基于耗散结构理论的东北虎采食规律1)

刘畅　韩书霞

(东北林业大学，哈尔滨，150040)



基于耗散结构理论的东北虎采食规律1)

刘畅韩书霞

(东北林业大学，哈尔滨，150040)

以黑龙江东北虎林园的东北虎的日饲食量为数据基础，利用耗散理论分析东北虎1 a 12个月的采食规律。结果表明：随着外界环境温度升高，东北虎为了维护体内熵的平衡，采食量逐渐减少，引入负熵减少；随着外界环境温度降低，东北虎采食量逐渐增加，引入负熵增加。东北虎采食规律的研究符合熵变规律。

东北虎；采食规律；耗散结构理论

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.

东北虎是国家重点保护对象之一，是世界上非常珍贵的野生动物。由于东北虎的生存环境变得越来越恶劣，食物变得越来越匮乏，东北虎的数量急剧下降。为了挽救濒临灭绝的东北虎，我国加大了对东北虎的保护力度，近年来，我国东北虎的数量有了明显的增加。面对越来越庞大的东北虎种群，既要保证东北虎健康生长，又要满足经济制约；科学饲养与管理是有效的措施之一，既保证了东北虎健康的生长，又将饲养成本控制在最低程度。因此，研究东北虎的采食规律具有深远的意义。

1　研究地自然概况

黑龙江东北虎林园，是出于挽救和保护世界濒危的物种东北虎而建立的园林。位于东经125°42′～130°10′、北纬44°04′～46°40′的哈尔滨松北区松江北岸，属于温带大陆性季风气候；年降水量500 mm左右，年平均日照2 630 h；园内植物种类多样，不仅有适合东北虎的主要草本，还辅以灌木和乔木等。园内还为东北虎提供人工修建的水塘，力求营造出最舒适的生存和繁育环境。黑龙江东北虎林园十分适合东北虎的生存繁衍。

2　研究方法

研究对象为黑龙江东北虎林园中的半散放的7只相同年龄的成年东北虎。将7只虎分别对应为虎1～虎7，分别记录7只东北虎2008—2013年每年中不同月份的饲料量。

东北虎在正常的生理过程中，机体通过新陈代谢等作用，将多余、有害、陈旧的物质分解拆除，释放能量[1]。这些变化是由东北虎体内各种不可逆过程引起的，所以生命体产生了大量的正熵，此时生命体内部的有序状态被打破，生命体走向混乱；为维持生命的健康和延续，需要通过从外界吸收物质和能量引入负熵[2]。东北虎通过与外界进行物质交换和热交换，实现负熵流的引入。在热交换方面，东北虎作为恒温动物，通过向环境散热、从环境中吸热进行能量交换，实现负熵的引入。在物质交换方面，东北虎摄取的食物已包含了大量蛋白质、脂肪、纤维素等大分子聚合物的鸡肉、牛羊肉为主，具有很小的熵值，而东北虎的排泄物为残渣、CO2等小分子，具有较大的熵值，从而实现了负熵的引入。东北虎通过摄取食物等自身调控机制，产生更高层次的新的有序状态，从而保持了机体的活力。

本文引用耗散结构系统中的熵变(dS)分析东北虎的采食规律[3]。系统整体的熵变(dS)，是由系统在单位时间(dt)内与外界进行交换而引入的熵(dSe)与系统在单位时间(dt)内系统内部产生的熵(dSi)两部分构成。

食物进入东北虎体内，经过一系列分解等过程，释放出能量的50%左右转移到三磷酸腺苷(ATP)的高能磷酸键中作为机体活动的能源，ATP转化为二磷酸腺苷(ADP)放出能量的转化30%～60%，引入负熵的合成作用利用ATP分解为ADP时释放的能量[4]，则食物中被机体利用的能量占整体的15%～30%。取东北虎通过食物代谢能够吸收食物热量的20%[5]，则：

dS=20%cmΔt/θ=20%cm(θ-t)/θ。

(1)

式中：c为鸡肉禽类比热容；m为月平均饲食量；t为食物温度，即东北虎林园环境气温；θ为食物代谢环境温度，即东北虎体温36 ℃左右。

3　结果与分析

黑龙江东北虎林园人工饲养的东北虎的主食为鸡肉、牛肉等，辅以维生素、盐等饲料保证东北虎正常的营养摄入。将表1数据带入式(1)中，得到不同月份成年东北虎通过物质交换的熵变趋势(见表2)。

表1　东北虎的生存环境温度与饲食量的关系

注：表中“月饲料量”，为7只东北虎的“月饲料量/只”均值。

表2　成年东北虎物质交换熵变趋势

注：dS/c为熵变趋势，即1/c倍的熵变(dS)。

由表1可见：从1—7月份，随着东北虎生存环境(黑龙江东北虎林园)温度的升高，东北虎的饲食量越来越少；随着气温的逐渐下降，8—12月份，东北虎的饲食量越来越多。由表2可见：从1—7月份，东北虎通过物质交换引入的负熵逐渐减少；从8—12月份，东北虎通过物质交换引入的负熵逐渐增多。表1与表2所反映的东北虎的采食情况与熵变情况，同理论所体现出的规律一致。

4　结束语

通过东北虎不同季节(12个月份)的饲食量分析，得出成年东北虎在12个月份中的采食规律与熵变规律，与从理论分析东北虎熵变的结论一致，即：随着气温的升高，东北虎通过热交换引入负熵多，则需要通过减少物质交换即减少采食量来减少由此引入的负熵；随着气温逐渐降低，东北虎通过热交换引入负熵少，则需要通过增加物质交换来增加由此引入的负熵。饲养员可以通过上述规律，合理的为东北虎配备食物，既减少不必要的浪费，又能满足东北虎的需要，科学饲养东北虎。

[1]郗敏，陈南生.从耗散结构理论看运动训练队人体有序状态的影响[J].解放军体育学院学报，2004，23(4)：92-95.

[2]尼科利斯,普利高津.非平衡系统的自组织[M].北京：科学出版社，1986.

[3]段晓静.耗散结构理论及其广泛应用[J].乐山师范学院学报，2003，18(4)：64-67.

[4]杨焕民，计红，甄莉.动物生理学[M].北京：中国农业出版社，2012.

[5]张君才.熵变的计算及熵判据的应用[J].咸阳师范学院学报，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

刘畅，女，1990年8月生，东北林业大学理学院，硕士研究生。E-mail：362887709@qq.com。

韩书霞，东北林业大学理学院，副教授。E-mail：han_shx@163.com。

2015年5月22日。

S864.5

1)黑龙江省自然科学基金项目(C201338)，黑龙江省教育厅科学技术研究项目(12543019)，哈尔滨市科技创新人才研究专项资金项目(2012RFXXG080)。

责任编辑：张玉。