内蒙古四子王旗地区短花针茅荒漠草地土壤-牧草-家畜生态系统中微量元素的检测

内蒙古四子王旗地区短花针茅荒漠草地土壤-牧草-家畜生态系统中微量元素的检测

常量矿产元素（钙、磷、钠、钾、镁、硫）被用作细胞生长和新陈代谢的必要因素，参与生态系统的平衡。调节身体的ph值，维持细胞渗透、细胞膜、酶系统和激素的功能，维持正常微生物群的生长和繁殖。对放牧系统而言,常量矿物质元素缺乏与土壤类型、草原类型及牲畜的生长发育阶段有关。由于天然牧草内某些常量元素的缺乏或过多而导致放牧家畜矿物质营养障碍,已有大量报道。研究证明,中国北方牧区的草场和绵羊体内的钠、硒、硫、铜、锌等矿物元素的含量低于正常值,而对于一些草原和草甸优势植物常量元素的分析表明,内蒙古地区也可能存在常量矿物质元素缺乏。迄今针对内蒙古四子王旗地区短花针茅荒漠草地放牧系统常量元素的季节变化及盈缺分析的报道很少。因此,本研究对该地区土壤-牧草-家畜生态系统中常量元素的水平进行了调查分析,以期为该地区更有效地进行牧草生产,防治家畜矿物元素代谢病,合理使用矿物元素添加剂及制定针对性的补饲措施提供科学依据。1材料和方法1.1短花针茅荒草地区的草地类型实验区位于内蒙古自治区乌兰察布市四子王旗王府一队,地处N41°47′17″、E111°53′46″,海拔1450m。属于典型的大陆性气候,土壤为淡栗钙土。实验区属短花针茅荒漠草原的地带性植被。草地类型为短花针茅+冷蒿+无芒隐子草荒漠草原,植被草层底矮,一般为8cm,且植被较稀疏,盖度为17%~20%,种类组成较贫乏,且出现了一定程度的退化现象。建群种为短花针茅(StipabrevifloraGriseb),优势种为冷蒿(ArtemisiafrigidaWilld)、无芒隐子草(CleistogenessongoricaOhwi)。1.2试验处理和采集试验动物本次试验主要采取现场调查、实地采样和实验室分析相结合的方法对该地区土壤-牧草-绵羊“三位一体”生态环境中常量矿物质元素进行研究。试验羊为体重为30kg~35kg的12只蒙古育成羯羊,全年放牧无补饲,每期结束后从中随机抽取2只屠宰取样。试验依季节特点分三期进行,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、牧草标样、畜体的粪、血液、唾液和骨骼,同时借助饱和烷烃法测定试验绵羊的放牧采食量。在实验室测定这些元素在土壤、牧草和绵羊血液、唾液和骨骼中的含量,并分析其季节性变化,结合放牧采食量和粪的排出量,进行盈缺分析。1.3土壤样品的采集和测定每个试验期内,各采集土样一次,每次4个采样点,位置随机在绵羊采食地按对角线法用竹板采集地下0~5cm、5~10cm、10~20cm内的土壤各150~200g,去除土中的草屑、草根、石头等杂物后装入塑料袋内,送至实验室按同层同重四份法取样,烘干,制成风干样后过80目筛备用。1.4采集采集草种及采集位置的观测草样的采集采用手采牧草标样法。在出牧时段进行放牧观察,每隔2h观察一次,每次5min,连续5d,观测绵羊采食牧草的种类、部位、高度,同时采集一定数量接近羊只采食部位的草样。称重,混匀,在-20℃条件下保存。将同一试验羊5d不同时间点采集的牧草混合样65℃烘24h,置于实验室回潮24h后,样品过40目筛,磨成1mm的粉末,制成分析样本。1.5保藏和贮藏粪样的采集采用直肠取粪法,每只试验羊每隔2h收集一次粪便,每日两次,连续5d,样品量每次10g,装入密封袋在-20℃条件下保存。处理方法同草样。唾液的采集方法与处理方法为:将一次性注射器(20ml)去针头后,接上10cm左右的输液管,插入试验羊口腔内颊部与臼齿部,抽取腮腺液3~5ml,然后倾入5ml样品管中冷冻保藏。血样、屠宰、组织器官的采集与处理参考张微(2004)的方法进行。1.6指标和方法的测量测定样品内钙(Ca)、磷(P)、钠(Na)、钾(K)、镁(Mg)和硫(S)元素的含量,测定方法为等离子发射光谱法。1.7数据处理与统计分析所有数据用SPSS13.0软件中的CompareMeans法进行单因子方差分析,差异显著时用LSD法进行多重比较。2结果与分析2.1试验期间，山羊体重、饲料和粪便量的动态变化放牧绵羊对牧草的随意采食量和排粪量是衡量矿物质元素摄入量和体内消化率的主要数据,不同季节放牧绵羊的平均采食量和排粪量见表1。2.2土壤、饲料和羊生态系统中常量元素的季节动态变化2.2.1不同季节平均粪中和血浆中钙含量的变化土壤、水、骨骼中钙的含量以及钙的日摄入量季节间差异不显著;牧草钙含量在秋季最高(11.57g/kg),冬季居中(10.39g/kg),夏季最低(8.85g/kg),各季节间差异显著(p<0.05),粪中和血浆中钙的含量变化趋势一致,均为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别为夏季0.345g/kg,秋季0.347g/kg,冬季0.371g/kg,骨骼灰分含磷量为夏季172.78mg/g,秋季158.59mg/g,冬季177.92mg/g,各季节间差异均不显著;牧草、粪中和血浆中钙的含量以及磷元素的摄入量变化趋势一致,均为夏季高于秋季高于冬季,且3个季节间差异显著(p<0.05)(表3)。2.2.3牧草和粪中钠的变化土壤中钠的含量呈夏季高于冬季高于秋季的趋势,分别为2.07g/kg、1.79g/kg和1.03g/kg,但各季节间差异不显著;牧草中钠的含量夏季高于冬季高于秋季,且夏冬季节显著高于秋季,钠的日摄入量和牧草中钠含量的变化趋势一致,各季节间差异显著;粪中钠的含量各季节差异不显著,分别为1.22g/kg、1.00g/kg和0.57g/kg;唾液中钠的含量为夏秋季节显著大于冬季,而血浆中钠的含量为夏秋季节显著小于冬季(表4)。2.2.4牧草中钠、钾的季节动态土壤和粪中钾元素含量变化趋势一致,为秋季高于夏季高于冬季,但各季节间差异不显著;牧草中钠的含量和钠的日摄入量变化趋势一致,为夏季高于秋季高于冬季,其中牧草中钠的含量夏秋季节显著高于冬季,分别为10.87g/kg、9.28g/kg和5.24g/kg,钠的日摄入量各季节间差异显著;唾液中钾的含量冬季显著高于夏秋季节,为130.30mg/L、200.68mg/L和421.58mg/L;血浆中钾的含量夏秋冬三季分别为71.50mg/L、64.60mg/L和57.47mg/L,各季节差异显著(表5)。2.2.5全镁的季节动态牧草镁含量为冬季(3.22g/kgDM)大于秋季(2.70g/kgDM)大于夏季(1.80g/kgDM),各季节差异显著,与土壤全镁含量变化趋势相同;绵羊镁的日摄入量各季节间差异显著,秋季最高为4.32g/d,冬季居中为3.02g/d,夏季最低为2.73g/d;粪中镁的浓度夏季显著高于冬季,秋季居中,且和夏冬两季差异不显著,为5.07g/kg、4.73g/kg和3.13g/kg;血浆镁浓度夏季显著高于秋冬季节,分别为13.68mg/L、14.32mg/L和18.55mg/L,骨骼镁含量各季节间差异不显著(表6)。2.2.6牧草、血浆中硫元素的日变化土壤有效硫含量各季节差异不显著,分别为188.28g/kg、205.96mg/kg和223.28mg/kg;牧草、血浆中硫的含量以及硫元素的日摄入量变化趋势一致,均为夏秋季节高于冬季,差异显著,有随牧草成熟及枯萎而递减的趋势;粪中硫的含量各季节差异不显著,分别为2.45g/kg、2.22g/kg和1.32g/kg;N∶S分别为10.8∶1、9.05∶1和8.12∶1,各季节差异不显著,也有随牧草成熟及枯萎而递减的趋势(表7)。3讨论3.1不同党组织的牧草需钙量通常情况下,土壤含钙在10g/kg以上。从表2可看出,该地区土壤全钙含量均在或高于正常水平。植物一般含钙2g/kg~10g/kg。从表2数据可知,除夏季在此范围内外,秋冬两季均高于此范围。绵羊对饲粮中钙浓度需要量为1.5g/KgDM~2.6g/KgDM,本研究中牧草钙含量高于此范围。内蒙古细毛羊饲养标准建议35kg以下细毛羊需钙量为4.0g/d,前苏联细毛羊饲养标准建议的35kg以下毛肉兼用品种绵羊需钙量为6.0g/d。由此看来,该地区放牧绵羊全年钙的摄入量均远高于其需要量。动物体中98%~99%的钙存在于骨骼与牙齿中,约占骨灰的36%。而本实验结果均低于这一水平,这可能因为该地区牧草中磷含量过低,引起粪中和血浆中钙的含量增加,从而使钙在骨骼中沉积数量减少而至。绵羊血浆钙含量大约为50mg/L~85mg/L,本研究得到绵羊血浆钙含量为:夏季108.68mg/L,秋季107.52mg/L,冬季87.65mg/L,均高于该正常范围。通过对该地区土壤-牧草-家畜生态系统中钙元素含量的盈缺分析,钙元素在该地区可能处于过量状态。3.2牧草磷含量的测定土壤含磷量的表示方式有两种,通常全磷含量以磷酐(P2O5)为标准,而有效磷含量则以元素磷(P)为标准,两者之间的关系为P×2.29=P2O5。自然土壤一般含全磷在0.01%至0.12%之间,本试验结果在0.08%至0.09%之间,含量较低,各季节之间差异不显著。植物中磷的含量随植物生长、成熟、枯萎而降低,一般含磷2g/kgDM~5g/kgDM,谢敖云等资料表明:我国对放牧草地牧草含磷量要求为2.00~3.50g/kgDM。从表3数据可见,该地区牧草磷含量符合植物中磷的变化趋势,但其磷含量却均低于此范围。SCA(1990)规定放牧绵羊对牧草中磷的需要量为1.3g/kg~2.5g/kgDM,按此标准冬季牧草中的磷不能满足放牧绵羊生长发育的需要。对放牧绵羊而言,牧草中钙磷比为2∶1较为适宜,但本研究中钙磷比分别达到了5∶1、8∶1和11.8∶1,严重影响了磷元素的吸收,使磷缺乏的状态进一步恶化,同时也证实了本地区钙过量的状态。内蒙古细毛羊饲养标准建议的35kg以下细毛羊需磷量为3.0g/d,前苏联的建议为4.5g/d,本试验该地区放牧绵羊全年日采食磷量均低于饲养标准。当粪中磷的排出量大于2g/kgDM时,磷的供给量能够满足绵羊的需要量,本试验冬季粪中磷的含量低于此值。动物体中80%的磷存在于骨骼和牙齿中,脱脂骨中磷的临界水平为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,三者都接近或低于临界水平。绵羊血浆无机磷含量随牧草磷含量的降低而降低,绵羊血浆磷含量的临界水平为45mg/L。本研究得到绵羊血浆无机磷含量:夏季为95.47mg/L,秋季为92.49mg/L,冬季为73.18mg/L,结果均在正常范围内,这可能由绵羊的自我调控功能或其他矿物质元素协同所造成。通过以上分析,虽然血浆中磷的含量都在正常范围之内,但牧草和骨骼中磷含量和每日摄入磷的量都接近或低于正常标准,所以磷元素在该地区可能处于缺乏状态,特别是在冬季这一现象更加严重。3.3提出了要长期维持治疗的目标钠在土壤中以可溶性状态存在,一般土壤不缺钠。植物在生长过程中需要Na的量相对较少。从表4可看出,本地区土壤中的钠能够满足该地区植物生长需要。该地区牧草平均含钠44.67mg/kg。NRC(1985)规定绵羊钠需要量为0.9~1.8g/kgDM,SCA(1990)为0.7~0.9g/kgDM,经推算可食牧草中钠含量远远低于这一范围。我国建议35kg以下内蒙古细毛羊需要钠量为0.12g/d,前苏联的建议为0.179g/d,而本次试验得到的绵羊采食量为0.08g/d、0.04g/d和0.06g/d,均低于以上建议。从钠的消化吸收来看,全年均出现入不敷出的现象,大量内源钠被排除体外,使钠缺乏更加严重。澳大利亚制定的反刍动物饲养标准中规定,唾液钠∶钾小于5∶1为钠缺乏,5~14之间为临界范围,大于14∶1表明体内钠营养状况良好。本次测得绵羊唾液中钠、钾比是夏季0.52∶1,秋季0.33∶1,冬季0.18∶1均小于上述报道。绵羊血浆一般含钠330mg/L,机体钠缺乏时血钠浓度可以从345mg/L降为299mg/L。本研究得到的血浆钠浓度为75.59mg/L、76.42mg/L和96.78mg/L,都低于正常水平。通过以上分析,无论是牧草中钠的含量、每日钠的食入量还是唾液和血浆中钠的含量都远远低于正常水平,因此钠元素在该地区处于缺乏状态。3.4牧草中钾的变化就我国现有资料来看,土壤含钾量少的只有万分之几,多得可高达百分之四五左右,而一般均在2.5%以下。本次试验均在这个范围之内,且各季节之间差异不显著。一般植物体中含钾量(K2O)约占干物质的0.3%~5%,大多数一年生植物的含钾量可在抽穗、开花时达到顶峰,之后随着植株体内钾被淋失或通过根系外排而降低。本研究中牧草钾含量符合该变化趋势,且均在该范围之内;与NRC(1985)规定绵羊日粮钾含量(7g/kgDM~8g/kgDM)相比较,除冬季外其余两季均能满足绵羊的需要。正常情况下,唾液中钾浓度为445mg/L,在机体缺钠时唾液中钾含量可以上升为8544mg/L。本试验所测得唾液钾含量只有冬季接近正常值,而夏季和秋季都远低于此值,与牧草中钾的含量成反比,且与钠的缺乏而唾液钾的浓度升高这一现象不符,具体原因还需要进一步试验证实。Telle等报道,绵羊血浆钾浓度为97mg/L~135mg/L,本试验的结果均低于该值,结合唾液中钾的含量可以看出,虽然牧草中的钾能够满足放牧绵羊得需要,但由于其他原因使得该地区钾处于缺乏状态。3.5专二型处理及镁的范围及含量土壤全镁含量主要受成土母质和风化条件等的影响,北方土壤一般含镁5g/kg~20g/kg。从表6分析,3个时期的土壤全镁含量均在正常范围之内,且差异不显著。植物一般含镁5g/kgDM以下,NRC(1985)绵羊营养需要规定:饲料中镁的含量为1.2~1.8g/kgDM时能满足绵羊的需要,SCA规定为1.2g/kgDM,本试验牧草中镁元素含量都高于这一水平。前苏联绵羊饲养标准建议35kg以下毛肉兼用品种绵羊的需镁量为0.7g/d,三季镁的日摄入量均高于需要量。从消化吸收来看,夏季镁的排除量接近食入量,可能是绵羊食土或其他原因引起。动物体内60%~70%的镁存在于骨骼中,骨骼镁约占骨灰的0.5%~0.8%,本研究除夏季外均低于这一范围。绵羊血浆镁含量的正常范围为28.56±1.2mg/L,只有低于9.84mg/L才被视为低血镁。本研究血浆的镁浓度为18.55mg/L、13.68mg/L和14.32mg/L,均低于正常范围,但高于发生低血镁症的最低值,这可能与本地区牧草中钙的含量过高,而影响了镁的吸收有关。整体而言,镁元素能够满足该地区放牧系统中绵羊对镁的需要。3.6不同季节硫的消耗量通常,土壤有效硫小于280mg/kg时植物有缺硫的可能性。本研究土壤有效硫含量均低于此标准,说明土壤中有效硫不能满足牧草生长的需要。一般认为,饲料中硫含量为1.3g/kgDM~1.8g/kgDM时能满足绵羊的需要,本地区牧草硫含量在该范围内。虽然该地区土壤有效硫含量均低于正常水平,而可食牧草中总硫含量却都在正常范围之内,这