腐植酸用量对鸡粪中泰乐菌素降解的影响

黄皓，朱宇恩，李华，张庆红

（1.山西大学环境与资源学院，山西太原030006；2.太原市生态环境局，山西太原030002）

抗生素是人类生活和农业生产不可或缺的疾病预防与治疗药物，因其应用范围广、效果显著、价格较便宜的特点被大量使用，但不规范的使用导致了抗生素滥用。由于抗生素在人体或动物体内不能被完全代谢，因此，在使用抗生素后，50%～90%的抗生素或其主要代谢物会很快从人体或动物体内排出[1]。研究表明，在土壤和水体环境中已检测出四环素类、喹诺酮类、磺胺类和大环内酯类等多种抗生素[2-4]。环境中的抗生素可以诱导微生物产生抗性基因，影响微生物种群平衡，最终对生态环境和人类健康造成危害[5-6]。

泰乐菌素（Tylosin）是一种由弗式链霉菌（Streptomycetes fradiae）发酵产生的大环内酯类兽用抗生素，主要由泰乐菌素A、B、C、D共4个组分组成，其中，泰乐菌素A占80%～90%且抗菌活性最高[7]。泰乐菌素进入畜禽体内后有60%～90%，会随尿或粪便排出[8-9]，由土壤、水和空气等途径进入生态系统，并最终由食物链危害到人体健康[4，10]。因此，控制泰乐菌素及其分解产物的污染问题和潜在影响具有重要的现实意义。

近些年，国内外对泰乐菌素的相关研究主要集中在泰乐菌素在环境中的吸附特性[11]，在土壤或水体中的光解、水解或微生物降解机制[12-14]，而对泰乐菌素源头控制的相关研究比较鲜见。腐植酸（HA）作为一种来源广泛、价格便宜的有机物料，在堆肥发酵中应用十分广泛，相关研究表明，腐植酸对有机污染物在环境中的吸附和降解过程具有促进作用[15-17]。因此，通过在畜禽粪便中添加腐植酸，可以为畜禽粪便中泰乐菌素的减量化处理寻找一种新的途径。

本试验模拟商品有机肥堆肥物料前处理阶段，研究添加不同比例的腐植酸对畜禽粪便中泰乐菌素降解的影响，以期减少畜禽粪便堆肥过程中有机污染物的危害，确保有机肥产品安全合格。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试鸡粪由山西农业大学农学院提供，饲料中掺喂商品泰乐菌素。获得的鸡粪经冻干过2 mm筛混匀后置于-20℃冰箱待用，测得泰乐菌素含量为10μg/kg，鸡粪pH为7.87，全氮含量为26.0 g/kg，电导率为55.0 mS/cm。腐植酸购于天津光复公司；泰乐菌素标样购于日本Wako公司，纯度为97.4%；内标物罗红霉素购于上海源叶公司，纯度为98%。试验用甲醇、乙腈等有机溶剂购自德国Merck公司，纯度为色谱纯；其余无机试剂纯度为优级纯。

1.2 试验方法

鸡粪初始pH值为7.87，试验共分为3组处理，每组添加腐植酸分别占鸡粪干质量的0%（A0），1%（A1）和5%（A5），每个处理设3个重复。试验时取40 g冻干鸡粪装入250 mL锥形瓶中，利用盐酸和氢氧化钠调节初始pH值，测得调节鸡粪含水量为40%，与有机肥生产过程保持一致。所有锥形瓶覆盖铝箔避光放置。分别在试验的第0、1、3、7、15、22、30天取样分析相关指标。

1.3 测定项目及方法

每次取样时立即测定样品的pH值和电导率，鸡粪与水的质量比为1∶10。其中，pH值用pH计（FE20，梅特勒-托利多）测定，电导率用电导率仪（DDSJ-308A，上海雷磁公司）测定。剩余样品冻干后取0.5 g经甲醇EDTA-McIlvaine溶液（体积比为1∶1）提取，过SAX-HLB串联固相萃取柱后由高效液相色谱串联质谱（高效液相色谱：Agilent 1200；质谱：API 3200）测定泰乐菌素含量。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2016及SPSS 22.0软件进行数据统计分析，不同处理间的差异性分析通过单因素方差分析和多重比较（LSD）实现，显著性水平定为0.05。如果数据呈非正态分布，把数据进行对数转换后再统计分析。

2 结果与分析

2.1 腐植酸对鸡粪pH值的影响

鸡粪pH值在不同腐植酸添加处理下的pH值变化如图1所示，加入腐植酸后，鸡粪pH值比未加腐植酸的鸡粪略有降低；3组处理鸡粪pH值在试验0～3 d快速升高，3～7 d增长放缓，7～15 d基本保持不变，趋势较为一致。15 d后3组处理鸡粪pH值并无显著性差异。因此，添加腐植酸仅对鸡粪初始pH值有一定影响。

2.2 腐植酸对鸡粪电导率的影响

从图2可以看出，添加腐植酸处理的鸡粪电导率在0～3 d迅速增加，而后呈降低趋势；3组处理鸡粪的电导率较初始时都有显著下降，A0、A1和A5处理电导率30 d较0 d分别降低了13.1%、34.3%和20.2%；添加1%腐植酸的鸡粪较未添加腐植酸的处理电导率有显著性降低。

2.3 腐植酸对鸡粪中泰乐菌素含量的影响

由图3可知，3组处理的鸡粪泰乐菌素降解过程波动较大；试验0 d时，3组处理的泰乐菌素含量都小于鸡粪中原有泰乐菌素量（10μg/kg）；0～22 d各处理的泰乐菌素含量都经历了先增加后减少的过程；试验22 d后3组处理泰乐菌素含量都呈减少趋势；试验30 d时，A0、A1和A5处理泰乐菌素含量较初始（0 d）时分别减少了52.1%、73.6%和78.3%。说明添加腐植酸对鸡粪中泰乐菌素的降解具有显著促进作用。

3 结论与讨论

本试验中鸡粪pH值经历了先升高后逐渐平稳的过程。由于鸡粪C/N比较低，0～7 d时，鸡粪中的有机物在嗜温微生物作用下快速分解，产生大量氨态氮，导致pH值快速上升[18-19]。试验后期，由于腐植酸加入提高了A1和A5处理的C/N比，氨化作用减弱[20]，随着氨态氮挥发或转化为硝态氮，导致添加腐植酸的处理pH值降低，未添加腐植酸的处理则由于C/N较低、微生物氨化作用减弱，仍会发生缓慢的氨化作用，使pH值基本保持不变[21]。由于腐植酸加入改变了鸡粪C/N比，鸡粪C/N比升高，导致最终pH较未添加腐植酸的处理升高幅度小[21]。

电导率是有机肥生产过程中的重要指标，过高的电导率会影响植物正常生长，产生毒害作用且会造成土壤板结，降低土壤肥力[22]。试验开始时，由于鸡粪中有机物的分解，鸡粪中盐浓度增加，导致鸡粪电导率升高[23]。试验中后期，由于氨挥发[24]和较高pH值下矿物盐沉淀导致电导率降低，这与pH的试验结果一致。相关研究表明，腐植酸对降低电导率有较好的作用，张继舟等[25]研究发现，施用腐植酸使土壤盐度下降了10%；TURHAN等[26]研究发现，腐植酸能促进盐胁迫下洋葱的生长。本研究中，A5处理由于高浓度腐植酸与矿物盐竞争羟基自由基的作用，导致羟基自由基无法与矿物盐结合[15，27-28]，使得A5处理对电导率的降低反而没有A1处理好，结果表明，添加1%的腐植酸对鸡粪电导率的降低效果最好。

泰乐菌素在pH值小于7.1时多以正离子形态存在，pH值大于7.1时多以分子形态存在，pH值为7.1时以等量的分子和离子形态存在[13]，添加腐植酸的处理在初始时泰乐菌素含量低于未添加腐植酸的处理，主要是因为腐植酸含有大量羧基、羟基和酚羟基等活性基团，对泰乐菌素分子具有较强的吸附作用[29]。随着鸡粪中其他有机物的矿化分解，鸡粪中离子强度升高。GUO等[30]研究发现，泰乐菌素在腐植酸表面存在络合吸附的效应，由于鸡粪离子强度的升高，导致泰乐菌素与其他离子竞争吸附位点。添加腐植酸促进了鸡粪中微生物的生长，增强了对泰乐菌素的降解作用。随着泰乐菌素的降解，鸡粪电导率也逐渐降低，二者结果具有一致性。

腐植酸作为在畜禽粪便有机肥生产过程中的重要调理剂，能够调节pH、电导率和水分等相关指标。本研究结果表明，腐植酸对鸡粪中泰乐菌素的降解具有促进作用，添加1%的腐植酸对鸡粪电导率下降和泰乐菌素降解具有较好的效果，同时也能减少生产成本。优化腐植酸的成分，使其更好地被微生物利用，将会更好地促进泰乐菌素降解。