应用营养几何学原理探讨秦岭大熊猫的营养需求和觅食对策

Food is the basic nutritional source for animals survival and reproduction. The nutritional requirements of animals determine their foraging strategy directly. Previous studies indicated that animals faced various nutritional challenges and the nutritional imbalance of food is the most important one. Geometric Framework that developed on the base of the nutritional balance theory, was thought to be a very useful tool to explore the relationship between the forging strategy and nutritional requirements of animals, and has been used in the studies of nutritional ecology of many other species. The giant panda, as a high endangered species, has an interesting and long evolutionary history. It is a unique species in the order Carnivora that evolved to specialize (~99%) on various species of bamboo which is widely accepted to be a food with high fibre and low nutrients. Thus, how the giant panda adapts to this low quality food has always been a scientific question. In this project, we will conduct a study of nutritional ecology of giant panda in Qinling Mountains by tracking collared pandas, observing their foraging behavior, collecting bamboo and feces samples for nutritional analysis. We will then use nutritional geometry and ecological stoichiometry theory to explore the relationship between nutritional requirements and food selection. Also, combining the study of reproductive ecology of giant panda, we will determine how the food nutrients affect on the reproduction of pandas. Our goal is to reveal the relationship among the nutritional requirements, food quality and foraging strategy, and the adaptive mechanisms to the low quality food of the giant panda.

食物是动物生存和繁殖的基本营养来源，动物对营养物质的需求直接决定其觅食策略。研究发现，在动物面临的各种营养压力中，食物营养成分不均衡是最为重要的一种。几何框架模型（Geometrical Framework）就是在营养平衡理论基础上发展起来的，用于研究动物的营养需求和觅食策略之间关系的有效工具。大熊猫属于食肉目物种，但在长期的进化历程中，高度特化为以各种高纤维低营养的竹子为食。那么，大熊猫是如何适应这种单一而又低质量的食物的，一直是重要的科学问题。本研究拟借助GPS项圈技术，直接跟踪观察秦岭大熊猫的觅食行为，对竹子和粪便样品进行营养分析，利用营养几何模型和生态化学计量学原理在个体水平上研究大熊猫的营养需求与食物选择的关系；同时，结合大熊猫繁殖生态学研究，探讨食物营养对其繁殖活动的影响；以期揭示秦岭大熊猫的营养需求、食物质量和觅食策略之间的相互关系，以及大熊猫对竹子这类低质量食物的适应机制。

该项目以野生大熊猫野为研究对象，利用最先进的GPS跟踪技术，结合营养几何学分析方法，把行为观察与营养分析有机结合，研究秦岭大熊猫的觅食对策和营养需求，探讨关键营养物质在大熊猫生命活动中的重要作用，揭示大熊猫与环境资源的相互作用关系及其对环境的适应机制。研究结果表明，佛坪大熊猫存在显著的季节性海拔迁移，在巴山木竹和秦岭箭竹之间进行竹叶和竹笋的交换利用。根据熊猫对栖息地的利用时间，我们把高海拔区域设为夏居地，低海拔区域为冬居地。大熊猫每年9月至次年6月初在低海拔活动，以巴山木竹竹叶和竹笋为食；而夏季则向高海拔的夏居地迁移，取食秦岭箭竹竹笋和竹叶。营养学分析显示，竹子的不同部位间存在显著的营养差异，竹笋中的氮、磷含量高，而竹叶中的钙元素含量较高。大熊猫在食笋时期对氮、磷元素具有很高的消化利用率，显示这些物质在其生命活动中的重要作用。结合大熊猫的繁殖生物学研究，表明这种季节性营养物质的选择利用，有助于提高其繁殖的成功率。我们进一步对大熊猫觅食斑块选择策略开展研究，结果显示斑块的食物蛋白质含量和环境特征共同影响大熊猫的斑块选择。在上述研究基础上，我们提出了对大熊猫栖息地开展重点区域、重要季节的有效保护，满足大熊猫在不同时期对栖息地的利用需求。