內(nèi)蒙古四子王旗地區(qū)短花針茅荒漠草地土壤-牧草-家畜生態(tài)系統(tǒng)中微量元素的檢測

內(nèi)蒙古四子王旗地區(qū)短花針茅荒漠草地土壤-牧草-家畜生態(tài)系統(tǒng)中微量元素的檢測

常量礦產(chǎn)元素（鈣、磷、鈉、鉀、鎂、硫）被用作細胞生長和新陳代謝的必要因素，參與生態(tài)系統(tǒng)的平衡。調(diào)節(jié)身體的ph值，維持細胞滲透、細胞膜、酶系統(tǒng)和激素的功能，維持正常微生物群的生長和繁殖。對放牧系統(tǒng)而言,常量礦物質(zhì)元素缺乏與土壤類型、草原類型及牲畜的生長發(fā)育階段有關(guān)。由于天然牧草內(nèi)某些常量元素的缺乏或過多而導(dǎo)致放牧家畜礦物質(zhì)營養(yǎng)障礙,已有大量報道。研究證明,中國北方牧區(qū)的草場和綿羊體內(nèi)的鈉、硒、硫、銅、鋅等礦物元素的含量低于正常值,而對于一些草原和草甸優(yōu)勢植物常量元素的分析表明,內(nèi)蒙古地區(qū)也可能存在常量礦物質(zhì)元素缺乏。迄今針對內(nèi)蒙古四子王旗地區(qū)短花針茅荒漠草地放牧系統(tǒng)常量元素的季節(jié)變化及盈缺分析的報道很少。因此,本研究對該地區(qū)土壤-牧草-家畜生態(tài)系統(tǒng)中常量元素的水平進行了調(diào)查分析,以期為該地區(qū)更有效地進行牧草生產(chǎn),防治家畜礦物元素代謝病,合理使用礦物元素添加劑及制定針對性的補飼措施提供科學(xué)依據(jù)。1材料和方法1.1短花針茅荒草地區(qū)的草地類型實驗區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)烏蘭察布市四子王旗王府一隊,地處N41°47′17″、E111°53′46″,海拔1450m。屬于典型的大陸性氣候,土壤為淡栗鈣土。實驗區(qū)屬短花針茅荒漠草原的地帶性植被。草地類型為短花針茅+冷蒿+無芒隱子草荒漠草原,植被草層底矮,一般為8cm,且植被較稀疏,蓋度為17%~20%,種類組成較貧乏,且出現(xiàn)了一定程度的退化現(xiàn)象。建群種為短花針茅(StipabrevifloraGriseb),優(yōu)勢種為冷蒿(ArtemisiafrigidaWilld)、無芒隱子草(CleistogenessongoricaOhwi)。1.2試驗處理和采集試驗動物本次試驗主要采取現(xiàn)場調(diào)查、實地采樣和實驗室分析相結(jié)合的方法對該地區(qū)土壤-牧草-綿羊“三位一體”生態(tài)環(huán)境中常量礦物質(zhì)元素進行研究。試驗羊為體重為30kg~35kg的12只蒙古育成羯羊,全年放牧無補飼,每期結(jié)束后從中隨機抽取2只屠宰取樣。試驗依季節(jié)特點分三期進行,夏季(6月中下旬)、秋季(9中下旬)和冬季(11中下旬)。每期采集有代表性的土壤、牧草標樣、畜體的糞、血液、唾液和骨骼,同時借助飽和烷烴法測定試驗綿羊的放牧采食量。在實驗室測定這些元素在土壤、牧草和綿羊血液、唾液和骨骼中的含量,并分析其季節(jié)性變化,結(jié)合放牧采食量和糞的排出量,進行盈缺分析。1.3土壤樣品的采集和測定每個試驗期內(nèi),各采集土樣一次,每次4個采樣點,位置隨機在綿羊采食地按對角線法用竹板采集地下0~5cm、5~10cm、10~20cm內(nèi)的土壤各150~200g,去除土中的草屑、草根、石頭等雜物后裝入塑料袋內(nèi),送至實驗室按同層同重四份法取樣,烘干,制成風(fēng)干樣后過80目篩備用。1.4采集采集草種及采集位置的觀測草樣的采集采用手采牧草標樣法。在出牧?xí)r段進行放牧觀察,每隔2h觀察一次,每次5min,連續(xù)5d,觀測綿羊采食牧草的種類、部位、高度,同時采集一定數(shù)量接近羊只采食部位的草樣。稱重,混勻,在-20℃條件下保存。將同一試驗羊5d不同時間點采集的牧草混合樣65℃烘24h,置于實驗室回潮24h后,樣品過40目篩,磨成1mm的粉末,制成分析樣本。1.5保藏和貯藏糞樣的采集采用直腸取糞法,每只試驗羊每隔2h收集一次糞便,每日兩次,連續(xù)5d,樣品量每次10g,裝入密封袋在-20℃條件下保存。處理方法同草樣。唾液的采集方法與處理方法為:將一次性注射器(20ml)去針頭后,接上10cm左右的輸液管,插入試驗羊口腔內(nèi)頰部與臼齒部,抽取腮腺液3~5ml,然后傾入5ml樣品管中冷凍保藏。血樣、屠宰、組織器官的采集與處理參考張微(2004)的方法進行。1.6指標和方法的測量測定樣品內(nèi)鈣(Ca)、磷(P)、鈉(Na)、鉀(K)、鎂(Mg)和硫(S)元素的含量,測定方法為等離子發(fā)射光譜法。1.7數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析所有數(shù)據(jù)用SPSS13.0軟件中的CompareMeans法進行單因子方差分析,差異顯著時用LSD法進行多重比較。2結(jié)果與分析2.1試驗期間，山羊體重、飼料和糞便量的動態(tài)變化放牧綿羊?qū)δ敛莸碾S意采食量和排糞量是衡量礦物質(zhì)元素攝入量和體內(nèi)消化率的主要數(shù)據(jù),不同季節(jié)放牧綿羊的平均采食量和排糞量見表1。2.2土壤、飼料和羊生態(tài)系統(tǒng)中常量元素的季節(jié)動態(tài)變化2.2.1不同季節(jié)平均糞中和血漿中鈣含量的變化土壤、水、骨骼中鈣的含量以及鈣的日攝入量季節(jié)間差異不顯著;牧草鈣含量在秋季最高(11.57g/kg),冬季居中(10.39g/kg),夏季最低(8.85g/kg),各季節(jié)間差異顯著(p<0.05),糞中和血漿中鈣的含量變化趨勢一致,均為夏季高于秋季高于冬季(表2)。2.2.2骨髓灰分含磷量土壤中有效磷的含量分別為夏季0.345g/kg,秋季0.347g/kg,冬季0.371g/kg,骨骼灰分含磷量為夏季172.78mg/g,秋季158.59mg/g,冬季177.92mg/g,各季節(jié)間差異均不顯著;牧草、糞中和血漿中鈣的含量以及磷元素的攝入量變化趨勢一致,均為夏季高于秋季高于冬季,且3個季節(jié)間差異顯著(p<0.05)(表3)。2.2.3牧草和糞中鈉的變化土壤中鈉的含量呈夏季高于冬季高于秋季的趨勢,分別為2.07g/kg、1.79g/kg和1.03g/kg,但各季節(jié)間差異不顯著;牧草中鈉的含量夏季高于冬季高于秋季,且夏冬季節(jié)顯著高于秋季,鈉的日攝入量和牧草中鈉含量的變化趨勢一致,各季節(jié)間差異顯著;糞中鈉的含量各季節(jié)差異不顯著,分別為1.22g/kg、1.00g/kg和0.57g/kg;唾液中鈉的含量為夏秋季節(jié)顯著大于冬季,而血漿中鈉的含量為夏秋季節(jié)顯著小于冬季(表4)。2.2.4牧草中鈉、鉀的季節(jié)動態(tài)土壤和糞中鉀元素含量變化趨勢一致,為秋季高于夏季高于冬季,但各季節(jié)間差異不顯著;牧草中鈉的含量和鈉的日攝入量變化趨勢一致,為夏季高于秋季高于冬季,其中牧草中鈉的含量夏秋季節(jié)顯著高于冬季,分別為10.87g/kg、9.28g/kg和5.24g/kg,鈉的日攝入量各季節(jié)間差異顯著;唾液中鉀的含量冬季顯著高于夏秋季節(jié),為130.30mg/L、200.68mg/L和421.58mg/L;血漿中鉀的含量夏秋冬三季分別為71.50mg/L、64.60mg/L和57.47mg/L,各季節(jié)差異顯著(表5)。2.2.5全鎂的季節(jié)動態(tài)牧草鎂含量為冬季(3.22g/kgDM)大于秋季(2.70g/kgDM)大于夏季(1.80g/kgDM),各季節(jié)差異顯著,與土壤全鎂含量變化趨勢相同;綿羊鎂的日攝入量各季節(jié)間差異顯著,秋季最高為4.32g/d,冬季居中為3.02g/d,夏季最低為2.73g/d;糞中鎂的濃度夏季顯著高于冬季,秋季居中,且和夏冬兩季差異不顯著,為5.07g/kg、4.73g/kg和3.13g/kg;血漿鎂濃度夏季顯著高于秋冬季節(jié),分別為13.68mg/L、14.32mg/L和18.55mg/L,骨骼鎂含量各季節(jié)間差異不顯著(表6)。2.2.6牧草、血漿中硫元素的日變化土壤有效硫含量各季節(jié)差異不顯著,分別為188.28g/kg、205.96mg/kg和223.28mg/kg;牧草、血漿中硫的含量以及硫元素的日攝入量變化趨勢一致,均為夏秋季節(jié)高于冬季,差異顯著,有隨牧草成熟及枯萎而遞減的趨勢;糞中硫的含量各季節(jié)差異不顯著,分別為2.45g/kg、2.22g/kg和1.32g/kg;N∶S分別為10.8∶1、9.05∶1和8.12∶1,各季節(jié)差異不顯著,也有隨牧草成熟及枯萎而遞減的趨勢(表7)。3討論3.1不同黨組織的牧草需鈣量通常情況下,土壤含鈣在10g/kg以上。從表2可看出,該地區(qū)土壤全鈣含量均在或高于正常水平。植物一般含鈣2g/kg~10g/kg。從表2數(shù)據(jù)可知,除夏季在此范圍內(nèi)外,秋冬兩季均高于此范圍。綿羊?qū)︼暭Z中鈣濃度需要量為1.5g/KgDM~2.6g/KgDM,本研究中牧草鈣含量高于此范圍。內(nèi)蒙古細毛羊飼養(yǎng)標準建議35kg以下細毛羊需鈣量為4.0g/d,前蘇聯(lián)細毛羊飼養(yǎng)標準建議的35kg以下毛肉兼用品種綿羊需鈣量為6.0g/d。由此看來,該地區(qū)放牧綿羊全年鈣的攝入量均遠高于其需要量。動物體中98%~99%的鈣存在于骨骼與牙齒中,約占骨灰的36%。而本實驗結(jié)果均低于這一水平,這可能因為該地區(qū)牧草中磷含量過低,引起糞中和血漿中鈣的含量增加,從而使鈣在骨骼中沉積數(shù)量減少而至。綿羊血漿鈣含量大約為50mg/L~85mg/L,本研究得到綿羊血漿鈣含量為:夏季108.68mg/L,秋季107.52mg/L,冬季87.65mg/L,均高于該正常范圍。通過對該地區(qū)土壤-牧草-家畜生態(tài)系統(tǒng)中鈣元素含量的盈缺分析,鈣元素在該地區(qū)可能處于過量狀態(tài)。3.2牧草磷含量的測定土壤含磷量的表示方式有兩種,通常全磷含量以磷酐(P2O5)為標準,而有效磷含量則以元素磷(P)為標準,兩者之間的關(guān)系為P×2.29=P2O5。自然土壤一般含全磷在0.01%至0.12%之間,本試驗結(jié)果在0.08%至0.09%之間,含量較低,各季節(jié)之間差異不顯著。植物中磷的含量隨植物生長、成熟、枯萎而降低,一般含磷2g/kgDM~5g/kgDM,謝敖云等資料表明:我國對放牧草地牧草含磷量要求為2.00~3.50g/kgDM。從表3數(shù)據(jù)可見,該地區(qū)牧草磷含量符合植物中磷的變化趨勢,但其磷含量卻均低于此范圍。SCA(1990)規(guī)定放牧綿羊?qū)δ敛葜辛椎男枰繛?.3g/kg~2.5g/kgDM,按此標準冬季牧草中的磷不能滿足放牧綿羊生長發(fā)育的需要。對放牧綿羊而言,牧草中鈣磷比為2∶1較為適宜,但本研究中鈣磷比分別達到了5∶1、8∶1和11.8∶1,嚴重影響了磷元素的吸收,使磷缺乏的狀態(tài)進一步惡化,同時也證實了本地區(qū)鈣過量的狀態(tài)。內(nèi)蒙古細毛羊飼養(yǎng)標準建議的35kg以下細毛羊需磷量為3.0g/d,前蘇聯(lián)的建議為4.5g/d,本試驗該地區(qū)放牧綿羊全年日采食磷量均低于飼養(yǎng)標準。當糞中磷的排出量大于2g/kgDM時,磷的供給量能夠滿足綿羊的需要量,本試驗冬季糞中磷的含量低于此值。動物體中80%的磷存在于骨骼和牙齒中,脫脂骨中磷的臨界水平為17.6%,本研究得到骨骼灰分含磷量冬季177.92mg/g,夏季172.78mg/g,秋季158.59mg/g,三者都接近或低于臨界水平。綿羊血漿無機磷含量隨牧草磷含量的降低而降低,綿羊血漿磷含量的臨界水平為45mg/L。本研究得到綿羊血漿無機磷含量:夏季為95.47mg/L,秋季為92.49mg/L,冬季為73.18mg/L,結(jié)果均在正常范圍內(nèi),這可能由綿羊的自我調(diào)控功能或其他礦物質(zhì)元素協(xié)同所造成。通過以上分析,雖然血漿中磷的含量都在正常范圍之內(nèi),但牧草和骨骼中磷含量和每日攝入磷的量都接近或低于正常標準,所以磷元素在該地區(qū)可能處于缺乏狀態(tài),特別是在冬季這一現(xiàn)象更加嚴重。3.3提出了要長期維持治療的目標鈉在土壤中以可溶性狀態(tài)存在,一般土壤不缺鈉。植物在生長過程中需要Na的量相對較少。從表4可看出,本地區(qū)土壤中的鈉能夠滿足該地區(qū)植物生長需要。該地區(qū)牧草平均含鈉44.67mg/kg。NRC(1985)規(guī)定綿羊鈉需要量為0.9~1.8g/kgDM,SCA(1990)為0.7~0.9g/kgDM,經(jīng)推算可食牧草中鈉含量遠遠低于這一范圍。我國建議35kg以下內(nèi)蒙古細毛羊需要鈉量為0.12g/d,前蘇聯(lián)的建議為0.179g/d,而本次試驗得到的綿羊采食量為0.08g/d、0.04g/d和0.06g/d,均低于以上建議。從鈉的消化吸收來看,全年均出現(xiàn)入不敷出的現(xiàn)象,大量內(nèi)源鈉被排除體外,使鈉缺乏更加嚴重。澳大利亞制定的反芻動物飼養(yǎng)標準中規(guī)定,唾液鈉∶鉀小于5∶1為鈉缺乏,5~14之間為臨界范圍,大于14∶1表明體內(nèi)鈉營養(yǎng)狀況良好。本次測得綿羊唾液中鈉、鉀比是夏季0.52∶1,秋季0.33∶1,冬季0.18∶1均小于上述報道。綿羊血漿一般含鈉330mg/L,機體鈉缺乏時血鈉濃度可以從345mg/L降為299mg/L。本研究得到的血漿鈉濃度為75.59mg/L、76.42mg/L和96.78mg/L,都低于正常水平。通過以上分析,無論是牧草中鈉的含量、每日鈉的食入量還是唾液和血漿中鈉的含量都遠遠低于正常水平,因此鈉元素在該地區(qū)處于缺乏狀態(tài)。3.4牧草中鉀的變化就我國現(xiàn)有資料來看,土壤含鉀量少的只有萬分之幾,多得可高達百分之四五左右,而一般均在2.5%以下。本次試驗均在這個范圍之內(nèi),且各季節(jié)之間差異不顯著。一般植物體中含鉀量(K2O)約占干物質(zhì)的0.3%~5%,大多數(shù)一年生植物的含鉀量可在抽穗、開花時達到頂峰,之后隨著植株體內(nèi)鉀被淋失或通過根系外排而降低。本研究中牧草鉀含量符合該變化趨勢,且均在該范圍之內(nèi);與NRC(1985)規(guī)定綿羊日糧鉀含量(7g/kgDM~8g/kgDM)相比較,除冬季外其余兩季均能滿足綿羊的需要。正常情況下,唾液中鉀濃度為445mg/L,在機體缺鈉時唾液中鉀含量可以上升為8544mg/L。本試驗所測得唾液鉀含量只有冬季接近正常值,而夏季和秋季都遠低于此值,與牧草中鉀的含量成反比,且與鈉的缺乏而唾液鉀的濃度升高這一現(xiàn)象不符,具體原因還需要進一步試驗證實。Telle等報道,綿羊血漿鉀濃度為97mg/L~135mg/L,本試驗的結(jié)果均低于該值,結(jié)合唾液中鉀的含量可以看出,雖然牧草中的鉀能夠滿足放牧綿羊得需要,但由于其他原因使得該地區(qū)鉀處于缺乏狀態(tài)。3.5專二型處理及鎂的范圍及含量土壤全鎂含量主要受成土母質(zhì)和風(fēng)化條件等的影響,北方土壤一般含鎂5g/kg~20g/kg。從表6分析,3個時期的土壤全鎂含量均在正常范圍之內(nèi),且差異不顯著。植物一般含鎂5g/kgDM以下,NRC(1985)綿羊營養(yǎng)需要規(guī)定:飼料中鎂的含量為1.2~1.8g/kgDM時能滿足綿羊的需要,SCA規(guī)定為1.2g/kgDM,本試驗?zāi)敛葜墟V元素含量都高于這一水平。前蘇聯(lián)綿羊飼養(yǎng)標準建議35kg以下毛肉兼用品種綿羊的需鎂量為0.7g/d,三季鎂的日攝入量均高于需要量。從消化吸收來看,夏季鎂的排除量接近食入量,可能是綿羊食土或其他原因引起。動物體內(nèi)60%~70%的鎂存在于骨骼中,骨骼鎂約占骨灰的0.5%~0.8%,本研究除夏季外均低于這一范圍。綿羊血漿鎂含量的正常范圍為28.56±1.2mg/L,只有低于9.84mg/L才被視為低血鎂。本研究血漿的鎂濃度為18.55mg/L、13.68mg/L和14.32mg/L,均低于正常范圍,但高于發(fā)生低血鎂癥的最低值,這可能與本地區(qū)牧草中鈣的含量過高,而影響了鎂的吸收有關(guān)。整體而言,鎂元素能夠滿足該地區(qū)放牧系統(tǒng)中綿羊?qū)︽V的需要。3.6不同季節(jié)硫的消耗量通常,土壤有效硫小于280mg/kg時植物有缺硫的可能性。本研究土壤有效硫含量均低于此標準,說明土壤中有效硫不能滿足牧草生長的需要。一般認為,飼料中硫含量為1.3g/kgDM~1.8g/kgDM時能滿足綿羊的需要,本地區(qū)牧草硫含量在該范圍內(nèi)。雖然該地區(qū)土壤有效硫含量均低于正常水平,而可食牧草中總硫含量卻都在正常范圍之內(nèi),這