鸡粪中雌激素排放特征及其好氧堆肥降解研究

来源 :仲恺农业工程学院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:a12307856
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环境雌激素是一类由生物体内分泌系统产生或人工合成的具有较强内分泌干扰作用的化合物,因其较强的生态与健康危害,已成为一类备受学术界关注的有机污染物。畜禽粪污是环境雌激素的重要来源之一,大量雌激素随着畜禽粪污持续排入土壤和地表水等环境体系中,严重威胁人和动物的健康安全。本文首先建立了一种畜禽粪便中6种雌激素测定的同位素内标—固相萃取—高效液相色谱—串联质谱方法,再研究了四川省某一典型养殖场肉鸡粪便中雌激素的排放特征,最后通过好氧堆肥正交实验筛选出降解鸡粪中雌激素的最佳堆肥条件,以期从源头减少雌激素通过畜禽粪便排入农田土壤环境。主要结论如下:(1)以同位素为内标,对萃取剂、淋洗剂、洗脱剂、萃取柱、色谱分离条件和质谱测定条件等进行了优化,建立了一种同时萃取、分离和检测畜禽粪便中雌酮(E1)、17α-雌二醇(17α-E2)、17β-雌二醇(17β-E2)、雌三醇(E3)、17α-炔雌醇(17α-EE2)、己烯雌酚(DES)共6种雌激素的高选择性和高灵敏性方法——同位素内标—固相萃取—高效液相色谱—串联质谱法。最终的优化方法为:粪便样品加入100 ng同位素内标后,先后用乙腈重复超声萃取3次,离心后合并上清液,旋转蒸发近干再复溶于1 mL甲醇,加7 mL纯水稀释并超声混匀后离心,上清液过0.45 μm滤膜后用HLB固相萃取柱净化,经10 mL15%乙腈水溶液淋洗后,用10 mL的甲醇进行洗脱,氮吹浓缩定容至1 mL,过0.22 μm滤膜后测定。用2 mM氟化铵—甲醇为流动相,经TAB色谱柱分离后采用电喷雾离子源和选择反应监测扫描模式进行检测,同位素内标定量。该方法灵敏度高,定量准确且定量范围广,在5、50、200、1000 ng·g-1加标水平下,6种雌激素的平均回收率为90.2%—103.2%,相对标准偏差为0.09%—9.08%,方法检出限(LOD)和方法定量限(LOQ)分别为 0.25—0.95 ng·g-1 和 1.00—3.82 ng·g-1,适用于畜禽粪便中6种雌激素的定性定量分析。(2)以四川省某养殖场的肉鸡为研究对象,采用代谢笼采样方式采集4个季节的粪便样品,检测粪便样品中6种雌激素的含量。结果表明:肉鸡粪中6种雌激素E1、17α-E2、17β-E2、E3、17α-EE2 和 DES 的检出率分别为 100%、81%、91%、65%、22%和 18%,浓度范围分别为 4.51—1321.55、ND—269.23、ND—307.62、ND—60.35、ND—12.18 μg·kg-1和ND—10.31 μg·kg-1,E1和17β-E2是肉鸡粪中主要的雌激素。采用雌二醇当量(EEQ)评估肉鸡粪中雌激素活性,所有样品EEQ的范围为10.80~1080.22 μg·kg-1,6种雌激素对EEQ贡献值由大到小依次为E1>17β-E2>17α-E2>E3>17α-EE2>DES,每羽肉鸡通过粪便排放雌激素的日平均总量为43.75μg·d-1,EEQ为28.66μg·d-1。差异显著性分析结果显示,不同批次的肉鸡粪便中雌激素的种类和浓度存在显著差异,即夏季和秋季饲养批次肉鸡粪便中雌激素浓度高于春季和冬季饲养批次,表明即使在相同品种、相同喂养方式下,不同季节喂养的肉鸡雌激素排放量和组成也存在较大差异。(3)以正交实验进行了鸡粪—蘑菇渣体系4因素(曝气率、钙镁磷肥、椰壳生物炭、初始含水率)3个水平的好氧堆肥,结果表明4个因素对雌激素降解率的影响程度由大到小为含水率>钙镁磷肥>曝气率>椰壳生物炭,堆肥条件为60%的初始含水率、椰壳生物炭添加量为10%、钙镁磷肥添加量为0、曝气率为0.08 L·min-1·kg-1DM的处理组(T8)对高浓度雌激素的降解效果最好,堆肥45天后的EEQ降解率为80.87%。16Sr RNA测序结果表明,随着鸡粪堆肥的进行,堆体中的微生物群落结构组成发生了明显的演替,各处理均以厚壁菌门、放线菌门、拟杆菌门和变形菌门4个菌门为主,且各具有不同的优势菌属,其中包括5种雌激素降解菌Bacillus、Nocardiopsis、Staphylococcus、Pusillimonas和Brachybacterium,丰富度范围分别为 0.44%—18.03%、0.02—31.08%、0—10.70%、0—9.74%和 0.01%—1.89%。通过冗余分析发现,Staphylococcus和Brachybacterium对雌激素降解具有显著性影响。
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