黑水虻對(duì)畜禽糞便的生物轉(zhuǎn)化作用研究進(jìn)展

牛世華，廖新俤,2,3，邢斯程,2,3*

(1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 動(dòng)物科學(xué)學(xué)院，廣東 廣州510642；2.廣東省畜禽廢棄物處理與資源化利用工程技術(shù)研究中心，廣東 廣州510642；3.農(nóng)業(yè)部雞遺傳育種與繁殖重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州510642)

黑水虻(Hermetia illucens)，又名亮斑扁角水虻，是雙翅目，水虻科，扁角水虻屬的一種腐生性昆蟲。該物種最早報(bào)道于夏威夷的一家糖業(yè)公司，原產(chǎn)于美洲，目前分布于世界各地，以溫帶、熱帶和亞熱帶為主(南北緯 40°之間)[1]。廣泛分布于我國的廣東、廣西、海南、云南、四川、湖南、湖北、臺(tái)灣等地[2]。黑水虻的生命周期基本上包括五個(gè)階段：卵、幼蟲、預(yù)蛹、蛹和成蟲，幼蟲和蛹階段對(duì)整個(gè)生命周期貢獻(xiàn)最大，而成蟲和卵孵化階段相對(duì)較短[3]。

黑水虻具有廣泛的取食性，能將農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品、餐廚垃圾、人和動(dòng)物糞便等廢棄物生物轉(zhuǎn)化成為蟲體，并且黑水虻幼蟲的生物轉(zhuǎn)化過程可以作為有機(jī)廢物的堆肥，減少糞便細(xì)菌，蟲體可用于生物燃料生產(chǎn)，用作畜禽、水產(chǎn)養(yǎng)殖飼料，蟲糞作為有機(jī)肥料等利好作用[4]。黑水虻處理畜禽糞便已被認(rèn)為是一種生態(tài)友好的，促進(jìn)人與自然和諧共生的可持續(xù)糞污處理方式。本文綜述了近年來國內(nèi)外關(guān)于黑水虻對(duì)畜禽糞便生物轉(zhuǎn)化作用方面的研究進(jìn)展，以期為黑水虻資源價(jià)值化、科學(xué)研究以及生產(chǎn)實(shí)踐提供參考。

1 黑水虻對(duì)畜禽糞便的生物轉(zhuǎn)化效率

由于全球人口的快速增長和經(jīng)濟(jì)條件的極大改善，對(duì)畜禽肉制品的需求顯著增加。全球肉類產(chǎn)量將從1999-2001年的2.29×108t增加1倍到2050年的4.65×108t[5]。如此大規(guī)模的肉制品生產(chǎn)將導(dǎo)致大量有機(jī)廢物的產(chǎn)生，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。我國畜牧業(yè)進(jìn)入一個(gè)發(fā)展新時(shí)期，養(yǎng)殖方式向規(guī)?；?、集約化轉(zhuǎn)變，推動(dòng)畜產(chǎn)品產(chǎn)量增加的同時(shí)養(yǎng)殖廢棄物的也隨之增加[6]。巨大的糞污產(chǎn)生量管理不善會(huì)造成諸如空氣、水體、土壤環(huán)境的嚴(yán)重污染。堆肥被認(rèn)為是處理畜禽糞便的一種有效的、生態(tài)友好的方法，它可將畜禽糞肥的可生物降解成分轉(zhuǎn)化為相對(duì)穩(wěn)定的類腐殖質(zhì)，作為有機(jī)肥使用[7]。但傳統(tǒng)堆肥周期長、惡臭氣味散發(fā)、溫室氣體和氨氣的排放等問題成為當(dāng)前堆肥技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)[8]。同時(shí)，堆肥設(shè)備投資維護(hù)成本和增值產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)效益制約著傳統(tǒng)堆肥和厭氧消化技術(shù)的發(fā)展[9]。因此，期待一種替代技術(shù)，能將畜禽糞便轉(zhuǎn)化為增值產(chǎn)品，從而改善目前關(guān)于養(yǎng)殖廢棄物資源化利用的現(xiàn)狀。

近年來，利用黑水虻處理畜禽糞便得到了越來越多的關(guān)注。黑水虻幼蟲通過口器進(jìn)食畜禽糞便后經(jīng)過前、中、腸，通過腸道環(huán)境、酶和微生物的共同作用，將糞便分解成小分子物質(zhì)，營養(yǎng)物質(zhì)、含氮物質(zhì)等吸收進(jìn)入血液淋巴，營養(yǎng)物質(zhì)儲(chǔ)存在幼蟲體內(nèi)脂肪，不易消化的食物成分、酶、代謝物、微生物、抗菌肽或未被吸收的營養(yǎng)成分等從后腸排出[10-11]。黑水虻處理畜禽糞便后，幼蟲蟲體可用作動(dòng)物飼料；蟲體蛋白中含有抗菌肽、防御素等生物活性物質(zhì)，可提高動(dòng)物機(jī)體免疫力，生產(chǎn)人類保健品和飼料添加劑；蟲體脂肪可制造生物柴油，潤滑油；處理后蟲糞殘?jiān)缮a(chǎn)生物炭，有機(jī)肥料等增值產(chǎn)品，提高循環(huán)經(jīng)濟(jì)價(jià)值(圖1)[3]。

圖1 黑水虻生物轉(zhuǎn)化畜禽糞便示意圖[20]

通過黑水虻幼蟲的高效轉(zhuǎn)化，1 m3糞肥可在42 d內(nèi)生產(chǎn)活重180 kg的黑水虻幼蟲，而在最佳飼養(yǎng)條件下只能生產(chǎn)30 kg的成年蟋蟀，這顯示了黑水虻巨大的生物轉(zhuǎn)化效率[12]。研究表明，利用1200條黑水虻幼蟲可在21 d內(nèi)將1248.6 g奶牛糞便處理為273.4 g糞渣[13]。楊森[14]在用黑水虻幼蟲轉(zhuǎn)化豬糞，發(fā)現(xiàn)黑水虻幼蟲可以消耗41%～51%的豬糞干物質(zhì)，處理后黑水虻蟲體干重占處理前豬糞干重的 10.6%～15.1%。Craig[15]利用黑水虻幼蟲生物轉(zhuǎn)化蛋雞糞便時(shí)發(fā)現(xiàn)，8%的蛋雞糞便的干物質(zhì)可轉(zhuǎn)化成為含42%蛋白和35%脂肪的黑水虻蟲體，50%以上糞便干物質(zhì)被消耗掉，能夠顯著降低臭氣，減少了糞便對(duì)環(huán)境的不良影響。同時(shí)，還可降低豬糞55.1%N，44.1%P，52.8%K，56.2%Ca，41.2% Mg[16-17]。研究表明，黑水虻幼蟲生物轉(zhuǎn)化可使豬糞干物質(zhì)降低46.0%，奶牛糞干物質(zhì)降低40.1%，雞糞干物質(zhì)減少48.4%[18],雞糞質(zhì)量減少50%,牛糞干物質(zhì)減少58%[19]。然而，黑水虻幼蟲對(duì)畜禽糞便的轉(zhuǎn)化效率會(huì)隨著其品種、飼養(yǎng)方式、基質(zhì)環(huán)境等因素的不同而存在一定的差異。例如，同等環(huán)境下何種品種對(duì)雞糞的轉(zhuǎn)化效率最佳？黑水虻處理轉(zhuǎn)化不同畜禽糞便時(shí)何種幼蟲密度可以達(dá)到轉(zhuǎn)化時(shí)間、蟲體生物量、蟲糞質(zhì)量的相對(duì)平衡？這些研究鮮有報(bào)道，但對(duì)這些研究空白的探索對(duì)于進(jìn)一步推動(dòng)黑水虻處理轉(zhuǎn)化畜禽糞便的發(fā)展具有積極意義。

2 黑水虻對(duì)畜禽糞便中有害物質(zhì)的影響

隨著我國集約化規(guī)?；B(yǎng)殖的快速發(fā)展，飼料添加劑、抗生素藥物的應(yīng)用，使畜禽糞便成為殘留抗生素、耐藥基因(Antibiotics Resistance Genes，ARGs)、病原菌(Pathogenic Bacteria，PB)、重金屬的重要儲(chǔ)存庫，畜禽糞便產(chǎn)生的溫室氣體和臭氣物質(zhì)影響著人們的生活質(zhì)量。這些以畜禽糞便為載體的有害物質(zhì)極大影響著人類健康和人類環(huán)境。黑水虻的生物轉(zhuǎn)化改變畜禽糞便物理化學(xué)性質(zhì)的同時(shí)，對(duì)畜禽糞便當(dāng)中的有害物質(zhì)也會(huì)產(chǎn)生較大影響。

2.1 黑水虻對(duì)畜禽糞便中抗生素與ARGs的影響

在畜牧業(yè)中，抗生素被廣泛用于促進(jìn)生長和疾病控制。但由于吸收不良等因素，抗生素大多通過畜禽糞便排泄到環(huán)境，對(duì)人類和生態(tài)系統(tǒng)造成不利影響?？股氐倪^度使用、濫用和缺乏監(jiān)管導(dǎo)致ARGs的產(chǎn)生，嚴(yán)重威脅了人類公共衛(wèi)生安全[21]。因此，尋求一種能夠消減畜禽糞便中的抗生素及ARGs，并且優(yōu)于傳統(tǒng)堆肥效果的處理方式至關(guān)重要。

Cai等[22]在研究黑水虻生物轉(zhuǎn)化雞糞過程中對(duì)ARGs的影響時(shí)，采用無菌幼蟲和非無菌幼蟲處理手段說明了黑水虻對(duì)雞糞當(dāng)中ARGs的處理作用。結(jié)果表明，黑水虻幼蟲有效地降低了ARGs和intI1的豐度，非無菌處理、無菌處理和對(duì)照處理12 d后的平均降解率分別為95.0%、88.7%、48.4%。非無菌處理對(duì)ARGs的降低效率更高，說明非無菌幼蟲的腸道菌群可能參與了這一過程。而Cifuentes等[23]在研究中提到耐藥基因tetM和sul2在經(jīng)過黑水虻的生物轉(zhuǎn)化后，腸道和飼料殘留樣本中的總豐度均未出現(xiàn)顯著下降。Cai等[24]的另一項(xiàng)研究表明在非無菌黑水虻處理系統(tǒng)中，黑水虻12 d降解了近97%的四環(huán)素，比傳統(tǒng)堆肥的降解速率快1.6倍，證明了黑水虻幼蟲能夠快速有效的降解四環(huán)素。為了更準(zhǔn)確的探究黑水虻對(duì)畜禽糞便中抗生素及ARGs的影響，Liu等[25]利用麥麩作為基質(zhì)，加入不同濃度的土霉素，經(jīng)黑水虻幼蟲生物轉(zhuǎn)化后，土霉素濃度顯著被降低，研究首次在幼蟲腸道內(nèi)檢測(cè)ARGs和MGEs，結(jié)果顯示在黑水虻幼蟲腸道內(nèi)四環(huán)素類、磺胺類、氨基糖苷類、β-內(nèi)酰胺類、類抗生素類、萬古霉素類、氯霉素類、多重耐藥類等耐藥基因均有檢測(cè)到，并且81.1%的ARGs與腸道微生物顯著相關(guān)。綜上所述，黑水虻生物轉(zhuǎn)化可以降低畜禽糞便中抗生素含量以及耐藥基因豐度(如表1)，但在處理過程中，會(huì)造成幼蟲腸道內(nèi)ARGs的富集。黑水虻對(duì)畜禽糞便中抗生素與ARGs的影響的相關(guān)研究隨著近些年抗生素耐藥問題的關(guān)注而增加。根據(jù)以往研究，黑水虻能夠降低畜禽糞便以及其他含抗基質(zhì)中的某些抗生素和ARGs的因素可歸結(jié)于基質(zhì)環(huán)境、蟲體內(nèi)環(huán)境及蟲體腸道菌群三個(gè)方面，目前研究已經(jīng)強(qiáng)調(diào)了腸道菌群在其中起到的關(guān)鍵作用，但由于腸道菌群構(gòu)成復(fù)雜，研究難度大等問題也造成了具體影響抗生素和ARGs變化的機(jī)制還不得而知。另外，機(jī)制問題的不清晰引發(fā)了利用黑水虻處理畜禽糞便是否會(huì)造成抗生素和ARGs其他方式的傳播，從而引發(fā)生物安全風(fēng)險(xiǎn)方面的思考，因此這些空白還需要科研工作者的進(jìn)一步探究。

表1 黑水虻幼蟲可消減抗生素和耐藥基因種類

2.2 黑水虻對(duì)畜禽糞便中重金屬的影響

在畜禽集約化生產(chǎn)過程中，為了促進(jìn)動(dòng)物生長和預(yù)防疾病，飼料中添加過量重金屬是常見現(xiàn)象[26]。而過量的重金屬會(huì)通過動(dòng)物糞便排出體外，造成污染。通過對(duì)我國不同養(yǎng)殖場(chǎng)動(dòng)物糞肥的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，豬糞肥中Cu和Cd的含量分別為642.1 mg/kg和15.1 mg/kg[27]。另一項(xiàng)關(guān)于我國畜禽集約化生產(chǎn)的研究報(bào)道稱，1990年至2010年，畜禽糞便中Cu、Zn、As、Cd、Cr含量顯著增加，特別是豬糞和家禽糞便[28]。

Wang等[29]研究重金屬在“豬糞-蛆蟲-雞”食物鏈傳播時(shí)得出了蛆蟲處理可以降低原始豬糞中Zn、Cu、Cr、Se、Cd和Ni含量的結(jié)論，并且提到蛆蟲處理豬糞會(huì)造成重金屬在“豬糞-蛆蟲-雞”食物鏈中傳播，但蛆蟲體內(nèi)殘留的重金屬濃度符合飼料添加劑的標(biāo)準(zhǔn)，以蛆蟲為食的雞體內(nèi)重金屬的總體含量也符合食品標(biāo)準(zhǔn)，意在說明利用蛆蟲進(jìn)行糞肥管理是生態(tài)安全的。關(guān)于黑水虻生物轉(zhuǎn)化畜禽糞便中重金屬的研究大都建立在重金屬對(duì)黑水虻影響上展開的，在利用黑水虻處理畜禽糞便時(shí)，黑水虻可以對(duì)畜禽糞便中常見重金屬造成影響，使其降低，但這種降低可歸因于黑水虻將重金屬富集到了體內(nèi)。此外，黑水虻擁有對(duì)重金屬的超高的耐受能力以及耐受機(jī)制方面的研究還處于探索階段，還需進(jìn)一步探究。

2.3 黑水虻對(duì)畜禽糞便中病原體的影響

動(dòng)物糞便中含有多種病原體，并且在適宜的條件下會(huì)在糞便中存活較長時(shí)間，如果不進(jìn)行合理的糞便管理，則會(huì)造成病原體通過水體、土壤擴(kuò)散傳播，最終引起人類和動(dòng)物的健康問題[30-31]。Kumar等[32]在研究黑水虻幼蟲處理雞糞、豬糞、牛糞和污泥過程中對(duì)病原菌存活的影響時(shí)，用7∶1.2的糞便黑水虻比例，讓黑水虻處理糞便和污泥，以不添加幼蟲的糞便污泥作為對(duì)照，經(jīng)過9 d的反應(yīng)處理，通過16S rRNA測(cè)序得出結(jié)論：黑水虻處理糞便顯著降低糞便中的PB豐度；黑水虻幼蟲對(duì)PB豐度的變化起重要作用；雞糞和牛糞經(jīng)黑水虻幼蟲處理可使PB降低90%～92%；豬糞和污泥經(jīng)黑水虻幼蟲處理可使PB降低86%～88%；黑水虻幼蟲顯著降低了糞便中芽孢桿菌屬和腸球菌屬的PB。Lalander等[33]在研究黑水虻處理對(duì)人糞便中沙門氏菌、腸球菌和噬菌體ΦX174的影響時(shí)，發(fā)現(xiàn)黑水虻幼蟲可以促進(jìn)人糞便中沙門氏菌的減少，對(duì)于腸球菌和噬菌體ΦX174的濃度變化沒有顯著影響。Liu等[34]將大腸桿菌接種于無菌牛糞，然后加入黑水虻幼蟲加以處理，結(jié)果表明黑水虻幼蟲可以顯著減少奶牛糞便中的大腸桿菌。Cai等[22]的研究也表明了黑水虻幼蟲有效抑制人類致病菌HPB(Human Pathogenic Bacteria)，并且推測(cè)ARGs的衰減一方面可能是由于HPB減少。然而，在Erickson等[35]研究結(jié)果表示黑水虻對(duì)牛糞中的大腸桿菌沒有一個(gè)顯著降低作用，但對(duì)雞糞中的大腸桿菌有很好的滅活作用。

黑水虻能夠在復(fù)雜環(huán)境中生長存活，其中至關(guān)重要的因素之一就是它可以分泌產(chǎn)生抗菌肽、防御素等抗菌活性物質(zhì)。Choi等[36]在研究黑水虻的抗菌作用時(shí)，對(duì)幼蟲蟲體采用多種有機(jī)溶劑(正己烷、氯仿、乙醇、甲醇)進(jìn)行提取后發(fā)現(xiàn)，甲醇提取物對(duì)肺炎克雷伯氏菌(Klebsiella pneumoniae)、淋病奈瑟氏菌(Neisseria gonorrhoeae)及宋內(nèi)氏志賀菌(Shigella sonnei)具有明顯抑制作用。Park等[37]的研究表明用酸性甲醇提取黑水虻幼蟲蟲體，證明了幼蟲提取物中低分子抗菌因子對(duì)多種微生物的抗真菌和抗菌作用，包括革蘭氏陽性金黃色葡萄球菌、耐甲氧西林金黃色葡萄球菌(MRSA)和革蘭氏陰性銅綠假單胞菌等。類似的研究還有許多，說明黑水虻蟲體本身對(duì)病原菌具有抑制作用，而其中蟲體內(nèi)分泌產(chǎn)生的抗菌物質(zhì)起著至關(guān)重要的作用，并且抗菌物質(zhì)種類頗多[38]。但目前眾多研究并沒有準(zhǔn)確定位抗菌物質(zhì)的分泌部位，此外，幼蟲腸道菌群在降低糞便病原菌中是否擔(dān)任著重要角色，擔(dān)任何種角色，也是值得思考和進(jìn)一步研究的。

2.4 黑水虻對(duì)畜禽糞便發(fā)酵過程有害氣體的影響

糞便的發(fā)酵分解會(huì)導(dǎo)致溫室氣體、氨和其他揮發(fā)性有機(jī)化合物(Volatile Organic Compounds，VOCs)向環(huán)境排放，這些污染物對(duì)人類環(huán)境構(gòu)成潛在威脅[39]。傳統(tǒng)堆肥被認(rèn)為是處理畜禽糞便的一種有效的方法，但堆肥過程中向大氣中釋放的含碳、含氮?dú)怏w不僅降低了最終堆肥基質(zhì)作為肥料的價(jià)值，還會(huì)造成環(huán)境二次污染[40]。

Beskin等[41]用黑水虻處理雞糞、豬糞、牛糞，通過氣相色譜等方法分析處理前后糞便中苯酚、4-甲基苯酚、吲哚、3-甲基吲哚、丙酸、2-甲基丙酸、丁酸、3-甲基丁酸和正戊酸9種揮發(fā)性惡臭有機(jī)化合物，結(jié)果顯示，黑水虻幼蟲可減少糞便中87%甚至更多的揮發(fā)性有機(jī)化合物，豬糞和牛糞中吲哚和脂肪酸含量都可以100%的下降。表明了黑水虻幼蟲能夠改變糞便中揮發(fā)性惡臭有機(jī)化合物的總體情況，降低畜禽糞便發(fā)酵過程中惡臭氣味化合物的水平。Chen等[42]探究不同含水率對(duì)黑水虻生物轉(zhuǎn)化豬糞過程中氨氣和溫室氣體排放的影響以及黑水虻生物轉(zhuǎn)化過程中的碳氮流向時(shí)得出，與傳統(tǒng)堆肥相比，黑水虻幼蟲可降低72.63%～99.99%的CH4、99.68%～99.91%的N2O和82.30%～89.92%的NH3排放，并且提到黑水虻生物轉(zhuǎn)化豬糞過程中只有2.04%～11.31%的C和1.47%～2.75%的N用于了溫室氣體生產(chǎn)[42]。并且黑水虻處理餐廚垃圾也得到了同樣的結(jié)果，黑水虻生物處理可減少溫室氣體CH4、N2O和NH3的排放[43]。因此，黑水虻是一種環(huán)境友好的，能夠延緩全球變暖進(jìn)程的一種環(huán)保型畜禽糞便管理方法。

在黑水虻生物轉(zhuǎn)化畜禽糞便過程中，碳氮流向是決定溫室氣體排放的關(guān)鍵，碳氮一部分轉(zhuǎn)化為幼蟲生物質(zhì)，一部分以氣體形式排放至大氣，剩余碳氮?jiǎng)t保留在殘余基質(zhì)內(nèi)[44]。因此改變黑水虻堆肥生產(chǎn)工藝，提高黑水虻生產(chǎn)效率對(duì)于降低溫室氣體的產(chǎn)生積極意義，進(jìn)而為我國早日實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”、“碳中和”貢獻(xiàn)力量；除此之外，微生物在黑水虻影響有害氣體產(chǎn)生方面發(fā)揮怎樣的功能值得深入探究。

3 黑水虻處理畜禽糞便后蟲糞的利用

通常意義上，蟲糞指的是黑水虻蟲體排泄物與飼喂基質(zhì)殘?jiān)幕旌衔?，又稱為蟲沙。蟲糞可以作為有機(jī)肥料用于促進(jìn)植物生長已有大量研究證明[45]。Liu等[46]研究表明，黑水虻處理糞便(雞糞、豬糞、牛糞)時(shí)，增加了腐殖酸的含量，加速了糞便基質(zhì)的腐殖化，提高了糞肥質(zhì)量。腐殖酸對(duì)植物次生根的生長和增加植物的活力有顯著作用，通過增加植物的吸收能力，進(jìn)而增強(qiáng)植物的生長[47]。Wang等[48]用黑水虻幼蟲處理雞糞、豬糞和牛糞，9 d后利用紫外光譜、熒光光譜和傅里葉變換紅外光譜對(duì)初始糞便和處理后糞便中的可溶性有機(jī)質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)分析。在分子水平上探究黑水虻處理不同糞肥的品質(zhì)和腐殖化程度。結(jié)果表明，黑水虻處理糞肥后，糞便中簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的有機(jī)成分減少，糞便的芳香度和分子量增加。黑水虻可以明顯地消耗蛋白質(zhì)物質(zhì)形成腐殖質(zhì)底物，可以促進(jìn)畜禽糞肥的腐殖化。Liu等[49]在另一項(xiàng)研究中提到黑水虻處理雞糞、豬糞、牛糞三種糞便后的種子萌發(fā)指數(shù)(Germination Index，GI)分別為23.81%、104.54%、115.21%。GI是堆肥成熟度和堆肥植物毒性的參數(shù)之一[50]，GI高于80%表示堆肥成熟[51]，這提示著黑水虻生物轉(zhuǎn)化雞糞后的最終產(chǎn)品作為植物肥料存在風(fēng)險(xiǎn)。

Beesigamukama等[52]用黑水虻蟲糞與商業(yè)有機(jī)肥作比較，來評(píng)估兩者對(duì)玉米生產(chǎn)性能的差異時(shí)表明，施加黑水虻蟲糞的玉米在植株高度、葉綠素濃度、氮素吸收以及產(chǎn)量方面都高于普通商業(yè)有機(jī)肥。吳翔等[53]研究表明，黑水虻蟲糞顯著提高了番茄株高和番茄葉綠素的含量，使得番茄產(chǎn)量和維生素C的含量增加28.54%和19.36%。這些作用可能與黑水虻幼蟲體內(nèi)大量的酶以及豐富的不飽和脂肪酸和微量元素有關(guān)[54-55]，如淀粉酶、麥芽糖酶、葡萄糖苷酶、胃蛋白酶、胰蛋白酶、氨肽酶、脂質(zhì)三?；视椭久浮⒘字?、磷酸酶、溶菌酶、幾丁質(zhì)酶和葡聚糖酶[56]。另外，有研究表明，施加礦物肥(NH4NO3)與施加蟲糞后的土壤性質(zhì)沒有明顯差異，蟲糞可以作為一種有價(jià)值的肥料，并且不損害土壤的衛(wèi)生特性[57]。此外，黑水虻幼蟲體內(nèi)有豐富的脂肪酸和微量元素以及生物活性物質(zhì)，蟲體代謝可能造成這些物質(zhì)通過蟲糞排出體外，增加蟲糞的可利用價(jià)值。例如，Elena 等[58]研究表明了黑水虻幼蟲脂肪酸能夠抑制植物病原菌的增殖和生長，對(duì)農(nóng)作物保護(hù)起到積極作用。

綜上所述，蟲糞的養(yǎng)分含量高，具有促進(jìn)作物生長、防治植物病害，提高土壤肥料有效性和緩釋性能，提高肥料利用率以及減少化肥用量，促進(jìn)土壤健康。但是在用畜禽糞便作為飼養(yǎng)基質(zhì)養(yǎng)殖黑水虻的實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中，大都以產(chǎn)出盡可能多的蟲體生物量為目的，因此可能出現(xiàn)蟲糞終產(chǎn)品品質(zhì)不佳等問題。龐萬程研究中提到利用黑水虻對(duì)豬糞進(jìn)行堆肥結(jié)束后，蟲糞中的NH4+-N和DOC含量均高于傳統(tǒng)堆肥成熟的標(biāo)準(zhǔn)的限制值，類似于未成熟的傳統(tǒng)堆肥[41]。這無疑增加了蟲糞后續(xù)的利用風(fēng)險(xiǎn)，因此，加強(qiáng)對(duì)于蟲糞性質(zhì)的相關(guān)研究是有必要的，可以從幼蟲飼養(yǎng)過程控制以及蟲糞的進(jìn)一步處理與轉(zhuǎn)化兩方面入手。這對(duì)于推動(dòng)黑水虻作為一種高效的畜禽糞便轉(zhuǎn)化劑，以及將有機(jī)肥轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的堆肥增值產(chǎn)品具有積極意義，特別是在經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)的地區(qū)，不但可以節(jié)省堆肥設(shè)備的高額成本，而且可以利用黑水虻蟲體增加經(jīng)濟(jì)收入，改善人們的生活水平。

4 總結(jié)與展望

黑水虻幼蟲生物轉(zhuǎn)化畜禽糞便是一種新興的有機(jī)廢棄物處理手段，可有效減少畜禽糞便中抗生素、ARGs、重金屬、病原體以及臭味物質(zhì)和溫室氣體，生產(chǎn)出高價(jià)值的增值產(chǎn)品，有助于建立畜禽糞便資源化利用循環(huán)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系。較大潛力的背后仍然面臨著許多問題和挑戰(zhàn)，例如，畜禽糞便養(yǎng)殖黑水虻過程中品種、飼養(yǎng)方式、基質(zhì)環(huán)境的影響，特別是南北氣候差異的制約；黑水虻幼蟲生物轉(zhuǎn)化畜禽糞便后蟲體利用的生物安全問題和蟲糞殘?jiān)鼞?yīng)用推廣問題等。黑水虻生物轉(zhuǎn)化畜禽糞便以及其他有機(jī)廢棄物還有很大發(fā)展空間，加強(qiáng)對(duì)黑水虻生物轉(zhuǎn)化畜禽糞便過程中有害物質(zhì)動(dòng)態(tài)變化規(guī)律的研究對(duì)于推動(dòng)黑水虻處理糞污的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用具有重要意義。