青海湖湖东区土－草－普氏原羚系统中微量元素含量研究

周立业，蒲秀瑛

（1.内蒙古民族大学农学院，内蒙古 通辽028042；2.甘肃农业大学草业学院，甘肃 兰州730000；3.兰州理工大学生命科学院，甘肃 兰州730000）

＊普氏原羚（Procapraprzewalskii）是我国特有珍稀动物，主要分布在青海湖盆及其毗邻区域［1］。据1994年调查数据，青海湖地区普氏原羚数量不足300只［2］，由于人类活动影响，普氏原羚栖息地不断缩小［3］，现主要分布在沙草交界处的芨芨草（Achnatherumsplendens）群落、早熟禾（Poapratensis）＋大籽蒿（Artemisiasieversiana）群落、苔草（Carex）草甸群落以及部分固定沙地内［4］。普氏原羚的极度濒危已引起世界关注，被国际自然保护联盟（IUCN）1996年评定极度濒危级（CR）。

微量元素是食物链中的基础营养物质，它在整个生态系统中的迁移和循环是通过土壤（水）－植物－动物－人体来实现的［5］，即植物从土壤环境介质吸收微量元素，随食物链转移到人和动物体内，最终动物和人体中的微量元素以不同形式又重新进入土壤，如此构成微量元素在整个生态系统中的循环［6］。研究表明，土壤中微量元素含量反映土壤对植物矿物质营养的供给水平，土壤中某种微量元素缺乏与过剩，将直接影响牧草或饲料中微量元素含量，同时在一定程度上影响人和动物的营养和健康［7－10］，动物所需微量元素主要参与机体组织代谢、增强免疫性、预防疾病、提高繁殖率等，各类动物对微量元素的需求均有最适范围，过多过少均会影响动物机体功能的正常发挥［11，12］。目前，许多国家就食物链中矿质元素的调节机制做了大量研究工作，并取得重大进展［13－15］，我国也相继开展了土壤、植物或动物体中某些微量元素背景值的研究［16，17］。有关青海湖地区土壤、牧草及畜体中微量元素的研究始于20世纪70年代，主要集中在对青海湖地区绵羊和牛生境地微量元素的研究上［18－21］，有关普氏原羚生境地土壤、牧草及原羚体内微量元素的研究少有报道。因此，开展土－草－普氏原羚系统微量元素的研究，了解普氏原羚食物链结构及生境地微量元素变化，对湿地和野生动物保护、生态环境建设和畜牧业发展具有指导意义。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区为青海湖湖东区，位于青海省海晏县和共和县之间，地理坐标东经99°50′～100°51′、北纬36°41′～37°55′，海拔3 036～3 226 m，面积约30 962.5 hm2。属高寒半干旱气候，夏季短而凉爽，冬季长而寒冷，日温差大，无霜期短，年均气温－0.6～0.7℃，最热月均温10.6～11.8℃，最冷月均温－13.7～－12.3℃，≥0℃年积温1 297～1 656℃，年日照2 880～2 920 h。年降水量381.4～423.9 mm，夏季（6－8月）降水占全年降水量的58%～63%；年蒸发量为1 361.0～1 446.6 mm，春季蒸发量占全年蒸发量的32%～35%。研究区成土母质主要是湖积物及冲、洪积物和风成沙粒；主要植物有芨芨草、狼毒（Stellerachamaejasme）、沙蒿（Artemisiadesterorum）、冷蒿（Artemisiafrigida）、疏花针茅（Stipa penicillata）、沙生针茅（Stipa glareosa）、马蔺（Irislactea）等。

1.2 样品采集

在普氏原羚主要活动场所，沿普氏原羚采食路线每隔约1 000 m设置1个样地（样地设置遵循粪便聚集地方为原则），共计15个样地。在每个样地上再随机选取5个样点，样点面积为50 cm×50 cm，每个样点之间距离≥30 m。草样和土样采集时间均为2007年6月20日（盛草期）、9月20日（结籽期）和12月20日（枯黄期），普氏原羚毛样和血样于2007年12月20日人工网捕采集。

1.3 样品的处理

草样的采集与处理：于每个样点用不锈钢剪刀采集牧草地上部分，采集草样时距地面1～2 cm处，以减少土壤污染。拣出杂质，称取草样约1 000 g，5个样点共采集混合草样5 000 g，装袋标记带回实验室。采回草样先用自来水冲洗表面泥土，然后用纯净水冲洗，摊开后自然风干，微型高速万能粉碎机粉碎，过0.175 mm细筛。分析时，取草样0.5 g左右放入消化管内，加6 m L HNO3和1 m L H2O2（均为优级纯），消化管壁用少量去离子水冲洗，摇匀，静置10 min，上盖，旋紧，插上导管放入微波炉转盘中，用程序消解（WX－4000型微波消解仪由上海新仪微波科技有限公司制造）［22］。冷却，旋松盖帽，将溶液移入100 m L容量瓶中，并稀释至刻度，做好标记。同时做消解空白，在选定的工作条件下进行测定。

土样采集与处理：在草样采集同时，在每个采样点用小铁铲去除地表牧草茬口（冬季去除表面积雪），用环刀取0～30 cm深混合土样，一个样点取3次，约500 g，并将同一样地的5个样点混合为1个土样，用镊子除去根系、虫体、石块等后装袋标记带回实验室备用。采回土样放于室内阴凉通风处风干，把风干土样用木棰充分砸碎，先过2 mm筛子，再过0.075 mm筛子。分析时，取土样0.3 g放入消化管内进行消解（方法同草样）。

普氏原羚毛样和血样的采集与处理：人工网捕5只个体和年龄大致相同普氏原羚（1雄4雌），在身体左侧颈肩部剪取毛样10 g左右，袋装，编号标记。颈静脉采血样15 m L直接注入试管，将试管放成斜面，让其自然凝固，静置3 h待血块自然收缩而析出血清后，将血清分放在1 m L离心管中标号，分离的血清置于－20℃冰箱冷冻保存。采样后原羚就地释放。将采集的毛样检出杂质，放入烧杯中，加入中性洗涤剂浸泡0.5 h，用自来水冲洗若干次直至干净后，依次用蒸馏水冲洗3次，再用去离子水冲洗3次，然后置于45℃烘箱中烘干；消化时取毛样0.2 g放入消化管消解（方法同草样）。同时，取血浆样0.2 m L放入消化管，加4 m L HNO3，其他方法同毛样处理。

1.4 检测指标

用ICP－AES法（Optima 4300DV型电感耦合等离子发射光谱仪，由美国Perkin Elmer公司生产）［22］进行土壤、牧草及普氏原羚毛样和血液中微量元素Cu、Fe、Mn、Zn和Mo含量测定，原子荧光光谱法（180－70型原子荧光光谱仪，由北京海光公司生产）［23］进行各类样品Se含量测定。

1.5 数据分析

用SPSS 10.5统计软件包中的Compare Means法，对试验数据进行单因素方差分析，用LSD法进行多重比较；对同一元素进行土壤与牧草间的相关性分析。

2 结果与分析

2.1 不同季节土壤微量元素含量

0～30 cm土层中各元素含量顺序为：Fe＞Mn＞Zn＞Cu＞Mo＞Se；不同季节土壤中Cu、Fe、Mn和Zn元素含量由夏季到秋冬季显著下降，且各元素含量在秋冬相近。土壤Mo含量冬季显著高于秋季，但显著低于夏季；土壤Se含量夏季显著高于冬季但显著低于秋季。夏季的土壤Cu、Fe、Mn、Zn和Mo元素含量分别为秋冬季的1.3～1.4，1.2～1.3，1.1～1.2，1.2～1.3和1.1～1.7倍，而秋季的土壤Se含量为夏冬季的1.2～1.6倍（表1）。

2.2 不同季节牧草中微量元素含量

牧草中Cu、Fe、Mn、Zn元素含量从夏季到秋冬季显著降低，夏季牧草Fe和Mn的含量显著比秋冬季的高，秋季的显著高于冬季；且夏季牧草Fe和Mn的含量分别为秋冬季的1.5～2.7和1.3～1.7倍。牧草Cu和Zn含量夏季和秋季相近，且二者显著高于冬季，前者分别为后者的1.4～1.7和1.7～1.8倍。Mo含量随季节变化不显著；而牧草Se含量随季节变化从夏季到冬季显著增加，且冬季分别为夏季和秋季的1.2和1.1倍（表2）。

2.3 普氏原羚毛样和血样中微量元素含量

冬季微量元素在普氏原羚不同组织中的富集量不同（表3）。毛样Fe、Mn、Zn的含量比血清的高，而其Cu、Mo、Se含量则略低于血清。另外，除1只雌性普氏原羚血清中Cu、Zn含量偏低，分别为4.96和4.63μmol／L外；其余4只普氏原羚血清Cu、Zn含量均在9.50和7.81μmol／L左右。

表1 湖东区不同季节0～30 cm土层中微量元素含量Table 1 The microelements content in 0－30 cm soil from different seasons in Hudong area mg／kg

表2 湖东地区混合牧草微量元素的季节变化Table 2 Seasonal changes of the herbage microelements in Hudong area mg／kg

表3 湖东地区普氏原羚冬季毛、血微量元素含量Table 3 The microelements content of the wool and the blood of Przewalski’s gazelle in winter in Hudong area

2.4 土壤和牧草中微量元素之间的关系

结果显示，6种微量元素在土壤和混合牧草地上部分之间的相关性随季节变化而不同（表4）。夏季，Cu、Mn、Zn、Se含量在土壤和牧草之间均存在显著或极显著相关性（P＜0.05，P＜0.01），其他元素则在土壤和牧草之间无明显相关性（P＞0.05）；秋季，土壤和牧草之间的Cu或Zn含量有显著相关性（P＜0.05）；冬季，除Mo外，土壤和牧草各微量元素之间的相关性均不显著（P＞0.05）。

3 结论与讨论

普氏原羚生境地0～30 cm土层中各微量元素含量夏季Se严重缺乏（Se＜0.1 mg／kg），秋冬季土壤Cu、Zn严重缺乏（Cu＜20 mg／kg、Zn＜48 mg／kg），3个季节土壤 Mo严重缺乏（Mo＜1.7 mg／kg），而土壤Fe和 Mn含量盈富（Fe的范围为8 680.52～22 746.88 mg／kg，Mn＞400 mg／kg）［24，25］，研究结果与姜秋风［26］对青海省部分地区硒缺乏的研究一致，也与张才骏等［20］和焦婷［21］报道的环湖地区土壤Cu、Zn缺乏，Fe、Mn丰盈的结果一致。造成这些结果的可能原因之一是成土过程改变微量元素的形态和在剖面的分布［27］，0～30 cm土层中各微量元素含量只占全量一部分，而季节性淋溶以及土壤中有机质含量变化也是引起0～30 cm土层中6种元素变化的另一重要因素［28－30］。

表4 各微量元素在土壤和牧草之间的相关性分析Table 4 Correlation analysis for the microelements between the soil and the herbage in Hudong area

3个季节中混合牧草样Cu、Mo、Se缺乏，而Fe、Mn、Zn在正常范围［31，32］，研究结果与焦婷［21］报道的湖东地区牧草缺Mo一致，与张才骏等［20］报道的牧草出现高Mo的结果不一致。可能的原因是植物微量元素含量与植物个体差异、生育期及外部养分供给等均有关［33］。

夏季牧草和土壤之间绝大多数元素呈正相关，而秋冬季则表现为弱相关或不相关。造成这一结果的可能原因是，夏季土壤微生物活性很强，牧草正处于旺盛生长期，其根系对微量元素总体吸收率高；牧草中微量元素含量除反映土壤中微量元素的有效性外还同牧草本身的性质及外部环境有关。

动物毛样、肝脏和血样中微量元素含量可很好反映动物长时间对微量元素的摄入水平和代谢营养状况。本研究发现，除1只原羚血清Cu、Zn含量低于其他4只外，5只原羚的其余4种元素含量均无差异，从外部特征上看，5只原羚均无缺素表征。就青海湖东地区普氏原羚而言，生境地混合牧草微量元素的季节性缺乏是否影响普氏原羚微量元素营养，到目前为止，还无任何研究来明确普氏原羚对微量元素营养的具体需求量，所以不能把其他放牧家畜对微量元素的需求与之进行比较［11，12，34－36］。

据游章强和蒋志刚［37］报道，普氏原羚繁殖期为每年12月中下旬至翌年元月上旬，如普氏原羚因采食区牧草中个别微量元素缺乏而导致其本身微量元素缺乏，则有可能出现除人类活动和天敌外［2－4］，微量元素缺乏是否会是影响其种群数量变化的另一主要原因，这些问题有待进一步研究。

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