畜禽养殖业类固醇雌激素排放及其污染风险

摘要

天然类固醇雌激素包括雌酮(E1)、17α-雌二醇(αE2)、17β-雌二醇(βE2)和雌三醇，主要通过人和动物的代谢随粪尿排泄物进入环境。这类污染物在极低的浓度(如1ng/L)下就可能对野生生物造成危害，对生态环境的影响尤为显著。畜禽粪尿作为环境中类固醇雌激素的主要污染源之一，在国际上逐渐引起关注，但有关中国畜禽养殖过程中天然类固醇雌激素的系统调查及其环境影响研究尚未见报道。
　　本研究建立了一套适用于中国畜禽养殖业的天然类固醇雌激素排放量估算方法，并在此基础上对雌激素排放的环境污染风险进行初步分析和评价。研究中首先对中国各省(直辖市、自治区)的雌激素排放进行估算，进而选取东北三省、长江干流流经的十一省及直辖市和北京市作为典型养殖区域，对各地区的雌激素排放量组成展开详细分析。其次，依据典型养殖区域的排放量估算值对畜禽养殖业排放雌激素进入土壤和地表水体后的浓度进行预测。最后，依据项目组成员前期工作对排放量估算值进行检验，并参考国内外文献验证本研究中的地表水雌激素预测浓度。
　　在中国五类典型畜种中，猪的雌激素排放量始终处于首位，2008年达到30591.8kg；而排放量增长最快的是肉鸡，2008年的排放量较1985年增长了近8倍。在各典型养殖区域中，四川省的雌激素年排放量最大，2008年达到5114.0kg；雌激素排放量增速最快的是吉林省，2008年的排放量约为1998年的2.2倍，增长量达到1607.1kg。E1在各典型养殖区域对雌激素总排放量的贡献率始终处于首位。而各地区不同畜禽粪尿对雌激素的贡献率分析结果显示，猪尿、鸡粪和牛尿分别是E1、βE2和αE2环境排放的主要贡献者。
　　完成雌激素排放量的估算之后，在典型养殖区域内选取辽宁、吉林、黑龙江、四川、湖南、江苏省和北京、重庆、上海市这9个年排放量较大的省及直辖市进行单位耕地面积承载量和地表水浓度的预测。由预测数据可以看出，北京市畜禽养殖排放的雌激素单位耕地面积承载量和地表水中17β-雌二醇等当量(EEQs)浓度均处于9省及直辖市的首位，2008年达到839.1mg/hm2和123.3ng/L；而1998年至2008年这10年间增长速度最快的是辽宁省，增长量约为291.9mg/hm2和9.3ng/L。北方省市SEs对耕地的污染风险普遍大于南方省市，尤其是典型养殖区域内的北京市和辽宁省，雌激素排放总量大且10年间的增长显著，是最需要重点控制畜禽养殖污染物排放的地区。
　　为进一步了解本研究的排放量估算值是否与中国实际情况吻合较好，采用项目组成员前期对东北地区奶牛和肉牛粪便采样检测的结果进行验证。数据显示，本研究所引用的奶牛和肉牛雌激素排放量估算值均低于中国东北地区的采样检测结果，但数值相差极少，能较为有效地反映出中国奶牛和肉牛的雌激素排放情况。2008年各典型区域内地表水EEQs预测值最高的分别是北京市、辽宁和江苏省，分别达到23.3，17.1和12.7ng/L，与已有文献中中国地表水体的雌激素浓度检测值极为吻合。因此，本研究的奶牛和肉牛雌激素排放量估算和地表水EEQs预测处于合理范围之内，对于科学认识中国的畜禽养殖污染风险和有效环境管理具有科学意义。

目录

文摘

英文文摘

基金项目

符号说明

1 绪论

1.1 选题背景

1.2 国内外研究进展

1.2.1 类固醇雌激素的相关概念

1.2.2 类固醇雌激素在环境中的危害

1.2.3 畜禽养殖类固醇雌激素的排放

1.2.4 养殖场及周围环境中类固醇雌激素的浓度

1.2.5 类固醇雌激素在环境中的迁移

1.2.6 生态风险评价

1.3 研究目的及创新点

1.3.1 研究目的

1.3.2 研究创新点

1.4 研究区域

1.5 研究方法及技术路线

2 研究方法

2.1 畜禽养殖类固醇雌激素排放量估算方法的建立

2.1.1 畜禽养殖类型的筛选和确定

2.1.2 畜禽排泄物中特征类固醇雌激素的筛选和确定

2.1.3 估算的基本原则及公式

2.2 畜禽养殖类固醇雌激素的排放污染风险预估

2.2.1 单位耕地面积类固醇雌激素的承载量估算方法建立

2.2.2 类固醇雌激素对地表水的污染风险预测

3 我国畜禽养殖业类固醇雌激素的排放特征研究

3.1 全国范围内畜禽类固醇雌激素排放特征

3.1.1 畜禽粪便类固醇雌激素的排放组成

3.1.2 类固醇雌激素排放的空间分布特征

3.2 典型区域畜禽粪便类固醇激素排放特征

3.2.1 东北三省类固醇雌激素的排放组成

3.2.2 东北三省雌激素排放的空间分布特征

3.2.3 长江流域类固醇雌激素的排放特征

3.2.4 长江流域典型省份类固醇雌激素的排放量组成

3.2.5 我国直辖市类固醇雌激素的排放特征

3.2.6 我国直辖市类固醇雌激素的排放量组成

3.3 小结

4 畜禽养殖类固醇雌激素排放的污染风险评价

4.1 单位耕地面积的类固醇雌激素承载量

4.1.1 东北三省单位耕地面积的承载量

4.1.2 长江流域典型省份单位耕地面积的承载量

4.1.3 直辖市单位耕地面积的承载量

4.1.4 典型养殖省市的单位耕地面积承载量

4.2 类固醇雌激素对地表水的污染风险

4.2.1 地表水中类固醇雌激素的浓度预测

4.2.2 类固醇雌激素对地表水的污染风险评价

4.3 小结

5 类固醇雌激素的排放量及地表水浓度验证

5.1 奶牛和肉牛粪便雌激素排放量的验证

5.1.1 样品采集与预处理

5.1.2 样品检测与数据分析

5.1.3 检测结果与讨论

5.2 地表水中雌激素浓度的验证

5.3 小结

6 结论与研究展望

6.1 主要结论

6.2 不足之处与研究展望

攻读学位期间参加的科研项目及发表的学术论文

致谢

参考文献