普氏原羚自然栖息地草地矿物质营养的评价

申小云，霍宾，闽小莹，吴婷,廖建军,蔡平，张毓，何玉邦，孙建青，吴永林

(1.西南科技大学生命科学与工程学院，四川 绵阳621010;2.贵州师范大学国家石漠化防治工程技术研究中心，贵州 贵阳550025;3.青海省林业厅，青海 西宁810008;4.青海湖国家级自然保护区管理局，青海 西宁810007; 5.中国西南世界银行扶贫项目贵州办公室，贵州 贵阳550004)

普氏原羚(Procapraprzewalskii)是中国特有的濒危物种，曾经广泛分布于甘肃、内蒙古、新疆、西藏和青海等地区，人类活动增加、草地退化和栖息地破碎化等原因，分布范围逐步萎缩，数量明显减少。目前，普氏原羚仅出现于青海湖流域[1]。据1994-1998年的考察结果显示：仅存5个种群，约有300只[2]。经过20多年的保护和研究，近年来，普氏原羚的数量有所恢复，但不到1000只[3]。普氏原羚已经成为我国特有哺乳动物中种群数量最少的物种[4]。濒危状态引起世界的关注，国际自然保护联盟物种存活委员会将其列为极度濒危动物[5]。

青海湖流域是普氏原羚的自然栖息地，光照充足，冬寒夏凉，降水充沛，雨热同季；全年日照时数在3000 h以上，平均温度在0.3～1.1 ℃之间，最高气温25 ℃，最低气温-40 ℃。青海湖流域天然草地矿物质营养不平衡问题已有报道，但缺乏系统的研究。张力等[6]的研究表明,青海湖三角城种羊场放牧藏系绵羊硒(Se)缺乏，主要临床症状是消瘦、腹泻、食欲减退、生长发育迟缓、繁殖力下降等，严重病例出现突发性死亡。主要病理症状是骨骼肌、心肌以及肝组织变性坏死，饲料中添加亚硒酸钠(Na2SeO3)控制了该疾病。Shen等[7]报道了布哈河上游地区藏原羚(Procaprapicticaudata)铜(Cu)代谢障碍问题，以贫血、消瘦、繁殖力下降为主要特点，补充硫酸铜(CuSO4)可解决该问题。土壤、植物和动物间的矿物质营养不正常状态可能是由于单一元素的缺乏或过量，也可能是由于土壤、植物和动物间元素存在着更为复杂的关系[8]。不同植物的矿物质元素含量不同，即使在同一品种内不同的品系或变种对矿物质元素的积聚都可能有营养学上的差异[9]。同时元素间也存在相互的协同或拮抗。因此，动物矿物质营养问题显得尤为复杂。为了探讨牧场矿物质营养对普氏原羚的影响，对青海湖布哈河上游高寒草甸的矿物质营养进行了系统的研究。

1 材料与方法

1.1 研究地点

试验区域位于青海湖流域西北部，布哈河上游的天俊县境内(36°53.6′-39°26.2′ N,96°49.7′-99°41.8′ E)，平均海拔3800 m，温差大，无霜期短。该区有芨芨草(Achnatherumsplendens)草地、疏花针茅(Stipapenicillata)草地、沙生针茅(Stipaglareosa)草地、狼毒(Stellerachamaejasme)草地、沙蒿(Artemisiadesertorum)灌丛和马蔺(Irislactea)草甸等不同的植被类型。芨芨草草地是该区的主要植被类型。

1.2 研究方法

1.2.1食性分析 用显微分析法分析食性，收集常见的植物，做成标准样本玻片。每月收集至少20个普氏原羚的粪样，60 ℃烘干30 h后保存。分析时，每个粪样取3粒，构成混合粪样，研碎，用番红染色，每个样品做10个玻片，每个玻片分50个视野，在显微镜下放大100倍，利用频率转换法观察，与标准样本玻片对照，记录粪样中的植物组成。

1.2.2土壤和牧草样品的采集 2016年6月5日(幼苗期)、2016年8月5日(青草期)和2016年10月5日(枯草期)采集土样和牧草样品，样品在5个(1 m×1 m)样方中采集，样方间隔200 m，每个样方采样品1个。土壤样品：采集0～20 cm的表层土壤样品5个；不同品种的牧草样品：采集冷蒿(Artemisiafrigida)、细叶苔草(Carexstenophylla)、黄芪(Astragalusmembranaceus)、粗穗苔草(Carexscabrirosfris)、草地早熟禾(Poapratensis)、紫花针茅(Stipapurpurea)、扁穗冰草(Agropyroncristatum)、青海固沙草(Orinuskokonorica)、垂穗披碱草(Elymusnutans)、披针叶黄华(Thermopsislanceolata)、碱蒿(Artemisiaanethifolia)和唐古特铁线莲(Clematistangutica)等植物0.1～0.5 cm以上部分，每种植物采集样品5个；混合牧草样品：采集混合牧草离地面0.1～0.5 cm以上部分，共采集样品5个。

1.2.3牧草和土壤样品的处理 草样20～25 ℃自然风干，粉碎，过0.175 mm细筛，装袋备用。试验时消化管壁用去离子水冲洗，取草样0.5 g左右放入消化管内，加6 mL硝酸(HNO3)和1 mL双氧水(H2O2)，摇匀，静置10 min。按微波消化程序消解，冷却后，将溶液移入100 mL 容量瓶中，稀释至刻度，做好标记，在选定的工作条件下进行测定。

土样放室内20～25 ℃的阴凉处风干，粉碎，用2 mm筛子过一遍，用0.075 mm筛子除去细沙，试验前，消化管壁用去离子水冲洗，取土样0.3 g左右放入消化管内，加6 mL HNO3和1 mL H2O2，摇匀，静置10 min。按微波消化程序消解，冷却后，将溶液移入100 mL 容量瓶中，在选定的工作条件下进行测定。

土壤速效硒用0.5 mol·L-1(pH=8.5)的碳酸氢钠(NaHCO3)溶液提取；土壤速效钼(Mo)用二水草酸(H2C2O4·2H2O)和二水草酸铵[(NH4)2C2O4·H2O]溶液提取；土壤速效铜(Cu)用二乙基三胺五乙酸(C14H23N3O10)溶液提取[10]。

土壤和牧草的矿物质元素用电感耦合等离子体原子发射光谱法(inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy，ICP-AES)测定，仪器为电感耦合等离子体发射光谱仪(HK9600 Type Atomic Emission Spectroscopy， Huaketiancheng Co., Ltd， China)[10]。测定时按电感耦合等离子体发射光谱仪操作程序开机，进入Winlab 32系统操作软件，等离子体(Plasma)点火后，对空白溶液、标准溶液、样品溶液依次进行测试。

1.3 数据分析

试验数据以平均数±标准差表示。数据整理后，用SPSS 19.0 for Windows统计软件进行分析，检验数据分布为正态分布后，用单因素方差分析法分析不同品种、不同时期矿物质元素含量的差异。采用选择性指数(Ei)研究普氏原羚对食物的选择[11]。用植株在群落中的比例同被采食的比例的积表示植物在食物中的比例。

2 结果与分析

2.1 土壤矿物质元素含量

2.1.1土壤总矿物质元素含量 在研究区域，不同时期土壤矿物质元素总含量没有明显的不同，土壤平均铜含量是(4.87±1.55) μg·g-1, 土壤平均硒含量是(0.033±0.011) μg·g-1, 土壤平均钼含量是(1.63±0.31) μg·g-1。

2.1.2土壤速效矿物质元素含量 牧草幼苗期和枯草期土壤速效铜和硒含量极显著高于青草期(Cu，F2,12=3.27,P=0.009；Se，F2,12=3.27,P=0.008)，Mo无显著差异。牧草幼苗期土壤和枯草期土壤矿物质元素含量没有显著的差异(表1)。

2.2 混合牧草矿物质元素的含量

混合牧草幼苗期铜和硒的含量极显著高于青草期(Cu，F2,12=3.27,P=0.037； Se，F2,12=3.27,P=0.007)，牧草幼苗期、枯草期铜和硒的含量无显著差异。牧草幼苗期、青草期、枯草期钼元素的含量无显著差异(表2)。

表1 普氏原羚栖息地土壤速效矿物质元素含量Table 1 Quick acting mineral content of soil in the habitat of Przewalski’s gazelle (ng·g-1)

注：不同字母表示差异极显著(P<0.01)，无字母表示差异不显著。下同。

Note: Different letters indicate highly significant differences at 0.01， no letter mean no significant difference.The same below.

表2 普氏原羚栖息地混合牧草矿物质营养的含量Table 2 Mineral contents of multiple forages in the habitat of Przewalski’s gazelle (μg·g-1)

2.3 栖息地不同牧草品种铜元素的含量

在牧草幼苗期和枯草期，冷蒿、细叶苔草、草地早熟禾、垂穗披碱草、沙蒿、芨芨草、粗穗苔草、扁穗冰草铜元素含量极显著高于青草期(冷蒿，F2,60=2.27,P=0.009；细叶苔草，F2,60=1.89,P=0.009；草地早熟禾，F2,60=0.87,P=0.001；垂穗披碱草，F2,60=5.21,P=0.009；沙蒿，F2,60=4.23,P=0.007；芨芨草，F2,60=2.17,P=0.002；粗穗苔草，F2,60=4.27,P=0.007；扁穗冰草，F2,60=3.11,P=0.017)，但牧草幼苗期和枯草期相比，以上牧草的铜元素含量没有显著的差异。马蔺、紫花针茅、碱蒿、狼毒、青海固沙草、披针叶黄华、唐古特铁线莲，在草幼苗期、青草期和枯草期，铜元素含量无显著的差异(表3)。

表3 普氏原羚栖息地的主要牧草品种铜含量的季节动态Table 3 The temporal dynamic of copper content in main forage in the habitat of Przewalski’s gazelle (μg·g-1)

2.4 栖息地不同牧草品种钼元素的含量

在牧草幼苗期、青草期和枯草期，冷蒿、马蔺、细叶苔草、紫花针茅、碱蒿、沙蒿、狼毒、芨芨草、粗穗苔草、青海固沙草、披针叶黄华的钼元素含量无显著差异；草地早熟禾、垂穗披碱草、扁穗冰草、唐古特铁线莲幼苗期、枯草期钼元素含量极显著高于青草期(草地早熟禾，F2,60=1.73,P=0.000；垂穗披碱草,F2,60=2.16,P=0.017；扁穗冰草,F2,60=3.29,P=0.001；唐古特铁线莲，F2,60=2.36,P=0.012)，但幼苗期同枯草期无显著差异(表4)。

表4 普氏原羚栖息地的主要牧草品种钼含量的季节动态Table 4 The temporal dynamic of molybdenum content in main forage in the habitat of Przewalski’s gazelle (μg·g-1)

2.5 栖息地不同牧草品种硒元素的含量

在牧草幼苗期、青草期、枯草期，紫花针茅、草地早熟禾、沙蒿、芨芨草、青海固沙草、唐古特铁线莲的硒元素含量无显著差异。冷蒿、马蔺、细叶苔草、垂穗披碱草、碱蒿、狼毒、粗穗苔草、扁穗冰草、披针叶黄华幼苗期、枯草期硒元素含量极显著高于青草期(冷蒿，F2,60=2.89,P=0.000；马蔺，F2,60=1.73,P=0.000；细叶苔草，F2,60=2.36,P=0.000；垂穗披碱草，F2,60=2.83,P=0.003；碱蒿，F2,60=2.77,P=0.001；狼毒，F2,60=1.82,P=0.002；粗穗苔草，F2,60=3.83,P=0.012；扁穗冰草，F2,60=2.65,P=0.001；披针叶黄华，F2,60=2.96,P=0.012)，但幼苗期同枯草期无显著差异(表5)。

表5 普氏原羚栖息地的主要牧草品种硒含量的季节动态Table 5 The temporal dynamic of selenium content in main forage in the habitat of Przewalski’s gazelle (μg·g-1)

2.6 普氏原羚对牧草的选择

细叶苔草、沙蒿、黄芪、冷蒿、粗穗苔草、扁穗冰草是普氏原羚的喜食植物。芨芨草、紫花针茅、冷蒿、青海固沙草、垂穗披碱草、沙蒿、唐古特铁线莲等植物是普氏原羚的主要食物，其中芨芨草所占的比例最大，达13.680%，其次是紫花针茅占9.397%，冷蒿、青海固沙草、唐古特铁线莲等所占比例无显著差异(表6)。

3 讨论

3.1 土壤牧草矿物质元素营养

表6 不同植物品种在普氏原羚食物中的比例Table 6 Proportion of plant in the feed of Przewalski’s gazelle

矿物质营养对动植物生命进化、生长发育、物种繁衍生息都有十分重要的意义[12]。青海湖流域是普氏原羚仅有的自然栖息地，布哈河是青海湖最大的河流，布哈河上游地区是普氏原羚主要的栖息地[13-14]。本研究的矿物质元素中，土壤全硒和有效硒都明显低于正常值，造成牧草硒营养不能满足动物生长发育需要，尤其是牧草生长季节硒缺乏表现更加严重，青草期混合牧草硒含量仅(0.023±0.013) μg·g-1，混合牧草平均硒含量小于0.050 μg·g-1，为严重硒缺乏[15-17]。青海湖流域家畜经常出现硒缺乏疾病[6]，因此增加牧草硒含量对草地畜牧业及野生动物的保护有十分重要的意义。在植物生长期，混合牧草铜含量仅(2.16±0.26) μg·g-1，存在季节性缺乏[7]，但由于铜元素能在动物肝脏储存[12]，牧草幼苗期和牧草枯萎期铜元素可以满足动物的需要，铜元素丰富期，动物肝脏必将储存一定的铜，储存的铜成了青草期动物有效的补充。混合牧草钼的含量仅(1.28±0.17) μg·g-1。正常情况下混合牧草钼的含量是2 μg·g-1[12]。钼主要是参与植物氮的代谢。当植物钼缺乏时引起生态系统初级生产力严重下降，但没有动物钼缺乏的报道[18]。对复胃动物来说，钼主要影响铜的代谢，在反刍动物体内，钼和铜存在复杂的关系，在瘤胃内钼首先与硫形成硫钼酸盐，并与饲料中的铜形成含铜蛋白质复合物，不利于铜的吸收[19]。但如果没有钼的存在，混合牧草平均铜的含量达到1 μg·g-1就能满足反刍动物的需要[20]。由于本研究区域牧草钼含量相对较低，动物对铜的需要量也应该低于正常。因此，布哈河上游地区存在季节性的铜缺乏，但由于肝脏对铜的储存作用和牧草钼含量低等原因，没有发现放牧动物及野生动物铜缺乏,但适当增加土壤牧草的铜含量是必要的。

影响动物对矿物质营养利用的因素很多，不同植物蓄积矿物质营养的内在能力差别很大。在牧草和粮食作物中，品种的差别也是矿物质元素含量不同的一个重要因素。即使在同一品种内不同的品系或变种对矿物质元素的积聚都可能有营养学上的重要差异[21-22]。2016年，在环青海湖地区对沙蒿、冷蒿、狼毒、马蔺、芨芨草、细叶苔草、粗穗苔草、紫花针茅、扁穗冰草、草地早熟禾、青海固沙草、垂穗披碱草、披针叶黄华、碱蒿和唐古特铁线莲等植物的矿物质元素含量进行了研究，结果发现植物品种对饲料矿物质元素含量有明显的影响。青海湖布哈河上游地区是严重的缺硒地区。但观察中没发现普氏原羚明显的硒缺乏症状，如消瘦、腹泻、肌肉萎缩坏死、生长发育迟缓、繁殖力下降等症状[23-25]。最优觅食理论认为：动物为获得最大的觅食效率，将选择最有利的食物，或最优食谱等[26]。但研究发现，普氏原羚在采食中并不喜食高硒植物―芨芨草(Ei=-0.886)。但芨芨草是栖息地的主要牧草，在食物中的比例达13.68%，芨芨草硒含量的季节性不明显，这对缓解放牧动物硒缺乏起到了重要的作用。为了探讨深层次的原因，关于普氏原羚对环境硒缺乏的生理适应机制的研究将在下一步的研究中开展。

3.2 普氏原羚的保护管理

在硒缺乏区，增加牧草硒含量对放牧动物和野生动物都十分有益。牧场施硒肥、补播高硒植物、增加高硒植物比例等措施都能增加混合牧草的硒营养[27-28]。普氏原羚对硒营养的需要量、对硒缺乏环境的响应及平衡硒营养的生理生态机制还需要进一步研究。

土壤有效钼含量，在幼苗期、青草期和枯草期分别是(165±33.8)、(172±45.2)和(171±54.6) μg·g-1，对植物来说属于钼缺乏区[21]。钼主要是参与植物氮的代谢，当植物钼缺乏时引起生态系统初级生产力严重下降，增加土壤的钼含量，能成倍增加牧草的产量和牧草的载畜量[29]，研究区域牧草施钼肥的研究也应该开展和探索，对发展高寒草甸畜牧业和保护濒危动物都有十分重要的意义。

降低栖息地家畜的放牧数量，重点区域禁牧；控制啮齿动物数量，增加基本食物；建立公路、铁路等地方的生境走廊；拆除草原围栏，扩大栖息地，在大范围的随机采食中平衡矿物质营养[30-31]，都将是保护普氏原羚行之有效的措施。

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