不同環(huán)境溫度下黑水虻幼蟲生長和有機(jī)垃圾處理效率研究

王蘇芹，王建東，鄧艷芳，李永萍，李標(biāo)利，曲家鵬*

(1.中國科學(xué)院西北高原生物研究所，青海西寧 810008；2.青海省共和縣林業(yè)站，青海共和 813099；3.祁連山公園青海服務(wù)保障中心，青海西寧 810008；4.青海昆杰環(huán)?？萍加邢薰荆嗪Ｎ鲗?810003)

黑水虻，學(xué)名亮斑扁角水虻(L.)，隸屬雙翅目扁角水虻屬，是一種腐食性昆蟲，原產(chǎn)于美洲，在我國廣東、云南、湖南、湖北、山東、河南等地均有發(fā)現(xiàn)。黑水虻能夠取食禽畜糞便和生活垃圾，生產(chǎn)高價值的動物蛋白飼料，因其具有繁殖迅速、食性廣、轉(zhuǎn)化率高、易繁育和管理、飼養(yǎng)成本低等優(yōu)點，可以對有機(jī)垃圾進(jìn)行無害化處理和資源化利用，其幼蟲與蠅蛆、黃粉蟲、大麥蟲被稱為四大資源昆蟲，在全世界范圍內(nèi)廣泛養(yǎng)殖。黑水虻蟲卵孵化后2～4 d，幼蟲可以自動爬到有機(jī)垃圾中大量進(jìn)食，經(jīng)過5～7 d的飼養(yǎng)，幼蟲進(jìn)入蛹期；15 d后進(jìn)入成蟲期，成蟲不進(jìn)食也不進(jìn)入人居環(huán)境，在10 d的生活期內(nèi)可產(chǎn)卵1 000余枚。

大量研究表明，黑水虻幼蟲的最優(yōu)飼養(yǎng)溫度為25～30 ℃，適宜濕度為60%～80%。目前黑水虻在我國南方地區(qū)飼養(yǎng)廣泛，而在北方地區(qū)(如山東、河南、陜西等地)也有較好的推廣應(yīng)用。青海地處青藏高原，海拔高、氣溫低，7月份日均氣溫為12～26 ℃，1月份日均氣溫為-16～2 ℃，自然環(huán)境不適宜黑水虻的生長。青海是我國牦牛、藏羊的主產(chǎn)區(qū)，每年屠宰的牛、羊數(shù)量龐大。隨著居住和旅游人口的增加，青海廚余垃圾的產(chǎn)量也在逐年增加。為了有效處理有機(jī)垃圾，筆者研究不同溫度下黑水虻幼蟲處理有機(jī)垃圾的效率和幼蟲的產(chǎn)量，探索青海高原地區(qū)利用黑水虻處理有機(jī)垃圾的潛力，旨在為促進(jìn)以黑水虻為中介的低碳畜牧業(yè)綠色、可持續(xù)發(fā)展提供新途徑。

1 材料與方法

黑水虻蟲卵購自廣州安芮潔環(huán)?？萍加邢薰荆x卵產(chǎn)于該公司位于廣州市白云區(qū)江高鎮(zhèn)茅山工業(yè)聚集區(qū)的黑水虻養(yǎng)殖場。黑水虻蟲卵運至位于青海西寧的實驗室后，當(dāng)天轉(zhuǎn)入孵化基質(zhì)中進(jìn)行孵化培養(yǎng)。孵化基質(zhì)是將廚余垃圾(濕重)與小麥麩皮(風(fēng)干重)按7∶3的比例均勻混合，再用純凈水將含水量調(diào)至65%。將500 g 孵化基質(zhì)平鋪在10目的篩網(wǎng)上，放置在容量4 L的正方形孵化箱內(nèi)，在孵化基質(zhì)上加入25 g蟲卵，孵化箱上方覆蓋2層無紡布，并用夾子固定，27 ℃室溫下進(jìn)行孵化。4～6 d后，蟲卵孵化出肉眼可見的小幼蟲，小幼蟲經(jīng)10目篩網(wǎng)自行掉落，從而與孵化基質(zhì)分離，將幼蟲稱重和計數(shù)后用于后續(xù)試驗。

廚余垃圾和牦牛胃腸內(nèi)容物均來自青海裕泰畜產(chǎn)品有限公司，薯渣來自青?；ブ碱D精淀粉有限責(zé)任公司，試驗地點位于青海昆杰環(huán)?？萍加邢薰镜挠袡C(jī)垃圾處理實驗室。將試驗用廚余垃圾、牦牛胃腸內(nèi)容物和薯渣勻漿處理后，分成2份：一份直接分裝后置于-20 ℃冰箱內(nèi)；另一份按照1.5%的接種比例加入商業(yè)化酵母菌，于25 ℃下發(fā)酵24 h后分裝后置于-20 ℃冰箱內(nèi)，作為黑水虻幼蟲的飼料。飼料的濕度保持在75%左右。

試驗設(shè)置24、27和30 ℃3個溫度梯度，廚余垃圾、牦牛胃腸內(nèi)容物、薯渣3種飼料采用直接使用或添加酵母菌發(fā)酵24 h后添加2種處理方法，共分成18組，每組設(shè)計3個重復(fù)，每個重復(fù)采用1個飼養(yǎng)盒(65 cm × 38 cm × 25 cm)。每個飼養(yǎng)盒初次放入100 g飼料、接種大小相近的幼蟲800條(約6 g)。使用恒溫箱控制飼養(yǎng)盒的溫濕度，恒溫箱的溫度范圍為± 0.5 ℃，濕度范圍在(60±1)%。

試驗于 2021 年6月21日開始，試驗過程中觀察黑水虻幼蟲的采食情況，每天將50 g飼料快速解凍后補(bǔ)充到飼養(yǎng)盒中，有機(jī)飼料累計添加量為350 g。接種小幼蟲6 d 后開始收蟲，使用震動分級篩進(jìn)行蟲渣分離，將鮮蟲和殘渣分別稱重，對每個飼養(yǎng)盒的幼蟲數(shù)量進(jìn)行計數(shù)，按照以下公式計算料蟲比和幼蟲存活率：

料蟲比=飼料累計添加量/(幼蟲總鮮重-接種小幼蟲重量)

(1)

存活率 = 收蟲時幼蟲數(shù)量/800

(2)

試驗數(shù)據(jù)使用Excel 2020軟件進(jìn)行整理，使用R 4.1.1統(tǒng)計軟件對溫度、飼料類型、是否添加酵母菌3個因素進(jìn)行方差分析，采用Tukey氏固定差距檢驗法對有顯著差異的參數(shù)進(jìn)行多重比較。試驗數(shù)據(jù)均以平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤表示。<0.05表示差異顯著，<0.01表示差異極顯著。

2 結(jié)果與分析

從表1可以看出，溫度、飼料類型和是否添加酵母菌對黑水虻幼蟲數(shù)量和存活率均沒有顯著影響(>0.05)。無論是否添加酵母菌發(fā)酵，27 ℃環(huán)境下幼蟲產(chǎn)量與24 ℃相比無顯著差異(>0.05)，30 ℃下幼蟲產(chǎn)量均顯著高于27 ℃(<0.05)。這表明溫度是影響黑水虻幼蟲生長的重要因素之一。

從不同飼料類型對黑水虻幼蟲生長的影響來看，除30 ℃外，無論飼料發(fā)酵時是否添加酵母菌，使用廚余垃圾飼喂黑水虻后幼蟲產(chǎn)量均顯著高于飼喂牦牛胃腸內(nèi)容物組，而飼喂牦牛胃腸內(nèi)容物組幼蟲產(chǎn)量亦顯著高于飼喂薯渣組。在不添加酵母菌發(fā)酵的情況下，24 ℃下廚余垃圾組的幼蟲產(chǎn)量分別比牦牛胃腸內(nèi)容物組和薯渣組高66.80%和214.03%(<0.05)，27 ℃下廚余垃圾組的幼蟲產(chǎn)量分別比牦牛胃腸內(nèi)容物組和薯渣組高92.66%和226.10%(<0.05)，30 ℃下廚余垃圾組的幼蟲產(chǎn)量分別比牦牛胃腸內(nèi)容物組和薯渣組高52.66%(>0.05)和109.37%(<0.05)。在添加酵母菌發(fā)酵的情況下，24 ℃下廚余垃圾組的幼蟲產(chǎn)量分別比牦牛胃腸內(nèi)容物組和薯渣組高57.14%和159.95%(<0.05)，27 ℃下廚余垃圾組的幼蟲產(chǎn)量分別比牦牛胃腸內(nèi)容物組和薯渣組高39.54%和182.11%(<0.05)，30 ℃下廚余垃圾組的幼蟲產(chǎn)量分別比牦牛胃腸內(nèi)容物組和薯渣組高12.89%(>0.05)和115.20%(<0.05)。由此可見，廚余垃圾為黑水虻幼蟲的適宜飼料，牦牛胃腸內(nèi)容物和薯渣也可用于飼喂黑水虻，但飼喂牦牛胃腸內(nèi)容物和薯渣的黑水虻幼蟲產(chǎn)量顯著低于廚余垃圾(30 ℃除外)。

表1 溫度、飼料類型及是否添加酵母菌對黑水虻幼蟲生長的影響Table 1 Effects of temperature，feed type and adding yeast or not on the growth of black solider fly larvae

料蟲比是添加飼料量與黑水虻幼蟲增重的比值，反映了黑水虻幼蟲對飼料的轉(zhuǎn)化效率，料蟲比越小，飼料轉(zhuǎn)化效率越高。從表2可以看出，是否添加酵母菌對黑水虻的料蟲比沒有顯著影響(>0.05)，30 ℃下牦牛胃腸內(nèi)容物組和薯渣組的料蟲比均顯著低于24和27 ℃(<0.05)。不同溫度下廚余垃圾組的料蟲比均低于牦牛胃腸內(nèi)容物組，牦牛胃腸內(nèi)容物組的料蟲比顯著低于薯渣組(<0.05)。

殘渣是有機(jī)垃圾處理后的廢渣與黑水虻幼蟲糞便的混合物。從表2可以看出，24 ℃下無論是否添加酵母菌，廚余垃圾組的殘渣重量均顯著高于27和30 ℃下。無論溫度高低和是否添加酵母菌，廚余垃圾組的殘渣重量均低于牦牛胃腸內(nèi)容物組和薯渣組，表明黑水虻對廚余垃圾的轉(zhuǎn)化效率最高。

表2 溫度、飼料類型及是否添加酵母菌對黑水虻幼蟲料蟲比和殘渣重量的影響Table 2 Effects of temperature，feed type and adding yeast or not on feed-larvae ratio and residue weight of black solider fly larvae

3 討論

大量研究表明，溫度是影響黑水虻生長發(fā)育的重要因素。 Tomberlin 等、郭鳳達(dá)的研究表明，黑水虻幼蟲飼養(yǎng)的最適溫度范圍為25～28 ℃，當(dāng)溫度低于15 ℃時黑水虻幼蟲全部死亡，預(yù)蛹死亡率高達(dá) 80.9%，總體成活率低于5%；當(dāng)溫度高于 33 ℃時，黑水虻生長發(fā)育各階段的死亡率也會增加。姬越等研究發(fā)現(xiàn)28 ℃下黑水虻幼蟲階段的生長發(fā)育參數(shù)最佳。該試驗中不同溫度下黑水虻幼蟲的數(shù)量和存活率均沒有顯著差異，這與孫振濤等、雷明港等的研究結(jié)果相一致。該試驗發(fā)現(xiàn)30 ℃下幼蟲產(chǎn)量顯著高于24和27 ℃，這與Tomberlin等和姬越等的研究結(jié)果基本一致。

青海地處青藏高原，屬于大陸性高原半干旱氣候，晝夜溫差大，全年日均溫-1～15 ℃，自然環(huán)境溫度不適宜黑水虻的生長發(fā)育，因此在高原地區(qū)采用黑水虻處理有機(jī)垃圾必須采取增溫保溫措施。該試驗結(jié)果表明，在24～30 ℃內(nèi)黑水虻幼蟲均能夠處理廚余垃圾、牦牛胃腸內(nèi)容物和薯渣，隨著溫度的升高，黑水虻幼蟲處理垃圾的效率顯著提高。因此，需要在人工增溫保溫成本與垃圾處理效率之間找到平衡點，以達(dá)到最優(yōu)的適宜溫度。劉曉葉研究發(fā)現(xiàn)，在廚余垃圾中添加釀酒酵母等發(fā)酵44.5 h后作為黑水虻幼蟲的飼料，能夠顯著提高幼蟲的產(chǎn)量和存活率。該試驗中添加酵母菌對3種飼料發(fā)酵24 h，是否添加酵母菌發(fā)酵對黑水虻幼蟲產(chǎn)量沒有顯著影響，這可能是由于發(fā)酵時間較短所致。

利用黑水虻進(jìn)行有機(jī)垃圾的無害化處理和資源化利用，必須建立規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)化的黑水虻生產(chǎn)模式，因此黑水虻對有機(jī)垃圾的轉(zhuǎn)化效率至關(guān)重要。料蟲比反映了黑水虻對飼料的轉(zhuǎn)化效率，是衡量黑水虻處理垃圾效率的重要參數(shù)之一。黑水虻最常見用來處理廚余垃圾。該試驗結(jié)果表明黑水虻對家畜屠宰后的胃腸內(nèi)容物、薯渣等也有一定的處理效果。不同廢棄物中的蛋白質(zhì)、氨基酸等含量和適口性不同，導(dǎo)致黑水虻對其轉(zhuǎn)化效率也存在明顯差異。姜慧敏等研究發(fā)現(xiàn)黑水虻對廚余垃圾的減量化率可高達(dá)79.1%，蟲體轉(zhuǎn)化率高達(dá)19.4%，且垃圾中大腸桿菌等全部滅活，是一種高效、安全的有機(jī)垃圾資源化途徑。

以前有關(guān)黑水虻處理畜禽糞便的研究較多。例如，黑水虻在飼喂雞糞后的料蟲比達(dá)到8.79，幼蟲可增重72.16 mg，比對豬糞的轉(zhuǎn)化率高12.47%。家畜屠宰后的胃腸內(nèi)容物含有豐富的蛋白質(zhì)成分，通常采用堆肥處理或被隨意丟棄，既污染環(huán)境，又會造成不必要的浪費。該試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，黑水虻對家畜屠宰后的胃腸內(nèi)容物也具有較好的轉(zhuǎn)化作用，可以為打造“青海綠色有機(jī)農(nóng)畜產(chǎn)品輸出地”和綠色低碳畜牧業(yè)發(fā)展提供重要支撐。

馬鈴薯是全球第四大重要的糧食作物，僅次于小麥、稻谷和玉米。我國是世界上馬鈴薯種植、產(chǎn)量和消費量最大的國家，馬鈴薯淀粉的加工占據(jù)了產(chǎn)業(yè)的主體地位。在馬鈴薯淀粉生產(chǎn)的過程中，會產(chǎn)生大量的薯渣。由于薯渣水分含量高、含有多種微生物，運輸與儲存難度大，且容易出現(xiàn)腐敗變質(zhì)等問題。如何有效處理薯渣是馬鈴薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要破解的難題之一。該試驗采用黑水虻處理薯渣，不添加酵母菌發(fā)酵時其料蟲比為13.61～27.45，遠(yuǎn)高于廚余垃圾組料蟲比。這表明黑水虻對薯渣具有一定的轉(zhuǎn)化作用，但轉(zhuǎn)化技術(shù)還有待進(jìn)一步改善。

4 結(jié)論

該研究結(jié)果表明，在不同溫度、飼料類型下黑水虻幼蟲數(shù)量和存活率沒有顯著差異。在24～30 ℃內(nèi)，隨著溫度的升高，黑水虻對有機(jī)垃圾的轉(zhuǎn)化效率明顯提高。廚余垃圾是黑水虻最優(yōu)的飼料，黑水虻對家畜屠宰后胃腸內(nèi)容物和薯渣也具有一定的轉(zhuǎn)化作用，但轉(zhuǎn)化效率還有待進(jìn)一步提升。