭性资源，如石油、煤炭等矿物燃料资源，其蕴藏量虽大，但存量不会增加，其长期永续利用是一个重大问题。美国经济学家H．霍特林和R．索洛认为自然资源优化利用有两个基本条件。

资源科学研究的关键性理论§3.6若干资源经济学原理：3个1资源最优耗竭理论资源资源最优耗竭理论中的第一个条件

索洛认为，为使社会从一种资源存量中获得的收益净现值最大，资源(品)价格不应与资源(品)边际成本相等，而应等于边际生产成本和这种资源未开采时的影子价格的和。边际成本：增加一单位的产量(Output)随即而产生的成本增加量。资源品价格=资源品边际生产成本+资源影子价格（资源矿区使用费或稀缺性资源租，资源影子价格或资源净价格），被人称为资源最优耗竭理论中的第一个条件。或者说自然资源产品生产最大效率的必要条件是：产品价格=生产成本（边际成本）+环境成本+时间成本。在市场竞争情况下，企业经营者往往不考虑社会环境的损失，这个必要条件就成为自然资源产品价格等于边际生产成本与资源稀缺地租之和；在垄断情况下，这个必要条件改成为自然资源产品边际收益等于边际生产成本与资源稀缺地租之和。资源科学研究的关键性理论资源最优耗竭理论中的第一个条件索洛认为，为使社会从一种资源资源最优耗竭理论中的第二个条件霍特林在“可耗竭资源经济学”中，第一次将导数和微分应用于资源存量的时间配置问题，得出了被后人称之为资源最优耗竭的第二个条件：随着时间的推移，矿区使用费须以利率相同的比率增长。也就是社会持有存量资源稀缺地租的增长率应等于社会长期利率。社会长期利率的高低对资源耗竭速度产生影响。当社会利率提高时，会促使资源耗用加快，相反，如社会利率降低，则有利于减少资源的流失而起到保护资源的作用。其实质是根据效率最大化原则，任何时间的资源耗用与其获利水平都是一样的，亦即资源耗用的时间机会成本为零。霍特林所得出的这个最优耗竭条件，被人称之为霍特林定理而广泛引用。实际上，资源最优耗竭的第一个条件是最优流量或最优开采条件，其中亦对资源产品最优定价作了说明；资源最优耗竭的第二个条件则是最优存量或最优保护条件，其中亦对资源租或资源使用费的合理调整作了说明。由两个条件所组成的资源最优耗竭理论，对于自然资源，特别是对不可更新资源的合理开发、利用和保护极有应用价值。资源科学研究的关键性理论资源最优耗竭理论中的第二个条件霍特林在“可耗竭资源经济学”中2共享资源与外部性理论

外部性理论：由马歇尔(A．Marshall)提出，庇古(A．C．Pihou)等人做出了重要贡献的外部性理论，为资源经济学的建立和发展奠定了理论基础。简单地说，外部性是一种自然资源开发利用对另一种资源或环境的影响。外部性不只是存在于两种资源活动之间，亦可存在于资源与环境之间，或生产活动与消费活动之间，或两种消费活动之间。外部性理论实际上已经是对市场理论的某种修正。这些早年的经济学家甚至引用了一个典型的环境问题来说明外部性的具体表现：一台在铁路上行进的蒸汽机车冒出的火星，引燃了路边农民成熟的麦田，由此产生了外部性问题(外部不经济性)。资源科学研究的关键性理论2共享资源与外部性理论外部性理论：由马歇尔(A．Mar资源共享：在自然资源利用中，外部性是与共享资源密切相关的。在自然资源系统中共享资源种类繁多。它包括荒原上的野生动植物、公共水域、地下水域、地下水层、大气层