转基因水稻是否可以提高农民收入的分析

课程结业论文课程名称：数学建模论文题目：转基因水稻是否可以提高农民收入的分析专业班级：学号：姓名：指导教师：论文日期：计算机科学与技术学院转基因水稻是否可以提高农民收入的分析（华中科技大学计算机科学与技术学院武汉430074）摘要转基因水稻是否可以提高农民收入一直都是讨论的热点，本文在充分考虑了基因漂移问题，种植成本问题，增产问题后通过数学建模的方式分别建立了转基因水稻种植模型和收益模型，并通过比较转基因水稻和普通水稻的收益关系来判断农民收入提升与否。关键词水稻，转基因，基因漂移，收益1问题重述我国是一个拥有13亿人口的发展中国家，其中7亿人口为农民，提高农民收入将有利于维护社会稳定，也可以减少农民工数量以减缓一线城市的压力。增加农民收入一直以来都是国家乃至整个社会一直以来探讨的问题，自2009年5月，华恢1号与Bt汕优63取得国家所颁发的安全证书以来，便有各种各样的人要求推广转基因水稻。今年7月，更是有61名院士联名上书国家领导人，请求尽快推进基因水稻产业化。他们推荐转基因水稻的原因之一便是转基因水稻可以起到提高产量，增加农民收入的作用。因此本文将对转基因水稻是否可以提高农民收入做一定地分析。该问题具体可以分为以下几个问题：1.建立转基因水稻科学种植方法模型。2.建立转基因水稻和普通水稻的收益模型2问题分析1.本题要求对转基因水稻是否能够提高农民收入进行分析，通过分析来反应是否应当推广转基因水稻，具体分析如下：2.对于第一个问题，即建立转基因水稻科学种植方法模型，首先我们需要转基因水稻“基因漂移”距离和频率之间关系的数据。借助这些数据可以计算出隔离带宽度，从而得到转基因水稻种植方法的模型。3.对于第二个问题，需要借助转基因水稻种植方法的模型来计算转基因的总产量，从而建立转基因水稻和普通水稻的收益模型。3模型建立于求解3.1模型假设1.假设转基因水稻与普通水稻售价相同。2.假设种植转基因水稻不需要考虑次危害害虫，即不需要插种普通水稻。3.假设种植转基因水稻不需要喷洒任何农药。4.假设种植转基因水稻和普通水稻需要的化肥量相同。以上假设保证了在最理想的状态下计算转基因水稻的收益。3.2符号说明符号表示符号意义P1普通水稻的总收益rmbP2转基因水稻的总收益rmbM农民个体种植的总面积m2W1普通水稻总产量kgW2转基因水稻总产量kgK转基因水稻“隔离带”宽度mL稻田长度/mS稻田宽度/mp水稻售价rmb/kgw1普通水稻平方米产量kg/m2w2转基因水稻平方米产量kg/m2seed1普通水稻种子价格rmb/m2seed2转基因水稻种子价格rmb/m2pes农药花费rmb/m23.3模型建立问题一：转基因作物与近远野生种间已被证实可能发生基因漂移现象，当转基因作物发生基因漂移时会产生一些难以预料的严重后果，例如超级杂草、超级害虫等。因此在建立转基因水稻种植模型时必须考虑基因漂移的因素。在文献[1]中已经证实可以一定的隔离措施能有效地降低基因漂移频率。所以可以通过设置“隔离带”的方式来降低基因漂移的频率，，因而可以根据隔离带宽度和漂流频率来建模。基因漂流频率（%）=苗数/播种种子出苗总数*100。由文献[2]提供的基因漂流频率和隔离带宽度之间的关系数据拟合关系同如图1所示，其中选取籼型转基因水稻B9和粳型转基因水稻B2作为实验材料。图1基因漂流频率和隔离带宽度之间的关系数据拟合关系由拟合关系即可算出合适的隔离带宽度K。问题二：在第一个模型中可以得到隔离带宽度K，也即转基因稻田和普通水稻稻田间的距离为K。∴普通水稻实际种植面积为S1=L*K转基因稻田实际种植面积为S2=(L-K)*(H-K)=L*H-(L+H)*K+K2。∵L*H=M，L0,H0∴L+H≥2*√M∴S1=M，S2≤M-2*K*√M+K2∵W1=S1*w1,W2=S2*w2，P1=W1*p1+seed1*S1+pes*S1,P2=W2*p2+seed2*S2∴P1=M*w1*(p-seed1-pes),P2≤(M-2*K*√M+K2)*w2*(p-seed2)。∴问题模型即为判断f(x)=P2-P1≤(M-2*K*√M+K2)*(p-seed2)-M*(p-seed1-pes)的正负。3.4模型求解问题一：可以发现对B9有y=1.278x-1.5502，对B2有y=0.2841x-0.836成立。按照目前欧盟对转基因产品表示的严格管理要求，如果产品中转基因个体的含量低于0.9%，便可以不进行转基因表示。因此取y=0.9%，带入以上两式，有x10(舍去)，x2=0.252m。此外，文献[1]中对于基因漂移与隔离带的宽度也做了相关的研究，其培养方式如图2：图2文献[1]中培养方式实验取的间隔为0.20m，其实验结果的柱状图如图3：图2文献[1]实验结果从图中可以看出间隔为0.20m时，在平均水平下，基因漂移频率低于0.9%，最高为1.1%，因此取K≥0.252m是合理数据。故隔离带的宽度至少应该为0.252m才能保证最终产品中基因个体的含量低于0.9%，即符合欧盟安全标准。问题二：由于转基因水稻在我国尚未商业化，因此无法得知其种子的确切价格，只能以曾经种过转基因水稻的湖北省江夏区的种子价格作为参考。2005年江夏区普通水稻种子价格为5rmb/kg，转基因种子价格为15~40rmb/kg，而一亩（约667m2）地需2kg种子。因此seed1=0.015rmb/m2,seed2=0.045rmb/m2。通过实际向农民询问可知，根据安徽池州的数据直播田除草亩成本为第一次封闭10rmb+第二次6rmb+补治30rmb因此共计46rmb，即pes=46/667=0.069rmb/m2。根据国家统计局公布的数据，2011年末我国乡村人口为65656万人，而去全国耕地总面积为18.2574亿亩，即我国农民人均耕地面积为2.78亩。因此M=2.78*667=1854.77m2。2013年12月17日去全国部分地区粮仓到厂价表如下：地区江西山东湖南黑龙江价格rmb/kg2.682.922.703.02求其平均值有p=(2.68+2.92+2.70+3.02)/4=2.83rmn/kg。因此p=2.83rmb/kg。此外实验显示转基因水稻会比普通水稻增产6%，即w2=w1*1.06。将K≥0.252m，M=1854.77m2，p=3rmb/kg，seed1=0.015rmb/m2，seed2≤0.120rmb/m^2，0.225rmb/m2，w2=w1*1.06带入f(x)中，得到：f(x)≤173*w1。增产百分比为f(x)/P1=3.39%综上所述，种植转基因水稻确实可以提高农民收入。在收益最大化的情况下平均每个农民的收入约有3.39%左右的提升。3.5模型评估第一，模型最终结果是种植转基因水稻可以提高农民收入，这与2005年湖北省江夏区的种植经验相符，说明模型建立正确。第二，在建立种植转基因水稻总收益模型的时候，并没有算上专利费用。现在大部分种植都属于实验性质，因此不需考虑专利费。而若大规模种植的话，由于转基因水稻中部分核心技术已被孟山都申请了专利，种子的价格势必会上涨，这样会使得模型得到的结果值偏高。第三，模型假设中假设了转基因水稻和普通水稻价格一样，实际上上转基因水稻的价格会较低，这使得模型得到的结果值偏高。第四，模型假设中假设了种植转基因水稻不需考虑次危害害虫，实际上这是必要的。需要再转基因水稻中插种普通水稻来降低自然选择作用。这个假设使得模型的得到的结果值偏高。5参考文献[1]戎俊，宋志平，苏军，夏辉，王锋，卢宝荣．2006．Bt／CpTI转基因稻及其非转基因稻亲本对照在间隔种植条件下的转基因漂移[J]．生物多样性．14(4)：309-314．[2]何美丹，徐立新·，尹昭坤，王旭静，王志兴，袁潜华．2012．籼、粳型转基因水稻花粉源基因飘流差异研究[J]．南方农业学报.43(5):559-565(