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)良的人畜蛋白來源[2]，是一種理想的昆蟲蛋白飼料。近年來利用黑水虻對餐廚垃圾和畜禽糞便進(jìn)行高效轉(zhuǎn)化的報(bào)道也越來越多，但在針對處理有機(jī)廢棄物過程中如何提高黑水虻幼蟲的產(chǎn)出率卻鮮有報(bào)道。為了研究營養(yǎng)條件對昆蟲的影響，Simpson等[1]開發(fā)了一個(gè)多維的“營養(yǎng)空間”模型，探討了營養(yǎng)物質(zhì)是如何進(jìn)入動(dòng)物體內(nèi)，以及食品營養(yǎng)含量對動(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、生長和繁殖最重要的營養(yǎng)物質(zhì)[2-3]，特別是對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，分析這些食物來源時(shí)，發(fā)現(xiàn)P∶C比值在1∶1.5～1∶2[6]。很明顯，膳食營養(yǎng)素含量對昆蟲很重要，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)。

對于不同類別物料，黑水虻的轉(zhuǎn)化效率及生長特征、營養(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，本研究通過調(diào)節(jié)不同比例的餐廚垃圾和雞糞含量來飼養(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，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)

水分測定使用常壓烘箱干燥法(GB 5009.3—2016)。粗蛋白質(zhì)測定使用凱氏定氮法(GB 5009.5—2016)。粗脂肪測定使用索式抽提法(GB 5009.6—2016)?？偺菧y定使用苯酚-硫酸法?；曳譁y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 對黑水虻幼蟲單重和凈增重的影響

通過研究不同飼料配比對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，黑水虻幼蟲單重最佳。

柱間無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

通過研究不同飼料配比對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 不同飼料配比對黑水虻幼蟲凈增加重量的影響

2.2 對飼料轉(zhuǎn)化率的影響

通過研究不同飼料配比對黑水虻幼蟲飼料轉(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。說明2種飼料的營養(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 不同飼料配比對飼料轉(zhuǎn)化率的影響

2.3 對料蟲比的影響

通過研究不同飼料配比對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)黑水虻還沒有長大，單頭體重較小，僅為0.127 g，待黑水虻幼蟲長大至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，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，也相對較高。以上數(shù)據(jù)表明，雞糞和餐廚垃圾中的營養(yǎng)可以相互補(bǔ)充達(dá)到一個(gè)最佳營養(yǎng)配比，從而可以收獲更多的黑水虻幼蟲。

圖4 不同飼料配比對黑水虻料蟲比的影響

2.4 對飼料的減量化效果

通過研究不同飼料配比對飼料減量情況來定量黑水虻對飼料的降解效果(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，營養(yǎng)不均衡，不能為黑水虻生長提供足夠的能量使飼料減量率較低。

圖5 不同飼料配比對飼料減量化的影響

2.5 對飼料營養(yǎng)物質(zhì)利用的影響

通過研究不同飼料配比對飼料中營養(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，飼料營養(yǎng)成分中總糖、粗蛋白和粗脂肪的利用率呈下降趨勢，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)化飼料的過程中對灰分的利用率偏低，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機(jī)鹽分含量較高的緣故。

表2 不同飼料配比對飼料營養(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，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)出比來來看，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%。從黑水虻幼蟲對飼料減量化衡量來看，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養(yǎng)殖黑水虻，通過調(diào)配雞糞和餐廚垃圾的比例來調(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%。

虻蛆利用的營養(yǎng)成分和能量主要是脂肪、無氮浸出液、蛋白質(zhì)[15]。黑水虻生長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，通過與雞糞配比補(bǔ)足雞糞短板，配比出營養(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。