水生生物家域行为约束下的异速生长关系：体型与行为特征的协同作用

这篇研究通过整合172种水生生物（从无脊椎动物到海洋哺乳动物）的数据，揭示了家域面积（HR）与体型（M）的异速生长关系（R2=0.78，指数1.68±0.07），并首次量化了行为特征（摄食方式、垂直分布等）可额外解释27.15%的变异。研究创新性地证明肉食性和远洋物种的家域显著大于草食性和底栖物种，为理解能量需求行为对空间生态的塑造机制提供了新视角。

　　

行为约束下的家域异速生长规律

ABSTRACT

家域作为个体生存与繁殖的空间演化舞台，其面积反映了能量需求与获取的平衡。通过对172种水生生物（涵盖8个数量级体型和13个数量级家域）的分析发现，家域与体型呈显著异速生长关系（R²=0.78，指数1.68±0.07）。值得注意的是，行为特征能额外解释27.15%的变异，其中肉食性和远洋物种的家域显著大于草食性和底栖物种，而迁徙和社会性行为的影响相对有限。

1 Introduction

家域理论自Burt（1943）提出以来，其形成机制始终是生态学核心议题。经典研究认为家域大小由资源生产力与个体能量需求的比值决定（Harestad和Bunnel 1979），但行为特征对空间利用的调节作用长期未被量化。本研究首次系统评估了垂直分布、营养级等行为特征如何协同体型共同塑造家域异速生长。

2 Materials and Methods

研究整合了190篇文献数据，涵盖无脊椎动物（4种）、鱼类（136种）、爬行动物（10种）和哺乳动物（22种）。通过GLMM模型分析，将家域数据统一转换为核密度估计值（KDE），并建立log₁₀HR~log₁₀M回归模型。行为特征包括：垂直分布（底栖/远洋）、营养级（草食/肉食）、迁徙性和社会性。

3 Results

3.1 数据集概况

物种平均体型从无脊椎动物的0.67±0.78g（AFDW）到哺乳动物的4.95±0.21g，家域面积相应从1.39±1.47m²扩展至9.59±0.28m²。体型与家域的异速生长关系在鱼类（指数1.52±0.11）、爬行动物（1.56±0.32）和哺乳动物（0.56±0.26）中均显著。

3.2 行为特征影响

垂直分布贡献最大（17.61%），远洋物种家域显著大于底栖物种（p<0.0001）。肉食性物种家域比草食性大6.59%（p<0.001），其回归截距更高（1.19 vs -0.07）。迁徙物种虽表现出更大空间需求，但在控制体型后影响不显著（p=0.475）。

4 Discussion

4.1 体型的主导作用

研究验证了体型作为家域主要驱动力的经典理论（McNab 1963），其超异速生长指数（>3/4）支持了资源分形分布假说（Haskell et al. 2002）。哺乳动物指数偏低（0.56）可能与其特殊能量调节策略有关。

4.2 行为特征的协同效应

三维觅食空间导致远洋物种需要更大搜索范围（Tamburello et al. 2015），而肉食性物种因能量转化效率低需扩大觅食面积。社会性行为未显示显著影响，可能与群体内资源竞争抵消效应有关（Monti et al. 2024）。

4.3 方法论考量

研究通过残差分析有效分离体型与行为效应，KDE与MCP方法的强相关性（R²=0.90）保障了数据可比性。未来研究可结合代谢率测量（Shokri et al. 2025）深化机制解析。

5 Conclusion

该研究建立了水生生物空间利用的多维度框架，证明能量需求行为（如三维觅食、高营养级）会显著放大体型对家域的规模效应。这对预测气候变化下的物种分布格局及设计海洋保护区具有重要启示。