黑水虻的養(yǎng)殖及其處理畜禽糞便的研究進(jìn)展

張俊哲 劉執(zhí)平 （山東省煙臺(tái)第一中學(xué) 264025） 陳國忠 （魯東大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 山東 煙臺(tái)）

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黑水虻的養(yǎng)殖及其處理畜禽糞便的研究進(jìn)展

張俊哲 劉執(zhí)平*（山東省煙臺(tái)第一中學(xué) 264025） 陳國忠*（魯東大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 山東 煙臺(tái)）

隨著現(xiàn)代畜牧業(yè)迅猛發(fā)展，畜禽糞便大量產(chǎn)生污染環(huán)境。本文綜述了黑水虻對(duì)畜禽糞便處理的研究進(jìn)展，從黑水虻的養(yǎng)殖技術(shù)、畜禽糞便處理方法及其原理進(jìn)行討論，對(duì)畜禽糞便的無害化、資源化利用具有指導(dǎo)意義，并對(duì)黑水虻的應(yīng)用和發(fā)展前景進(jìn)行展望。

目前我國畜禽養(yǎng)殖模已經(jīng)逐漸從散戶養(yǎng)殖轉(zhuǎn)向規(guī)?；⒓s化養(yǎng)殖，畜禽糞便大量產(chǎn)生，成為農(nóng)村和養(yǎng)殖場(chǎng)周邊的主要污染來源[1]。農(nóng)業(yè)部官方數(shù)據(jù)顯示，我國每年畜禽養(yǎng)殖糞污產(chǎn)生量約38億t，其中畜禽糞便約18億t，污水約20億t。從不同畜種來看，全國生豬糞污年產(chǎn)生量約18億t，占總量的47%；牛糞污年產(chǎn)生量約14億t，占總量的37%，其中奶牛4億t、肉牛10億t；家禽糞污年產(chǎn)生量約6億t，占總量的16%[2]。目前畜禽糞污的有效利用率不足60%，大量畜禽糞便未經(jīng)正常處理施入農(nóng)田，不僅嚴(yán)重影響周圍環(huán)境，還會(huì)產(chǎn)生有毒臭氣和溫室氣體，如NH3、H2S、CH4等[3]。糞便中攜帶的各種致病微生物和蟲卵如大腸桿菌，沙門氏菌，蛔蟲卵等，嚴(yán)重威脅食品生產(chǎn)安全或造成疫病傳播。一些畜禽糞便中還含有大量藥物添加劑和抗生素等[4]，可能對(duì)環(huán)境生物造成極大危害。此外，畜禽糞便富含的氮、磷元素極易流失，從而引起水體富營養(yǎng)化[5]，改變水體的理化環(huán)境，使水發(fā)臭，形成江河湖海的赤潮和水華。傳統(tǒng)畜禽養(yǎng)殖模式及廢棄物處理技術(shù)已不適用于現(xiàn)今的情況，如何改善畜禽養(yǎng)殖環(huán)境、妥善處理廢棄物防止污染是亟待解決的問題。

1 黑水虻的簡介

黑水虻(Hermetia illucens L.)[6]原產(chǎn)于美洲，是腐生性的水虻科昆蟲，能夠取食禽畜糞便和生活垃圾，生產(chǎn)高價(jià)值的動(dòng)物蛋白飼料，幼蟲具有食性雜、食量大、抗逆性強(qiáng)、不傳播疾病等優(yōu)點(diǎn)，繁殖迅速，生物量大，食性廣泛、吸收轉(zhuǎn)化率高，容易管理、飼養(yǎng)成本低，動(dòng)物適口性好等特點(diǎn)，從而進(jìn)行資源化利用，其幼蟲被稱為“鳳凰蟲”，成為與蠅蛆、黃粉蟲、大麥蟲等齊名的資源昆蟲，在全世界范圍內(nèi)(南北緯40度之間)得到推廣，近些年傳入我國，目前已廣布于貴州、廣西、廣東、上海、云南、臺(tái)灣、湖南、湖北等地。

2 黑水虻的養(yǎng)殖技術(shù)

2.1 卵的孵化 將收集到的黑水虻蟲卵置于塑料盒內(nèi)，盒底均勻鋪墊一層含水量60%左右、發(fā)酵1d的麥麩作為初孵幼蟲飼料，環(huán)境溫度25℃，空氣濕度80%，加蓋防蠅網(wǎng)，大約2~4d孵化，同一卵塊的幼蟲孵化時(shí)間非常接近，后期幼蟲生長整齊，易于管理。

2.2 幼蟲飼養(yǎng) 黑水虻的初孵幼蟲至3齡幼蟲體積小，食量不大，為提高禽畜糞便的處理效率和黑水虻幼蟲的成活率，通常將黑水虻幼蟲飼養(yǎng)至3齡后再用于禽畜糞便的處理。以花生麩、麥麩、玉米粉或豆粕等為食，環(huán)境溫度25~30℃、環(huán)境相對(duì)濕度不低于60%、盤內(nèi)濕度不大于80%，經(jīng)過5~7d獲得體長0.6cm以上的3齡幼蟲，即可用于畜禽糞便的生物處理過程。根據(jù)蟲的密度，可分盆飼養(yǎng)，也可池養(yǎng)，前者需根據(jù)幼蟲的取食補(bǔ)料并清除殘料，后者可以一次將料加夠，不需清除殘料[7]。

2.3 預(yù)蛹 經(jīng)7~10d后黑水虻幼蟲體色逐漸變?yōu)楹诤稚?，體壁硬化，停止取食，進(jìn)入預(yù)蛹階段。黑水虻預(yù)蛹有遷出食物的行為，可在池角斜坡下放置小桶，預(yù)蛹爬出之后自動(dòng)落入桶中，也可以利用幼蟲的避光性，將蟲和料置于自然光下，預(yù)蛹會(huì)躲到最下層，把上層廢料剔除，剩下即是蟲體。黑水虻預(yù)蛹具有更強(qiáng)的抗逆性，因此是較為理想的貯存蟲態(tài)。將預(yù)蛹置于成蟲飼養(yǎng)室內(nèi)，避雨避光，約2周后即可羽化出黑水虻成蟲。

2.4 成蟲飼養(yǎng) 黑水虻成蟲壽命較短，雌成蟲平均壽命7~9d，雄成蟲平均壽命6~7d。成蟲消化功能退化，但能吸食水分，研究表明以蜂蜜水或蔗糖水飼喂的成蟲具有較強(qiáng)的活動(dòng)能力，分析認(rèn)為黑水虻成蟲仍然需要補(bǔ)充糖份作為飛行能源。黑水虻成蟲羽化1~2d后即能交配，交配在飛行中完成，授精過程在地面或葉片上完成，成蟲的交配行為受日光照射誘導(dǎo)[8]，同時(shí)還受到溫度和濕度的影響。雄成蟲交配后不久即死亡，雌成蟲交配2~3d后開始尋找適宜的產(chǎn)卵場(chǎng)所，一次性產(chǎn)卵約800粒，產(chǎn)卵后不久亦死亡。如果遇到連續(xù)陰天或在室內(nèi)飼養(yǎng)成蟲時(shí)，可用碘鎢燈補(bǔ)光，效果與日光類似[9]。

2.5 采卵 黑水虻雌成蟲產(chǎn)卵場(chǎng)所的選擇受食物信息的誘導(dǎo)，因此可以利用餌料誘集黑水虻在固定區(qū)域產(chǎn)卵。黑水虻雌成蟲是一次性產(chǎn)卵，卵粒晶瑩透明、排列整齊，形成卵塊，利于集中收獲。此外，黑水虻并不會(huì)將卵直接產(chǎn)于食料上，而是選擇附近較為干燥的縫隙。根據(jù)此特性，研究者設(shè)計(jì)了適宜于黑水虻產(chǎn)卵的收集器，將密度板3~5層疊放，長33cm、厚1.8cm、寬5cm，層間縫隙2mm，深度大于7mm。將卵收集器置于食料附近，就能方便地收獲大量的黑水虻卵用于后續(xù)生產(chǎn)。

3 黑水虻處理畜禽糞便的研究

（1）近幾年黑水虻被廣泛應(yīng)用于處理雞糞、豬糞及餐廚垃圾等廢棄物方面[10-12]。黑水虻處理畜禽糞便技術(shù)簡單易行。首先用發(fā)酵麥麩對(duì)黑水虻蟲卵進(jìn)行孵化，然后將孵化好的3~4日齡黑水虻小幼蟲投進(jìn)新鮮糞便中，保證物料維持一定溫度和濕度，經(jīng)過黑水虻幼蟲快速生長7d左右，物料基本變黑，疏松度大幅度提高，蟲體也長到1~1.5cm，就可以開始進(jìn)行分篩，蟲料分離，將分篩的蟲子進(jìn)行飼養(yǎng)肉雞，蟲糞可以加工優(yōu)質(zhì)的生物有機(jī)肥。（2）研究表明，雞、豬等非反芻動(dòng)物有限的消化系統(tǒng)容積和微弱的微生物發(fā)酵活動(dòng)導(dǎo)致其對(duì)飼料的消化能力較差，糞便中仍然含有大量未消化吸收的蛋白質(zhì)、脂肪等有機(jī)物質(zhì)。黑水虻幼蟲能夠轉(zhuǎn)化糞便中的氮、磷、鉀等營養(yǎng)成分和大量的蛋白及脂肪，并將一部分用于機(jī)體構(gòu)建，從而成為畜禽養(yǎng)殖的高能蛋白原料[13]。Newton等[14]利用黑水虻對(duì)豬糞進(jìn)行了15d的處理，氮、磷、鉀的去除率分別達(dá)55.1%、44.1%和52.8%，堆積減少56%。Kelly V. Beskin等[15]研究發(fā)現(xiàn)，黑水虻幼蟲能將動(dòng)物糞便中所有揮發(fā)性有機(jī)化合物的排放量減少87%以上，有助于解決養(yǎng)殖場(chǎng)的惡臭問題。黑水虻幼蟲能顯著降低糞便濕度[16]，減少家蠅[17, 18]。黑水虻養(yǎng)殖能較好地解決畜禽糞便中的大腸桿菌[19]和沙門氏菌污染問題[20]，在處理偽狂犬病和高致病性藍(lán)耳病病死豬時(shí)，蟲體中檢測(cè)不到相應(yīng)病原微生物。

4 黑水虻處理糞便的原理機(jī)制

（1）W Kim等[21]研究發(fā)現(xiàn)黑水虻幼蟲腸道提取物具有高于家蠅幼蟲的淀粉酶、脂肪酶和蛋白酶活性，使其能夠比其他種類的蒼蠅更有效地消化有機(jī)廢物。Heiko Vogel等[22]研究發(fā)現(xiàn)，黑水虻幼蟲的許多抗菌肽是由喂食含有高細(xì)菌負(fù)荷的飲食誘導(dǎo)產(chǎn)生的，同時(shí)抗菌肽的飲食依賴性表達(dá)轉(zhuǎn)化為對(duì)一系列細(xì)菌的飲食依賴性抑制作用，研究者認(rèn)為是抗菌肽的表達(dá)介導(dǎo)了腸道微生物群對(duì)異常飲食的消化適應(yīng)，該特征可以促進(jìn)黑水虻在有機(jī)廢物生物轉(zhuǎn)化中的應(yīng)用。H Jeon等[23]研究發(fā)現(xiàn)黑水虻腸道細(xì)菌群落的組成取決于不同的營養(yǎng)來源，且不同于其他昆蟲腸道微生物區(qū)系。L Zheng等[24]發(fā)現(xiàn)在黑水虻不同生活階段擬桿菌門和變形菌門屬于腸道菌群的優(yōu)勢(shì)菌。種類豐富的酶、高活力的抗菌肽、獨(dú)特的腸道菌群，使得黑水虻得以高效處理畜禽糞便，轉(zhuǎn)化成自身的營養(yǎng)成分。（2）2013年10月，聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織在《可食用昆蟲報(bào)告》中將黑水虻作為最主要的蛋白飼料替代昆蟲。我國黑水虻種質(zhì)資源較為豐富，除了已知的250余種(世界有3000余種)，我國還有大量未知種類的黑水虻，其中90%以上分布在華中、華南和華北地區(qū)。黑水虻有生物量大、蟲體資源含量高等特點(diǎn)，富含17 種氨基酸[25]，直接利用新鮮豬糞養(yǎng)殖的黑水虻幼蟲蛋白質(zhì)可達(dá)40.6%，且蟲沙總養(yǎng)分含量為8.76%，可達(dá)到國家有機(jī)肥標(biāo)準(zhǔn)[26]。黑水虻粗蛋白含量與大豆粕相近，而且預(yù)蛹中含有豐富的礦物質(zhì)，可以作為其他動(dòng)物源飼料的替代品[27]，現(xiàn)已用于魚類養(yǎng)殖[28, 29]、肉雞養(yǎng)殖[30]等。除了上述應(yīng)用領(lǐng)域外，黑水虻也可以應(yīng)用于營養(yǎng)保健、醫(yī)藥等領(lǐng)域，幼蟲提取物中的己二酸具有抗菌功能，部分提取物還具有抑制淋球菌等細(xì)菌活力的功能，黑水虻成為了抗菌肽藥物的重要研究對(duì)象，這些高端產(chǎn)品的市場(chǎng)利潤更為可觀。

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