研究最佳管理实践对加利福尼亚草地溪流水中粪便指示菌（Giardia spp. 和 Cryptosporidium spp.）的影响

牛围栏实施改善加州湿地水质与生态健康研究显示，应用最佳管理实践（BMPs）特别是野生动物友好型牛围栏可使下游大肠杆菌浓度降低28个单位/100毫升，显著减少超标水样比例，但对隐孢子虫和贾第鞭毛虫影响不显著，证实BMPs在多用途湿地生态系统的有效性。

　　

Ariel Loredo|Sharif Aly|Nick Graham|Carrie Monohan|Brian H. Bird|Andrea Packham|Woutrina A. Smith

美国加利福尼亚大学戴维斯分校兽医学院，The One Health Institute，邮编95616

摘要

加利福尼亚州湿地草甸数量和功能的减少通常与流域抗旱能力下降及水质恶化有关。本研究重点探讨了通过实施最佳管理实践（BMPs），特别是对野生动物友好的、能够阻挡牛群进入的围栏（同时允许野生动物通行），来改善草甸健康状况和水质。这项纵向研究监测了2017年至2022年间溪流水中粪便指示菌和粪便病原体的浓度。监测指标包括总大肠菌群、大肠杆菌、贾第虫囊肿和隐孢子虫卵囊以及水文参数。采用混合效应负二项式和逻辑回归模型评估了这种围栏措施的效果。根据EPA方法1623的检测结果，溪流水体中大肠杆菌、贾第虫和隐孢子虫超过水质标准的总体发生率分别为12.9%、17.7%和27.1%。当在下游区域设置这种围栏时，溪流样本中的大肠杆菌浓度降低了28个/100毫升。此外，在设置了围栏的情况下，超过加州水资源控制委员会规定的水质标准的样本数量显著减少。研究未发现围栏与贾第虫或隐孢子虫的存在之间存在统计学上的关联。水文数据显示，山谷底部的蓄水量随时间增加，并且全年释放速度更加缓慢。这表明湿地草甸的功能正在恢复，说明在包含牧场经营在内的多用途湿地草甸生态系统中，采用包括对野生动物友好的围栏在内的最佳管理实践有助于改善地表水质量和生态系统健康。

引言

内华达山脉是一个丰富多样的生态系统，人类活动对其自然环境的影响十分明显。例如，长期将湿地草甸用于牧场养殖和其他基础设施建设导致源头生态系统的退化（Gross和Coppoletta，2013年）。人类活动对山地草甸的破坏改变了地表与地下水的相互作用，加剧了土壤侵蚀，并影响了水质和水量动态（Gross和Coppoletta，2013年；Long和Karen，2014年）。这些影响也波及下游社区，目前有许多修复工作正在进行中。

牧场养殖可能导致地表水质恶化，例如粪便指示菌浓度升高（Derlet等人，2012年；Wilson和Everard，2018年）。因此，人们制定了最佳管理实践（BMPs）以减轻负面影响。在牧场管理方面，这些措施可能包括：禁止牲畜进入；安装太阳能供电的饮水设施，将水源设置在远离敏感河岸的区域；并根据植被状况进行可持续放牧。研究表明，采取这些措施可以减少牲畜放牧的影响（Roche等人，2013年；Wilson和Everard，2018年）。

本研究在加利福尼亚州普卢马斯县的红三叶草谷（Red Clover Valley）进行，该地区是一个大型多用途湿地草甸生态系统。研究地点“Clover Valley Ranch”占地约850公顷，属于一个正在恢复湿地草甸的牧场。研究区域内有两条溪流：红三叶草溪（Red Clover Creek，RC）和迪克西溪（Dixie Creek，DC）（见图1）。研究同时实施了多项恢复湿地草甸生态系统的措施，包括：在河流沿线设置对野生动物友好的围栏；实施轮牧制度（空间和季节性调整）；安装太阳能供电的饮水设施；以及建造一系列岩石坝和仿海狸坝（BDAs）以增加蓄水量并减缓水流速度，模拟历史上的原始草甸环境。监测内容包括水文数据、植被状况、碳封存分析、野生动物观察和水质评估。2017年至2022年间，定期监测了地表溪流水中的总大肠菌群、大肠杆菌、贾第虫和隐孢子虫的浓度。

在像红三叶草谷这样的多用途生态系统中，需要特别关注通过粪便传播的水传播病原体的动态和传播途径（Harwood等人，2018年）。某些微生物具有动物源性，可导致人类和动物感染疾病。粪便指示菌（FIB）用于监测粪便污染情况，因为它们与病原体风险增加有关。通过粪便污染传播的原生动物病原体常引发胃肠道疾病（Boarato-David等人，2017年；Gulmar?es等人，2017年）。其中，贾第虫每年在美国导致约110万例病例（美国新发和人畜共患病中心，2023年），隐孢子虫每年导致约82.3万例病例（美国新发和人畜共患病中心，2025年）。

减少地表水中这些病原体的浓度和负荷是当前研究的重点。现有文献推荐两种减少流域污染的方法：1）增加水道周围的植被覆盖长度和厚度；2）设置阻挡牲畜进入的围栏（Atwill等人，2006年；Atwill等人，2002年；Daniels等人，2014年；Hogan等人，2013年；Lewis等人，2010年；Lewis等人，2009年；Miller等人，2010年；Miller等人，2010年；Miller等人，2008年；Miller等人，2007年；Tate等人，2006年）。然而，关于围栏效果的先前研究结果不一，且尚未评估对野生动物友好的围栏的实际效果（Grudzinski等人，2020年；Lewis等人，2010年；Muirhead，2019年；Wilkes等人，2013年）。

本研究假设对野生动物友好的围栏能够减少地表水中的粪便指示菌和病原体。研究期间对溪流水质进行了五年监测，并评估了总大肠菌群和大肠杆菌是否可以作为贾第虫或隐孢子虫传播的替代指标。研究背景是结合最佳管理实践进行湿地草甸恢复，以创建更健康的生态系统。

研究方法

野外方法

在红三叶草谷牧场选取了六个地点作为监测点，分别位于两条溪流的上游、中游和下游。这些地点依次命名为DC-1至DC-3和RC-1至RC-3（见图1）。2017年8月，在下游的迪克西溪和红三叶草溪站点安装了Solinst ? Levelogger 3压力传感器（Solinst Canada Ltd.，无具体日期），这些传感器安装在垂直静水井中。

结果

2019年6月至2022年11月期间，相机陷阱共记录到10,658次牛群出现的独立观察数据。三年间还观察到多种鸟类，包括鸣禽、水禽和猛禽，总观察次数为5,721次。最常见的陆地野生动物包括骡鹿（Odocoileus hemionus），出现570次；郊狼（Canis latrans），出现182次；黑熊（Ursus americanus），出现100次；以及落基山麋鹿（Cervus canadensis nelsoni）。

讨论

本研究评估了最佳管理实践（BMPs），特别是对野生动物友好的围栏，对湿地草甸生态系统恢复项目水质的影响。在五年的水质监测期间（2017–2022年），草甸的水文状况有所改善，水流速度的减缓对植被参数的后续改善起到了关键作用。设置对野生动物友好的围栏后，大肠杆菌的数量有所减少。

作者贡献声明

Ariel Loredo：负责撰写初稿、项目管理、方法设计、数据整理、概念构建。Smith Woutrina：负责审稿与编辑、项目管理、方法设计、数据整理、概念构建。Nicholas Graham：负责审稿与编辑、方法设计、数据整理。Carrie Monohan：负责审稿与编辑、项目管理、方法设计、数据整理。

利益冲突声明

作者声明没有已知的可能影响本文研究结果的财务利益冲突或个人关系。

致谢

特别感谢Claire Marie Kooi在2017年至2018年间进行的野外和实验室工作。同时感谢Ernesto Rojas-Sanchez在野外和实验室工作中的协助。本研究得到了加州鱼类与野生动物部门“湿地恢复以减少温室气体排放”项目以及“内华达山脉生态系统与社区韧性：Clover Valley Ranch恢复”项目的资助。