雌激素在不同畜禽糞便堆肥過程中的降解研究

摘要：近年來隨著集約化養殖規模不斷擴大，通過畜禽糞便進入環境中的雌激素超出環境容量，因此急需開展畜禽養殖排放內源雌激素的相關控制技術研究，從而降低其環境污染風險。本文對內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行研究。研究結果為畜禽養殖排放的內源類固醇雌激素的污染控制提供理論依據。

關鍵詞：雌激素；畜禽糞便；堆肥

中圖分類號： X713 文獻標識碼： A DOI編號： 10.14025/j.cnki.jlny.2016.23.042

近年來隨著集約化養殖規模不斷擴大，通過畜禽糞便進入環境中的雌激素超出環境容量[1，2，3]，由畜禽養殖場糞尿進入環境中的內源類固醇雌激素（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]，微量內源類固醇雌激素便可強烈干擾人類和其他動物的內分泌系統，改變機體在發育和成年階段胞內信號肽過程，從而導致發育、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識，國內關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殖類固醇激素排放及其潛在污染風險進行研究時，以東北三省畜禽養殖數量統計數據和養殖結構分析為基礎，發現在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，達到874.7公斤。因此亟需開展畜禽養殖排放內源雌激素的相關控制技術研究，從而降低其環境污染風險。

針對我國集約化養殖現狀研究畜禽糞便資源化利用過程中雌激素在環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，對農產品安全生產具有重要的理論和現實意義。因此畜禽養殖排放的內源類固醇雌激素的污染控制開始成為環境科學與工程領域的研究熱點。本文對內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行研究。研究結果為畜禽養殖排放的內源類固醇雌激素的污染控制提供理論依據。

1 研究材料與方法

1.1 研究材料

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

1.1.2 實驗試劑 標準品：E1；溶劑：甲醇、乙酸乙酷、正己烷、乙腈和丙酮；氮氣（純度99.999%，北京化學試劑公司）；無水硫酸鈉（北京化學試劑公司）；碳酸鈉和碳酸氫鈉晶體（北京化學試劑公司），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境監測采樣規范，采集吉林省長春市周邊大型畜禽養殖場新鮮糞便。試驗所用糞便本的物理化學性質見表1所示。

1.2.2 畜禽糞便堆肥過程中內源雌激素的降解動態 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。

1.2.3 分析方法 本研究采用的是高效液相色譜法[8]。

1.3 數據處理

數據和圖表處理用Excel 2013及DPS 7. 05進行統計分析，多重比較采用LSD新復極差法檢驗，顯著水平為5%。

2 試驗結果

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先增加后降低趨勢，在第20天達到最大值，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程中E1動態變化

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先增加后降低趨勢，在第30天達到最大值，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，濃度呈現先增加后降低趨勢。

參考文獻

[1]李艷霞，韓偉，林春野，李帷，楊明，張豐松. 畜禽養殖過程中雌激素的排放及其環境行為[J]. 生態學報，2010，04：1058-1065.

[2]李艷霞，劉姝芳，張雪蓮，劉蓓，王靖，馮成洪，朱鐵群. 我國直轄市畜禽養殖排放類固醇激素特征及其潛在污染風險[J]. 環境科學學報，2013，08：2314-2323.

[3]陳蕾，王鄭，曹世瑋. 畜禽養殖排放的雌激素對周邊水體環境的影響[J]. 生態環境學報，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. 東北三省畜禽養殖類固醇激素排放及其潛在污染風險[J]. 環境科學，2013（08）：3180-3187.

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

作者簡介：佟韶洋，吉林農業大學資源與環境學院，在讀碩士研究生，研究方向：畜禽糞便中外源雌激素降解。