淺析黑水虻在畜禽糞污處理中的應(yīng)用

陳海洪，張磊，吳志勇

（江西省畜牧技術(shù)推廣站，江西南昌330046）

近年來，隨著昆蟲資源的不斷發(fā)掘和利用，黑水虻因其高效轉(zhuǎn)化養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)生的廢棄物，降低異味排放和環(huán)境污染問題的特性，在畜禽糞便、餐飲垃圾等廢棄物的處理等方面有一定的研究和報(bào)道。筆者對黑水虻的生物特性、在畜禽糞污處理中的應(yīng)用及產(chǎn)生的社會、環(huán)境與經(jīng)濟(jì)價(jià)值進(jìn)行了綜述。

1 黑水虻的生物特性

黑水虻（Black soldier fly），學(xué)名亮斑扁角水虻（Hermitiaillucens L.），系雙翅目水虻科扁角水虻屬的一種昆蟲。黑水虻廣泛分布于46°N至42°S的溫帶、亞熱帶及熱帶地區(qū)[1]。在我國，河北、河南、四川、云南、海南、福建、廣東、廣西等省份均有分布。在華南地區(qū)每年繁殖9～10代，通常3月初至12月下旬均可見到成蟲產(chǎn)卵[2]。黑水虻一代歷經(jīng)卵、幼蟲、蛹及成蟲4個(gè)不同的形態(tài)，其生長發(fā)育繁殖與溫濕度、光照息息相關(guān)。

1.1 卵

黑水虻的單個(gè)卵呈長橢圓形，表面光潔，乳白色，大小約1.4 mm×0.4 mm。孵化期因季節(jié)、地區(qū)和溫度差異有所變化，一般4～14 d。

1.2 幼蟲

幼蟲依靠腹部側(cè)面的剛毛和突起進(jìn)行波浪式蠕動(dòng)。分6個(gè)齡期，1～4齡幼蟲體色均為乳白色，頭部呈栗色，大小約1.8 mm×0.4mm；11 d后進(jìn)入5齡的黑水虻蛻皮1～2 d后，表皮變得粗糙，體色呈黑或灰黃；18 d進(jìn)入6齡幼蟲即預(yù)蛹，此時(shí)蟲體色完全變黑，在21℃～28℃的環(huán)境里可以存活2w～21w。

1.3 蛹

黑水虻化蛹后，表皮更為堅(jiān)硬，腹部的末端兩節(jié)彎向腹面。表皮蛻脫落裂開便開始羽化，一般產(chǎn)卵后50 d可見羽化成蟲。

1.4 成蟲

體長可達(dá)13～20 mm。頭部黑色，有觸角，腹部有節(jié)乳白色，與背面、側(cè)面和中間的黑線分離，翅無花斑，活成蟲泛有藍(lán)色的金屬光澤，死后褪色成微暗色。

1.5 生活習(xí)性

黑水虻幼蟲喜食腐物，取食范圍除陳糧、變質(zhì)腐敗果疏，甚至還有餐廚垃圾、食品加工下腳料等有機(jī)廢棄物，廣泛到可以消化各類有機(jī)固體垃圾，是生態(tài)食物鏈中十分重要的生物處理媒介[3]。黑水虻幼蟲喜靜，受驚嚇會出現(xiàn)假死現(xiàn)象。黑水虻成蟲不喜歡進(jìn)入人類居住的環(huán)境，善棲息植物叢中，攝取植物液汁為食。

2 應(yīng)用

20世紀(jì)歐洲許多國家就開始研究利用黑水虻處理有害垃圾，改善生態(tài)環(huán)境。黑水虻將大量有機(jī)垃圾安全、較快地轉(zhuǎn)化為營養(yǎng)物質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)保持生態(tài)、經(jīng)濟(jì)增長與人畜健康各方面和諧可持續(xù)發(fā)展[4]。

近些年，在國內(nèi)黑水虻作為糞污轉(zhuǎn)化的資源型昆蟲逐漸興起，在天津、山東、湖北等地已經(jīng)有商業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化對黑水虻昆蟲資源綜合利用的研究及運(yùn)營。黑水虻是一種資源性食腐昆蟲，利用其幼蟲的生物特性，以餐廚垃圾、畜禽糞便等作為飼養(yǎng)基料來解決有機(jī)垃圾處理、養(yǎng)殖業(yè)糞污處理等方面取得顯著效果。

2.1 黑水虻在處理牛糞中的應(yīng)用

據(jù)測定干牛糞中含粗蛋白質(zhì)10%～20%、粗纖維21%～30%、無氮浸出物20%～30%、粗脂肪1%～3%。Scotford研究表明，單胃動(dòng)物能把鮮牛糞中70%的粗蛋白質(zhì)吸收利用[5]。Myers研究認(rèn)為,黑水虻無害化處理奶牛糞便后，糞便中的磷含量降低61%～70%,氮含量降低30%～50%,且具有一定的肥力[6]。St-Hilaire等研究顯示,被黑水虻處理后的牛糞中ALA、EPA和DHA的含量很低；以牛糞飼喂黑水虻幼蟲，在預(yù)蛹前加入28%的魚加工廢棄物混合飼喂24h,可以顯著提高黑水虻預(yù)蛹的σ-3脂肪酸的含量[7]。由此可見，用牛糞飼養(yǎng)的黑水虻幼蟲含有豐富的必需氨基酸、微量元素等營養(yǎng)成分,其脂肪酸的含量極為豐富。

2.2 黑水虻在處理豬糞中的應(yīng)用

豬糞惡臭的最主要原因是對甲基酚、糞臭素和吲哚的產(chǎn)生。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)利用黑水虻處理豬糞，在處理24h后對甲基酚完全檢測不到,處理36h后糞臭素和吲哚在也檢測不到?？梢?黑水虻在除臭作用上效果明顯。Newton等研究黑水虻對豬糞進(jìn)行處理[8]，15d后發(fā)現(xiàn)氮去除率達(dá)55.1%、磷去除率為44.1%，鉀去除率為52.8%，堆積量減少56%。結(jié)果豬糞的總重減少了36.72%，含水量從67%減少為63%；總氮減少了31.58%[9]。

2.3 黑水虻在處理鴨糞中的應(yīng)用

馬加康等研究發(fā)現(xiàn)[10]，黑水虻在含有60%的鴨糞組中的體重、體長、體寬、體高、日增重、蟲體長寬比等生長發(fā)育指標(biāo)隨著鴨糞含量的增加呈遞增趨勢，糞便消耗及利用率方面也逐漸增長，投入與產(chǎn)出比最高，本身新鮮鴨糞在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的計(jì)算成本基本為零。余峰等試驗(yàn)用黑水虻處理3種不同養(yǎng)殖模式的鴨糞[11]，其處理效果均可，基質(zhì)含水量對黑水虻的生長發(fā)育尤為關(guān)鍵，而基質(zhì)有機(jī)質(zhì)則是影響預(yù)蛹產(chǎn)量的重要因素。黑水虻處理鴨糞也具有明顯除臭效果。

2.4 黑水虻在處理雞糞中的應(yīng)用

Newton等研究了利用黑水虻處理雞糞的可行性[12],設(shè)計(jì)黑水虻處理雞糞迭代循環(huán)系統(tǒng)，在一段時(shí)間里，黑水虻幼蟲飼喂460只雞,產(chǎn)出黑水虻242.8kg,減少了糞便堆積50%。黑水虻幼蟲可使糞便DM含量減少50%左右，蛋雞糞的生物轉(zhuǎn)化率6%左右[13]，對雞糞中的惡臭氣味有顯著改善[14]，大大降低環(huán)境污染。楊安妮等試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)不同比例雞糞會影響黑水虻幼蟲的體重及日增重[15]。雷小文等研究表明以雞糞飼喂黑水虻[16]，其蟲粉粗蛋白含量為48.1%，粗脂肪含量為12.9%，氨基酸含量為38.19%，且氨基酸種類有18種之多。

2.5 黑水虻對家蠅的影響

黑水虻成蟲個(gè)體很大，可以阻止家蠅和麗蠅產(chǎn)卵，幼蟲甚至可以吃掉其他種類的低齡幼蟲。Bradly和Sheppard在20世紀(jì)80年代發(fā)現(xiàn)[17]，黑水虻幼蟲可能產(chǎn)生信息素，迫使家蠅的成蟲不在黑水虻幼蟲生活的糞便里產(chǎn)卵，形成了對家蠅的驅(qū)避作用。在溫度濕度適宜的夏季，黑水虻能大量繁衍、快速生長，雞糞中生長的家蠅控制率達(dá)到100%，對小家蠅控制率達(dá)到99.9%。利用黑水虻與家蠅不共存的特性，有效解決了畜禽集約化養(yǎng)殖過程中家蠅滋生的問題。

2.6 黑水虻對環(huán)境安全的影響

據(jù)有關(guān)報(bào)道表明，黑水虻不攜帶人類病原體，不會對作物環(huán)境、人類環(huán)境安全構(gòu)成威脅。具有重要的生態(tài)價(jià)值，Erickson.劉巧林、楊樹義等研究發(fā)現(xiàn)，黑水虻幼蟲可以降低雞體中的沙門氏菌、大腸桿菌菌群量，試驗(yàn)用黑水虻幼蟲處理患偽狂犬病或高致病性藍(lán)耳病的病死豬，檢測黑水虻幼蟲體內(nèi)并不存在兩種病毒的病原微生物[18～20]。安新城、胡俊茹等發(fā)現(xiàn)黑水虻在處理畜禽糞污過程中[21～22]，對糞便中的氮、磷和鉀等元素的利用率很高，有效緩解糞便的富集現(xiàn)象；對糞便中的重金屬（銅、鋅、錳、鎘、鉻等）有降解作用，能有效減少了重金屬對環(huán)境的污染。

3 經(jīng)濟(jì)價(jià)值

針對大規(guī)模畜禽養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展，黑水虻在畜禽糞污處理上效果明顯，還可以有效降低污染物的排放，減輕對環(huán)境的污染。目前，有許多專家學(xué)者對黑水虻的生物學(xué)特性進(jìn)行深入研究，為提供生態(tài)化、多樣化的高效資源利用奠定了基礎(chǔ)。

3.1 肥料利用

新鮮豬糞飼養(yǎng)黑水虻分解出的蟲沙（既黑水虻幼蟲的糞便）的水分含量高達(dá)55.1%～56.3%，總養(yǎng)分(氮+磷+鉀)含量為5.3%～5.53%，營養(yǎng)十分豐富[23]，符合國家關(guān)于有機(jī)肥指定的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。已有研究表明，黑水虻所產(chǎn)生的蟲沙對植物生長具有促進(jìn)作用。劉巧林采用以奶牛糞便飼喂黑水虻幼蟲所產(chǎn)生的蟲沙做為盆栽基料[20]，結(jié)果表明完全可以代替商品盆栽土壤種植多花黑牧草和小麥。Choi Y等曾對黑水虻轉(zhuǎn)化食品垃圾后產(chǎn)生的蟲沙與商品肥料同時(shí)種植大白菜做對比試驗(yàn)研究[24]，結(jié)果兩組大白菜的生長速度和營養(yǎng)成分基本一致。吳翔等研究表明[25]，黑水虻蟲沙能明顯提高番茄株高和番茄葉綠素的含量，使得番茄產(chǎn)量增加28.54%，維生素C含量增加19.36%，黑水虻蟲沙營養(yǎng)物質(zhì)也優(yōu)于黃粉蟲蟲糞和傳統(tǒng)的有機(jī)肥。有研究發(fā)現(xiàn)，黑水虻蟲沙富含微生物、大量的氨基酸、活性物質(zhì)和有機(jī)與無機(jī)的營養(yǎng)物質(zhì)，能夠改變土壤微生物的多樣性及豐富度，增加土壤中有機(jī)質(zhì)含量，改善土壤的理化性質(zhì)和生物活性，從而有效促進(jìn)植物生長發(fā)育。

3.2 飼料利用

新鮮豬糞飼養(yǎng)的黑水虻幼蟲粗蛋白含量為35.7%～39%，粗脂肪含量為14.7%～21.2%[23]。安新城和呂欣研究的黑水虻幼蟲粗蛋白含量甚至達(dá)到40%[26]。有研究表明，新鮮豬糞飼養(yǎng)的黑水虻幼蟲中還含有大量的微量元素。Dabbou等發(fā)現(xiàn)在飼料中添加低于15%的脫脂黑水虻幼蟲粉可改善肉雞的生長性能[27]。Secci等用黑水虻幼蟲粉完全替代蛋雞日糧中的豆粕[28]，母雞產(chǎn)蛋率效果顯著。Mawaddah等用脫脂黑水虻幼蟲粉替代鵪鶉飼料中50%的肉骨粉[29]，產(chǎn)蛋率增加了5.82%，100%的替代鵪鶉飼料中肉骨粉，產(chǎn)蛋率增加了6.13%。Cullere等發(fā)現(xiàn)[30]，黑水虻的添加提高了胸肉中酪氨酸、丙氨酸、蘇氨酸、谷氨酸和天冬氨酸的含量，從而提高鵪鶉胸肉的營養(yǎng)價(jià)值。劉世勝研究表明[31]，黑水虻幼蟲可以部分替代魚粉作為建鯉幼魚飼料的蛋白質(zhì)原料。黑水虻的幼蟲和預(yù)蛹作為豆粉和魚粉的替代飼料，可以飼喂雞、豬、鵪鶉、鯰魚、凡納濱對蝦、羅非魚和牛蛙等，能夠很好地替代傳統(tǒng)的蛋白源和脂肪源添加劑。

此外，黑水虻是優(yōu)質(zhì)的昆蟲蛋白，可以用做飼料，是替代魚粉豆粕的優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)源，富含月桂酸、幾丁質(zhì)等特殊物質(zhì)，還可促進(jìn)動(dòng)物健康的潛在作用。據(jù)報(bào)道，江西銅鼓成立了西湖、華仙、榮興3個(gè)棘胸蛙養(yǎng)殖專業(yè)合作社，建立養(yǎng)殖基地30余個(gè)，其中3.3hm2以上的養(yǎng)殖大戶1戶，養(yǎng)殖面積20hm2，養(yǎng)殖種蛙2萬余對，成功繁育棘胸蛙幼蛙100余萬只，蝌蚪300余萬尾，年產(chǎn)量近8t，產(chǎn)值近千萬元已初步形成了集棘胸蛙馴養(yǎng)、繁殖、生產(chǎn)、銷售、服務(wù)為一體的產(chǎn)業(yè)鏈條。

3.3 生物燃油利用

黑水虻幼蟲含有大量粗脂肪，油脂含量在20%～40%，是一種生產(chǎn)生物柴油的新型優(yōu)質(zhì)原料。Green and Popa研究發(fā)現(xiàn)黑水虻幼蟲可以轉(zhuǎn)化處理多種糞便[32]，處理糞便收獲的黑水虻幼蟲體內(nèi)可以提煉生物柴油等副產(chǎn)品。國內(nèi)已有學(xué)者從黑水虻幼蟲中成功提取了基本達(dá)到國家成分標(biāo)準(zhǔn)的油脂，開辟了一種生物柴油制取的新途徑。

3.4 藥物開發(fā)利用

長期生活在腐敗有機(jī)質(zhì)環(huán)境中的黑水虻幼蟲，具有強(qiáng)大的免疫功能，消化多種病原菌。其體內(nèi)含有豐富的蛋白酶、抗菌肽、P450解毒酶、月桂酸、水解酶等抗菌物質(zhì)[33]。據(jù)黃苓研究發(fā)現(xiàn)[9]，黑水虻蟲體中脂肪酸組成非常豐富，飽和脂肪酸以月桂酸和棕櫚酸為主。黑水虻蟲體中十五碳酸含量達(dá)到1%以上。有研究發(fā)現(xiàn)奇數(shù)碳脂肪酸具有抗癌活性，因此也為黑水虻功能性脂肪酸的研究開發(fā)利用提供了一個(gè)新領(lǐng)域。黑水虻蟲水提取物能顯著減少血漿纖維蛋白原含量，降低全血粘度比和血漿粘度比，抑制血小板粘附性，具有破積、逐瘀、活血和通經(jīng)的臨床效果[34]。黑水虻體內(nèi)的蛋白質(zhì)尤其是水溶蛋白具有抗氧化活性，因此可用于天然抗氧化劑和有抗氧化功能的蛋白食品的制作[35]；預(yù)蛹?xì)ひ部梢宰鳛樯a(chǎn)幾丁質(zhì)和殼聚糖的原料。因此，利用黑水虻可以開發(fā)制造出很多具有抗菌、保健的醫(yī)藥產(chǎn)品。

4 小結(jié)

據(jù)調(diào)查，黑水虻科昆蟲總數(shù)達(dá)3 000種，其中我國存在約300種。有關(guān)黑水虻的研究在近年也不斷增多,黑水虻的應(yīng)用開發(fā)還有很大的空間，在實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展上，具有較好的應(yīng)用前景和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。黑水虻產(chǎn)業(yè)化發(fā)展要深入挖掘黑水虻乃至昆蟲資源的利用，完善產(chǎn)業(yè)鏈過程中產(chǎn)品穩(wěn)定性、標(biāo)準(zhǔn)化問題，從而提升產(chǎn)品品質(zhì)，進(jìn)一步推進(jìn)黑水虻在糞污資源化技術(shù)中的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，為實(shí)現(xiàn)畜牧業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)，建立節(jié)約型社會都具有十分重要的意義。