雌激素在不同畜禽糞便堆肥過(guò)程中的降解研究

摘要：近年來(lái)隨著集約化養(yǎng)殖規(guī)模不斷擴(kuò)大，通過(guò)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(kāi)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(xiǎn)。本文對(duì)內(nèi)源固醇類(lèi)雌激素在不同畜禽糞便堆肥過(guò)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(lèi)固醇雌激素的污染控制提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：雌激素；畜禽糞便；堆肥

中圖分類(lèi)號(hào)： X713 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A DOI編號(hào)： 10.14025/j.cnki.jlny.2016.23.042

近年來(lái)隨著集約化養(yǎng)殖規(guī)模不斷擴(kuò)大，通過(guò)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(chǎng)糞尿進(jìn)入環(huán)境中的內(nèi)源類(lèi)固醇雌激素（簡(jiǎn)稱(chēng)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?jī)?nèi)源類(lèi)固醇雌激素便可強(qiáng)烈干擾人類(lèi)和其他動(dòng)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(hào)肽過(guò)程，從而導(dǎo)致發(fā)育、行為和生殖問(wèn)題[6]。然而由于對(duì)雌激素濫用及污染危害缺乏有效的認(rèn)識(shí)，國(guó)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(duì)東北三省畜禽養(yǎng)殖類(lèi)固醇激素排放及其潛在污染風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行研究時(shí)，以東北三省畜禽養(yǎng)殖數(shù)量統(tǒng)計(jì)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(lèi)固醇激素排放量分別增長(zhǎng)1951.1公斤，東北三省各城市中畜禽糞便類(lèi)固醇雌激素排放量最大的是長(zhǎng)春，達(dá)到874.7公斤。因此亟需開(kāi)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(xiǎn)。

針對(duì)我國(guó)集約化養(yǎng)殖現(xiàn)狀研究畜禽糞便資源化利用過(guò)程中雌激素在環(huán)境中的遷移變化和降解行為開(kāi)展研究，以便找到較為合理的處理處置方法，對(duì)農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。因此畜禽養(yǎng)殖排放的內(nèi)源類(lèi)固醇雌激素的污染控制開(kāi)始成為環(huán)境科學(xué)與工程領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本文對(duì)內(nèi)源固醇類(lèi)雌激素在不同畜禽糞便堆肥過(guò)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(lèi)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(shí)驗(yàn)儀器 恒溫恒濕人工培養(yǎng)箱（型號(hào)：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(hào)：Agilent1200；生產(chǎn)商：USA）、紫外檢測(cè)器（型號(hào)：Agilent1200；生產(chǎn)商：USA）、數(shù)控超聲波清洗器（型號(hào)：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(hào)：CR21G；生產(chǎn)商：北京珍永偉科技發(fā)展有限公司）。

1.1.2 實(shí)驗(yàn)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?dú)猓兌?9.999%，北京化學(xué)試劑公司）；無(wú)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(chǔ)備溶液均用級(jí)甲醇配制，實(shí)驗(yàn)用工作溶液用HPLC級(jí)甲醇稀釋儲(chǔ)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(yàn)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(cè)采樣規(guī)范，采集吉林省長(zhǎng)春市周邊大型畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)新鮮糞便。試驗(yàn)所用糞便本的物理化學(xué)性質(zhì)見(jiàn)表1所示。

1.2.2 畜禽糞便堆肥過(guò)程中內(nèi)源雌激素的降解動(dòng)態(tài) 測(cè)定畜禽糞便堆肥過(guò)程中，分別在第0天、10天、20天、30天、40天、50天和60天測(cè)定溫度變化和pH變化，測(cè)定厭氧、好氧和好氧/厭氧E1動(dòng)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(dòng)態(tài)。

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(jì)分析，多重比較采用LSD新復(fù)極差法檢驗(yàn)，顯著水平為5%。

2 試驗(yàn)結(jié)果

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

2.1 畜禽糞便堆肥過(guò)程中溫度變化

從圖1中看出，三種畜禽糞便在堆肥過(guò)程中溫度變化基本上呈現(xiàn)相同趨勢(shì)，隨著堆肥時(shí)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(shí)三種畜禽糞便堆肥溫度無(wú)差異。

2.2 畜禽糞便堆肥過(guò)程中pH變化

從圖2中看出，三種畜禽糞便在堆肥過(guò)程中pH變化基本上呈現(xiàn)相同趨勢(shì)，隨著堆肥時(shí)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(shí)三種畜禽糞便堆肥pH無(wú)差異。

2.3 厭氧條件下畜禽糞便堆肥過(guò)程中E1動(dòng)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(shí)間增加濃度呈現(xiàn)先增加后降低趨勢(shì)，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。

2.4 好氧條件下畜禽糞便堆肥過(guò)程中E1動(dòng)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(shí)間增加濃度呈現(xiàn)先增加后降低趨勢(shì)，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(guò)程中E1動(dòng)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(shí)間增加濃度呈現(xiàn)先增加后降低再增加再降低趨勢(shì)，在第20天和第50天有兩個(gè)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(guò)程中溫度和pH隨著堆肥時(shí)間增加呈現(xiàn)先增加后降低，然后趨于平衡趨勢(shì)，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(lèi)型之間堆肥溫度和pH無(wú)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(shí)間增加，濃度呈現(xiàn)先增加后降低趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)

[1]李艷霞，韓偉，林春野，李帷，楊明，張豐松. 畜禽養(yǎng)殖過(guò)程中雌激素的排放及其環(huán)境行為[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)，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(guó)直轄市畜禽養(yǎng)殖排放類(lèi)固醇激素特征及其潛在污染風(fēng)險(xiǎn)[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2013，08：2314-2323.

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

[4]Snyder S A， Villeneuve D L， Snyder E M， et al. Identification and quantification of estrogen receptor agonists in 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(lèi)固醇激素排放及其潛在污染風(fēng)險(xiǎn)[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.

作者簡(jiǎn)介：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。