腐植酸用量對雞糞中泰樂菌素降解的影響

黃皓，朱宇恩，李華，張慶紅

（1.山西大學環境與資源學院，山西太原030006；2.太原市生態環境局，山西太原030002）

抗生素是人類生活和農業生產不可或缺的疾病預防與治療藥物，因其應用范圍廣、效果顯著、價格較便宜的特點被大量使用，但不規范的使用導致了抗生素濫用。由于抗生素在人體或動物體內不能被完全代謝，因此，在使用抗生素后，50%～90%的抗生素或其主要代謝物會很快從人體或動物體內排出[1]。研究表明，在土壤和水體環境中已檢測出四環素類、喹諾酮類、磺胺類和大環內酯類等多種抗生素[2-4]。環境中的抗生素可以誘導微生物產生抗性基因，影響微生物種群平衡，最終對生態環境和人類健康造成危害[5-6]。

泰樂菌素（Tylosin）是一種由弗式鏈霉菌（Streptomycetes fradiae）發酵產生的大環內酯類獸用抗生素，主要由泰樂菌素A、B、C、D共4個組分組成，其中，泰樂菌素A占80%～90%且抗菌活性最高[7]。泰樂菌素進入畜禽體內后有60%～90%，會隨尿或糞便排出[8-9]，由土壤、水和空氣等途徑進入生態系統，并最終由食物鏈危害到人體健康[4，10]。因此，控制泰樂菌素及其分解產物的污染問題和潛在影響具有重要的現實意義。

近些年，國內外對泰樂菌素的相關研究主要集中在泰樂菌素在環境中的吸附特性[11]，在土壤或水體中的光解、水解或微生物降解機制[12-14]，而對泰樂菌素源頭控制的相關研究比較鮮見。腐植酸（HA）作為一種來源廣泛、價格便宜的有機物料，在堆肥發酵中應用十分廣泛，相關研究表明，腐植酸對有機污染物在環境中的吸附和降解過程具有促進作用[15-17]。因此，通過在畜禽糞便中添加腐植酸，可以為畜禽糞便中泰樂菌素的減量化處理尋找一種新的途徑。

本試驗模擬商品有機肥堆肥物料前處理階段，研究添加不同比例的腐植酸對畜禽糞便中泰樂菌素降解的影響，以期減少畜禽糞便堆肥過程中有機污染物的危害，確保有機肥產品安全合格。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試雞糞由山西農業大學農學院提供，飼料中摻喂商品泰樂菌素。獲得的雞糞經凍干過2 mm篩混勻后置于-20℃冰箱待用，測得泰樂菌素含量為10μg/kg，雞糞pH為7.87，全氮含量為26.0 g/kg，電導率為55.0 mS/cm。腐植酸購于天津光復公司；泰樂菌素標樣購于日本Wako公司，純度為97.4%；內標物羅紅霉素購于上海源葉公司，純度為98%。試驗用甲醇、乙腈等有機溶劑購自德國Merck公司，純度為色譜純；其余無機試劑純度為優級純。

1.2 試驗方法

雞糞初始pH值為7.87，試驗共分為3組處理，每組添加腐植酸分別占雞糞干質量的0%（A0），1%（A1）和5%（A5），每個處理設3個重復。試驗時取40 g凍干雞糞裝入250 mL錐形瓶中，利用鹽酸和氫氧化鈉調節初始pH值，測得調節雞糞含水量為40%，與有機肥生產過程保持一致。所有錐形瓶覆蓋鋁箔避光放置。分別在試驗的第0、1、3、7、15、22、30天取樣分析相關指標。

1.3 測定項目及方法

每次取樣時立即測定樣品的pH值和電導率，雞糞與水的質量比為1∶10。其中，pH值用pH計（FE20，梅特勒-托利多）測定，電導率用電導率儀（DDSJ-308A，上海雷磁公司）測定。剩余樣品凍干后取0.5 g經甲醇EDTA-McIlvaine溶液（體積比為1∶1）提取，過SAX-HLB串聯固相萃取柱后由高效液相色譜串聯質譜（高效液相色譜：Agilent 1200；質譜：API 3200）測定泰樂菌素含量。

1.4 數據處理

采用Microsoft Excel 2016及SPSS 22.0軟件進行數據統計分析，不同處理間的差異性分析通過單因素方差分析和多重比較（LSD）實現，顯著性水平定為0.05。如果數據呈非正態分布，把數據進行對數轉換后再統計分析。

2 結果與分析

2.1 腐植酸對雞糞pH值的影響

雞糞pH值在不同腐植酸添加處理下的pH值變化如圖1所示，加入腐植酸后，雞糞pH值比未加腐植酸的雞糞略有降低；3組處理雞糞pH值在試驗0～3 d快速升高，3～7 d增長放緩，7～15 d基本保持不變，趨勢較為一致。15 d后3組處理雞糞pH值并無顯著性差異。因此，添加腐植酸僅對雞糞初始pH值有一定影響。

2.2 腐植酸對雞糞電導率的影響

從圖2可以看出，添加腐植酸處理的雞糞電導率在0～3 d迅速增加，而后呈降低趨勢；3組處理雞糞的電導率較初始時都有顯著下降，A0、A1和A5處理電導率30 d較0 d分別降低了13.1%、34.3%和20.2%；添加1%腐植酸的雞糞較未添加腐植酸的處理電導率有顯著性降低。

2.3 腐植酸對雞糞中泰樂菌素含量的影響

由圖3可知，3組處理的雞糞泰樂菌素降解過程波動較大；試驗0 d時，3組處理的泰樂菌素含量都小于雞糞中原有泰樂菌素量（10μg/kg）；0～22 d各處理的泰樂菌素含量都經歷了先增加后減少的過程；試驗22 d后3組處理泰樂菌素含量都呈減少趨勢；試驗30 d時，A0、A1和A5處理泰樂菌素含量較初始（0 d）時分別減少了52.1%、73.6%和78.3%。說明添加腐植酸對雞糞中泰樂菌素的降解具有顯著促進作用。

3 結論與討論

本試驗中雞糞pH值經歷了先升高后逐漸平穩的過程。由于雞糞C/N比較低，0～7 d時，雞糞中的有機物在嗜溫微生物作用下快速分解，產生大量氨態氮，導致pH值快速上升[18-19]。試驗后期，由于腐植酸加入提高了A1和A5處理的C/N比，氨化作用減弱[20]，隨著氨態氮揮發或轉化為硝態氮，導致添加腐植酸的處理pH值降低，未添加腐植酸的處理則由于C/N較低、微生物氨化作用減弱，仍會發生緩慢的氨化作用，使pH值基本保持不變[21]。由于腐植酸加入改變了雞糞C/N比，雞糞C/N比升高，導致最終pH較未添加腐植酸的處理升高幅度小[21]。

電導率是有機肥生產過程中的重要指標，過高的電導率會影響植物正常生長，產生毒害作用且會造成土壤板結，降低土壤肥力[22]。試驗開始時，由于雞糞中有機物的分解，雞糞中鹽濃度增加，導致雞糞電導率升高[23]。試驗中后期，由于氨揮發[24]和較高pH值下礦物鹽沉淀導致電導率降低，這與pH的試驗結果一致。相關研究表明，腐植酸對降低電導率有較好的作用，張繼舟等[25]研究發現，施用腐植酸使土壤鹽度下降了10%；TURHAN等[26]研究發現，腐植酸能促進鹽脅迫下洋蔥的生長。本研究中，A5處理由于高濃度腐植酸與礦物鹽競爭羥基自由基的作用，導致羥基自由基無法與礦物鹽結合[15，27-28]，使得A5處理對電導率的降低反而沒有A1處理好，結果表明，添加1%的腐植酸對雞糞電導率的降低效果最好。

泰樂菌素在pH值小于7.1時多以正離子形態存在，pH值大于7.1時多以分子形態存在，pH值為7.1時以等量的分子和離子形態存在[13]，添加腐植酸的處理在初始時泰樂菌素含量低于未添加腐植酸的處理，主要是因為腐植酸含有大量羧基、羥基和酚羥基等活性基團，對泰樂菌素分子具有較強的吸附作用[29]。隨著雞糞中其他有機物的礦化分解，雞糞中離子強度升高。GUO等[30]研究發現，泰樂菌素在腐植酸表面存在絡合吸附的效應，由于雞糞離子強度的升高，導致泰樂菌素與其他離子競爭吸附位點。添加腐植酸促進了雞糞中微生物的生長，增強了對泰樂菌素的降解作用。隨著泰樂菌素的降解，雞糞電導率也逐漸降低，二者結果具有一致性。

腐植酸作為在畜禽糞便有機肥生產過程中的重要調理劑，能夠調節pH、電導率和水分等相關指標。本研究結果表明，腐植酸對雞糞中泰樂菌素的降解具有促進作用，添加1%的腐植酸對雞糞電導率下降和泰樂菌素降解具有較好的效果，同時也能減少生產成本。優化腐植酸的成分，使其更好地被微生物利用，將會更好地促進泰樂菌素降解。