青藏高原东南缘高山峡谷区舍饲牦牛与环境微量元素含量分析

2018-07-02齐沛森文勇立李子谦安雅静赵佳琦安德科

西南民族大学学报（自然科学版） 2018年3期

齐沛森，文勇立，李铸，李子谦，安雅静，艾鷖，赵佳琦，李强，安德科

(1.西南民族大学青藏高原研究院，四川成都 610041；2.四川省畜牧总站，四川成都 610041；3.金川县畜牧兽医服务中心，四川金川 624100)

牦牛是我国青藏高原生态系统中的景观物种，是当地人们赖以生存的重要生产生活资料.牦牛的传统饲养方式为天然放牧，对环境的依赖性强，常常因为恶劣的环境导致牦牛处于“夏壮、秋肥、冬瘦、春乏”的恶性循环.为改变这种状况，在有条件的地区，正在逐步将牦牛的饲养方式从传统放牧改变为舍饲、半舍饲.

微量元素是指在有机体中含量在0.01%以下的矿物元素，在维持生命活动中发挥极其重要的作用.通过与蛋白质和其他有机基团结合，微量元素参与酶、激素和维生素等生物大分子合成.动物的必需微量元素包括铜(Cu)、铁(Fe)、锰(Mn)、锌(Zn)、钴(Co)、钼(Mo)等[1].在新的饲养模式下，牦牛的微量元素营养供给状况是关系到牦牛生产水平发挥的重要问题.微量元素的缺乏会带来潜在的危害，因为轻度缺乏仅引起生长率、产奶量等生产水平降低，而没有明显的临床症状[2].因此，有必要对牦牛及其环境微量元素的含量状况进行分析.

根据地球生物化学原理，微量元素主要来源于成土母质，其含量盈亏具有一定的地域性[2]，目前对牦牛及其环境微量元素的研究报道仅见青海、甘肃等省区的部分牦牛分布区，以及四川的金川牦牛分布区.[3－7]而对青藏高原东南缘高山峡谷区牦牛及其环境微量元素含量较全面的研究尚未见报道.本研究针对处于该地区的阿坝藏族羌族自治州金川、茂县、小金等6个县8个牦牛养殖场，采集牦牛组织、饲草料、土壤和饮水样品.分析牦牛及其环境铜、铁、锰、锌等7种微量元素含量及关联性，研究结果将为该地区牦牛健康养殖及肉产品安全生产提供参考.

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验区地处青藏高原横断山脉北部，川西北高山峡谷区的山原地带.采样地及养殖场为茂县的茂兴、小金县的圣源和华兴、金川县的庆宁和勒乌、马尔康县的雪松、汶川县的绵虎、松潘县的雄山养殖场.川西北高山峡谷区属大陆高原性气候，年均温0.8～4.3℃.其山原地带为温凉半湿润气候，干湿季明显，气候呈垂直变化，年均温5.6～8.9℃.

1.2 实验动物及样品采集

混合精饲料为产自本地的玉米粉和豆粕，其余为酒糟及玉米秸秆，饲养管理与平常相同.在各养殖场随机选择体重310 kg左右的成年公牦牛3头，共24头.年龄为3～4岁，健康，发育正常，按常规方法屠宰.采用不锈钢剪采集牦牛背最长肌、股二头肌、肝脏和肾脏4种组织样各500 g，冷冻保存.塑料铲采集饲料样各1000 g、表层土样500 g，采用塑料瓶采集水样300 ml重复样3份，冷藏保存.

1.3 样品预处理及微量元素测定

饲料、土和水样，分别按养殖场将3份混匀，按四分法取1份.去除土壤中的杂质，塑料袋封装并标记，与室内自然风干，取风干样，研磨，100目过筛；采用滤膜过滤水样；去除饲料中的杂质，研磨，100目过筛，冷藏.采用 ICP－OEMS(Thermo iCAP 6000 SERIES)测定微量元素含量.

1.4 数据处理

采用SPSS12进行方差分析、pearson相关分析.统计结果用平均值±标准误表示.

2 结果与分析

2.1 组织样微量元素测定

牦牛不同组织中7种微量元素含量见表1.由表1可知，①各组织Cu元素含量高低顺序为肾脏＞肝脏＞股二头肌＞背最长肌(P＞0.05)；②肾脏Fe含量分别高于肝脏、股二头肌和背最长肌(P＜0.05).肝脏Fe含量高于股二头肌、背最长肌(P＞0.05).股二头肌Fe含量高于背最长肌(P＞0.05)；③肝脏Mn含量分别高于肾脏、股二头肌和背最长肌(P＜0.05).肾脏Mn含量高于股二头肌、背最长肌(P＜0.05).股二头肌Mn含量高于背最长肌(P＞0.05)；④肝脏Zn含量分别高于背最长肌、股二头肌(P＞0.05)，高于肾脏(P＜0.05).背最长肌Zn含量高于股二头肌(P＞0.05)，高于肾脏(P＜0.05).股二头肌Zn含量高于肾脏(P＜0.05)；⑤肾脏Co含量分别高于肝脏、股二头肌、背最长肌(P＜0.05).肝脏Co含量高于股二头肌、背最长肌(P＜0.05).股二头肌Co含量高于背最长肌(P＞0.05)；⑥肝脏Mo含量分别高于肾脏、股二头肌、背最长肌(P＜0.05).肾脏Mo含量高于股二头肌和背最长肌(P＜0.05).股二头肌Mo含量高于背最长肌(P＞0.05)；⑦各组织B元素含量高低顺序为肾脏＞股二头肌＞肝脏＞背最长肌(P＞0.05).

表1 组织样微量元素含量比较 (N＝77，mg/kg)Table 1 The comparison of the trace element contents in the tissue samples(N ＝77，mg/kg)

上述结果显示，肾脏Cu、Fe、Co和B的含量均相对较高，肝脏Mn、Zn和Mo的含量均相对较高.表明，肾脏、肝脏组织微量元素含量普遍高于肌肉.

组织样中7种微量元素间两两Pearson相关分析结果见表2.由表2可知，牦牛组织内B和Fe、Mn、Mo呈正相关，相关系数分别为0.443(P＜0.01)、0.227(P＜0.05)和0.444(P＜0.01).表明，组织样中B的含量与组织样中Fe、Mn和Mo的含量具有同源性.由表2还可知，Co和 Cu、Fe、Mn、Mo也成正相关，相关系数分别为 0.279(P＜0.05)、0.535(P＜0.01)、0.563(P＜0.01)和0.550(P＜0.01).表明，组织样中Co的含量与组织样中Cu、Fe、Mn和Mo的含量具有同源性.由表2还可以看出，Cu和Mn、Mo成正相关，相关系数分别为0.413、0.357(P＜0.01).表明，组织样中Cu的含量与Mn和Mo的含量具有同源性.类似的，Mn和Mo、Zn也成正相关，相关系数分别为0.821(P＜0.01)和0.277(P＜0.05).表明，组织样中Mn的含量与组织样中Mo和Zn的含量具有同源性.而其余微量元素之间的相关系数不显著(P＞0.05).从表2还看出，B－Cu、Co－Zn、Mo－Zn的相关性呈负相关，但差异不显著(P＞0.05).

上述结果显示，大多数微量元素含量两两之间呈正相关关系，表明具有这些元素具有共同来源.

2.2 环境微量元素含量测定

2.2.1 饲料微量元素含量测定

饲料中7种微量元素含量见图1.图1可知，①精饲料中Cu含量分别高于粗饲料、酒糟(P＜0.05).粗饲料中Cu含量高于酒糟(P＞0.05).含量高低顺序为精饲料＞粗饲料＞酒糟；②酒糟中Fe含量高于粗饲料(P＞0.05)，高于精饲料(P＜0.05).粗饲料中Fe含量高于精饲料(P＞0.05).含量高低顺序为酒糟＞粗饲料＞精饲料；③Mn含量在三种饲料中高低顺序为精饲料＞粗饲料＞酒糟(P＞0.05)；④精饲料中Zn含量分别高于酒糟、粗饲料(P＜0.05).酒糟中Zn含量高于粗饲料(P＞0.05).含量高低顺序为精饲料＞酒糟＞粗饲料；⑤精饲料中Co含量分别高于粗饲料、酒糟(P＜0.05).粗饲料中Co含量高于酒糟(P＞0.05).含量高低顺序为精饲料＞粗饲料＞酒糟；⑥粗饲料中Mo含量高于精饲料(P＞0.05)，高于酒糟(P＜0.05).精饲料中Mo含量高于酒糟(P＞0.05).含量高低顺序为粗饲料＞精饲料＞酒糟；⑦粗饲料中B含量高于精饲料(P＞0.05)，高于酒糟(P＜0.05).精饲料中B含量高于酒糟(P＜0.05).含量高低顺序为粗饲料＞精饲料＞酒糟.

上述结果显示，精饲料中Cu、Mn、Zn和 Co含量均相对较高，粗饲料中Mo和B含量均相对较高，而酒糟中Fe含量相对较高.

表2 牦牛组织样内微量元素相关分析(N＝77)Table 2 The correlation analysis of trace elements in the tissue samples(N＝77)

图1 饲料样微量元素含量比较Fig.1 The comparison of trace element contents in roughage samples

饲料中7种微量元素间两两Pearson相关分析结果见表3.由表3可知，饲料微量元素中Co－Cu、Co－Mn、Co－Zn均呈正相关，相关系数分别为0.910、0.711和 0.920，相关系数差异显著极显著(P＜0.01).显示，Co的含量与Cu、Mn、和Zn具有同源性.类似的，Cu和Mn、Zn成正相关，相关系数为0.832、0.973(P＜0.01)，表明，饲料中Cu的含量与饲料中Mn、Zn具有同源性.Mn与Zn成正相关，相关系数为0.793(P＜0.01)，表明，饲料中Mn的含量与饲料中Zn具有同源性.其余微量元素之间相关系数不显著(P＞0.05).从表3还看出，B －Fe、Co－Fe、Co－Mo、Cu－Fe、Fe－Zn、Mo－Zn的相关性呈负相关关系(P＞0.05).

上述相关分析表明，Cu、Mn、Zn、Co具有共同来源，其余元素是否具有共同来源尚不能确定.

表3 饲料微量元素相关分析(N＝24)Table 3 The correlation analysis of the trace elements in roughage(N＝24)

2.2.2 土壤及水微量元素含量测定

土壤及水微量元素含量见表4.可见水中微量元素的含量由高到低为B＞Mn＞Cu＞Zn＞Mo＞Co＝Fe，其中B含量最高为0.0197 mg/kg，CO和Fe含量最低为0 mg/kg.土中微量元素的含量由高到低为Fe＞Mn＞Cu＞Zn＞B＞Mo＞Co，其中 Fe含量最高为8317.1915mg/kg，Co含量最低为0.0006 mg/kg.

表4 水和土微量元素含量比较(mg/kg)Table 4 The comparison of the trace element contents in drinking water and soil(mg/kg)

2.3 组织与环境微量元素含量关联性分析

2.3.1 组织样与饲料微量元素相关分析

组织样与饲料7种微量元素Pearson相关分析结果见表5.由表5可知，肝脏、肾脏Fe分别与饲料Fe呈正相关，相关系数分别为0.880(P＜0.01)和0.918(P＜0.05).肝脏Mo与饲料Mo呈正相关，相关系数为0.757(P＜0.05)，其余相关系数差异不显著(P＞0.05).显示，肝脏Fe、Mo及肾脏Fe来源于饲料，其他组织元素的来源尚不能确定.

表5 组织样与饲料微量元素相关性分析(N＝91)Table 5 The correlation analysis of trace elements in tissue samples and roughage(N＝91)

饲料样微量元素组织样微量元素相关系数Co钴背最长肌 0.096股二头肌－0.253肝脏－0.189肾脏－0.621 Cu铜背最长肌 0.065股二头肌－0.320肝脏 0.476肾脏 0.725 Fe铁背最长肌 0.280股二头肌 0.218肝脏 0.880**肾脏 0.918*Mn锰背最长肌 0.316股二头肌－0.558肝脏 0.294肾脏－0.522

**.表示P＜0.01，*表示p＜0.05.

2.3.2 组织样与土壤微量元素相关分析

组织样与土壤7种微量元素Pearson相关分析结果见表6.由表6可知，背最长肌、肝脏Mo与土壤Mo呈正相关，相关系数分别为0.819和0.787(P＜0.05)，其余相关系数差异不显著(P＞0.05).表明，背最长肌和肝脏中的Mo来源与土壤，其他组织元素来源尚不能确定.

表6 组织样与土微量元素相关性分析(N＝91)Table 6 The correlation analysis of trace elements in tissue samples and soil(N＝91)

土壤微量元素组织样微量元素相关系数Mn锰背最长肌－0.046股二头肌－0.185肝脏 0.062肾脏 0.554 Mo钼背最长肌 0.819*股二头肌－0.322肝脏 0.787*肾脏－0.177 Zn锌背最长肌 0.197股二头肌－0.059肝脏 0.049肾脏－0.092

2.3.3 组织样与水微量元素相关分析

组织样与水微量元素Pearson相关分析结果见表7.由表7可知，组织样微量元素与水微量元素相关系数差异均不显著(P＞0.05).表明，不能判定组织样微量元素来源于水.

表7 组织样与水微量元素相关性分析(N＝85)Table 7 The correlation analysis of trace elements in tissue samples and drinking water(N＝85)

**.表示P＜0.01，*表示p＜0.05，c.因为至少有一个变量为常量，所以无法进行计算.

2.3.4 饲料与土壤微量元素相关分析

饲料与土壤微量元素Pearson相关分析结果见表8.由表8可知，饲料微量元素与土壤微量元素相关系数差异均不显著(P＞0.05).表明，不能确定饲料中微量元素来源于土壤.

3 讨论

据研究，反刍动物对Cu的耐受量10 mg/kg，由于肝脏是矿物元素的富集器官，因此一般含量为10～40 mg/kg[7]，而本研究牦牛肝脏中Cu含量为0.369 mg/kg，可见试验区牦牛Cu元素处于缺乏状态.根据报道，牛肝Fe水平为132～188 mg/kg[8]，而本研究牦牛肝中Fe含量为5.037 mg/kg，可见该地区牦牛Fe元素也处于缺乏状态.有研究表明，动物体内Mo含量一般为1～4 mg/kg[10]，在牛体内Mo的最高安全水平是5 mg/kg[11]，而本试验牦牛肝脏Mo含量较高为0.043 mg/kg，背最长肌Mo含量较低为0.002 mg/kg，可见该地区牦牛Mo元素也处于缺乏状态.有研究结果显示，天祝、大通、玛曲、若尔盖地区牦牛肝脏内Fe含量分别在480、450、310和330 mg/kg左右，牦牛肝脏内Mn含量分别在9、11、8和8 mg/kg左右，牦牛肝脏内Zn含量分别在110、120、119和118 mg/kg左右，牦牛肝脏内Cu含量分别在20、22、30和23 mg/kg左右，牦牛肝脏内 Co含量分别在0.3、0.3、0.25和0.24 mg/kg左右，结合本次研究测定结果来看，该地区舍伺牦牛组织样中Cu、Fe、Mn、Zn含量，要低于天祝、大通、玛曲、若尔盖地区牦牛组织内含量[2].说明该地区牦牛应及时补充微量元素，以免对生产造成不良影响.

本研究还发现，精饲料 Cu元素含量较高，为1.419 mg/kg，但饲料标准Cu含量为10 mg/kg[14]，表明该地区饲料中Cu元素含量不足.有研究认为，饲料中Fe含量适宜水平为25～30 mg/kg，低于该水平即为缺乏[8].本试验酒糟和粗饲料中Fe元素含量分别为31.164 mg/kg和24.553 mg/kg，可见该地区粗饲料和酒糟中Fe元素含量与所报道水平一致，但精饲料Fe元素含量为6.034 mg/kg，表明处于缺乏状态.虽然精饲料Mn元素含量相对较高，为4.640 mg/kg，但远未达到适宜水平20～60 mg/kg[8]，并且在粗饲料和酒糟中含量分别为3.317 mg/kg和2.208 mg/kg，表明该地区饲料中Mn为缺乏状态.据报道，Zn含量低于10 mg/kg的牧草可能引发原发性锌缺乏症[15]，饲料中Zn适宜水平为20～60 mg/kg[8]，但本研究精饲料、粗饲料和酒糟中Zn含量分别为4.887 mg/kg、1.183 mg/kg和1.455 mg/kg，可见该地区饲料中Zn元素含量处于缺乏状态.Co元素在精饲料内含量较高，为0.026 mg/kg，参考美国NRC建议标准，肉牛Co需要量为0.07～0.11mg/kg[12]，并且饲料中Co含量低于0.04 mg/kg，就有可能引发牛的缺钴病[13]，可见该地区饲料中Co元素含量水平有发生缺钴病的潜在风险.粗饲料Mo元素含量相对较高，但低于一般饲料含量2～5 mg/kg[10].显示该地区牦牛饲料中Mo元素处于缺乏状态.

有研究认为，土壤中的Co适宜水平为7～10 mg/kg，2～7 mg/kg为缺乏，30 mg/kg以上为过多[8]，而该地区土壤内Co含量为0.0006 mg/kg，可见该地区土壤内Co元素缺乏.有研究报道，土壤中含Cu适宜水平为15～60 mg/kg，15 mg/kg以下即为缺乏，60 mg/kg以上为过多[8]，该地区土壤中 Cu含量为26.4678 mg/kg，可知，该地区土壤内Cu在适宜水平内.据报道，土壤中含Mn适宜水平为400～3 000 mg/kg，400 mg/kg以下为缺乏，3 000 mg/kg以上为过多[8]，该地区土壤内Mn元素含量为212.2601，可见该地区Mn含量低于最适宜水平.还有有研究指出，Zn含量在30～100 mg/kg以下的土壤为Zn缺乏地带[15]，而我国土壤 Zn背景值据研究为68.0 mg/kg[7]，该地区土壤Zn含量为20.3541 mg/kg，可见该地区的Zn含量低于国家平均值，且属于Zn缺乏地区.

4 结论

组织 Co、Cu、Fe、Mn、Mo以及 Zn 的含量都处于缺乏状态，饲料 Co、Cu、Fe、Mn、Mo 和 Zn 元素都处于缺乏的状态，土壤Co、Mn、Zn元素都处于缺乏状态；组织 B 与 Fe、Mn 和 Mo，Co与 Cu、Fe、Mn 和 Mo，Cu 与Mn和Mo，以及Mn与Mo和Zn具有同源性；饲料Co与Cu、Mn、Zn和Cu与 Mn、Zn以及 Mn和 Zn具有同源性；肝脏Fe和Mo及肾脏Fe与饲料具有关联性；背最长肌和肝脏Mo与土壤具有关联性.

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