非洲塞伦盖蒂草原上主要动物种类速度和体重研究初探.doc

非洲塞伦盖蒂草原上主要动物种类速度和体重研究初探袁文 学号：60811008（井冈山大学生命科学学院，江西，吉安，343009）指导老师 王宁【摘要】对生活在非洲草原上的动物来说，其速度大小是影响其生存的一个很重要的因素，以往关于速度在动物捕食关系方面的定量化研究比较少，大多数的研究只是一些定性研究。本研究以非洲塞伦盖蒂草原上的一些典型动物为研究对象，通过查找它们的一些相关数据来对动物的速度、体重及其相关性等进行了定量研究。结果显示，动物的速度在生态金字塔中并不是随营养级的增加而呈现递增的趋势；并和动物的体重之间没有明显的负相关。本研究证实，速度和体重对动物来说都具有很重要的作用，动物并不是一味的追求速度，不同的物种对速度和体重有着很好的分配，从而形成自己固有的生活习性，进而很好的适应环境。【关键词】 塞伦盖蒂 ；生态金字塔 ；速度 ；体重 ；相关性 英文题目: Study on speed and weight of the major animal species in Serengeti(School of Life Science, Jinggangshan University, YUAN Wen, 60811008 )Abstract Animals living in the environment, speed is a very important factor, previous research on the speed less, most studies have only some qualitative research. Our African Serengeti grasslands by selecting some typical animals, some of the network choose their data to the speed of the animal studies and more quantitative results, the speed is not as we expected, and the weight has a very clear negative. We believe that speed and weight, in their view have a very important role, but not blindly in the pursuit of speed, different species have a very good speed and weight distribution, so that they can on their own inherent to good habits balance.Key words：Serengeti ; Ecological pyramid；speed ; weight ; Correlation目录1 前言.32 研究对象与方法.42.1 研究样地的选择.42.2 数据的获取与处理.53 结果与分析.63.1主要动物物种的速度分析.63.2主要动物物种的体重分析.63.3物种的速度和体重相关性分析.74 讨论与结论.7参考文献 .11致谢.12图片.131.前言自然界中的食物链和食物网是物种和物种之间的营养关系，这种关系是错综复杂的1。至今生态学家已经给出了许多复杂的食物网，但是还没有一种食物网能够如实的反映出自然界食物网的复杂性，实际上这种千丝万缕的复杂关系是根本无法在有限图纸上用图解的方法完全表示出来。为了把生物之间的复杂的营养关系变得更加简明和便于进行定量分析和物质循环的研究，生态学家又在食物链和食物网的基础上提出了营养级的概念1012。营养级是指处于食物链某一环节上的所有生物的总和2。因此，营养级之间的关系已经不是指一种生物和另一种生物之间的营养关系，而是指一类生物和处在不同营养层次上另一类生物之间的关系，由于环节数目是受到限制的，所以数目一般限于3-5个。营养级的位置越高，对属于这个营养级的生物种类和数量就越少，当少到一定程度的时候就不可能在维持另一个营养级中生物的生存了。生态金字塔是指各个营养级之间的数量关系，这种数量关系可以采用生物量单位、能量单位和个体数量单位，采用这些单位所构成的生态金字塔就分别称为生物量金字塔、能量金字塔和数量金字塔1314。在生态系统中，生态金字塔能形象地说明营养级与能量、生物个体数量、生物量之间的关系，是定量研究生态系统的直观体现。生态系统的食物链有这样的一座金字塔，从最低端到最顶端，呈现给我们的是依次被捕食的关系，捕食者要想得到自己的猎物，或者说被捕食者要在捕食者的追捕中获得生存的机会，就要争取比被捕食者跑的更快，因为只有追上猎物才有可能将其捕杀，即此时速度是至关重要的。然而我们却发现，以往对生态金字塔的研究多侧重于生物量和种群数量这两个方面，而对速度的研究比较缺乏。因此，我们认为在一个生态系统的生态金字塔研究中速度是一个很值得研究的因素。同时，我们认为体重是一个影响速度的重要因素。因为，一般来说体重越大的物种，其速度会越低，但其捕捉能力或抵抗能力却会得到增强。以往国内外学者对体重和速度的相关性研究多是定性化比较，缺乏通过从定量化层面上的比较。通过定量化分析现有实验调查数据，弄清楚速度在生态金字塔中的变化规律，分析体重和速度之间的相关性，可能有利于我们从另外一个研究角度上更好的理解生态学中物种间的协同进化关系。2研究对象和方法2.1 研究样地的选择塞伦盖蒂大草原位于东非大裂谷以西，阿鲁沙西北偏西130 km处，一部分狭长地带向西伸入维多利亚湖达8 km，北部延伸到肯尼亚边境。1940年后成为保护区；1929年，塞伦盖蒂中部2286 km2地区被定为狩猎保护区；1951年建成国家公园；1959年得到扩大。作为联合国教科文组织人与生态计划中塞伦盖蒂恩戈罗恩戈罗生物保护区（连同毗邻的马苏瓦狩猎保护区）的一部分得到国际公认，同年列入世界遗产名录。塞伦盖蒂国家公园是坦桑尼亚最著名的国家公园，一个有着300多万只大型哺乳动物的巨大生态系统植被以开阔草原型植物为主，但在严重干旱时几乎全部变为沙漠。主要植物是马唐（Digitaria sanguinalis）和鼠尾粟（Sporobolus fertilis (Steud.) W. D. Glayt.）等茅草。在较湿润地区，水蜈蚣属植物生长占优。公园中部为大片金合欢（Acacia farnesiana (Linn.) Willd.）林地草原。丘陵植物和茂密的林地，以及一些长廊林覆盖了公园北部的大部分地区。这里的降雨主要集中在11月到第二年的5月，12月和3、4月为高峰期。年平均气温20.8 ，海拔1150 m处记录的年平均降水1210 mm。降雨量向东递减，自北向西递增，在西部维多利亚湖附近的狭长地带年降雨达950mm，公园最北端肯尼亚边境附近年降水达1150 mm。塞伦盖蒂大草原拥有现今极大规模的动物群落。这些动物群在季节性的水源地和草场之间来往迁徙。这些动物有角马（Connochaetes gnou）、斑马（Equus quagga）、羚羊、3000多只狮子、斑鬣狗（Crocutacrocuta）。5月和6月，许多动物从中部平原集体迁徙到西部狭长地带。正是由于塞伦盖蒂这样优越的地理环境和气候，造就了它自身没有大片的森林，由于降雨量的季节变化，这里只拥有大片的草地和高地稀疏的灌木丛，没有了对草原动物奔跑的重重遮挡，加上丰富的种群数量和密度，这样的条件就可以让我们很好的来研究动物在捕食关系中速度这个重要因素。在塞伦盖蒂草原生态系统食物链中，我们选择了一些代表性的食草和食肉动物来作为研究对象，包括非洲豹（Panthera pardus）、非洲狮（Panthera leo）、非洲野牛（Synceruscaffer）、瞪羚（Gazella thomsonii）、角马（Connochaetes gnou）、土狼（Protelescristatus）、斑马（Equus quagga）、黑斑羚（Aepyceros melampus）、疣猪（Phacochoerusafricanus）、非洲野犬（Lycaon pictus）、犀牛（Dicerosbicornis）、长颈鹿（Giraffa camelopardis）、非洲象（loxodonta africanna），依次对他们的时速、体重、寿命、产仔数这些指标做了调查。2.2 数据的获取与处理本研究的研究对象是塞伦盖蒂大草原上的具有代表性的食草和食肉动物，对这些动物的分析数据是通过在其他的研究文献和相关的网络资料以及书籍这些渠道来获取的。 表1 塞伦盖蒂草原上主要动物种类的基本数据物种拉丁学名时速（km/h）体重（kg）寿命（year）产仔数（个）非洲豹Panthera pardus115506.92.5非洲狮Panthera leo81151103非洲野牛Synceruscaffer60700201瞪羚Gazellathomsonii6518.512.51角马Connochaetes gnou64196201土狼Protelescristatus4063.56133斑马Equus quagga40261251黑斑羚Aepyceros melampus8552.25151疣猪Phacochoerusafricanus47100153非洲野犬Lycaon pictus5526.51010犀牛Dicerosbicornis452300351长颈鹿Giraffa camelopardis56900301非洲象loxodonta africanna20550060-701因为动物个体会有一个年龄段的成长的区间，还有生长个体的不一样，不可能所有的个体都是一个同样的数据，比如这些物种的体重，我们采用了平均值法。数据调查出现的范围现象，我们采取的是用所获取的数据范围区间的最大值和最小值取平均值的方式来表示这个物种的研究值，这样可以消除一些特殊的不准确数值来对数据精确性的影响，比如黑斑羚的速度可以达到80 km/h到90 km/h，实验数据就选择它的平均值85 km/h来作为黑斑羚的最终速度值；非洲野牛由于幼体到成年个体的体重的不同，或者成年体之间也存在这种体重的差异，我们获得的是体重为500 kg到900 kg，最后实验数据就选择700 kg这个平均值来作为研究非洲野牛的体重数据。这样的处理可以消除一些意外因素的干扰，更好的对数据进行分析研究。3. 结果与分析3.1主要动物物种的速度分析从图1可以看出，非洲豹的速度115 km/h为最快的，其次是黑斑羚，非洲狮排在第三位，后面依次是瞪羚、角马、非洲野牛、长颈鹿、非洲野犬，而土狼、斑马、和非洲象依次占据最后的三位。图1 非洲塞伦盖蒂草原主要动物的速度020406080100120140黑斑羚瞪羚斑马角马非洲野牛疣猪非洲野犬土狼长颈鹿犀牛非洲豹非洲狮非洲象（km/h）3.2 各个物种的体重分析因为非洲象的体重优势过于明显，为了能够展示其他物种间体重的差异性，在图2中没有展示非洲象的体重。通过图2，可以发现其中犀牛、长颈鹿、非洲野牛的体重分列前三位，其他依次为斑马、角马、非洲狮、疣猪、土狼、黑斑羚，排在最后三位的是非洲豹、非洲野犬和瞪羚。图2 非洲塞伦盖蒂草原主要动物的体重05001000150020002500黑斑羚瞪羚斑马角马非洲野牛疣猪非洲野犬土狼长颈鹿犀牛非洲豹非洲狮（kg）3.3 物种的速度和体重相关性分析图3 非洲塞伦盖蒂草原主要动物的速度与体重相关图y = -36.242x + 2948.8R2 = 0.31760100020003000400050006000020406080100120140速度（km/h）体重（kg）从图3可以发现，随着体重的加大动物的速度似乎呈现出下降的趋势，但是相关系数表明动物的体重和速度并没有非常显著的相关性（R = 0.573）。4.讨论在生态金字塔的的逐个营养级里，一级对一级的捕食关系中，速度是一个生存的必要条件。广阔的非洲塞伦盖蒂草原上，捕食和被捕食者都对速度有着强烈的依赖。他们在彼此的捕食和躲避关系中不断地进化，速度过慢的食草动物将被捕食，速度过慢的捕食者将可能得不到食物而饿死。因此，速度在生态金字塔的动物捕食关系相互进化中有着相当重要的作用和研究意义。最初我们预测捕食者都要有明显高于其猎物的速度优势才能捕食到对方。图1显示，非洲豹作为金字塔顶端的捕食者拥有了绝对的速度，可以通过速度上的绝对优势来捕杀自己的猎物。但是同时我们也看到，并不是在捕食者这个阶层的动物都具有绝对于被捕食者的高速度。比如，土狼和非洲野犬的速度是40 km/h和55 km/h，它们并没有比瞪羚和角马的速度高，因而在宽阔的草原上，就单比速度，单独的土狼和非洲野犬是不可能捕食到瞪羚和角马的。即使是速度更高一些的非洲狮，它们也不一定是在速度上冠绝所有的被捕食者，黑斑羚就能在速度上超越非洲狮。也就是说如果在塞伦盖蒂草原上一只非洲狮想要捕食一只黑斑羚，仅凭借一对一的速度，非洲狮很难抓到黑斑羚。但是资料显示，黑斑羚确实非洲狮最喜欢的猎物之一3。就速度而言，体重无疑是一个非常重要的影响因素，它的大小直接影响速度的大小。从图2中可以明显看出非洲象超重的身体严重影响了它的速度，以至于它是所调查研究对象中速度是最慢的。很明显，长颈鹿和非洲野牛的体重要远远高于土狼和非洲野犬，然而在速度上他们的体重并没有给它们造成影响，速度上它们还是要胜过土狼和非洲野犬。比较相同的级别的动物，我们同样可以看出差异。速度占优的非洲豹确实是要比非洲狮的体重小，但是非洲狮却没有在速度上输给比自己体重轻很多的土狼和非洲野犬上。在动物的速度和体重相关性方面，图3显示：体重和速度两者之间并没有很明显的相关性。在翻阅文献和资料中注意到这样一点，动物们都有着自己的生活习性。非洲豹可以说是完美的猎手，矫健身材，灵活，奔跑速度快。会游泳，又会爬树。性情机敏，嗅觉听觉视觉都很好，智力超常，隐蔽性强，这些是老虎狮子都办不到的，它亦是少数可适应不同生境的猫科动物。 豹的猎物主要有鹿、羚羊及野猪，但亦会捕猎灵猫，猴子，雀鸟，啮齿动物等，甚至腐肉，视乎猎物产地而定。在猎物缺乏时，它也会捕猎家畜，因而发生人豹之间的冲突。和一般猫科动物一样，豹会在密林的掩护下，潜近猎物，并来一个突袭，攻击猎物的颈部或口鼻部，令其窒息。 非洲品种通常把猎物拖上树慢慢吃，以防狮子或鬣狗等食肉动物前来抢夺。我们可以看出非洲豹有着它独特的优势，来弥补它喜欢独来独往的特性，比如它能爬树，它会把自己的猎物带到树上，然后自己慢慢享用47。非洲狮和黑斑羚，非洲狮的速度是81 km/h小于黑斑羚的85 km/h，但是作为非洲狮最好的猎物，非洲狮要想捕食到黑斑羚，光在速度上是没有优势的，但是非洲狮有着一个很好很重要的生活习性，因为他们喜欢群体作业89。狮群中的狩猎工作基本由雌性成员完成。它们合作时狩猎的成功率远高于其他猫科动物，它们不论白天黑夜都可能出击，不过夜间的成功率要高一些，尤其是月黑风高的夜晚。风对狮捕食来说一般没多少影响，不过要是遇到大风天，它们可能就会占了便宜，因为风吹草动制造的噪音会掩盖住这些雌性猎手靠近的声音。这些雌狮总是协同合作，尤其是猎物个头比较大的时候。这些雌狮总是从四周悄然包围猎物，并逐步缩小包围圈，其中有些负责驱赶猎物，其他则等着伏击。靠着这样的方式就弥补了它们在面对像黑斑羚这样速度超快的猎物时候的劣势。可是对于非洲豹这样的猫科动物就不一样，它们喜欢独来独往，那是由于它们有着绝对的速度优势，在草原上可以很迅速的找到自己的猎物，这样可以独自来分享。同样的道理出现在土狼和非洲野犬的身上，土狼和非洲野犬也是群居性的动物，他们在捕食猎物的时候同样喜欢群体作业，以此来弥补它们在速度和体重上的劣势。轮番的攻击可以让他们甚至可以杀害形单影只的非洲狮和非洲豹。那食物链底端的食草动物们也不是就眼睁睁看着捕食者的到来将自捕食。非洲象的速度只有20km/h，那并不等于它就将是捕食者最易得到的猎物，非洲象具有这些动物中最大的体格，加上非洲象是群体生活的动物，捕食者想要接近它们完成狩猎，并不是那么简单，非洲象的的象牙，鼻子都是很好的武器，它们可以将来犯的敌人远远的抛开。犀牛同样具有望而却步的体重，这样强壮的体格同样弥补了它在速度上的劣势，加上犀牛具有犀牛角这个强大的武器，同样让捕食者不敢轻易的靠近。长颈鹿身高腿长，四肢可前后左右全方位地踢打，击打范围广，力量大，最大可达600 kg，如果成年狮子不幸被踢中，可立马腿断腰折。所以，非洲狮一般不轻易地攻击成年长颈鹿。由此可以看出，在广袤的塞伦盖蒂草原，速度起着非常重要的作用，但是并不是速度的快慢就是由体重的大小来决定的，他们在速度和体重上面有着很好的分配。速度是作为捕食者追赶猎物和被捕食这躲避追击的一个重要的条件，但是他们并不是一味的追求速度，他们会选择用其他的方式来弥补速度上的缺憾，他们或许会用群居来保护自己或者在捕猎时用群体作业的方式来捕杀猎物，以便解决自身速度不足的劣势。他们也会利用自己的别的优势来弥补。同时也要看到，本研究中还有有很多不足之处。例如，由于在选择测试动物的时候，选择动物的多少年龄和性别种类都会影响将关系到实验数据的准确性。，在本研究中未发现得出动物速度和体重和速度之间并没有明显的显著相关性。，也可能是跟测试动物的选择种类较少有关也许就是实验所选择的动物数量和种类的关系对这个结果的影响较大，或许当拥有更多动物种类数据资料时，再将它们进行比较和研究，就会得出不同的研究结果。参考文献1/Article/ecology/ecologyth/ecosystem/200706/14278.html2/view/57416.htm3基础生态学 第二版 牛翠娟,娄安如,孙儒泳等主编 高等教育出版社2007.4普通生态学 孙儒泳,李博,诸葛阳等主编 高等教育出版社1993.5普通生态学 第二版 尚玉昌编 北京大学出版社 2002.6生态学 李博主编 高等教育出版社 2000.7 动物生态学原理 第三版 孙儒泳 北京师范大学出版社 2001.8/zh-cn/%E7%8B%AE9Henschel,P.,Hunter,L.Breitenmoser,U.Purchase, N.Packer,C., Khorozyan, I., Bauer, H.,Marker,L.,Sogbohossou,E.and Breitenmoser-Wursten,C.(2008). 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