牦牛是青藏高原特有的物种之一,也是“世界屋脊”的当家畜种[1]。中国作为全世界牦牛分布最多的国家,有1 400多万头牦牛,主要分布在青海、西藏、甘肃甘南、四川甘孜和阿坝、云南迪庆和新疆巴州等高原区域[2]。该地区主要的土地利用方式是草地放牧,大面积的天然草地为牦牛生产提供了丰富的牧草资源[3]。牦牛作为青藏高原藏民族衣、食、住、行、用的全能型畜种,是高原畜牧业发展的核心,关系到藏族广大人民的福祉。乳是牦牛的主要畜产品之一,是藏区人们日常生活中必不可少的食物,对维系高原人民健康起着极其重要的作用[4]。目前,牦牛产奶量、泌乳期、乳常规营养成分(蛋白质、脂肪、乳糖、干物质、灰分和维生素)和蛋白质组成及含量、免疫活性物质组成及含量、氨基酸组成及含量、脂肪酸组成及含量均已有相关研究[5-6]。由于牦牛乳营养成分含量主要受到所采食饲粮的影响,而放牧牦牛所采食的牧草主要为高寒草地天然牧草,其生长受到全年气候变化的影响,全年营养供给和放牧牦牛所需极不平衡,因此,牦牛体况呈现“夏壮、秋肥、冬瘦、春死亡”的规律[7],对牦牛产奶量和乳中营养成分影响较大。已有研究均是牦牛泌乳盛期采样测定的结果,而全年不同物候期放牧牦牛产奶量和乳中矿物质元素含量尚未有报道。因此,本试验旨在测定三江源区不同物候期放牧牦牛所采食牧草矿物质元素含量、产奶量和乳中的矿物质元素含量,揭示全年不同物候期放牧牦牛产奶量、乳中矿物质营养成分动态变化规律以及牧草与乳中矿物质元素含量之间的关系,为牦牛乳中矿物质营养调控和高原人民全年膳食结构调整提供基础数据。
1 材料与方法 1.1 试验设计试验于2018年3月中旬至2019年3月中旬在青海省黄南藏族自治州泽库县高寒天然草场上进行。选取自然放牧状态下胎次和体况一致的健康泌乳牦牛10头,用耳标标记,全天候随群放牧,未进行任何补饲。在枯草期(12—4月)、返青期(5月)、青草期(6—8月)、枯黄期(9—11月)4个物候期,每个月从15号开始,连续5 d分别在出牧前和归牧后挤奶称重,记录日产奶量,并将早、晚所挤奶样混合,取50 mL于离心管中,添加0.5%的布罗波尔溶液带回实验室,保存在-20 ℃的冰箱中待测。在此期间,为防止随群牛犊吃奶而影响产奶量,将牛犊与母牛分开,并将所挤牛奶喂予牛犊。同时,根据牦牛的放牧或采食路线,以25 m为间隔选不同的6点采集牧草,各点采集面积1 m2,牧草齐地刈割,将连续5 d所采牧草样品混合均匀带回实验室,65 ℃烘干制样待测。
1.2 试验仪器和试剂试验仪器:TAS-990 Super原子吸收分光光度计(北京普析通用仪器有限责任公司)、马弗炉(天津市泰斯特仪器有限公司)、25 mL具塞比色管(北京玻璃仪器厂)、50 mL容量瓶(北京玻璃仪器厂)、ME104E电子天平(梅特勒-托利多仪器有限公司)、电热炉(天津市泰斯特仪器有限公司)、烘箱(上海一恒科学仪器有限公司)、粉碎机。
试验试剂:布罗波尔(美国陶氏)、1:3的盐酸溶液、超纯水。
1.3 测定方法本试验采用火焰原子吸收法对牧草和牦牛乳中的钾(K)、钠(Na)、钙(Ca)、镁(Mg)、铁(Fe)、锰(Mn)、锌(Zn)、钴(Co)、铜(Cu)含量进行测定,仪器的工作条件见表 1。
用移液管准确量取10.0 mL牦牛乳于25 mL陶瓷坩埚中,将其放在电炉子上用适宜的温度进行浓缩及炭化,炭化完毕后再将坩埚放到马弗炉中进行灰化,550 ℃灼烧3~4 h,待其变成灰色的粉末,取出坩埚冷却至室温,加入5 mL(1:3)盐酸,待其溶解后在电炉上小火煮沸,再用定量滤纸进行过滤,然后移入到25 mL具塞比色管中,定容。用空气-乙炔火焰原子吸收法测定牦牛乳中Fe、Mn、Zn、Co、Cu含量,然后用25倍稀释液测定Ca、Mg含量,用500倍稀释液测定K、Na含量[8]。
将烘干的牧草样品用粉碎机粉碎,过40孔尼龙筛,装入样品袋,放入干燥器中保存备用。称取3.00 g样品置于电炉上烧至不冒黑烟,移入马弗炉中高温灰化直至样品呈灰白色。待室温后取出,加入5 mL盐酸(1:1),加热溶解残留物质,过滤于25 mL容量瓶里,用空气-乙炔火焰原子吸收法原子吸收仪测定牧草中Fe、Mn、Zn、Co、Cu、Ca、Mg、K和Na含量[9]。
1.4 标准曲线的绘制把标准储备液分别配制成含K、Na、Ca、Mg、Fe、Mn、Zn、Co、Cu的标准稀释液,定容于一系列50 mL的容量瓶中,分别配制单一标准系列溶液,其标准系列均由5个标准点组成:Fe、Cu、Co、Ca、Mg含量均为0~1 μg/mL;K、Na、Zn、Mn含量为0~0.5 μg/mL。各个矿物质元素做出的线性回归方程和相关系数见表 2。
试验数据采用Excel 2010进行整理,用SPSS 19.0统计分析软件对数据进行单因素方差分析(显著性水平设置为0.05),差异显著时用LSD法进行多重比较,结果均以“平均值±标准差”表示。
2 结果与分析 2.1 不同物候期牧草的矿物质元素含量由表 3可知,青草期牧草的Na、Mg、Fe、Mn和Cu含量显著高于其他物候期(P<0.05),枯草期牧草的K、Ca和Co含量显著高于其他物候期(P<0.05),牧草的Zn含量随着物候期呈现增加趋势,其中枯草期含量显著低于其他物候期(P<0.05)。
由表 4可知,青草期牦牛的产奶量显著高于其他物候期(P<0.05),枯草期和返青期牦牛的产奶量无显著差异(P>0.05),且枯黄期和返青期的产奶量也无显著差异(P>0.05),全年4期放牧牦牛产奶量从高到低分别为青草期、枯黄期、返青期和枯草期。青草期牦牛乳中K、Na、Ca、Mg、Mn和Cu含量显著高于其他物候期(P<0.05),枯草期乳中Co含量显著高于其他物候期(P<0.05),而乳中Fe和Zn含量在枯黄期较高(P<0.05)。
由表 5可知,不同物候期牧草与牦牛乳中的Na、Mg、Mn、Co、Cu含量的相关性显著(P<0.05),相关系数分别为0.723、0.996、0.975、0.981、0.967。
牧草作为牦牛矿物质营养的主要来源之一,直接影响放牧家畜体内的营养状况和生长性能[10]。因此,对天然草地不同物候期牧草中矿物质营养进行研究,对畜牧业的发展具有重要的指导意义。许多研究表明,牧草中矿物质元素含量在冷季和暖季呈现不同的变化。本试验中牧草K含量在枯草期高于返青期,这与罗晓林等[11]报道的青海省环湖地区牧草K含量冷季高于暖季这一结果一致,同时,枯草期和枯黄期牧草中K含量在NRC(2016)[12]报道的肉牛K需要量0.5%~0.7% DM范围内,而返青期和青草期牧草中K的含量远低于此范围,表明冷季牧草中K能满足家畜的需求,而暖季则不满足,其原因可能是受植被种类、土壤环境等因素的影响。NRC(2016)报道,用于泌乳的肉牛Ca需要量为1.23 g/kg牛奶、Mg需要量为0.12 g/kg牛奶。本试验测得任何物候期牧草中Ca和Mg含量都远高于此值,表明该地区牧草中Ca和Mg完全能满足放牧家畜的需求;而牧草Na含量远低于Morris[13]报道的泌乳肉用母牛Na的需要量(0.1%),表明该地区牧草不能满足放牧家畜对Na的需求。本试验中Co在任何物候期的含量均高于NRC(2016)报道的肉牛饲粮中Co的需要量推荐值(0.15 mg/kg DM),表明该地区牧草能满足泌乳牦牛对Co的需求。NRC(2016)报道肉牛对Fe的需要量约为50 mg/kg饲粮;Underwood[14]报道,牛对Fe的需要量为30~60 mg/kg。本试验测得牧草中Fe含量在任何物候期均大于50 mg/kg,并且高于李万栋[15]报道的青海海北州生长期牦牛对Fe的需要量范围(20~40 mg/kg),表明该地区牧草中Fe能满足放牧家畜的需求。据付华等[16]、钟金凤等[17]报道,牧草中Mn的适宜水平为20~60 mg/kg,20 mg/kg以下则为缺乏。NRC(2016)报道生长肥育牛饲粮中Mn的需要量大约为20 mg/kg饲粮,本试验测得Mn含量除枯黄期外,其他物候期均在此范围内,且返青期和青草期的含量均与薛艳峰[18]报道的生长期牦牛饲粮中Mn含量的范围(40.0~60.0 mg/kg)一致,表明牧草中Mn除枯黄期外,其他物候期均能满足放牧牦牛的需求。NRC(2016)报道肉牛饲粮中Zn的推荐需要量是30 mg/kg DM;Underwood[14]报道,牛对于Zn的需要量为30~56 mg/kg;李万栋[15]报道生长期牦牛Zn的需要量为20~40 mg/kg,本试验测得枯草期牧草中Zn含量为20.3 mg/kg,其他物候期均低于此范围,表明该地区牧草中Zn极度匮乏,不能满足放牧泌乳牦牛的需求。ARC(1980)[19]建议青年母牛和妊娠母牛Cu的需求量为10.7~15.4 mg/kg。NRC(2016)报道Cu的需要量变化范围为4~15 mg/kg DM。李光辉等[20]认为牧草中Cu含量高于5 mg/kg方可维持牧草的正常生长,低于3~5 mg/kg为缺乏。薛艳峰[18]报道生长期牦牛饲粮中Cu含量的范围是10.0~20.0 mg/kg,本试验测得牧草中Cu含量在青草期最高,为6.36 mg/kg,由于泌乳期牦牛对Cu的需求量高于普通牛种,表明该地区牧草Cu不能满足牦牛的需求。
3.2 不同物候期牦牛产奶量及乳中矿物质元素含量泌乳作为母牦牛主要的生产性能之一,其乳中的矿物质营养极其重要[21]。据李亚茹等[5]报道,牦牛日产奶量为3.3 kg/d;郭宪等[22]报道,青海地区9月份牦牛平均日产奶量为3.1 kg/d。本试验结果表明,该地区泌乳牦牛日产奶量普遍较低,最高只有1.04 kg/d,这可能与该地区牦牛的遗传、挤奶设备、环境气候等因素有关[23-24]。乳中K和Na含量在枯草期低于马露[25]报道的2—4月份青海牦牛乳中K和Na含量(1 361.60、319.04 μg/mL),其他物候期均高于此值。乳中Ca、Mg和Mn含量在任何物候期均低于马露[25]报道的乳中Ca、Mg、Mn含量(1 046.97、110.91、0.46 mg/L),而Co含量在任何物候期均显著高于马露[25]报道的值,表明该地区牦牛乳中Ca、Mg、Mn含量极低,Co含量较为丰富,但这与何立荣等[8]报道的荷斯坦奶牛乳中矿物质含量相比,牦牛乳中Mg和Mn略显丰富。NRC(2016)报道牛乳中Zn含量为3~5 mg/L,而本试验牦牛乳中Zn含量在任何物候期均在此范围内,而且与罗玉珠等[3]报道的青海果洛与天峻地区牦牛乳中Zn含量相差不大,表明该地区牦牛乳中Zn含量较为丰富。李亚茹等[5]报道,青海牦牛乳中Fe含量为5.70 mg/L,本试验测得任何物候期牦牛乳中Fe含量均低于此值,同时低于罗玉珠等[3]报道的青海果洛与天峻牦牛乳中的Fe含量,表明该地区牦牛乳中Fe含量极低。本试验测得牦牛乳中Cu含量在青草期最高,可达1.04 mg/L,这一结果高于罗玉珠等[3]报道的青海果洛与天峻地区牦牛乳中Cu含量,但低于李亚茹[5]报道的值,表明牦牛乳中Cu含量受地区差异影响较大。
3.3 三江源草场全年牧草和牦牛乳中矿物质元素含量的关系牧草的季节变化会直接影响牦牛一年四季的营养状况,从而影响到牦牛乳中矿物质元素的含量[26]。目前,对于牧草与牦牛或绵羊血液之间矿物质相关性的研究较多,而对于牧草与牦牛乳之间矿物质元素相关性的研究较少。据辛国省[1]报道,青藏高原东北缘牧草与牦牛血液中Mg、Cu和Co含量有显著的相关性;Fan等[26]报道,祁连山区域天然牧草与绵羊血清中Na、Mg和Mn含量有显著相关性。本试验测得牦牛乳中Na、Mg、Mn、Co、Cu含量的变化与牧草中对应元素含量变化一致,呈正相关,而乳中K、Ca、Fe和Zn含量与牧草中对应元素不相关。牧草中K含量冷季高于暖季,而乳中K含量则表现为暖季高于冷季,其原因可能是乳中的K和Na直接来源于血液,在乳中完全以离子状态存在,不同于血液中高Na低K的组成[27-28]。牧草中Ca含量能满足牦牛需求,而乳中Ca含量极低,其原因可能是牦牛所摄取牧草中的Ca绝大多数以磷酸钙盐的形式存在于骨骼和牙齿中,其余以离子或其他形式存在于细胞外液中[29]。牧草中Fe含量能满足牦牛的需求,而乳中Fe含量较低,其原因可能是牦牛对于牧草中Fe的吸收受其化学形式的影响。Zn含量在不同物候期牧草中极低,均不能满足牦牛的需求,而在乳中其含量较为丰富,其原因可能是牦牛对于Zn与Cu的吸收存在相互拮抗作用,Cu含量极少,而Zn含量较为丰富[30]。
4 结 论① 不同物候期牧草中Ca、Mg、Fe和Co含量较丰富,能满足放牧牦牛对这4种元素的需求,Na、Cu和Zn含量不能满足放牧牦牛的需求。牦牛产奶量随物候期呈现先增加后降低趋势,乳中Co和Zn含量较为丰富,K和Na含量在青草期较丰富,Ca、Mg、Fe、Cu和Mn含量极低。因此,为保证牧草资源的可持续利用和泌乳牦牛的矿物质营养需要,不仅要加大对该地区草场的保护力度,减轻草场放牧压力,还应对泌乳牦牛饲粮添加富含Na和Cu元素的补充剂。
② 不同物候期牧草与牦牛乳中Na、Mg、Mn、Co和Cu含量呈正相关。
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