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雌激素属于一类内分泌干扰物质(Endocrine disrupting compounds,EDCs),具有一定的生理和生态毒性。环境中的天然雌激素约有90%来自畜禽养殖场,未经处理或处理不当的畜禽粪污通过还田利用等方式进入农田土壤中,并可能随地表径流流失至河道水体中。为探究其对农田生态系统和人体健康的潜在风险,本文选取自由态天然雌激素雌酮(E1)、17β-雌二醇(E2)、雌三醇(E3),结合态天然雌激素雌酮3-硫酸钠(E1-3S)、雌酮 3-(β-D-葡糖苷酸)钠盐(E1-3G)、β-雌二醇 3-硫酸钠盐(E2-3S)、17β-雌二醇3-(β-D-葡糖苷酸)钠盐(E2-3G)、17β-雌二醇17-硫酸钾盐(E2-17S)、17β-雌二醇-17-β-D葡糖苷酸(E2-17G)、雌三醇-3-O-β-D葡糖苷酸钠盐(E3-3G),人工合成雌激素乙炔雌二醇(EE2)、己烯雌酚(DES),和具有雌激素活性的化学品壬基酚(NP)、辛基酚(OP)、双酚A(BPA)等15种作为目标雌激素,优化建立了提取环境样品中结合态天然雌激素的微波萃取-固相萃取(MAE-SPE)前处理方法,结合高效液相色谱串联质谱技术(HPLC-MS/MS),研究了目标雌激素在奶牛场新鲜粪便和污水、好氧发酵处理有机肥、厌氧发酵处理沼液中的含量及其粪污无害化处理前后作为肥料还田利用农田土壤中的分布和降解特征,并采用雌二醇当量(EEQ)和球肾白线蚓体内的卵黄蛋白原(VTG)含量评估其环境风险。论文的主要研究结果如下:(1)建立了目标雌激素在奶牛场固体粪、污水及其还田土壤、周边地表水四种基质中的MAE-SPE-HPLC-MS/MS检测方法。分别选择甲醇/CB(V/V=1/1)溶液、甲醇/MB(V/V=1/1)溶液作为固体粪、土壤微波萃取的提取液;利用HLB小柱富集水样或提取液中的雌激素,并优化固相萃取淋洗和洗脱方法;选择乙腈和含氨水的超纯水溶液作为流动相,并优化色谱、质谱条件,仪器最低检测限在25-300 ng·L-1,定量限在84-1000 ng·L-1,标曲线性相关系数(R2)均>0.997;地表水、污水、土壤和固体粪样品中结合态天然雌激素的加标回收率分别在82.41-118.02%、56.32-149.31%、76.85-133.15%和80.50-129.64%,且RSD均小于10%,表明建立的分析方法灵敏度强、回收率好、精密度高。(2)分析了目标雌激素在奶牛场粪污无害化处理前后的含量及其形态。奶牛场新鲜固体粪、污水和好氧发酵处理有机肥、厌氧发酵处理沼液中的目标雌激素总检出量分别为1.10-12.18mg·kg-1、108.29-109.87 μg·L-1 和 347.87-399.57 μg·kg-1、52.77-57.77 μg·L-1,含量水平依次为新鲜固体粪>有机肥>新鲜污水>沼液;奶牛场新鲜固体粪和污水中所检出的雌激素均主要为天然雌激素(47-99%),且主要以葡糖苷酸盐结合态形式存在;三种不同生长阶段奶牛通过粪便排放的目标雌激素总检出量依次为犊牛>泌乳牛>育成牛;沼液和有机肥中所检出的天然雌激素分别占雌激素总检出量的48-68%和31-36%,其中结合态天然雌激素主要为硫酸盐结合态。(3)研究了目标雌激素在固体粪好氧堆肥发酵处理过程中的降解规律特征。奶牛场新鲜固体粪中的雌激素主要在好氧堆肥发酵0-36d内发生降解,结合态雌激素在堆肥过程中水解为以E1为主的自由态,其降解符合一级动力学模型,半衰期在8-11 d;在两种结合态中,葡糖苷酸盐结合态比硫酸盐结合态降解速率更快且降解更彻底;堆肥结束后,除NP降解率为51.16%以外,其它目标雌激素降解率均达95.75%以上。(4)考察了奶牛场粪污无害化处理前后还田利用土壤中雌激素含量变化规律及其降解特征。通过对新鲜粪直接还田、好氧发酵处理后有机肥还田和污水厌氧发酵处理后的沼液还田试验发现,两周后各试验田土壤中雌激素种类和含量均没有显著差别,总检出量在85.92-109.17μg·kg-1,检出频率和检出量较高的是人工合成雌激素(DES、EE2)和具有雌激素活性的化学品(NP、OP、BPA);虽然天然雌激素检出量较低,但在粪污还田后三个月内持续检出;雌激素在土壤中的降解主要发生在还田后一个月内,不同还田模式可能会改变表层土壤的结构组分,从而影响雌激素的降解过程;粪污还田三个月后,NP、OP、BPA、E1、EE2和E2-3S仍有残留,与固体粪堆肥过程类似,还田利用过程中雌激素硫酸盐结合态比葡糖苷酸盐结合态更加稳定,不易降解。(5)评估了奶牛场粪污无害化处理前后雌激素的环境风险。奶牛场新鲜固体粪和污水EEQ分别为0.40-6.02 mg·kg-1和14.07-15.14 μg·L-1,新鲜固体粪经堆肥发酵处理后和污水经厌氧发酵处理后EEQ分别降低至0.05-0.06mg·kg-1和2.71-3.93 μg·L-1,表明新鲜固体粪经好氧堆肥发酵能够有效降低雌激素活性,而污水经厌氧发酵对雌激素活性去除效果一般;通过对球肾白线蚓喂食含有雌激素活性的新鲜粪和发酵后的有机肥,发现在其一定生长阶段内均会促进卵黄蛋白原的合成,表明雌激素对白线蚓的内分泌系统具有潜在危害;喂食新鲜粪可促进白线蚓繁殖旺盛,且出现新的世代,表明雌激素污染浓度较高时会显著影响白线蚓的生长繁殖,表现出更高的环境风险。