餐廚垃圾與雞糞飼養(yǎng)黑水虻幼蟲條件優(yōu)化

張曉林，段永改，賀永惠

(1.邁安達(dá)農(nóng)業(yè)科技有限公司,河南 澠池 472400； 2.河南科技學(xué)院 動(dòng)物科技學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453000)

黑水虻是一種雙翅目水虻科昆蟲，能夠以餐廚垃圾和畜禽糞便為食物[1]，將有機(jī)廢棄物轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的生物質(zhì)和有機(jī)肥。黑水虻幼蟲擁有豐富的蛋白質(zhì)和脂肪，還含有豐富的必需氨基酸和微量元素，是聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織推薦的飼用昆蟲，被認(rèn)為是優(yōu)良的人畜蛋白來(lái)源[2]，是一種理想的昆蟲蛋白飼料。近年來(lái)利用黑水虻對(duì)餐廚垃圾和畜禽糞便進(jìn)行高效轉(zhuǎn)化的報(bào)道也越來(lái)越多，但在針對(duì)處理有機(jī)廢棄物過(guò)程中如何提高黑水虻幼蟲的產(chǎn)出率卻鮮有報(bào)道。為了研究營(yíng)養(yǎng)條件對(duì)昆蟲的影響，Simpson等[1]開發(fā)了一個(gè)多維的“營(yíng)養(yǎng)空間”模型，探討了營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)是如何進(jìn)入動(dòng)物體內(nèi)，以及食品營(yíng)養(yǎng)含量對(duì)動(dòng)物性能的影響。蛋白質(zhì)和碳水化合物攝入量之間的比率(P∶C)為研究昆蟲中微量營(yíng)養(yǎng)素?cái)z入量的調(diào)節(jié)提供了一個(gè)富有成效的起點(diǎn)。因?yàn)榈鞍踪|(zhì)和碳水化合物是昆蟲生存、生長(zhǎng)和繁殖最重要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[2-3]，特別是對(duì)于具有非食性成蟲階段的物種[4]，以及那些幼蟲期就獲得其成蟲蛋白質(zhì)需求的全部代謝的昆蟲物種[5]。

目前，還不清楚黑水虻是如何對(duì)蛋白質(zhì)(P)和碳水化合物(C)的含量和比率作出反應(yīng)，以及如何影響其身體組成和成蟲形成。這種腐食性物種在幼蟲階段會(huì)遇到廣泛的膳食，分析這些食物來(lái)源時(shí)，發(fā)現(xiàn)P∶C比值在1∶1.5～1∶2[6]。很明顯，膳食營(yíng)養(yǎng)素含量對(duì)昆蟲很重要，甚至偏離最佳的P∶C比值也會(huì)產(chǎn)生顯著的生理效應(yīng)，影響昆蟲的適應(yīng)度[7-8]。因此，通過(guò)改變膳食P∶C比值和含量，可以探索黑水虻在發(fā)育階段和整個(gè)生命周期內(nèi)的表現(xiàn)。

對(duì)于不同類別物料，黑水虻的轉(zhuǎn)化效率及生長(zhǎng)特征、營(yíng)養(yǎng)成分均差別較大。如何將性質(zhì)各異的有機(jī)廢棄物原料進(jìn)行科學(xué)調(diào)配，提高轉(zhuǎn)化率，獲得更多的昆蟲產(chǎn)量，是目前該技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展面臨的重要問(wèn)題[9]。

雞糞和餐廚垃圾是2種排放量較高的有機(jī)廢棄物。雞糞中可利用的碳水化物含量較低，而粗蛋白含量較高。餐廚垃圾中的可消化碳水化合物含量較高，粗蛋白含量相對(duì)較低。這2種廢棄物單獨(dú)飼養(yǎng)黑水虻的產(chǎn)蟲率都不夠理想。因此，本研究通過(guò)調(diào)節(jié)不同比例的餐廚垃圾和雞糞含量來(lái)飼養(yǎng)黑水虻，以期獲得最佳的轉(zhuǎn)化產(chǎn)出。

1 材料與方法

1.1 昆蟲和飼料

黑水虻為鄭州笨農(nóng)農(nóng)業(yè)科技有限公司提供，屬于廣西品系；蛋雞糞取自河南省鄭州市某蛋雞養(yǎng)殖場(chǎng)，餐廚垃圾取自鄭州餐廚垃圾處理廠提油之后的壓榨料，2種原料的含水率控制在(70±3)%。

1.2 黑水虻養(yǎng)殖方法

蛋雞糞和餐廚垃圾分別按照1∶0、2∶1、1.5∶1、1∶1、1∶1.5、1∶2、0∶1的比列配制成黑水虻飼料。每個(gè)養(yǎng)殖盒加入混合飼料總量4.5 kg，放入80 g孵化4 d的黑水虻幼蟲，保持室溫(30±3)℃，空氣濕度60%，飼養(yǎng)9～12 d。觀察記錄黑水虻增重量、黑水虻單頭重、料蟲比、轉(zhuǎn)化率和減量率，每個(gè)比例設(shè)置3組平行試驗(yàn)。

1.3 黑水虻幼蟲重量變化

待飼料被黑水虻幼蟲消化完后，分離黑水虻幼蟲和蟲糞，收集每個(gè)養(yǎng)殖盒黑水虻幼蟲并稱重，每個(gè)養(yǎng)殖盒收集的黑水虻幼蟲隨機(jī)挑取100頭稱重，取平均數(shù)得黑水虻幼蟲單頭重。

黑水虻凈增重為收集黑水虻幼蟲重量與初始添加黑水虻重量的差值，其中初始添加黑水虻重量為80 g。黑水虻單頭重由100頭黑水虻幼蟲重量計(jì)算所得。

1.4 飼料轉(zhuǎn)化前后重量變化

分離蟲沙和黑水虻幼蟲，并記錄黑水虻濕重，然后將收獲的黑水虻幼蟲于80 ℃烘干24 h后稱重記錄。收集蟲糞于105 ℃烘干后稱重并記錄。

料蟲比=飼料重量/黑水虻凈增重；

飼料減量率=(添加飼料干物質(zhì)重量-蟲糞干物質(zhì)重量)/添加飼料干物質(zhì)重量；

飼料轉(zhuǎn)化率=(收集黑水虻干物質(zhì)重量-80 g 3日齡黑水虻干物質(zhì)重量)/(添加飼料干物質(zhì)重量-剩余蟲沙干物質(zhì)重量)。

1.5 飼料轉(zhuǎn)化前后養(yǎng)分指標(biāo)

水分測(cè)定使用常壓烘箱干燥法(GB 5009.3—2016)。粗蛋白質(zhì)測(cè)定使用凱氏定氮法(GB 5009.5—2016)。粗脂肪測(cè)定使用索式抽提法(GB 5009.6—2016)?？偺菧y(cè)定使用苯酚-硫酸法。灰分測(cè)定使用高溫灼燒法(GB 5009.4—2016)。

1.6 數(shù)據(jù)處理

使用DPS進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，Excel 2010進(jìn)行圖表繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 對(duì)黑水虻幼蟲單重和凈增重的影響

通過(guò)研究不同飼料配比對(duì)黑水虻幼蟲單重的影響(圖1)，發(fā)現(xiàn)隨著餐廚垃圾比例增加，黑水虻幼蟲單重也逐漸增加，當(dāng)雞糞與餐廚垃圾比例為1∶1.5時(shí)黑水虻單重最大，達(dá)到0.236 g；之后隨著餐廚垃圾比例增加黑水虻單頭重降低，雞糞與餐廚垃圾比例為0∶1時(shí)黑水虻單重為0.203 g；而雞糞與餐廚垃圾比例為1∶0時(shí)黑水虻幼蟲單重最低，為0.127 g。導(dǎo)致黑水虻幼蟲重量有差異的主要原因可能是餐廚垃圾和雞糞營(yíng)養(yǎng)成分含量不同。餐廚垃圾的主要成分為碳水化合物和蛋白質(zhì)；而雞糞的主要成分為蛋白質(zhì)，碳水化合物含量很低(表1)。因此，當(dāng)雞糞∶餐廚垃圾為1∶1.5時(shí)，配置的飼料最適合黑水虻生長(zhǎng)，黑水虻幼蟲單重最佳。

柱間無(wú)相同字母表示組間差異顯著(P≥0.05)，圖2～5同。

表1 飼料轉(zhuǎn)化前的養(yǎng)分

通過(guò)研究不同飼料配比對(duì)黑水虻幼蟲凈增重的影響(圖2)，發(fā)現(xiàn)飼料被黑水虻消化完畢后，黑水虻凈增重隨著餐廚垃圾比例的增加而增加，當(dāng)雞糞與餐廚垃圾比例為1∶1.5時(shí)最高，凈增重質(zhì)量為751 g；而當(dāng)雞糞與餐廚垃圾比例為1∶0時(shí)黑水虻凈增重最少，為285 g，約為最大值的1/3；當(dāng)雞糞與餐廚垃圾比例為0∶1時(shí)黑水虻凈增重為610 g。這些結(jié)果表明，并不是餐廚垃圾含量越高黑水虻凈增重越大，需要和雞糞有合適比例才能得到最大量的黑水虻凈增重。Cammack等[10]使用不同蛋白質(zhì)和碳水化合物比例的飼料來(lái)飼養(yǎng)黑水虻，在蛋白質(zhì)含量為21%，碳水化合物含量為21%時(shí)黑水虻長(zhǎng)得最快最好。Barragan-Fonseca等[11]使用不同蛋白質(zhì)和碳水化合物比例的飼料來(lái)飼養(yǎng)黑水虻，在蛋白質(zhì)含量為17%，碳水化合物含量為55%時(shí)黑水虻生長(zhǎng)最好，黑水虻體內(nèi)蛋白和脂肪含量最高。

圖2 不同飼料配比對(duì)黑水虻幼蟲凈增加重量的影響

2.2 對(duì)飼料轉(zhuǎn)化率的影響

通過(guò)研究不同飼料配比對(duì)黑水虻幼蟲飼料轉(zhuǎn)化率的影響(圖3)，發(fā)現(xiàn)不同飼料配比時(shí)黑水虻的飼料轉(zhuǎn)化率有顯著性差異。隨著餐廚垃圾的比例增加，飼料的轉(zhuǎn)化率也逐漸增加，當(dāng)雞糞與餐廚垃圾比例為1∶1.5時(shí)，飼料的轉(zhuǎn)化率最高，為38.5%；而雞糞與餐廚垃圾比例為1∶0時(shí)，轉(zhuǎn)化率僅為14.9%；雞糞與餐廚垃圾比例為0∶1時(shí)轉(zhuǎn)化率僅為29.5%。表明餐廚飼料中碳水化合物和蛋白質(zhì)更容易被黑水虻幼蟲吸收利用，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)比雞糞高，而二者配比可以得到更高的轉(zhuǎn)化率。說(shuō)明2種飼料的營(yíng)養(yǎng)成分可以相互補(bǔ)充，從而達(dá)到一個(gè)更好的轉(zhuǎn)化結(jié)果。

圖3 不同飼料配比對(duì)飼料轉(zhuǎn)化率的影響

2.3 對(duì)料蟲比的影響

通過(guò)研究不同飼料配比對(duì)黑水虻幼蟲料蟲比的影響(圖4)，發(fā)現(xiàn)不同飼料配比間料蟲比具有顯著性差異。當(dāng)雞糞與餐廚垃圾比例為1∶0時(shí)黑水虻料蟲比最大，為15.8，而且此時(shí)黑水虻還沒(méi)有長(zhǎng)大，單頭體重較小，僅為0.127 g，待黑水虻幼蟲長(zhǎng)大至0.2 g左右，料重比將更大。隨著餐廚垃圾比例增加料蟲比呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì)，當(dāng)雞糞與餐廚垃圾比例為1∶1.5時(shí)料蟲比最小，為5.99，單頭體重為0.236 g，此配比是黑水虻最佳飼料配比，可以得到最大量的黑水虻幼蟲。當(dāng)雞糞與餐廚垃圾比例為0∶1時(shí)黑水虻幼蟲料蟲比為7.38，也相對(duì)較高。以上數(shù)據(jù)表明，雞糞和餐廚垃圾中的營(yíng)養(yǎng)可以相互補(bǔ)充達(dá)到一個(gè)最佳營(yíng)養(yǎng)配比，從而可以收獲更多的黑水虻幼蟲。

圖4 不同飼料配比對(duì)黑水虻料蟲比的影響

2.4 對(duì)飼料的減量化效果

通過(guò)研究不同飼料配比對(duì)飼料減量情況來(lái)定量黑水虻對(duì)飼料的降解效果(圖5)，發(fā)現(xiàn)不同配比飼料處理之間的減量率有顯著性差異，減量率隨著飼料中餐廚垃圾比例的增加而增加。當(dāng)雞糞與餐廚垃圾比例為1∶0時(shí)飼料減少了43.7%，而當(dāng)雞糞與餐廚垃圾比例為0∶1時(shí)飼料減量率最高，達(dá)到73.2%。當(dāng)雞糞與餐廚垃圾比例為1∶1.5時(shí)減量率為66.3%。這可能是因?yàn)椴蛷N垃圾中營(yíng)養(yǎng)成分容易被黑水虻消化吸收，而雞糞中的纖維素和小石子等其他不宜被消化的成分較多導(dǎo)致其減量率較低。另一個(gè)原因可能是純雞糞中可利用總糖含量較低，營(yíng)養(yǎng)不均衡，不能為黑水虻生長(zhǎng)提供足夠的能量使飼料減量率較低。

圖5 不同飼料配比對(duì)飼料減量化的影響

2.5 對(duì)飼料營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)利用的影響

通過(guò)研究不同飼料配比對(duì)飼料中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的利用情況(表2)，發(fā)現(xiàn)黑水虻轉(zhuǎn)化飼料為蟲糞，飼料中的總糖、粗脂肪和粗蛋白均有不同程度的減量。隨著餐廚垃圾比例的增加，飼料營(yíng)養(yǎng)成分中總糖、粗蛋白和粗脂肪的利用率呈下降趨勢(shì)，利用率分別為72.89%～87.5%、64%～89.6%和38%～51.5%。蟲糞中的灰分含量高于飼料中的灰分含量，表明黑水虻在轉(zhuǎn)化飼料的過(guò)程中對(duì)灰分的利用率偏低，蟲糞富集灰分，其灰分含量是飼料含量的1.37～2.75倍，可能是由于餐廚垃圾中無(wú)機(jī)鹽分含量較高的緣故。

表2 不同飼料配比對(duì)飼料營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)利用的影響

3 小結(jié)

黑水虻幼蟲可以將多種有機(jī)物轉(zhuǎn)化為生物資源，再進(jìn)一步利用黑水虻幼蟲作為飼料蛋白源[12]。本研究利用雞糞和餐廚垃圾為飼料成分，配制成黑水虻幼蟲飼料，從而將雞糞和餐廚垃圾進(jìn)行廢棄資源再利用。飼養(yǎng)結(jié)果表明，黑水虻幼蟲在所配制的各組飼料中都可以正常生長(zhǎng)，黑水虻幼蟲生存能力和抗逆性較強(qiáng)。從黑水虻幼蟲單重和凈增重來(lái)看，當(dāng)雞糞與餐廚垃圾比例為1∶1.5時(shí)，黑水虻單頭重最大，達(dá)到0.236 g，凈增重質(zhì)量最高，為751 g，顯著高于其他各組。從飼料和幼蟲產(chǎn)出比來(lái)來(lái)看，當(dāng)雞糞與餐廚垃圾比例為1∶1.5時(shí)，料蟲比最小，為5.99，即5.99 kg飼料可以產(chǎn)出1 kg黑水虻幼蟲。從黑水虻幼蟲轉(zhuǎn)化飼料效率來(lái)看，雞糞與餐廚垃圾比例為1∶1.5時(shí)，飼料的轉(zhuǎn)化率最高，為38.5%。從黑水虻幼蟲對(duì)飼料減量化衡量來(lái)看，純餐廚垃圾飼料減量化最高，達(dá)到73.2%，減量率比牛糞(43.17%)、雞糞(55.05%)[13]和豆渣(72.4%)[14]都高。

本研究利用雞糞和餐廚垃圾來(lái)養(yǎng)殖黑水虻，通過(guò)調(diào)配雞糞和餐廚垃圾的比例來(lái)調(diào)整黑水虻飼料的碳水化合物和蛋白質(zhì)的比列，以黑水虻幼蟲的產(chǎn)出效果為指標(biāo)，研究黑水虻幼蟲在不同雞糞餐廚比情況下的生長(zhǎng)產(chǎn)出及飼料減量效果，進(jìn)而獲得養(yǎng)殖黑水虻幼蟲的最佳配方。雞糞與餐廚垃圾比例為1∶1.5時(shí)，其配方飼料用于養(yǎng)殖黑水虻幼蟲具有更好的產(chǎn)出，飼料減量率可達(dá)到66.3%。

虻蛆利用的營(yíng)養(yǎng)成分和能量主要是脂肪、無(wú)氮浸出液、蛋白質(zhì)[15]。黑水虻生長(zhǎng)是由飼料中碳水化合物和蛋白質(zhì)含量決定的。雞糞中盡管粗蛋白含量較高，但是總糖和脂肪等能量成分含量較低，導(dǎo)致黑水虻體重較小、料蟲比較大。而餐廚垃圾中總糖和脂肪含量較高，通過(guò)與雞糞配比補(bǔ)足雞糞短板，配比出營(yíng)養(yǎng)更加均衡的飼料，從而使黑水虻具有最佳的轉(zhuǎn)化產(chǎn)出。