堆肥对畜禽粪便中雌激素含量的影响
摘要：近年来，随着畜禽养殖业的快速发展，畜禽粪便的产生量也大大的提高了。然而，畜禽粪便中雌激素污染问题也日益突出，如何处理畜禽粪便中的雌激素引起了人们的关注。堆肥是对畜禽粪便进行无害化处理的常用措施，本文采集了南京市周边养殖场的猪粪和牛粪对其进行堆肥处理，检测其中17β-雌二醇、雌三醇、双酚A、乙炔基雌二醇含量的变化。调查结果显示，粪便中可以检测出这些雌激素，经堆肥处理后它们的含量均有所降低。堆肥处理中，降解速率会随着雌激素含量变化而改变，32天堆肥结束后，降解率最终趋于一致。对17β-雌二醇在猪粪与牛粪中的降解率相当，在16天时均达到90%以上，并在32天以内完全降解；对炔雌醇的降解率相对较低， 32天降解率仅能达到80%；对于雌三醇与双酚A在牛粪中的降解速率明显高于在猪粪中，在第8天时牛粪中便已检测不出雌三醇，第32天时双酚A的降解率也接近100%。
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
1 研究背景1
1.1 雌激素的危害1
1.2 雌激素的来源2
1.3 雌激素的转化2
1.4 实验目的及意义3
2 材料与方法3
2.1 堆肥3
2.2 药品及试剂3
2.3 实验仪器3
2.4 实验方法3
2.4.1 样品采集3
2.4.2 标准溶液制备3
2.4.3 样品堆肥3
2.4.4 C18固相萃取柱制备4
2.4.5 超声提取4
2.4.6 固相萃取4
2.4.7 计算回收率4
3 结果与讨论 4
3.1 雌激素在堆肥中的降解4
3.2 分析与讨论7
3.3 结论7
致谢8
参考文献8
堆肥对畜禽粪便中雌激素含量的影响
引言
1 研究背景
雌激素是一种类固醇性激素，由内分泌系统产生，它与人类及动物的骨骼、大脑和生殖发育密切相关。雌激素分为两类，内源性雌激素和外源性雌激素。其中，内源性雌激素有雌二醇
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
、雌三醇、雌酮等；外源性雌激素则有炔雌醇、壬基酚等。研究显示，内源性雌激素的活性水平一般会高于外源性雌激素，具有很强的内分泌干扰性[1]。
我国的畜禽养殖业发展迅速，相应的也产生了大量的畜禽粪便。据统计，2003年全国畜禽粪便总量为22.1亿吨，其中鸡粪、猪粪、牛粪、羊粪占总量的90%以上；2010年我国畜禽粪便总量为45亿吨[2]。为了能够安全有效的资源化利用数量如此庞大的畜禽粪便，就需要了解雌激素在畜禽粪便中的一些特征。
1．1 雌激素的危害
环境中的雌激素会对人类和动物造成很大的危害。越来越多的研究显示, 存在于环境中雌激素会干扰鸟类、爬行类和哺乳类野生动物正常的内分泌功能, 改变动物在发育和成年阶段胞内信号过程，并且会造成动物的畸形以及雌雄性别的改变等病变。环境中的雌激素通过干扰或者形成类似激素对抗机体内原有的激素的正常合成、释放、分泌、运输、代谢和消解，使个体无法控制雌激素的平衡。从而影响人类与动物的正常生理机能，可引起动物的雌性化现象。比如，水中的17β雌二醇达到1ng/L时，鱼类的内分泌系统便会受到干扰，雄鱼会发生雌性化[3]。人类暴露在环境的雌激素之中，会对人类的生殖健康造成影响，甚至可以造成生殖系统恶性肿瘤。
1．2 雌激素的来源
环境雌激素已经成为除全球变暖以及臭氧层破坏以外的第三大环境问题。动物和人类的正常的生理排泄会放出雌激素，内源性雌激素大量存在于动物的排泄物中，养殖业畜禽粪便是环境雌激素的主要来源之一。另外一个环境雌激素的重要来源是城市污水处理厂，城市污水处理厂也是最早就引起人们关注的雌激素排放的来源，因为污水处理厂的出水排放到环境之后，对受纳水体的生物的内分泌产生了干扰。污水处理厂收集了人类所排泄的雌激素，但是在绝大部分城市污水处理厂的处理工艺流程中，都不能对天然雌激素以及其代谢物有良好的去除效果，导致了污水处理厂出水中往往有一定浓度的雌激素。然而，在畜禽养殖业中，由于在饲料中雌激素被作为促生长素添加[4]，再加上畜禽粪便中本身也含有的雌激素，使得畜禽养殖场是向水生环境中排放雌激素的最主要的来源，其雌激素的排放量约为污水处理厂10倍以上[5]。跟城市污水处理厂相比，畜禽养殖场的排泄物一般不会经过特殊处理便直接在空地堆置或者排放到水体当中。而由于畜禽粪便的农业资源化利用，雌激素以及其代谢物会被排放到农田当中，排放到农田中的这些雌激素又可能通过地表径流或者溢流的方式进入到水生环境当中，并因此造成环境中的雌激素含量以及周围水域中的雌激素含量的升高。
不同的动物的排泄物中的雌激素种类是有区别的，比如牛粪中雌激素以17α雌二醇、17β雌二醇以及雌酮为主；而猪粪主要含17β雌二醇、雌酮、雌三醇以及它们的共轭雌激素，17α雌二醇则很少出现；禽便中主要为雌酮和17β雌二醇[6]。其中，17β雌二醇的活性最强，雌酮的活性仅为17β雌二醇的五分之一，而17α雌二醇和雌三醇的活性最弱[7]。而且不同的动物排放雌激素的途径也不完全相同，牛通过粪便排出的雌激素占58%，禽类通过尿液排出的雌激素占69%，而猪主要通过尿液排放雌激素，比例占到96%。畜禽粪便中的各类雌激素含量与动物的种类、生长的阶段和性别也有一定的关系。研究显示，未怀孕的奶牛17α雌二醇的日排放量为0.8~1.2mg，然而怀孕的奶牛的每日17α雌二醇的排放量却高达11.4mg。一般来说，奶牛的发情周期是21天，怀孕期是9个月，产仔之后的2~3个月便可以再次怀孕。也就是说，在奶牛的整个生命史中，排放的雌激素是其他畜禽的数十倍之多。另外，因为治疗、催乳等因素，外源添加雌激素也会使畜禽粪便中的雌激素含量增加，研究显示，雌二醇的使用可以使牛粪中的雌激素含量增加5至6倍。
1．3 雌激素的转化
研究发现，17β雌二醇在环境中可以在一定的生物或非生物的作用下发生转化，形成雌酮，17β雌二醇在土壤中的半衰期为一天，在淡水沉积物中的半衰期为5~10天[8]，在20℃的河水中的半衰期为0.2~9天[9]，在畜禽粪便中可以在两周达到76%的降解率[10]；但是雌酮在不同的环境介质中的半衰期也不尽相同，在河水中，雌酮和17β雌二醇的降解速率相当[11]；但是在厌氧环境的污泥中，即使是在一年后雌酮的降解率也仅仅为17%[12]；在土壤中，土壤固相与雌酮的结合能力特别强，降解速率同样非常缓慢，两个月时间内只有10%~15%的雌酮被微生物所矿化降解[13]；然而在畜禽粪便之中，雌酮在3个月内的降解率可以达到80%[8]。这说明，畜禽粪便中本来就存在着对雌激素降解菌，雌激素在畜禽粪便中的浓度变低，主要就是因为畜禽粪便所携带的微生物的降解作用。但是，关于畜禽粪便内降解菌降解分解雌激素这一方面的研究，还仅仅处于假说以及推测阶段，国内外都没有畜禽粪便中雌激素降解菌的报道，因此，关于畜禽粪便中的降解菌对雌激素的降解并没有定量的结论。
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摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
1 研究背景1
1.1 雌激素的危害1
1.2 雌激素的来源2
1.3 雌激素的转化2
1.4 实验目的及意义3
2 材料与方法3
2.1 堆肥3
2.2 药品及试剂3
2.3 实验仪器3
2.4 实验方法3
2.4.1 样品采集3
2.4.2 标准溶液制备3
2.4.3 样品堆肥3
2.4.4 C18固相萃取柱制备4
2.4.5 超声提取4
2.4.6 固相萃取4
2.4.7 计算回收率4
3 结果与讨论 4
3.1 雌激素在堆肥中的降解4
3.2 分析与讨论7
3.3 结论7
致谢8
参考文献8
堆肥对畜禽粪便中雌激素含量的影响
引言
1 研究背景
雌激素是一种类固醇性激素，由内分泌系统产生，它与人类及动物的骨骼、大脑和生殖发育密切相关。雌激素分为两类，内源性雌激素和外源性雌激素。其中，内源性雌激素有雌二醇
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、雌三醇、雌酮等；外源性雌激素则有炔雌醇、壬基酚等。研究显示，内源性雌激素的活性水平一般会高于外源性雌激素，具有很强的内分泌干扰性[1]。
我国的畜禽养殖业发展迅速，相应的也产生了大量的畜禽粪便。据统计，2003年全国畜禽粪便总量为22.1亿吨，其中鸡粪、猪粪、牛粪、羊粪占总量的90%以上；2010年我国畜禽粪便总量为45亿吨[2]。为了能够安全有效的资源化利用数量如此庞大的畜禽粪便，就需要了解雌激素在畜禽粪便中的一些特征。
1．1 雌激素的危害
环境中的雌激素会对人类和动物造成很大的危害。越来越多的研究显示, 存在于环境中雌激素会干扰鸟类、爬行类和哺乳类野生动物正常的内分泌功能, 改变动物在发育和成年阶段胞内信号过程，并且会造成动物的畸形以及雌雄性别的改变等病变。环境中的雌激素通过干扰或者形成类似激素对抗机体内原有的激素的正常合成、释放、分泌、运输、代谢和消解，使个体无法控制雌激素的平衡。从而影响人类与动物的正常生理机能，可引起动物的雌性化现象。比如，水中的17β雌二醇达到1ng/L时，鱼类的内分泌系统便会受到干扰，雄鱼会发生雌性化[3]。人类暴露在环境的雌激素之中，会对人类的生殖健康造成影响，甚至可以造成生殖系统恶性肿瘤。
1．2 雌激素的来源
环境雌激素已经成为除全球变暖以及臭氧层破坏以外的第三大环境问题。动物和人类的正常的生理排泄会放出雌激素，内源性雌激素大量存在于动物的排泄物中，养殖业畜禽粪便是环境雌激素的主要来源之一。另外一个环境雌激素的重要来源是城市污水处理厂，城市污水处理厂也是最早就引起人们关注的雌激素排放的来源，因为污水处理厂的出水排放到环境之后，对受纳水体的生物的内分泌产生了干扰。污水处理厂收集了人类所排泄的雌激素，但是在绝大部分城市污水处理厂的处理工艺流程中，都不能对天然雌激素以及其代谢物有良好的去除效果，导致了污水处理厂出水中往往有一定浓度的雌激素。然而，在畜禽养殖业中，由于在饲料中雌激素被作为促生长素添加[4]，再加上畜禽粪便中本身也含有的雌激素，使得畜禽养殖场是向水生环境中排放雌激素的最主要的来源，其雌激素的排放量约为污水处理厂10倍以上[5]。跟城市污水处理厂相比，畜禽养殖场的排泄物一般不会经过特殊处理便直接在空地堆置或者排放到水体当中。而由于畜禽粪便的农业资源化利用，雌激素以及其代谢物会被排放到农田当中，排放到农田中的这些雌激素又可能通过地表径流或者溢流的方式进入到水生环境当中，并因此造成环境中的雌激素含量以及周围水域中的雌激素含量的升高。
不同的动物的排泄物中的雌激素种类是有区别的，比如牛粪中雌激素以17α雌二醇、17β雌二醇以及雌酮为主；而猪粪主要含17β雌二醇、雌酮、雌三醇以及它们的共轭雌激素，17α雌二醇则很少出现；禽便中主要为雌酮和17β雌二醇[6]。其中，17β雌二醇的活性最强，雌酮的活性仅为17β雌二醇的五分之一，而17α雌二醇和雌三醇的活性最弱[7]。而且不同的动物排放雌激素的途径也不完全相同，牛通过粪便排出的雌激素占58%，禽类通过尿液排出的雌激素占69%，而猪主要通过尿液排放雌激素，比例占到96%。畜禽粪便中的各类雌激素含量与动物的种类、生长的阶段和性别也有一定的关系。研究显示，未怀孕的奶牛17α雌二醇的日排放量为0.8~1.2mg，然而怀孕的奶牛的每日17α雌二醇的排放量却高达11.4mg。一般来说，奶牛的发情周期是21天，怀孕期是9个月，产仔之后的2~3个月便可以再次怀孕。也就是说，在奶牛的整个生命史中，排放的雌激素是其他畜禽的数十倍之多。另外，因为治疗、催乳等因素，外源添加雌激素也会使畜禽粪便中的雌激素含量增加，研究显示，雌二醇的使用可以使牛粪中的雌激素含量增加5至6倍。
1．3 雌激素的转化
研究发现，17β雌二醇在环境中可以在一定的生物或非生物的作用下发生转化，形成雌酮，17β雌二醇在土壤中的半衰期为一天，在淡水沉积物中的半衰期为5~10天[8]，在20℃的河水中的半衰期为0.2~9天[9]，在畜禽粪便中可以在两周达到76%的降解率[10]；但是雌酮在不同的环境介质中的半衰期也不尽相同，在河水中，雌酮和17β雌二醇的降解速率相当[11]；但是在厌氧环境的污泥中，即使是在一年后雌酮的降解率也仅仅为17%[12]；在土壤中，土壤固相与雌酮的结合能力特别强，降解速率同样非常缓慢，两个月时间内只有10%~15%的雌酮被微生物所矿化降解[13]；然而在畜禽粪便之中，雌酮在3个月内的降解率可以达到80%[8]。这说明，畜禽粪便中本来就存在着对雌激素降解菌，雌激素在畜禽粪便中的浓度变低，主要就是因为畜禽粪便所携带的微生物的降解作用。但是，关于畜禽粪便内降解菌降解分解雌激素这一方面的研究，还仅仅处于假说以及推测阶段，国内外都没有畜禽粪便中雌激素降解菌的报道，因此，关于畜禽粪便中的降解菌对雌激素的降解并没有定量的结论。
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