基于耗散結構理論的東北虎采食規(guī)律1)

劉暢　韓書霞

(東北林業(yè)大學，哈爾濱，150040)

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基于耗散結構理論的東北虎采食規(guī)律1)

劉暢韓書霞

(東北林業(yè)大學，哈爾濱，150040)

以黑龍江東北虎林園的東北虎的日飼食量為數(shù)據(jù)基礎，利用耗散理論分析東北虎1 a 12個月的采食規(guī)律。結果表明：隨著外界環(huán)境溫度升高，東北虎為了維護體內(nèi)熵的平衡，采食量逐漸減少，引入負熵減少；隨著外界環(huán)境溫度降低，東北虎采食量逐漸增加，引入負熵增加。東北虎采食規(guī)律的研究符合熵變規(guī)律。

東北虎；采食規(guī)律；耗散結構理論

With the dissipative structure theory, we studied the Amur tiger feeding regularity of twelve months based on the daily feeding intake of seven Amur tigers in Heilongjiang Siberian Tiger Park. Amur tigers absorbed the negative entropy reduced to maintain balance with the rise of environment temperature, and the feed intake of the Amur tiger was reduced. With the decreasing of temperature, Amur tigers absorbed the negative entropy increased, and the feed intake of the Amur tiger was increased.

東北虎是國家重點保護對象之一，是世界上非常珍貴的野生動物。由于東北虎的生存環(huán)境變得越來越惡劣，食物變得越來越匱乏，東北虎的數(shù)量急劇下降。為了挽救瀕臨滅絕的東北虎，我國加大了對東北虎的保護力度，近年來，我國東北虎的數(shù)量有了明顯的增加。面對越來越龐大的東北虎種群，既要保證東北虎健康生長，又要滿足經(jīng)濟制約；科學飼養(yǎng)與管理是有效的措施之一，既保證了東北虎健康的生長，又將飼養(yǎng)成本控制在最低程度。因此，研究東北虎的采食規(guī)律具有深遠的意義。

1　研究地自然概況

黑龍江東北虎林園，是出于挽救和保護世界瀕危的物種東北虎而建立的園林。位于東經(jīng)125°42′～130°10′、北緯44°04′～46°40′的哈爾濱松北區(qū)松江北岸，屬于溫帶大陸性季風氣候；年降水量500 mm左右，年平均日照2 630 h；園內(nèi)植物種類多樣，不僅有適合東北虎的主要草本，還輔以灌木和喬木等。園內(nèi)還為東北虎提供人工修建的水塘，力求營造出最舒適的生存和繁育環(huán)境。黑龍江東北虎林園十分適合東北虎的生存繁衍。

2　研究方法

研究對象為黑龍江東北虎林園中的半散放的7只相同年齡的成年東北虎。將7只虎分別對應為虎1～虎7，分別記錄7只東北虎2008—2013年每年中不同月份的飼料量。

東北虎在正常的生理過程中，機體通過新陳代謝等作用，將多余、有害、陳舊的物質(zhì)分解拆除，釋放能量[1]。這些變化是由東北虎體內(nèi)各種不可逆過程引起的，所以生命體產(chǎn)生了大量的正熵，此時生命體內(nèi)部的有序狀態(tài)被打破，生命體走向混亂；為維持生命的健康和延續(xù)，需要通過從外界吸收物質(zhì)和能量引入負熵[2]。東北虎通過與外界進行物質(zhì)交換和熱交換，實現(xiàn)負熵流的引入。在熱交換方面，東北虎作為恒溫動物，通過向環(huán)境散熱、從環(huán)境中吸熱進行能量交換，實現(xiàn)負熵的引入。在物質(zhì)交換方面，東北虎攝取的食物已包含了大量蛋白質(zhì)、脂肪、纖維素等大分子聚合物的雞肉、牛羊肉為主，具有很小的熵值，而東北虎的排泄物為殘渣、CO2等小分子，具有較大的熵值，從而實現(xiàn)了負熵的引入。東北虎通過攝取食物等自身調(diào)控機制，產(chǎn)生更高層次的新的有序狀態(tài)，從而保持了機體的活力。

本文引用耗散結構系統(tǒng)中的熵變(dS)分析東北虎的采食規(guī)律[3]。系統(tǒng)整體的熵變(dS)，是由系統(tǒng)在單位時間(dt)內(nèi)與外界進行交換而引入的熵(dSe)與系統(tǒng)在單位時間(dt)內(nèi)系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生的熵(dSi)兩部分構成。

食物進入東北虎體內(nèi)，經(jīng)過一系列分解等過程，釋放出能量的50%左右轉(zhuǎn)移到三磷酸腺苷(ATP)的高能磷酸鍵中作為機體活動的能源，ATP轉(zhuǎn)化為二磷酸腺苷(ADP)放出能量的轉(zhuǎn)化30%～60%，引入負熵的合成作用利用ATP分解為ADP時釋放的能量[4]，則食物中被機體利用的能量占整體的15%～30%。取東北虎通過食物代謝能夠吸收食物熱量的20%[5]，則：

dS=20%cmΔt/θ=20%cm(θ-t)/θ。

(1)

式中：c為雞肉禽類比熱容；m為月平均飼食量；t為食物溫度，即東北虎林園環(huán)境氣溫；θ為食物代謝環(huán)境溫度，即東北虎體溫36 ℃左右。

3　結果與分析

黑龍江東北虎林園人工飼養(yǎng)的東北虎的主食為雞肉、牛肉等，輔以維生素、鹽等飼料保證東北虎正常的營養(yǎng)攝入。將表1數(shù)據(jù)帶入式(1)中，得到不同月份成年東北虎通過物質(zhì)交換的熵變趨勢(見表2)。

表1　東北虎的生存環(huán)境溫度與飼食量的關系

注：表中“月飼料量”，為7只東北虎的“月飼料量/只”均值。

表2　成年東北虎物質(zhì)交換熵變趨勢

注：dS/c為熵變趨勢，即1/c倍的熵變(dS)。

由表1可見：從1—7月份，隨著東北虎生存環(huán)境(黑龍江東北虎林園)溫度的升高，東北虎的飼食量越來越少；隨著氣溫的逐漸下降，8—12月份，東北虎的飼食量越來越多。由表2可見：從1—7月份，東北虎通過物質(zhì)交換引入的負熵逐漸減少；從8—12月份，東北虎通過物質(zhì)交換引入的負熵逐漸增多。表1與表2所反映的東北虎的采食情況與熵變情況，同理論所體現(xiàn)出的規(guī)律一致。

4　結束語

通過東北虎不同季節(jié)(12個月份)的飼食量分析，得出成年東北虎在12個月份中的采食規(guī)律與熵變規(guī)律，與從理論分析東北虎熵變的結論一致，即：隨著氣溫的升高，東北虎通過熱交換引入負熵多，則需要通過減少物質(zhì)交換即減少采食量來減少由此引入的負熵；隨著氣溫逐漸降低，東北虎通過熱交換引入負熵少，則需要通過增加物質(zhì)交換來增加由此引入的負熵。飼養(yǎng)員可以通過上述規(guī)律，合理的為東北虎配備食物，既減少不必要的浪費，又能滿足東北虎的需要，科學飼養(yǎng)東北虎。

[1]郗敏，陳南生.從耗散結構理論看運動訓練隊人體有序狀態(tài)的影響[J].解放軍體育學院學報，2004，23(4)：92-95.

[2]尼科利斯,普利高津.非平衡系統(tǒng)的自組織[M].北京：科學出版社，1986.

[3]段曉靜.耗散結構理論及其廣泛應用[J].樂山師范學院學報，2003，18(4)：64-67.

[4]楊煥民，計紅，甄莉.動物生理學[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2012.

[5]張君才.熵變的計算及熵判據(jù)的應用[J].咸陽師范學院學報，2002，17(6)：61-63.

Feeding Law of Amur Tiger Based on the Dissipative Structure//

Liu Chang, Han Shuxia

(Northeast Forestry University, Harbin 150040, P. R. China)//Journal of Northeast Forestry University，2016,44(2)：99-100.

Amur tiger; Feeding law; Dissipative structure

劉暢，女，1990年8月生，東北林業(yè)大學理學院，碩士研究生。E-mail：362887709@qq.com。

韓書霞，東北林業(yè)大學理學院，副教授。E-mail：han_shx@163.com。

2015年5月22日。

S864.5

1)黑龍江省自然科學基金項目(C201338)，黑龍江省教育廳科學技術研究項目(12543019)，哈爾濱市科技創(chuàng)新人才研究專項資金項目(2012RFXXG080)。

責任編輯：張玉。