长白山地区3种跃度蝗鸣声结构的比较效果研究
1 引言 语言是人类进行人际交流和传递信息的重要工具，昆虫同人类一样，也需要与外界进行信息交流。
有研究表明，昆虫是原口无脊椎动物中最进化的类群，也是原口无脊椎分支中唯一广泛利用声通讯的动物类群[1]。
昆虫纲中的很多种类都能发声，人们通常把能鸣叫的昆虫称为鸣虫，能发声的鸣虫大多为雄性，少数种类的雌虫也能鸣叫，但声音比雄虫要弱很多，这也间接说明昆虫的鸣叫与性别相关。
在同一类群中，声音信号的最主要功能是吸引异性进行交配。
20世纪中叶以来，通过对昆虫发声器及发声机制的不断探索，分类学家发现鸣声可以作为一项可靠的分类依据用于鸣虫分类。
在昆虫分类学中，与性选择相关的性状是最好的分类特征。
昆虫的鸣声，尤其是召唤音和求偶音，是种群内个体间特别是雌雄间的一种重要的联系信号，有着高度的种间特异性。
运用鸣虫鸣声进行分类研究，对于传统形态学分类上难以区分的近缘种进行种间分类有着重要意义。
在直翅目昆虫中，蟋蟀和螽蟖的相关鸣声研究开展的较为广泛，如美国原被认识的蟋蟀为65种，通过对鸣声的分类鉴定，发现了40个新种，使其总数达到了105种[2]。
虽然蝗虫鸣声分析研究相对螽斯和蟋蟀较少，但也有许多学者在蝗虫鸣声通讯方面做出了重大贡献。
国际方面Ragge[3]等对西欧直翅目昆虫鸣声的研究；Elsner研究了西伯利亚蝗（Gomphocerus sibiricus）、红拟棒角蝗、绿牧草蝗的鸣声结构，发现它们在鸣声的频率、脉冲、速率和振幅等声学参数方面有明显差异；Reynolds[4]对雏蝗属（Chorthippus）一些种类鸣声进行了研究。
20世纪70年代后，蝗虫鸣声研究范围逐渐扩大，我国也逐渐展开了对蝗虫鸣声的研究。
印象初[5]对我国蝗总科的发声器进行了细致研究，发现我国蝗总科的发声器有11种不同的类型；席瑞华[6]等报道了长白山自然保护区雏蝗属（Chorthip pus）等6属、7种蝗虫的鸣声；曹立民[2]等对东北地区跃度蝗属（Podismopsis）部分种类的鸣声作过比较研究；廉振民对雏蝗属（Chorthippus）等蝗总科一些种类的鸣声作过研究；芦荣胜[7]等对2种米纹蝗雄性鸣声进行了比较研究，表明红足米纹蝗（Notostaurus rubripes Mistshenko）和小米文蝗（Notosaurus albicornis）雄性的鸣声参数有显著差异，可作为2种的分类依据。
本文以长白山地区常见3种跃度蝗为材料，分别为长须跃度蝗（P. dolichocerca）、土门岭跃度蝗（P. tumenlingensis）、狭翅跃度蝗（P. angustipennis），应用计算机技术和数学统计学原理对以上3种跃度蝗的鸣声节律图像进行比较研究，尝试以鸣声为分类依据，通过各鸣声参数区分3种同属不同种跃度蝗，旨在进一步探讨鸣声在蝗虫分类中的应用价值。
2 材料与方法 2.1 实验材料 本实验研究的3种跃度蝗声音样本采集于长白山露水河镇附近，分别为长须跃度蝗（P. dolichocerca）、土门岭跃度蝗（P. tumenlingensis）、狭翅跃度蝗（P. angustipennis）。
共经7d的收集，采集时间为上午8∶00～下午16∶00，每个物种采集2～10头样本。
2.2 实验方法 本次采集是在不惊动虫体的情况下使用SONY PCM—D50型数字录音棒（采样率为96kHz）进行声波的实时录制。
鸣声录制过程中，尽量录制单一蝗虫的鸣声，录制完成后记录时间、地点及相应编号。
之后用捕虫网将相对应的蝗虫个体进行捕捉，用酒精浸泡于相应采集瓶，编号，带回实验室进行种类鉴定，并制作标本。
蝗虫鸣声分析，主要通过Cool edit Pro 2.1系统软件进行分析，参照鸣声特征参数提取法中的时域分析法和频域分析法。
时域分析法所表现的是时域特征，其参数主要包括脉冲组个数、脉冲组持续时间、脉冲组间隔、脉冲组中脉冲个数、脉冲持续时间和脉冲间隔。
对信号作频谱分析，则可以了解鸣声信号的频率范围、主要集中频率等。
3 结果与分析 3.1 土门岭跃度蝗（P. tumenlingensis）鸣声时频分析 针对土门岭跃度蝗（P. tumenlingensis），分析其时域片段中的相关参数，通过后续计算得到以下参数：平均每次鸣叫周期中脉冲组数为10个，脉冲组持续的平均时间是0.334s，脉冲组间隔的平均时间是1.065 6s。
平均每个脉冲组的脉冲个数为4，脉冲间隔的平均时间是0.035 5s，脉冲的平均持续时间为0.042 8s。
观察10个声音样本的分析图像，选取形状大致相同且清晰的段落进行频率分析。
选择的声音样本中72dB频率范围分布在3 000～33 000Hz，主要集中在5 000～26 000Hz 范围。
对于该段的频率，从整体上看，其分布并没有呈现明显的函数关系。
而在20 000Hz以上也有一定频率分布，说明此种蝗虫鸣声时含有少量超声成分。
该声音样本的波形图如图1、图2所示。
除了对该样本频域进行分析，也获得了相对应声音段落的光谱图（图3）。
光谱图是频率分布的另一种分析方式，颜色的亮度反映了该样本在相对应频率的集中程度。
对所选取的土门岭跃度蝗鸣叫的声音片段的光谱图进行分析可知，光谱图清晰地展现了鸣叫的频率和时域分布状态。
由图谱可见，土门岭跃度蝗的鸣叫频率分布范围是3 000～35 000Hz，在5 000～24 000Hz处亮度明显增强，标识了集中分布范围，这与其鸣叫的频率分析图谱得出了相似的结论；并且在光谱图中，发现脉冲组间和单脉冲间有明显间隔，光谱整齐清晰。
3.2 长须跃度蝗（P. dolichocerca）鸣声时频分析 针对长须跃度蝗（P. dolichocerca），分析其时域片段中的相关参数，进行平均计算，得到以下参数：平均每次鸣叫中脉冲组数为16个，脉冲组的持续的平均时间是0.966s，脉冲组间隔的平均时间是5.89s。
平均每个脉冲组的脉冲个数为16，脉冲间隔的平均时间是0.011s，脉冲的平均持续时间0.075s。
对长须跃度蝗（P. dolichocerca）的声音样本进行频域分析，72dB频率范围分布在2 000～45 000Hz，跨度明显大于土门岭跃度蝗，主要集中频率在4 000～26 000Hz范围。
频率分布并不呈现明显的函数关系，并且趋于平稳，分布平均，具有典型的宽带噪声特点。
在20 000Hz以上有一定频率分布，说明此种蝗虫鸣声中含有少量超声成分，该样本超声成分大于土门岭跃度蝗。
该声音样本的波形图如4、图5所示。