畜禽粪便中类固醇激素环境行为及共存污染物的影响研究

Animal manure is the main source of steroid hormones. This study will focus on steroid hormones excreted by animals in concentrated animal feeding operations (CAFOs), by investigating the residual levels of steroid hormones in sediments and water systems from waste lagoons and effluent ditches at different animal breeding farms. The purposes of this research are: (i) to recognize the discharge features of manure-borne steroid hormones from the farm sources; (ii) to understand the transportation profiles of steroid hormones both horizontally and vertically and (iii) to explore the adsorption and transportation behaviors of manure-borne steroid hormones in environment and to distinguish the impact factors. In addition, based on the field investigation, the lab simulating experiments will be conducted to further investigate the impacts of veterinary antibiotics (VAs), divalent cation of cooper (II) and dissolved organic matter (DOM)，which are commonly co-existing in animal manure, on the sorption, degradation and transportation of manure-borne steroid hormones in environmental matrixes including single clay minerals/humus and bulk soil/sediment. The study may assist us not only to reasonably evaluate the potential risks of manure-borne steroid hormones but also to effectively control their ecological and environmental pollution.

畜禽粪便是类固醇激素的主要排放污染源。本研究围绕我国产生量巨大的畜禽粪便，以畜禽养殖过程中排放的类固醇激素为主要研究对象开展研究工作。通过不同类型畜禽养殖场蓄粪池、排污沟底泥以及水体样品的采样调查，研究粪便类固醇激素在实际环境中的排放特征和从"点"到"线"的垂直、水平迁移特征，充分了解并掌握不同种类畜禽粪便所排放类固醇激素的环境行为特性，揭示其在环境中吸附及迁移的影响因素。以实际调查研究为依据进行室内降解和吸附模拟实验，研究畜禽粪便中共同存在的抗生素、水溶性有机质和二价金属铜离子等对类固醇激素在矿物质、腐殖质以及环境介质中降解、吸附的影响及机理，为掌握畜禽粪便类固醇类激素的污染风险提供理论依据，同时也为畜禽粪便污染控制措施和技术手段的建立提供科学依据。

畜禽体内代谢或者人工合成激素药物的使用，使畜禽粪污废弃物中含有多种类固醇激素污染物。类固醇激素随着粪便、尿液的土地利用进入土壤和水体，对生态系统产生影响。然而，有关规模化养殖场类固醇激素的排放特征、环境行为和生态风险研究迄今较为有限，为此本项目通过实地采样调查和室内模拟实验开展了如下工作（1）探究粪便类固醇激素的排放特征以及从“点”到“线”的迁移规律，掌握畜禽养殖所排放类固醇激素的环境行为规律以及区域污染风险;（2）研究类固醇激素环境降解规律，探明共存兽药抗生素、水溶性有机质等对其降解的影响；（3）研究类固醇激素土壤/底泥的吸附特征及影响因素，并探究其对土壤微生物生态的影响。研究取得以下主要结论：.(1)养殖场粪便、尿液、污水及底泥等样品中22种激素的检出率为1.82%-100%， E1、αE2、ADD、TTR、ETTR、ECL、PGT、CRL、ZRL、PREL 和 BET较为常见，70%以上的样品中检出内源性激素E1, ZRL, ADD和 PGT，近50%的样本被检出合成类激素PREL 和 BET。E1、ADD、ETTR和PGT在迁移过程中会出现浓度升高现象，且表现出环境行为相似性。典型养殖区域水体已经处于雌激素生态风险水平，污染物暴露水平、粪便DOM、大孔隙流等是影响其迁移的重要因素。.(2)E1和β-E2在土壤中可被微生物快速降解，10 mg/kg 和 100 mg/kg浓度水平下共存磺胺甲恶唑未对其生物降解产生明显影响。但磺胺甲噁唑会抵消两种雌激素对土壤脱氢酶的刺激作用，明显抑制了土壤脱氢酶活性。PCR-DGGE结果表明，雌激素和磺胺甲恶唑共存诱导了耐磺胺甲恶唑细菌的出现。.(3)土壤/底泥中粘土矿物含量、矿物比表面积以及层间距等差异影响其对β-E2的吸附，相比土壤/底泥表面的有机质，铁锰氧化物对土壤/底泥吸附β-E2的影响较小。pH值影响β-E2酚羟基电离，随pH值增加β-E2呈现更多离子态，亲水性增强。盐度对不同粒径的粘土矿物吸附β-E2的影响表现出相反的趋势。粪便及其堆肥DOM显著抑制β-E2在土壤/沉积物表面的吸附，共存粪便DOM可提高其迁移性，增加β-E2向地表水体及地下水的迁移风险。