不同溫濕度環(huán)境對黑水虻成蟲繁殖率和幼蟲轉化畜禽糞便效率的研究

雷明港 ，孫振濤，王桂英，高鵬翔，逄 鑫，辛 敏，董丙強，李路勝*

（1.聊城大學農學院，山東聊城 252000；2.山東省聊城市東昌府區(qū)農業(yè)農村局，山東聊城 252000）

黑水虻（Black Soldier Fly），也稱為亮斑扁角水虻（Hermetia Illucens L），是一種雙翅目水虻科的昆蟲[1]，起源于美洲熱帶草原，由于對環(huán)境溫度需求不高，因此在南北緯40°之間的熱帶和亞熱帶地區(qū)均有分布[2]。黑水虻能采食禽畜糞便、餐廚垃圾及動物尸體等有機垃圾，具有繁殖快、食性廣、轉化率高等特點，在全世界范圍內作為食腐性的資源昆蟲越來越受到重視[3-4]。黑水虻蟲體含有豐富的蛋白質、氨基酸和油脂[5]，作為昆蟲蛋白飼料廣泛應用于動物飼料中，使資源得到二次利用[3]。目前，國內外對黑水虻的研究主要圍繞黑水虻養(yǎng)殖及其對餐廚垃圾、畜禽廢棄物等有機垃圾的生物降解及資源化利用方面[6]。在國內外針對溫度對人工飼養(yǎng)黑水虻的研究較多，相對濕度研究以及溫濕度交互作用研究較少。溫度被認為是最主要的影響因素之一。郭鳳達[7]報道，溫度過低和過高都嚴重影響黑水虻的存活率；Tomberlin 等[8]認為黑水虻在28℃，相對濕度70%～75%時生長最佳。目前國內的研究基本上都是以此范圍展開試驗[9]。

山東省位于中國北方，氣候低溫干燥、相對濕度較低[10]。本研究擬探討不同溫度和濕度對春季飼養(yǎng)黑水虻成蟲繁殖率的情況，以及黑水虻幼蟲對新鮮豬、雞糞便的轉化效率，為為黑水虻的人工飼養(yǎng)和黑水虻對新鮮雞糞和豬糞轉化方面的研究提供應用材料。

1 材料與方法

1.1 試驗材料 黑水虻蟲卵是由聊城大學動物營養(yǎng)與飼料分析實驗室提供，經6 個世代繼代養(yǎng)殖。廚余垃圾由聊城大學學生飯?zhí)锰峁?，分選后勻漿處理，含水量平均為82.5%。小麥麩由聊城市飼料獸藥批發(fā)市場采購。日光溫室由聊城大學農學院動物科學實驗室提供，用5 mm 厚的毛氈隔成10 m2的統(tǒng)一溫室隔間。紗籠由聊城大學農學院動物科學實驗室提供，規(guī)格為邊長70 cm 的正方體。

1.2 黑水虻成蟲的制備 黑水虻幼蟲時期的人工飼料是將廚余垃圾（濕重）與小麥麩皮（風干重）按7:3 均勻混合，再用自來水調至80%含水量。將黑水虻蟲卵放于27℃環(huán)境中孵化，幼蟲飼養(yǎng)于白色塑料盒（65 cm×38 cm×25 cm）中，每日添加2～3 cm 厚的人工飼料進行飼養(yǎng)，當發(fā)現(xiàn)50% 幼蟲停止采食時停止喂料，等待其全部黑化成蛹后，將大小一致、蛹體飽滿的若干枚蟲蛹平均分揀到各個紗籠中待其羽化。

1.3 黑水虻春季溫濕度影響試驗

1.3.1 試驗分組 本試驗以人工濕度（75%）與自然濕度（平均濕度為35%）2 個相對濕度對比，24、27、30、33℃ 4 個溫度梯度處理，總計分成8 組，每組設計3 個重復試驗，每個重復放1 個紗籠，每個紗籠均勻放入500 枚的蟲蛹。用市場采購的加熱器進行加溫，用霧化噴頭進行加濕，各組的不同溫濕度由自動控制器進行系統(tǒng)調控。各組的相對濕度檢測分別在每日的早（09:00）、中（14:00）、晚（18:00）測定3 次。

1.3.2 日常管理和測定方法 本試驗于2019 年3 月11日進行，各階段采用相同的處理方式。待蟲蛹羽化后開始試驗，每日1 次，收集蟲卵顆粒直至紗籠內的成蟲全部死亡。記錄每個紗籠內的全部成蟲數(shù)量并計算羽化率。

每日收集的各籠蟲卵顆粒，采用電子分析天平進行稱重，記錄質量并計算平均產卵量。

選用24 個標準一致的培養(yǎng)皿，每個培養(yǎng)皿內放入隨機挑選的300 粒蟲卵，每組3 個培養(yǎng)皿作為重復，分別放于自然濕度（35%）和人工加濕（75%），溫度24、27、30、33℃的環(huán)境中同時進行孵化，記錄每個培養(yǎng)皿內獲得的幼蟲數(shù)量并計算孵化率。

1.4 黑水虻幼蟲對畜禽糞便的轉化試驗

1.4.1 試驗設計 將1.3 試驗中所得各組蟲卵混合，隨機選取若干，在28～30℃、濕度60%以上環(huán)境中孵化，用孵化專用料飼養(yǎng)至6 日齡（3 齡期）備用。

以新鮮雞糞和新鮮豬糞為研究對象，分別來源于聊城鼎順養(yǎng)殖有限公司和聊城盛遠達養(yǎng)殖有限公司，依次放入18 個相同規(guī)格的塑料方盤（65 cm×38 cm×25 cm）中，每盤初次放入1.5 kg 糞便、接種5.0 g 幼蟲。幼蟲規(guī)格平均11.28 mg/條，飼養(yǎng)環(huán)境為溫度26℃、相對濕度70%。

1.4.2 日常管理和測定方法 試驗于2019 年3 月29 日開始，試驗過程中觀察黑水虻幼蟲采食情況，當糞便質地蓬松時補料，每次補料時測定蟲子規(guī)格和蟲糞水分。接種11 d 后開始收蟲，采用震動分級篩進行蟲糞分離，鮮蟲和蟲糞分別稱重。根據記錄分別統(tǒng)計幼蟲增重、料蟲比和采食速度。

料蟲比=糞便累計添加量/蟲子增重

干物質轉化率=[蟲子增重×（100%－蟲子水分）]/[糞便用量×（100%－糞便水分）]×100%

采食速度=投料量/采食時間

1.5 統(tǒng)計分析 試驗數(shù)據采用Excel 2019 進行整理，利用SPSS 19.0 統(tǒng)計軟件進行溫度、相對濕度雙因素方差分析，采用Fisher's LSD 對各參數(shù)均值之間的差異性進行檢驗。數(shù)據以平均值±標準差表示。

2 結果與分析

2.1 溫度和相對濕度對黑水虻繁殖率的影響 由表1 可以看出，無論是自然濕度還是人工加濕，與24℃相比，30℃和33℃環(huán)境下蟲蛹羽化率均有顯著增加；27℃環(huán)境下有增加的趨勢（P＞0.05）。不同濕度條件下各組間均無顯著差異，說明溫度是影響蟲蛹羽化率最重要的因素之一。

表1 溫濕度對黑水虻成蟲繁殖率的影響

從平均產卵量上看，無論自然濕度還是人工加濕，與24℃環(huán)境相比較，27℃、30℃和33℃環(huán)境下均極顯著提高了黑水虻的平均產卵量；自然濕度處理方式下，33℃環(huán)境較27℃和30℃環(huán)境的平均產卵量分別下降了6.38% 和9.12%（P＜0.05）；人工加濕處理方式下，33℃環(huán)境較27℃和30℃環(huán)境有下降趨勢（P＞0.05）。在24℃、27℃和30℃環(huán)境下，人工濕度比自然濕度平均產卵量分別增加了27.06%、9.14%和6.13%（P＜0.05）。試驗結果表明，春季黑水虻成蟲產卵的適宜溫度為27～30℃，適宜相對濕度為75%。

在蟲卵孵化率方面，在自然濕度情況下，黑水虻蟲卵在33℃時孵化率最低，與之相比，27、30℃均極顯著提高，24℃時差異顯著；在人工加濕情況下，24℃與33℃的孵化率沒有差異，但極顯著低于27℃和30℃。與自然濕度相比，除24℃差異不顯著之外，其余3 個溫度組人工加濕均顯著提高了蟲卵的孵化率。試驗結果表明，溫度在27～33℃時，相對濕度對黑水虻蟲卵孵化具有明顯的影響。

2.2 黑水虻幼蟲對畜禽糞便轉化率的影響 從表2 可以看出，在養(yǎng)殖周期11 d 的情況下，經過5 次糞便添加，黑水虻幼蟲在雞糞的增重比豬糞提高了12.47%（P＜0.05），雞糞的料蟲比低于豬糞3.72%（P＞0.05），2 種處理的干物質轉化率沒有差異。

2.3 黑水虻幼蟲對畜禽糞便采食速度的影響 由圖1 可以看出，接蟲后的前期黑水虻在豬糞中的采食速度快于雞糞，在第3 天采食最快，達到8.24 mg/h，雞糞在第5 天最快，達到8.98 mg/h，之后緩慢下降，說明黑水虻幼蟲在不同糞便之間存在著不同的采食規(guī)律。

表2 黑水虻幼蟲對糞便轉化效率的影響

圖1 黑水虻幼蟲采食速度變化

3 討 論

3.1 春季溫濕度對黑水虻成蟲繁殖率的影響 多年來研究表明，溫度是影響黑水虻生長發(fā)育的重要因素。Tomberlin 等[11]研究認為黑水虻成蟲繁殖的適宜溫度是28℃。郭鳳達[7]研究認為25～28℃是飼養(yǎng)黑水虻幼蟲的最適溫度范圍，收獲預蛹時間為20 d 左右，并且在15℃的低溫條件下，黑水虻的卵無法孵化，幼蟲全部死亡，預蛹死亡率高達80.9%，總體成活率僅為5%，而當溫度高于33℃以上時，則會導致黑水虻各階段死亡率為100%。姬越等[12]研究發(fā)現(xiàn)，在28℃條件下幼蟲階段的發(fā)育參數(shù)能夠達到最優(yōu)，而成蟲羽化率對溫度適應范圍較為寬泛。

在相對濕度方面，Tomberlin 等[11]認為70%～75%的相對濕度最適合黑水虻的繁殖。喻國輝等[13]研究證明了相對濕度為70%更適合黑水虻的生長發(fā)育。周芬[14]在研究地方品系的黑水虻時也將相對濕度控制在28℃和75%。國內其他對黑水虻的應用研究[15-17]也基本上是在上述范圍內展開，但對于低濕度環(huán)境的對比研究較少。

山東屬中緯度地區(qū)，常年受東亞季風的影響，春季低溫干燥，在黑水虻的人工飼養(yǎng)時需要進行加溫和加濕處理。本研究結果表明，在24～33℃溫度條件下絕大部分黑水虻均能正常羽化，相對濕度對黑水虻羽化率的影響不顯著，與姬越等[12]認為黑水虻羽化對溫度的適應范圍較廣泛的結論相符。本研究中，27、30、33℃較24℃均顯著提高了黑水虻的平均產卵量，與Tomberlin 等[11]認為28℃為最適溫度的結果相一致。本試驗中溫度對蟲卵孵化率的影響不顯著，可能與溫度梯度間溫度跨度過小有關，或者可能與姬越等[12]猜測的黑水虻蟲卵對低溫有一定耐受性有關，其機制仍待進一步研究。本試驗中自然濕度（35%）與人工加濕處理（75%）對黑水虻平均產卵量和孵化率均有影響，其中24℃、27℃和30℃溫度下人工加濕處理的平均產卵量明顯高于自然濕度，27℃、30℃和33℃溫度下人工加濕處理的孵化率明顯高于自然濕度；溫度和相對濕度在蟲蛹羽化率、平均產卵量和蟲卵孵化率方面的交互作用均不明顯。

3.2 黑水虻幼蟲對糞便轉化效率的影響 利用黑水虻建立產業(yè)化的有機廢棄物轉化工程，必須建立在工廠化和標準化的生產模式基礎上，其中有機廢棄物轉化率就是一個非常重要的衡量指標，不同廢棄物的碳氮比、適口性、水解氨基酸含量等都會影響到黑水虻的轉化率，因此采食不同的食物其轉化率也不盡相同[18]。徐春笑等[15]在研究黑水虻幼蟲處理餐廚垃圾的轉化效率中，發(fā)現(xiàn)按每噸投100 g 蟲卵的比例經濟效益最大，黑水虻對餐廚垃圾的轉化率高達79%。陳兆強等[19]發(fā)現(xiàn)70%的牛糞麩皮混合料中黑水虻轉化效果最優(yōu)。楊樹義等[20]研究發(fā)現(xiàn)黑水虻對新鮮豬糞的轉化效率為28%。余峰等[21]研究發(fā)現(xiàn)黑水虻對鴨糞轉化效果與飼料中有機質含量呈正相關。徐齊云等[18]以花生麩為飼料，發(fā)現(xiàn)黑水虻幼蟲在20 日內體重增長1 486.67 倍，黑水虻對花生麩的轉化率為 28.88%。

本研究結果表明，黑水虻幼蟲在雞糞中的增重比豬糞提高了12.47%，料蟲比分別為8.79 和9.13，干物質轉化效率沒有差異；黑水虻幼蟲對不同糞便的采食速度也不同，接蟲后的前期黑水虻在豬糞的采食速度快于雞糞，采食豬糞在第3 日達到最高為8.24 mg/h，隨即緩慢下降；采食雞糞速度在第5 日達到最高為8.98 mg/h，隨即亦緩慢下降。

4 結 論

本試驗結果顯示，在北方干燥的春季，進行黑水虻人工飼養(yǎng)時必須保證溫度在27～30℃，相對濕度最好控制在75% 左右，才能提高黑水虻成蟲的繁殖率；黑水虻幼蟲對雞糞的轉化效率高于豬糞。