雌激素在不同畜禽粪便堆肥过程中的降解研究

摘要：近年来随着集约化养殖规模不断扩大，通过畜禽粪便进入环境中的雌激素超出环境容量，因此急需开展畜禽养殖排放内源雌激素的相关控制技术研究，从而降低其环境污染风险。本文对内源固醇类雌激素在不同畜禽粪便堆肥过程中的降解影响因素进行研究。研究结果为畜禽养殖排放的内源类固醇雌激素的污染控制提供理论依据。

关键词：雌激素；畜禽粪便；堆肥

中图分类号： X713 文献标识码： A DOI编号： 10.14025/j.cnki.jlny.2016.23.042

近年来随着集约化养殖规模不断扩大，通过畜禽粪便进入环境中的雌激素超出环境容量[1，2，3]，由畜禽养殖场粪尿进入环境中的内源类固醇雌激素（简称雌激素）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]，微量内源类固醇雌激素便可强烈干扰人类和其他动物的内分泌系统，改变机体在发育和成年阶段胞内信号肽过程，从而导致发育、行为和生殖问题[6]。然而由于对雌激素滥用及污染危害缺乏有效的认识，国内关于雌激素的研究起步较晚且介于刚起步阶段。刘姝芳等[7]在对东北三省畜禽养殖类固醇激素排放及其潜在污染风险进行研究时，以东北三省畜禽养殖数量统计数据和养殖结构分析为基础，发现在1998年～2008年的10年间，吉林省的类固醇激素排放量分别增长1951.1公斤，东北三省各城市中畜禽粪便类固醇雌激素排放量最大的是长春，达到874.7公斤。因此亟需开展畜禽养殖排放内源雌激素的相关控制技术研究，从而降低其环境污染风险。

针对我国集约化养殖现状研究畜禽粪便资源化利用过程中雌激素在环境中的迁移变化和降解行为开展研究，以便找到较为合理的处理处置方法，对农产品安全生产具有重要的理论和现实意义。因此畜禽养殖排放的内源类固醇雌激素的污染控制开始成为环境科学与工程领域的研究热点。本文对内源固醇类雌激素在不同畜禽粪便堆肥过程中的降解影响因素进行研究。研究结果为畜禽养殖排放的内源类固醇雌激素的污染控制提供理论依据。

1 研究材料与方法

1.1 研究材料

1.1.1 实验仪器 恒温恒湿人工培养箱（型号：HSX150；生产商：上海柏欣仪器设备厂）、高效液相色谱分析仪（型号：Agilent1200；生产商：USA）、紫外检测器（型号：Agilent1200；生产商：USA）、数控超声波清洗器（型号：KQ-500DB；生产商：昆山市超声仪器有限公司）、日立速冷冻离心机（型号：CR21G；生产商：北京珍永伟科技发展有限公司）。

1.1.2 实验试剂 标准品：E1；溶剂：甲醇、乙酸乙酷、正己烷、乙腈和丙酮；氮气（纯度99.999%，北京化学试剂公司）；无水硫酸钠（北京化学试剂公司）；碳酸钠和碳酸氢钠晶体（北京化学试剂公司），浓度为1.0mg/ml的储备溶液均用级甲醇配制，实验用工作溶液用HPLC级甲醇稀释储备液配制而成。其余试剂均为分析纯，所有试剂比均为体积比。

1.2 研究方法

1.2.1 样品采集 试验采用的畜禽粪便分别为泌乳奶牛粪、泌乳期母猪粪和蛋鸡粪，样品采集方法按照环境监测采样规范，采集吉林省长春市周边大型畜禽养殖场新鲜粪便。试验所用粪便本的物理化学性质见表1所示。

1.2.2 畜禽粪便堆肥过程中内源雌激素的降解动态 测定畜禽粪便堆肥过程中，分别在第0天、10天、20天、30天、40天、50天和60天测定温度变化和pH变化，测定厌氧、好氧和好氧/厌氧E1动态变化，探讨不同堆肥方式下不同粪便中不同雌激素在自然降解动态。

1.2.3 分析方法 本研究采用的是高效液相色谱法[8]。

1.3 数据处理

数据和图表处理用Excel 2013及DPS 7. 05进行统计分析，多重比较采用LSD新复极差法检验，显著水平为5%。

2 试验结果

研究了畜禽粪便堆肥过程中温度变化和pH变化，绘制了厌氧、好氧和好氧/厌氧E1动态变化及降解曲线。

2.1 畜禽粪便堆肥过程中温度变化

从图1中看出，三种畜禽粪便在堆肥过程中温度变化基本上呈现相同趋势，随着堆肥时间增加温度先增加后降低，然后趋于平衡，在第10天三种畜禽粪便堆肥温度达到峰值，为50℃左右，后期温度趋于26.5℃左右，同时三种畜禽粪便堆肥温度无差异。

2.2 畜禽粪便堆肥过程中pH变化

从图2中看出，三种畜禽粪便在堆肥过程中pH变化基本上呈现相同趋势，随着堆肥时间增加pH先增加后降低，然后趋于平衡，在第10天左右三种畜禽粪便堆pH达到峰值，为8.4左右，后期pH趋于7.3左右，同时三种畜禽粪便堆肥pH无差异。

2.3 厌氧条件下畜禽粪便堆肥过程中E1动态变化

如图3所示，牛粪、猪粪和鸡粪3种畜禽粪便中E1浓度随时间增加浓度呈现先增加后降低趋势，在第20天达到最大值，猪粪中E1浓度最大为0.17毫克/公斤，后期浓度趋于零。

2.4 好氧条件下畜禽粪便堆肥过程中E1动态变化

图4所示，牛粪、猪粪和鸡粪3种畜禽粪便中E1浓度随时间增加浓度呈现先增加后降低趋势，在第30天达到最大值，鸡粪中E1浓度最大为0.88毫克/公斤。

2.5 好氧/厌氧条件下畜禽粪便堆肥过程中E1动态变化

图5所示，牛粪、猪粪和鸡粪3种畜禽粪便中E1浓度随时间增加浓度呈现先增加后降低再增加再降低趋势，在第20天和第50天有两个峰值，分别为牛粪0.51毫克/公斤和鸡粪0.44毫克/公斤。

3 结论

鸡粪、猪粪和牛粪三种畜禽粪便堆肥过程中温度和pH随着堆肥时间增加呈现先增加后降低，然后趋于平衡趋势，在第10天左右三种畜禽粪便堆温度和pH均达到峰值，三种畜禽粪便类型之间堆肥温度和pH无差异。

厌氧、好氧和厌氧/好氧条件下，牛粪、猪粪和鸡粪3种畜禽粪便中E1浓度随时间增加，浓度呈现先增加后降低趋势。

参考文献

[1]李艳霞，韩伟，林春野，李帷，杨明，张丰松. 畜禽养殖过程中雌激素的排放及其环境行为[J]. 生态学报，2010，04：1058-1065.

[2]李艳霞，刘姝芳，张雪莲，刘蓓，王靖，冯成洪，朱铁群. 我国直辖市畜禽养殖排放类固醇激素特征及其潜在污染风险[J]. 环境科学学报，2013，08：2314-2323.

[3]陈蕾，王郑，曹世玮. 畜禽养殖排放的雌激素对周边水体环境的影响[J]. 生态环境学报，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]刘姝芳，李艳霞，张雪莲，冯成洪，鲁肖飞，杨明，李帷，朱铁群，黄泽春. 东北三省畜禽养殖类固醇激素排放及其潜在污染风险[J]. 环境科学，2013（08）：3180-3187.

[8]刘敏. 畜禽粪便土地利用中典型内固醇雌激素的分析和降解研究[D].暨南大学，2011.

作者简介：佟韶洋，吉林农业大学资源与环境学院，在读硕士研究生，研究方向：畜禽粪便中外源雌激素降解。