雌激素在不同畜禽糞便堆肥過程中的降解研究

佟韶洋

（吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，吉林 長春 130118）

雌激素在不同畜禽糞便堆肥過程中的降解研究

佟韶洋

（吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，吉林 長春 130118）

近年來隨著集約化養(yǎng)殖規(guī)模不斷擴(kuò)大，通過畜禽糞便進(jìn)入環(huán)境中的雌激素超出環(huán)境容量，因此急需開展畜禽養(yǎng)殖排放內(nèi)源雌激素的相關(guān)控制技術(shù)研究，從而降低其環(huán)境污染風(fēng)險。本文對內(nèi)源固醇類雌激素在不同畜禽糞便堆肥過程中的降解影響因素進(jìn)行研究。研究結(jié)果為畜禽養(yǎng)殖排放的內(nèi)源類固醇雌激素的污染控制提供理論依據(jù)。

雌激素；畜禽糞便；堆肥

近年來隨著集約化養(yǎng)殖規(guī)模不斷擴(kuò)大，通過畜禽糞便進(jìn)入環(huán)境中的雌激素超出環(huán)境容量[1,2,3]，由畜禽養(yǎng)殖場糞尿進(jìn)入環(huán)境中的內(nèi)源類固醇雌激素 (簡稱雌激素)主要包括雌酮(E1)、17α 雌二醇（17α-E2）、17β 雌二醇（17β-E2）和雌三醇（E3）[4,5]，微量內(nèi)源類固醇雌激素便可強(qiáng)烈干擾人類和其他動物的內(nèi)分泌系統(tǒng)，改變機(jī)體在發(fā)育和成年階段胞內(nèi)信號肽過程，從而導(dǎo)致發(fā)育、行為和生殖問題[6]。然而由于對雌激素濫用及污染危害缺乏有效的認(rèn)識，國內(nèi)關(guān)于雌激素的研究起步較晚且介于剛起步階段。劉姝芳等[7]在對東北三省畜禽養(yǎng)殖類固醇激素排放及其潛在污染風(fēng)險進(jìn)行研究時，以東北三省畜禽養(yǎng)殖數(shù)量統(tǒng)計數(shù)據(jù)和養(yǎng)殖結(jié)構(gòu)分析為基礎(chǔ)，發(fā)現(xiàn)在1998年～2008年的 10年間，吉林省的類固醇激素排放量分別增長1951.1公斤，東北三省各城市中畜禽糞便類固醇雌激素排放量最大的是長春，達(dá)到874.7公斤。因此亟需開展畜禽養(yǎng)殖排放內(nèi)源雌激素的相關(guān)控制技術(shù)研究，從而降低其環(huán)境污染風(fēng)險。

針對我國集約化養(yǎng)殖現(xiàn)狀研究畜禽糞便資源化利用過程中雌激素在環(huán)境中的遷移變化和降解行為開展研究，以便找到較為合理的處理處置方法，對農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)具有重要的理論和現(xiàn)實意義。因此畜禽養(yǎng)殖排放的內(nèi)源類固醇雌激素的污染控制開始成為環(huán)境科學(xué)與工程領(lǐng)域的研究熱點。本文對內(nèi)源固醇類雌激素在不同畜禽糞便堆肥過程中的降解影響因素進(jìn)行研究。研究結(jié)果為畜禽養(yǎng)殖排放的內(nèi)源類固醇雌激素的污染控制提供理論依據(jù)。

1 研究材料與方法

1.1 研究材料

1.1.1 實驗儀器 恒溫恒濕人工培養(yǎng)箱（型號：HSX150；生產(chǎn)商：上海柏欣儀器設(shè)備廠）、高效液相色譜分析儀（型號：Agilent1200；生產(chǎn)商：USA）、紫外檢測器（型號：Agilent1200；生產(chǎn)商：USA）、數(shù)控超聲波清洗器（型號：KQ-500DB；生產(chǎn)商：昆山市超聲儀器有限公司）、日立速冷凍離心機(jī)（型號：CR21G；生產(chǎn)商：北京珍永偉科技發(fā)展有限公司）。

1.1.2 實驗試劑 標(biāo)準(zhǔn)品：E1；溶劑：甲醇、乙酸乙酷、正己烷、乙腈和丙酮；氮氣（純度 99.999%，北京化學(xué)試劑公司）；無水硫酸鈉（北京化學(xué)試劑公司）；碳酸鈉和碳酸氫鈉晶體（北京化學(xué)試劑公司），濃度為1.0mg/ml的儲備溶液均用級甲醇配制，實驗用工作溶液用HPLC級甲醇稀釋儲備液配制而成。其余試劑均為分析純，所有試劑比均為體積比。

1.2 研究方法

1.2.1 樣品采集 試驗采用的畜禽糞便分別為泌乳奶牛糞、泌

乳期母豬糞和蛋雞糞，樣品采集方法按照環(huán)境監(jiān)測采樣規(guī)范，采集吉林省長春市周邊大型畜禽養(yǎng)殖場新鮮糞便。試驗所用糞便本的物理化學(xué)性質(zhì)見表1所示。

1.2.2 畜禽糞便堆肥過程中內(nèi)源雌激素的降解動態(tài) 測定畜禽糞便堆肥過程中，分別在第 0天、10天、20天、30天、40天、50天和60天測定溫度變化和 pH變化，測定厭氧、好氧和好氧/厭氧E1動態(tài)變化，探討不同堆肥方式下不同糞便中不同雌激素在自然降解動態(tài)。

表1 供試糞便的物理化學(xué)性質(zhì)

1.2.3 分析方法 本研究采用的是高效液相色譜法[8]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)和圖表處理用 Excel 2013及 DPS 7.05進(jìn)行統(tǒng)計分析，多重比較采用LSD新復(fù)極差法檢驗，顯著水平為5%。

2 試驗結(jié)果

研究了畜禽糞便堆肥過程中溫度變化和pH變化，繪制了厭氧、好氧和好氧/厭氧 E1動態(tài)變化及降解曲線。

2.1 畜禽糞便堆肥過程中溫度變化

從圖1中看出，三種畜禽糞便在堆肥過程中溫度變化基本上呈現(xiàn)相同趨勢，隨著堆肥時間增加溫度先增加后降低，然后趨于平衡，在第10天三種畜禽糞便堆肥溫度達(dá)到峰值，為50℃左右，后期溫度趨于 26.5℃左右，同時三種畜禽糞便堆肥溫度無差異。

2.2 畜禽糞便堆肥過程中 pH變化

從圖2中看出，三種畜禽糞便在堆肥過程中pH變化基本上呈現(xiàn)相同趨勢，隨著堆肥時間增加pH先增加后降低，然后趨于平衡，在第 10天左右三種畜禽糞便堆pH達(dá)到峰值，為8.4左右，后期 pH趨于 7.3左右，同時三種畜禽糞便堆肥 pH無差異。

2.3 厭氧條件下畜禽糞便堆肥過程中E1動態(tài)變化

如圖 3所示，牛糞、豬糞和雞糞 3種畜禽糞便中E1濃度隨時間增加濃度呈現(xiàn)先增加后降低趨勢，在第20天達(dá)到最大值，豬糞中 E1濃度最大為 0.17毫克 /公斤，后期濃度趨于零。

圖1 畜禽糞便堆肥過程中溫度變化

圖2 畜禽糞便堆肥過程中pH變化

圖3 厭氧條件下E1動態(tài)變化

圖4 好氧E1動態(tài)變化及降解曲線

圖5 好氧/厭氧E1動態(tài)變化及降解曲線

2.4 好氧條件下畜禽糞便堆肥過程中E1動態(tài)變化

圖4所示，牛糞、豬糞和雞糞3種畜禽糞便中 E1濃度隨時間增加濃度呈現(xiàn)先增加后降低趨勢，在第30天達(dá)到最大值，雞糞中 E1濃度最大為 0.88毫克 /公斤。

2.5 好氧/厭氧條件下畜禽糞便堆肥過程中 E1動態(tài)變化

圖5所示，牛糞、豬糞和雞糞3種畜禽糞便中 E1濃度隨時間增加濃度呈現(xiàn)先增加后降低再增加再降低趨勢，在第20天和第50天有兩個峰值，分別為牛糞 0.51毫克 /公斤和雞糞0.44毫克/公斤。

3 結(jié)論

雞糞、豬糞和牛糞三種畜禽糞便堆肥過程中溫度和pH隨著堆肥時間增加呈現(xiàn)先增加后降低，然后趨于平衡趨勢，在第10天左右三種畜禽糞便堆溫度和pH均達(dá)到峰值，三種畜禽糞便類型之間堆肥溫度和pH無差異。

厭氧、好氧和厭氧/好氧條件下，牛糞、豬糞和雞糞3種畜禽糞便中E1濃度隨時間增加，濃度呈現(xiàn)先增加后降低趨勢。

[1]李艷霞,韓偉,林春野,李帷,楊明,張豐松.畜禽養(yǎng)殖過程中雌激素的排放及其環(huán)境行為 [J].生態(tài)學(xué)報,2010,04: 1058-1065.

[2]李艷霞,劉姝芳,張雪蓮,劉蓓,王靖,馮成洪,朱鐵群.我國直轄市畜禽養(yǎng)殖排放類固醇激素特征及其潛在污染風(fēng)險[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報,2013,08:2314-2323.

[3]陳蕾,王鄭,曹世瑋.畜禽養(yǎng)殖排放的雌激素對周邊水體環(huán)境的影響[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報,2014,02:359-364.

[4]Snyder S A,Villeneuve D L,Snyder E M,et al.Identification and quantification ofestrogen receptoragonistsin wastewater effluents.[J].Environmental Science&Technology, 2001,35(18):3620-3625.

[5]Kolodziej E P,Harter T,Sedlak D L.Dairy wastewater,aquaculture,and spawning fish as sources of steroid hormones in the aquatic environment.[J].Environmental Science& Technology,2005,38(23):6377-6384.

[6]Hashimoto T,Murakami T.Removal and degradation characteristics of natural and synthetic estrogens by activated sludge in batch experiments[J].Water Research,2009,43(3): 573-582.

[7]劉姝芳,李艷霞,張雪蓮,馮成洪,魯肖飛,楊明,李帷,朱鐵群,黃澤春.東北三省畜禽養(yǎng)殖類固醇激素排放及其潛在污染風(fēng)險[J].環(huán)境科學(xué),2013(08):3180-3187.

[8]劉敏.畜禽糞便土地利用中典型內(nèi)固醇雌激素的分析和降解研究[D].暨南大學(xué),2011.

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A

10.14025/j.cnki.jlny.2016.23.042

佟韶洋，吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，在讀碩士研究生，研究方向：畜禽糞便中外源雌激素降解。