西藏馬鹿草青期食源植物營養(yǎng)成分對食性選擇的影響1)

呂忠海 張明海 穆文靖 于沿澤

(東北林業(yè)大學(xué)，哈爾濱，150040) (吉林省林業(yè)勘察設(shè)計(jì)研究院) (黑龍江省林業(yè)科學(xué)院)

動物需要多種營養(yǎng)物質(zhì)(蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂肪等)來維持生存、繁衍和其他代謝活動[1]。食性選擇是動物對營養(yǎng)物質(zhì)需求適應(yīng)的第一步，其主要作用是縮小營養(yǎng)目標(biāo)和當(dāng)前營養(yǎng)狀態(tài)之間的差異[2]。最早對草食動物選擇食物機(jī)理的探討，是從食物的營養(yǎng)組成開始的，并在反芻動物食性選擇研究中得到廣泛的應(yīng)用[3]。

西藏馬鹿(Cervuswallichii)屬于我國馬鹿8個(gè)亞種之一，是西藏自治區(qū)的特有亞種，國家Ⅱ級保護(hù)野生動物，己被列入《中國物種紅色名錄》“瀕?！钡燃塠4]。世界自然基金會(WWF)曾于1992年正式宣布西藏馬鹿野外種群絕滅[5]；1995年10—11月份，劉務(wù)林與美國學(xué)者喬治·B·夏勒博士等在桑日縣雅魯藏布江北岸發(fā)現(xiàn)仍有200只左右西藏馬鹿[5]，這一鹿群也成為了目前已知的最后野生西藏馬鹿種群[6]。目前西藏馬鹿主要集中分布在西藏自治區(qū)的岡斯底里山脈東北部的貢布拉山地區(qū)，種群數(shù)量214～221只[7]。西藏馬鹿分布區(qū)也是當(dāng)?shù)乇容^好的牧區(qū)，大量牦牛(Bosmutus)和山羊(Caprahircas)放牧其中，導(dǎo)致家畜與西藏馬鹿?fàn)幨超F(xiàn)象十分嚴(yán)重[5]。

長期以來，有關(guān)西藏馬鹿?fàn)I養(yǎng)生態(tài)學(xué)方面的研究較少，相關(guān)研究僅見于西藏馬鹿的生境適宜性[8]、食性[9]、營養(yǎng)狀態(tài)[7]；但這些研究多從單一方面進(jìn)行了探討，而關(guān)于西藏馬鹿可食植物的營養(yǎng)組成對其食性選擇的影響并未做深入探討，其營養(yǎng)取食策略亟待研究。本研究于2013年和2014年，分析西藏馬鹿草青期食性及可食植物營養(yǎng)組成，探索西藏馬鹿的食性選擇與可食植物的營養(yǎng)組成相互關(guān)系，旨在為西藏馬鹿的科學(xué)管理提供參考。

1 研究區(qū)域概況

研究區(qū)域位于桑日縣西藏馬鹿自然保護(hù)區(qū)，地處西藏山南地區(qū)桑日縣東北部的增期鄉(xiāng)和白堆鄉(xiāng)范圍內(nèi)，地理位置為東經(jīng)92°9′54″～92°33′11″、北緯29°22′47″～29°38′10″，總面積67 383.04 hm2，海拔最高為5 724 m、最低約4 000 m。屬于高原溫帶季風(fēng)半濕潤氣候，年平均氣溫7.5 ℃，極端最高氣溫29 ℃、極端最低氣溫-17.6 ℃。年平均降水量507.5 mm，降水量主要集中在6—9月份。保護(hù)區(qū)有維管束植物300種左右，以禾本科(Gramineae)、菊科(Asteraceae)、豆科(Leguminosae)、薔薇科(Rosaceae)、莎草科(Cyperaceae)等比較常見；國家Ⅰ級保護(hù)野生動物種類有4種、國家Ⅱ級保護(hù)野生動物種類19種，其中包括白唇鹿(Cervusalbirostris)、西藏馬鹿(Cervuswallichii)、巖羊(Peudoisnayaur)、藏原羚(Procaprapicticaudata)等多種有蹄類動物。

2 材料與方法

2.1 糞便及植物樣本采集

于2013年和2014年8—9月份，根據(jù)西藏馬鹿種群分布狀況，在桑日縣西藏馬鹿自然保護(hù)區(qū)采用分層抽樣法布設(shè)樣線24條，每條樣線長度5 km，覆蓋西藏馬鹿所有生境類型和海拔高度。每堆糞便取20粒，并記錄相關(guān)的生境信息(GPS位點(diǎn)、植被類型、植被種類等)。沿途收集所有植物，稱取其鮮質(zhì)量；根據(jù)《西藏草地植物彩色圖譜》鑒別植物種類[10]，將植物樣本按不同部位(果實(shí)、花、葉片等)進(jìn)行采集。

2.2 顯微裝片制備及鏡檢

將糞便樣品(每份10粒)和植物樣本置于烘箱中，60 ℃烘干48 h至恒質(zhì)量，粉碎、過篩。取0.5 g糞便粉碎樣品置于培養(yǎng)皿中，加約為2/3培養(yǎng)皿容積的體積分?jǐn)?shù)為10%的NaClO3，消化8 h左右至樣品消化完全。用鑷子夾取懸浮于混合液體表面較薄的樣品碎片置于載玻片上，并用蒸餾水沖洗樣品至分散均勻，用濾紙吸附殘留的液體。加蓋玻片，并用甘油將蓋玻片四周密封，而后加中性樹膠封邊。

將植物樣品制片通過100倍數(shù)碼顯微鏡下鏡檢，并拍攝植物不同部位表皮角質(zhì)碎片細(xì)胞結(jié)構(gòu)照片，作為鏡檢參照物。將糞便樣品制片通過100倍顯微鏡下鏡檢，對照植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)照片鑒別種類。

2.3 營養(yǎng)成分測定

能量：采用氧彈熱量計(jì)(長沙奔特WZR-1A)測定，直接獲取植物中能量。

蛋白質(zhì)：采用凱氏定氮法測定，利用全自動凱氏定氮儀(Kjeltec 8400)測定植物中的氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)(wn)，根據(jù)公式(wp=wn×6.25)計(jì)算植物中蛋白質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(wp)。

脂類：采用連續(xù)提取法，使用濾紙棉線(質(zhì)量記為m1)，將1 g植物樣本包好(質(zhì)量記為m2)，放置于索式提取器中，通過無水乙醚多次萃取，干燥至恒質(zhì)量(質(zhì)量記為m3)，獲取脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)(wf)。計(jì)算公式：wf={(m2-m3)/(m2-m1)}×100%。

纖維素類和灰分：采用全自動纖維分析儀(ANKOM A2000i)測定植物的中性洗滌纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)(wn,f)，利用中性洗滌纖維測試剩余殘?jiān)?，測定植物中的酸性洗滌纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)(wa,f)，而后測定植物中的酸性洗滌木質(zhì)素質(zhì)量分?jǐn)?shù)(wa,l)和灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)(wa)；根據(jù)公式wc=wa,f-wa,l-wa計(jì)算植物中的纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)(wc)。

單寧：配制體積分?jǐn)?shù)為70%的甲醇溶液，將2 mg香草醛溶于其中，制成50 mL定容的溶液，加入5 mg兒茶素。分別配制質(zhì)量濃度為0、10、20、30、40、50 μg/L的兒茶素溶液，分別加入1.5 mL濃鹽酸和3 mL香草醛甲醇溶液，水浴鍋中20 ℃水浴20 min，使用紫外分光光度計(jì)測定吸光度，根據(jù)公式(y=384.04x-404.74，R=0.999 8)繪制的標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算單寧質(zhì)量分?jǐn)?shù)(wt)。

干物質(zhì)消化率(Dd,m)：采用Oddy et al.[11]提出的利用酸性洗滌纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)(wa,f)和氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)(wn)方法，分析西藏馬鹿取食植物的干物質(zhì)消化率，計(jì)算公式：Dd,m=83.58-0.824wa,f+2.626wn。

2.4 數(shù)據(jù)處理

食性分析：通過公式f=100(1-e-p)，將統(tǒng)計(jì)的每種植物可辨認(rèn)表皮角質(zhì)碎片的出現(xiàn)頻率(f)轉(zhuǎn)換為每個(gè)視野每種植物可辨認(rèn)角質(zhì)碎片的平均密度(p)，然后將p轉(zhuǎn)換為相對密度(pr)，pr=(每種植物可辨認(rèn)的表皮角質(zhì)碎片密度(p)/各種植物可辨認(rèn)角質(zhì)碎片的密度和)×100%。pr即食物中各種植物的實(shí)際比例估計(jì)值[12]。

營養(yǎng)組成分析：利用minitab17軟件分析西藏馬鹿草青期可食植物相對密度和營養(yǎng)組成Pearson相關(guān)性。

3 結(jié)果與分析

3.1 西藏馬鹿的食性

本研究共采集西藏馬鹿糞便126份，每份糞樣制片10張，每張樣片隨機(jī)取10個(gè)視野。根據(jù)鏡檢結(jié)果分析得出，西藏馬鹿草青期共取食植物20科37種。西藏馬鹿可食植物的相對密度為動物食物中每種植物的干質(zhì)量組成比例，根據(jù)該值可得出西藏馬鹿草青期食物組成(見表1)，其中12.80%的筆直黃耆(Astragalusstrictus)、11.20%的弱小火絨草(Leontopodiumpusillum)、9.72%的半臥狗娃花(Heteropappussemiprostratus)、9.64%的西藏柳(Salixxizangensis)，構(gòu)成西藏馬鹿的主要可食植物，占到食物組成的43.36%。

西藏馬鹿草青期主要取食菊科為29.66%、豆科為21.38%、楊柳科(Salicaceae)為9.64%、莎草科為8.86%、蓼科(Polygonaceae)為8.08%、禾本科為7.07%、薔薇科為6.86%、紫草科(Boraginaceae)為3.74%，其他12科植物種類相對取食較少。菊科和豆科所占比例較高，二者占可食植物的51.04%。

表1 西藏馬鹿草青期可食植物相對密度和營養(yǎng)成分

西藏馬鹿食性的Shannon Wiener多樣性指數(shù)1.32、生態(tài)位寬度指數(shù)15.79，與當(dāng)?shù)赝蚍植加刑泐悇游锵啾染幱谳^高值。結(jié)果表明，桑日縣西藏馬鹿自然保護(hù)區(qū)草青期食物資源處于較高水平(見表2)。

3.2 營養(yǎng)組成與食性相關(guān)性

由Pearson相關(guān)系數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，西藏馬鹿草青期具有較高相對密度的可食植物，其能量、蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)、脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)和干物質(zhì)消化率也相對較高，呈正相關(guān)；但其木質(zhì)素、灰分、纖維素、單寧質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對較低，呈負(fù)相關(guān)(見圖1)。Pearson相關(guān)系數(shù)的相關(guān)強(qiáng)度取值范圍：極強(qiáng)(0.8～1.0)、強(qiáng)(0.6～0.8)、中等(0.4～0.6)、弱(0.2～0.4)、極弱或無(0～0.2)。西藏馬鹿草青期可食植物相對密度與能量、纖維素、單寧的相關(guān)系數(shù)，分別為0.735、0.899、0.657，呈較強(qiáng)的相關(guān)性(見圖1)。

表2 5種有蹄類動物食物多樣性及生態(tài)位寬度

圖1 西藏馬鹿草青期營養(yǎng)組成與食性相關(guān)性散點(diǎn)圖

4 討論

4.1 食性研究方法

近年來，非損傷性取樣法越來越多的應(yīng)用于有蹄類動物食性研究，其優(yōu)點(diǎn)在于不損傷和干擾動物，成為研究有蹄類動物食性的主要方法。該方法也是唯一可用于珍稀瀕危有蹄類動物食性的研究[13]。相關(guān)研究表明，糞便顯微分析法存在一定誤差，研究結(jié)果過高估計(jì)灌木和喬木這兩類消化率低的植物[14]。桑日西藏馬鹿自然保護(hù)區(qū)大部分為山地草原，灌木和喬木種類稀少，主要以草本為主，所以上述問題不會對本項(xiàng)研究結(jié)果產(chǎn)生太大影響。因此，該方法特別適用于西藏馬鹿的食性研究。

植被類型空間格局產(chǎn)生變化，動物的食性選擇也將發(fā)生相應(yīng)的變化[15]。Seiki Takatsuki研究表明，鹿科動物的食性選擇并非隨經(jīng)緯度變化而變化，而是與植被帶相一致[16]。西藏馬鹿草青期取食植物37種，草本植物26種，其余皆為灌木，這與當(dāng)?shù)貙俑呱讲莸橹脖活愋?，植被多為草本和灌木的特點(diǎn)相符合。氣候是植物生長和初級生產(chǎn)力的主要決定因素，鹿科動物必須適應(yīng)食物質(zhì)量和數(shù)量的季節(jié)性變化，當(dāng)氣候濕潤時(shí)，鹿科動物主要采食草本植物，反之則選擇木本植物為主[17]。桑日縣西藏馬鹿自然保護(hù)區(qū)降水量主要集中在6—9月份，本項(xiàng)研究時(shí)間正處于雨季，氣候濕潤，西藏馬鹿可食植物以草本為主，明顯高于木本植物。

4.2 食性分析

根據(jù)最優(yōu)取食理論分析結(jié)論，動物在食物資源量豐富時(shí)期，會出現(xiàn)只取食那些最優(yōu)質(zhì)量食物的食性特化現(xiàn)象，而當(dāng)食物資源量匱乏時(shí)期，會出現(xiàn)取食更多種食物的食性泛化現(xiàn)象[18-19]。沈廣爽[9]2007—2008年研究結(jié)果表明：西藏馬鹿主要取食植物為菊科(32.67%)、莎草科(19.78%)，次要取食植物為紫草科(8.03%)、薔薇科(10.95%)、豆科(12.03%)、楊柳科(5.94%)、禾本科(4.07%)，與本項(xiàng)研究結(jié)果存在較大差異。與2007—2008年研究結(jié)果相比，本項(xiàng)研究豆科所占比例明顯增大(21.38%)，成為西藏馬鹿主要取食植物科類，而莎草科所占比例有所降低(8.88%)。對比該地區(qū)兩科植物營養(yǎng)組成，豆科食物質(zhì)量明顯優(yōu)于莎草科植物，因此西藏馬鹿優(yōu)先取食豆科植物。這與當(dāng)?shù)孛磕?、9月份是草原植物最茂盛時(shí)期，也是有蹄類動物食物資源最豐富時(shí)期相符合，也驗(yàn)證了最優(yōu)取食理論[20]。本項(xiàng)研究共獲取植物樣本38種，西藏馬鹿除狼毒(EuphorbiafischerianaSteud)外其他植物種類全部取食。對比同域分布的有蹄類Shannon-Wiener多樣性指數(shù)和生態(tài)位寬度指數(shù)，均處于較高值。研究結(jié)果表明，桑日縣西藏馬鹿自然保護(hù)區(qū)可供西藏馬鹿取食植物種類多樣，資源豐富，適宜其種群生存。同時(shí)，當(dāng)?shù)卣{(diào)控家畜存欄量也對這一結(jié)果起到了積極影響。

4.3 可食植物與營養(yǎng)組成相關(guān)性

能量是有機(jī)體一切生命活動的基礎(chǔ)，其生長、繁殖等都需要能量，因此，能量的多少是西藏馬鹿食性選擇的重要原因之一。西藏馬鹿草青期可食植物與能量呈較強(qiáng)的正相關(guān)(0.735)。蛋白質(zhì)最大化假說認(rèn)為：野生動物會優(yōu)先取食蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高的食物[21]。西藏馬鹿可食植物與蛋白質(zhì)呈正相關(guān)，其可食植物蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高的為筆直黃耆(18.69%)，而且筆直黃耆在西藏馬鹿食物選擇中占有比率最高(12.8%)，這一點(diǎn)符合蛋白質(zhì)最大假說。但西藏馬鹿可食植物與蛋白質(zhì)相關(guān)性較弱(0.320)。研究表明，蛋白質(zhì)最大化假說理論并不完善，有時(shí)候野生動物也并非優(yōu)先選取蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高的植物[22-23]，這與其他營養(yǎng)成分對其食性選擇的影響有關(guān)[24]。西藏馬鹿草青期食物組成與脂肪呈正相關(guān)。脂肪是野生動物遭遇嚴(yán)酷環(huán)境時(shí)的重要能量儲備，青藏高原環(huán)境條件嚴(yán)酷，草枯期時(shí)間持續(xù)達(dá)8個(gè)月之久，食物資源銳減[25]，西藏馬鹿體脂水平對于其種群的生存和發(fā)展有重要意義。西藏馬鹿可食植物與脂肪相關(guān)強(qiáng)度較弱(0.312)，動物食物中脂肪含量過高會引起腹瀉或者過度肥胖等問題，一般狀況下，食物脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)在2%為宜[26]。

干物質(zhì)消化率大于50%的鹿科可食植物，可被認(rèn)定為高質(zhì)量的食物[27]。西藏馬鹿可食植物干物質(zhì)消化率平均值(56.69±1.16)%，明顯高于50%，除木根香青較低外(42.61%)，其他種類均處于較高水平。因此，西藏馬鹿可食植物雖與干物質(zhì)消化率呈正相關(guān)，但相關(guān)強(qiáng)度較弱(0.332)。西藏馬鹿可食植物與纖維素、木質(zhì)素呈負(fù)相關(guān)，且與纖維素呈較強(qiáng)相關(guān)性(0.899)。Van Soest研究表明，纖維素與木質(zhì)素屬于結(jié)構(gòu)性碳水化合物，不易被動物消化[28]，本項(xiàng)研究結(jié)果與之相符合。

單寧對鹿科動物取食植物選擇，表現(xiàn)為負(fù)營養(yǎng)效應(yīng)[29]。單寧中的鞣酸根負(fù)離子可與蛋白質(zhì)產(chǎn)生沉淀反應(yīng)，從而降低西藏馬鹿對蛋白質(zhì)的吸收。西藏馬鹿可食植物叉枝蓼蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高(15.94%)，由于其單寧質(zhì)量分?jǐn)?shù)很高而很少取食，體現(xiàn)出西藏馬鹿取食在蛋白質(zhì)與單寧之間的權(quán)衡。西藏馬鹿取食植物單寧質(zhì)量分?jǐn)?shù)除少數(shù)質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對較高外，其他種類均質(zhì)量分?jǐn)?shù)極低，西藏馬鹿可食植物與其單寧質(zhì)量分?jǐn)?shù)負(fù)相關(guān)，但相關(guān)強(qiáng)度較弱。

西藏馬鹿可食植物多樣性指數(shù)、生態(tài)位寬度指數(shù)與同域分布有蹄類相比，均處于較高值，說明西藏馬鹿分布區(qū)食物資源豐富，因而西藏馬鹿能夠取食具有較高營養(yǎng)組成的食物，有效趨避食物中的不利營養(yǎng)組成。