蝇蛆对新鲜猪粪生物脱水的效果研究

沈生元， 李海根

(1.江苏省苏州市吴江区农业技术推广中心，江苏苏州 215200； 2.苏州绿盈农业发展有限公司，江苏苏州 215235)

我国每年产生约38亿t畜禽粪污，堆肥化是处理畜禽粪便的主要方式，但是新鲜畜禽粪便水分含量高，难以满足直接堆肥的需求[1]。目前我国主要通过螺旋挤压式固液分离机械设备实施脱水[2]，可以使粪便中的水分含量下降到65%左右，从而满足堆肥对水分的要求。但是分离出的液体一方面带走了畜禽粪便中可溶性的碳、氮、磷、钾等养分，另一方面还需要投资对这部分污水进行无害化处理，既损失了有机肥中的养分，又增加了企业的负担。也有企业采用干燥的砻糠粉、秸秆粉或生物碳等材料调节新鲜畜禽粪便水分含量[3-4]，1 t新鲜的畜禽粪便需要添加20%左右的调水材料，企业需要在作物收获季节大量收购、贮存作物秸秆，增加较多投入。朱开建等研究发现，蝇蛆处理猪粪的生态过程约需3.5 d，明显短于自然熟化过程[5]；Zhu等最新研究了通过2个阶段的猪粪堆肥实现了无填充剂堆肥[6-7]，发现接种蝇蛆的堆肥更快达到高温阶段和最后成熟期，第2阶段堆肥的温度保持约55 ℃下9 d，水分减少至约40%，且pH值较高，解毒更快，一些微生物酶活动模式也不同。江苏省也有采用蝇蛆处理鸡粪的报道[8]，但用蝇蛆处理猪粪的报道还不多见。本研究通过在吴江区开展的工厂化试验，研究了接种0.75%蝇蛆对新鲜猪粪水分含量和养分的影响，以期为该技术在江苏省的推广提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验于2015年9月在江苏省吴江区苏州绿盈农业发展有限公司进行，试验设接种蝇蛆和不接种蝇蛆2个处理，每个处理作3次重复。每个处理将250 kg新鲜猪粪平摊于大小为3 m×4 m×0.3 m的水泥池中。接种蝇蛆处理为麦麸(用于家蝇卵孵化)与家蝇一龄幼虫(孵化后不超过24 h)的混合体，1 g含初孵蝇蛆2 000条左右，接种量为猪粪鲜质量的 0.75%。将蝇蛆接种体撒于水泥池中猪粪表面，让蝇蛆自由进入粪堆内取食和生长发育，常温处理7 d，每天每个处理小区采用5点对角线釆样，样品保存于4 ℃冰箱中。

1.2 分析方法

1.2.1 猪粪温度测定 于每天10：00将水银温度计插入水泥池内的猪粪层3～4 cm深度，测量各处理温度，每池测定东、西、南、北4个方向4个点并取平均值为当天温度。

1.2.2 猪粪水分含率测定 采用烘干法测定，每天取样品50 g在105 ℃下烘干24 h，置于干燥器中冷却25 min后称质量(精确到0.001 g)。猪粪样品烘干前后的质量差与新鲜样品质量的比值即为含水率(%)。

1.2.3 猪粪pH值和EC值测定 称取5.00 g肥料鲜样样品于塑料瓶中，加入50 g去离子水，置于摇床(150 r/min)振荡2 h，静置0.5 h进行pH值和EC值的测定，pH值采用METTLER TOLEDO FE20 pH值计测定，EC值采用DDSJ-308A电导率仪测定。

1.2.4 水溶性有机碳和有机氮含量测定 称取样品10 g加蒸馏水100 mL，振荡1 h后过滤，采用德国elrmentar公司生产的Liqui TOC仪测定。

1.2.5 总碳和总氮含量测定 样品风干后采用德国elrmentar公司的vario EL Ⅲ元素分析仪测定。

2 结果与分析

2.1 接种蝇蛆对猪粪温度变化的影响

由图1可知，接种蝇蛆0.75%处理接种后2 d与对照相比温度没有变化，从接种后3 d开始，接种蝇蛆处理的温度明显高于对照，该处理接种后3、4、5、6 d猪粪的温度达到33.7、36.2、41.7、41.9 ℃，分别比对照处理增加4.1、5.2、8.7、8.7 ℃。猪粪中温度的提高有利于水分的蒸发散失，减少对辅料的使用量。

2.2 接种蝇蛆对猪粪水分含量的影响

新鲜猪粪水分含量高达70%以上，难以满足直接堆肥的要求。图2的结果表明，接种蝇蛆后7 d内猪粪的水分含量发生了明显的改变。接种后2 d，接种处理与对照间猪粪含水量没有明显差异，从接种后3 d开始，接种蝇蛆处理的水分含量下降明显高于对照，尤其是接种蝇蛆后5、6 d，新鲜猪粪的水分含量降低到50%左右，较对照处理水分散失增加了28%左右。该水分含量已经完全能够满足堆肥水分含量的要求。这些水分散失的原因一方面是蝇蛆活动使得新鲜猪粪的孔隙度增加，促进空气流动引起水分的蒸发[9]；另一方面是随着蝇蛆的生长体积不断增加，其新陈代谢过程及蛆虫本身也带走了不少水分。

2.3 接种蝇蛆对猪粪pH值的影响

从图3可知，接种蝇蛆的处理猪粪pH值呈现先增加后降低的趋势，接种后2 d略有下降，从接种后3 d开始上升，并在接种后5 d时达到最大，接种后6 d又有所下降。而对照处理猪粪的pH值变化较平缓，前5 d几乎没有增加，仅在接种后6 d有所上升，但此时猪粪的pH值仍然较接种蝇蛆处理的低0.81个单位。前期猪粪pH值下降可能与前期厌氧分解产生有机酸有关；而接种蝇蛆后期猪粪pH值增加，可能与蝇蛆活动过程中促进了猪粪中含氮有机物的降解，产生大量NH4+有关。最后氨气挥发或铵态氮在硝化细菌的作用下转化为硝态氮以及微生物代谢产生酸，促使pH值趋于下降[10]。

2.4 接种蝇蛆对猪粪电导率的影响

电导率反映了猪粪中总阳离子浓度。由图4可知，随着接种时间的延长，2个处理EC值均呈现升高的趋势。从接种后2 d开始到接种后4 d接种蝇蛆处理的猪粪EC值均高于对照处理，而接种后5、6 d，对照处理猪粪EC值高于接种蝇蛆处理。本试验中接种蝇蛆的猪粪电导率呈先不断上升而后又下降趋势的原因，很可能是蝇蛆自身活动以及猪粪中通气性的改善，促进了微生物对有机物的降解，导致盐类物质(如磷酸盐、铵盐和有机酸盐等)产生[11]；而随着蝇蛆的生长，其躯体吸收了大量的阳离子，结果导致EC值又有所下降。

2.5 接种蝇蛆对猪粪水溶性有机碳含量的影响

水溶性碳是一类组分非常复杂，既含低分子量物质(如游离的氨基酸和糖类)又含各类大分子成分(如酶、氨基糖、多酚和腐植酸等)的混合物。本研究中，猪粪的水溶性有机碳含量均呈现先增加后降低的趋势(图5)，呈倒“V”字型。前期接种蝇蛆的猪粪水溶性碳含量增加的幅度较对照低，而后期的下降幅度又大大高于对照处理，可能是因为接种蝇蛆后，通气性改善、微生物活性增强，使前期原料中的易分解含碳化合物的分解速度增加，而后期随着易分解物质的减少，分解产生的水溶性碳也逐渐减少，加之蝇蛆对水溶性有机碳的吸收和消耗，使得后期猪粪中的水溶性有机碳含量下降更快。

2.6 接种蝇蛆对猪粪总氮含量的影响

氮对微生物的生长繁殖具有重要作用。随着堆腐过程的进行，在微生物的作用下，大量有机物发生分解，堆体全氮含量发生变化。如图6所示，随着接种时间的推进，2个处理全氮含量呈减少趋势。其中接种蝇蛆的处理在接种6 d时猪粪的含氮量较接种前减少了31.2%，与对照处理相比较少了21.9%。这一方面由于在接种蝇蛆后水分含量降低，促进了有机物的矿化分解，加大了氨的挥发损失[12]；另一方面蝇蛆利用猪粪中的有机氮构成其自身的体细胞蛋白，造成接种蝇蛆后氮素减少。

3 结论

新鲜猪粪接种蝇蛆提高了猪粪中的温度，加速了猪粪中水分的散失， 与对照相比接种蝇蛆6d后猪粪水分散失增加28%，猪粪水分含量降低到50%左右，能够满足直接堆肥的要求。接种蝇蛆后增加了猪粪的pH值，接种蝇蛆后6 d猪粪的pH值较未接种的对照处理高0.81个单位；与对照相比接种蝇蛆后猪粪的电导率降低了10.7%，有利于减少猪粪中的盐分含量。接种蝇蛆后降低了猪粪中水溶性有机碳含量，与对照相比接种蝇蛆后猪粪的全氮含量减少了21.9%，可能会对后期堆肥养分含量有影响，需要进一步研究。

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