不同含水率的餐廚垃圾對黑水虻幼蟲生長發(fā)育的影響

廖一志， 賀彥懷， 陳 華， 張心睿， 董志剛， 王竹紅?， 葛均青＋

(1.福建農(nóng)林大學植物保護學院， 福建 福州 350002；2.福建省農(nóng)業(yè)科學院生物技術(shù)研究所， 福建 福州 350003)

黑水虻(Hermetia illucensL.)，又稱亮斑扁角水虻，是雙翅目水虻科扁角水虻屬的一種腐生性昆蟲，源自于美洲熱帶、溫帶和亞熱帶地區(qū)，廣泛分布于熱帶和暖溫帶地區(qū)(張杰等，2019；Makkaret al.，2014)， 在我國華北、華南以及東南沿海地區(qū)都有分布(柴志強等，2012)。

餐廚垃圾是城市生活垃圾的主要組成部分，曾被稱為餐廚廢棄物、泔水、廚余等(于繼英等，2011)，主要包括餐飲和食堂的食物殘余、居民家中的廚余垃圾和市場生產(chǎn)的食物垃圾等(曾宇，2017；時朝輝等，2017)。 據(jù)聯(lián)合國糧食農(nóng)業(yè)組織報道，全球每年大約產(chǎn)生1.6×109t 的食物廢物(Tanget al，2017)。 2015 年，我國城市垃圾產(chǎn)量達1.86×108t，其中餐廚垃圾占了37%～62%(De Clercqet al，2017)。 隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，餐廚垃圾的產(chǎn)量逐年上升，并以每年10%的速度遞增(畢少杰等，2016)。 國內(nèi)餐廚垃圾的化學成分復雜，因為地域飲食文化的不同，其成分也有很大差別，其主要成分是淀粉、蛋白質(zhì)、脂類、纖維素和無機鹽等，水分含量能達到70%～95%(劉增革，2019；張慶芳等，2012)。 餐廚垃圾的大量堆積，不僅會產(chǎn)生惡臭還會滋生蠅蛆，造成環(huán)境污染和危害居民的身體健康(韓平，2016；朱蕓等，2011)。 這些有機廢棄物如何進行循環(huán)再利用對經(jīng)濟和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。 我國對有機廢棄物的處理主要遵循“減量化、無害化、資源化”的原則(孫娜娜，2011)，主要方式為焚燒、發(fā)酵、填埋等。近年來，利用昆蟲(黃粉蟲、黑水虻和蠅蛆等)對有機廢棄物進行轉(zhuǎn)化再利用，不僅能降低廢棄物對環(huán)境的影響，還能產(chǎn)生高質(zhì)量昆蟲蛋白作為飼料使用，體現(xiàn)了顯著的經(jīng)濟和生態(tài)效益(Lalanderet al.，2018)。

黑水虻其自身不攜帶細菌，不會叮咬人畜，還能趨避家蠅，對人類生活不會產(chǎn)生威脅，并且具有繁殖速度快、食性范圍廣和易養(yǎng)殖等優(yōu)點(何振伯，2017；于懷龍等，2018；Sheppard，1983)。 目前，針對黑水虻的研究主要集中在其幼蟲對各類廢棄物的處理能力及其蟲體的應用等(段家琪等，2022；于懷龍等，2018；袁橙等，2019)。 物料水分會直接影響昆蟲對水分的吸收和利用，進而影響昆蟲的新陳代謝，最終影響昆蟲的生長發(fā)育(Bertinettiet al，2019)。 物料適宜的含水量會讓幼蟲的預蛹歷期縮短；而較低的含水率會大大延長幼蟲的預蛹歷期(申高林，2016；Chenget al，2017)，阻礙幼蟲的正常生長發(fā)育(Sprangherset al，2016)；而物料含水率過高時，會導致單位體積的物料營養(yǎng)濃度被稀釋，幼蟲需要增加取食量并延長預蛹歷期來儲存足夠的營養(yǎng)進入到下一歷期(Palmaet al，2018)。 黑水虻幼蟲作為食腐性昆蟲，幼蟲口器更容易取食一些浸泡軟化后的物料(Brunoet al，2019)，適宜含水量的物料更易于幼蟲取食。 本研究通過使用不同含水率的餐廚垃圾對黑水虻幼蟲進行飼養(yǎng)，記錄其幼蟲的體重、體長、體寬等生長發(fā)育指標，同時觀察飼養(yǎng)過程中幼蟲和飼料的變化，目的是篩選適合黑水虻生長發(fā)育的最佳含水率，以期為更好地大規(guī)模利用餐廚垃圾養(yǎng)殖黑水虻提供重要的參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 供試昆蟲及飼料 黑水虻飼養(yǎng)于福建農(nóng)林大學植物保護學院資源昆蟲實驗室，使用麥麩作為基礎養(yǎng)殖飼料，連續(xù)飼養(yǎng)數(shù)代，飼養(yǎng)環(huán)境溫度(28±1)℃、濕度(65±5)%、光周期14L ∶10D，選擇所需要齡期進行試驗。 麥麩購買于市場，學校食堂餐廚垃圾經(jīng)二相分離后，取餐廚垃圾渣備用。

1.1.2 試驗儀器 智能人工氣候箱(普朗特，MRX-350B-LED)、水分測量儀(力辰，DHS-10A)、干燥烘箱、透明塑料盒(小號14 cm×9 cm×6 cm、大號25 cm×12 cm×11 cm)、養(yǎng)蟲籠(90 cm×90 cm×90 cm)、電子天平、游標卡尺、制冰機、濕度計等。

1.2 試驗方法

1.2.1 黑水虻幼蟲的收集 從產(chǎn)卵板上收集10 g 當日黑水虻所產(chǎn)的卵，將卵粒放置于小號透明塑料盒中(14 cm×9 cm×6 cm)，并在卵粒表面覆蓋上一層細麥麩，在小號塑料盒外套上另一個大號透明塑料盒(25 cm×12 cm×11 cm)，塑料盒蓋中央用紗布封口透氣，然后將塑料盒放置于人工氣候箱[溫度(28±1)℃、濕度(65±5)%、光周期14L ∶10D]中。 等待幼蟲孵化后，用細毛刷將初孵化的幼蟲掃進由碎麥麩皮與蒸餾水調(diào)制的飼料中，放于人工氣候箱中繼續(xù)飼養(yǎng)。待幼蟲生長至6 日齡時，將幼蟲從飼料中分離出來，饑餓過夜處理，作為試驗幼蟲。

1.2.2 供試飼料的處理與添加 稱取200 g 二相分離后的餐廚垃圾渣，烘干至恒重，計算出初始含水率。

物料含水率/%＝(未烘干物料重量－烘干物料重量)/未烘干物料重量×100

為了得到具有不同初始含水率的物料，將新鮮的餐廚垃圾使用恒溫烘箱75 ℃烘干至含水率為50%，不同試驗組的60%、70%含水率的物料使用50%含水率的物料進行添加蒸餾水制備。 對照組麥麩按相同的方法制備。

將收集的黑水虻6 日齡幼蟲分別接入到50%、60%和70%含水率的餐廚垃圾和麥麩中飼養(yǎng)，每個處理接蟲100 頭，每組3 個生物學重復，在塑料盒中飼喂，加蓋帶有透氣紗布的塑料蓋，置于人工氣候箱[溫度(28±1)℃、濕度(65±5)%、光周期14L ∶10D]中飼養(yǎng)。 試驗中每組初始添加200 g 調(diào)制好的物料，每日觀察幼蟲取食生長情況，根據(jù)取食情況適當添加物料。

1.2.3 黑水虻幼蟲的生長發(fā)育 試驗前將每個處理組投入的100 頭6 日齡幼蟲進行稱重，并計算平均值，每組隨機抽取10 頭，使用游標卡尺測量其體長和體寬，并計算平均值，作為初始的幼蟲數(shù)據(jù)。 每隔2 d 在同一時間從每個處理中隨機挑取10 頭幼蟲，使用細毛刷蘸水，輕輕刷去幼蟲體表上殘留的物料，然后使用無塵紙擦去表面水分，進行稱重并計算平均體重；將幼蟲置于冰上3 min，進行麻醉處理，然后使用游標卡尺測量其體長和體寬，并計算平均值，直至有50%幼蟲發(fā)育至預蛹停止試驗。

1.2.4 黑水虻幼蟲的化蛹率和羽化率 當有一半數(shù)量的幼蟲發(fā)育至預蛹時，不再添加物料，放置在人工氣候箱中等待其余幼蟲化蛹。 每天收集預蛹，統(tǒng)計化蛹數(shù)量。

化蛹率/%＝(化蛹個體數(shù)/幼蟲的總數(shù))×100

待預蛹發(fā)育至蛹期(蟲體筆直，尾部扁平向下突起，且不再移動)時，將蛹轉(zhuǎn)移到小型養(yǎng)蟲籠(30 cm×30 cm×30 cm)中，拿掉塑料蓋子，等待蛹羽化，統(tǒng)計羽化數(shù)量。

羽化率/%＝(羽化個體數(shù)/蛹的總數(shù))×100

1.2.5 麥麩和餐廚垃圾處理下黑水虻幼蟲及飼料變化 使用含水量70%的麥麩物料和含水量60%的餐廚物料處理黑水虻幼蟲，稱取初始物料200 g，加入蒸餾水調(diào)節(jié)至相應的含水量，投放6 日齡黑水虻幼蟲100 頭。 每日觀察幼蟲生長發(fā)育及物料變化，使用佳能D600 相機進行拍照記錄。

1.2.6 數(shù)據(jù)分析 所有數(shù)據(jù)使用GraphPad Prism 8.0 和SPSS 2.0 數(shù)據(jù)分析軟件開展單因素方差分析(α＝0.05)和最小顯著差檢驗(least significant difference，LSD)多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同含水率飼料飼養(yǎng)的黑水虻幼蟲體重的變化

使用不同含水率的飼料飼養(yǎng)黑水虻幼蟲，其體重變化見圖1。 結(jié)果表明，處理第3 天，含水率50%的麥麩和餐廚垃圾飼養(yǎng)的黑水虻幼蟲體重差異顯著；3 組不同含水率的麥麩飼養(yǎng)的黑水虻幼蟲體重間差異顯著，但不同含水率的餐廚垃圾飼養(yǎng)的黑水虻幼蟲體重間差異不顯著；含水率70%的麥麩飼養(yǎng)的幼蟲體重最大，為70.17 mg。 處理第6 天和第9 天，3 個含水率下，麥麩和餐廚垃圾飼養(yǎng)的幼蟲體重有顯著差異，餐廚垃圾飼養(yǎng)的幼蟲體重顯著高于麥麩，且60%餐廚垃圾飼養(yǎng)的黑水虻幼蟲體重最重分別達到184.00(第6 天)和215.00 mg(第9 天)。處理第12 天和第15 天，含水率50%、60%時，麥麩和餐廚垃圾飼養(yǎng)的黑水虻幼蟲體重差異顯著，且均是含水率60%的餐廚垃圾飼養(yǎng)的幼蟲體重達到最大，分別為227.67(第12 天)和237.33 mg(第15 天)。 處理第18 天，3 組含水率下，麥麩和餐廚垃圾飼養(yǎng)的黑水虻幼蟲體重差異顯著，餐廚垃圾飼養(yǎng)的明顯高于麥麩，且在60%含水率下幼蟲體重達最大，為280.33 mg。

圖1 不同含水率的麥麩和餐廚垃圾飼養(yǎng)的黑水虻幼蟲體重的變化Figure 1 Body weight changes of Hermetia illucens larvae fed on wheat bran and kitchen waste with different moisture contents

從體重變化可以看出，餐廚垃圾飼養(yǎng)下的幼蟲體重都高于麥麩，更利于黑水虻幼蟲生長。含水率60%的餐廚垃圾飼養(yǎng)的幼蟲體重大于含水率50%和70%處理組，其更利于黑水虻幼蟲的生長，其次為含水率50%處理組，70%含水率條件下飼養(yǎng)的幼蟲體重最輕。 對不同含水率的麥麩，70%含水率的麥麩效果優(yōu)于50%和60%的，含水率50%處理組效果最差。 因此，如果使用餐廚垃圾飼養(yǎng)黑水虻幼蟲，應控制含水率在60%左右效果最佳；而使用麥麩飼養(yǎng)，則應將含水率控制在70%左右效果最佳。

2.2 不同含水率飼料飼養(yǎng)的黑水虻幼蟲體長的變化

不同含水率麥麩和餐廚垃圾飼養(yǎng)黑水虻幼蟲的體長變化見圖2。 結(jié)果表明，處理第3 天，不同含水率餐廚垃圾飼養(yǎng)的黑水虻幼蟲體長無顯著差異；含水率50%和60%下，麥麩和餐廚垃圾飼養(yǎng)的黑水虻幼蟲體長也無顯著差異，含水率70%的2 種物料飼養(yǎng)的黑水虻幼蟲體長差異顯著；餐廚垃圾組在含水率60%時飼養(yǎng)的幼蟲體長最大，為15.94 mm；處理第6 天，不同含水率的餐廚垃圾飼養(yǎng)的幼蟲體長無顯著差異，但麥麩間差異顯著；含水率50%和70%條件下，麥麩和餐廚垃圾間差異顯著；餐廚垃圾組在含水率60%時飼養(yǎng)的幼蟲體長最大，為17.21 mm。處理第9 天和第12 天，麥麩飼養(yǎng)的幼蟲體長在不同含水率條件下差異顯著；含水率60%餐廚垃圾飼養(yǎng)的幼蟲體長與其他含水率間差異顯著，且達到最長，分別為18.70(第9 天)和19.76 mm(第12 天)。 處理第15 天和第18 天，當含水率50%和60%時，麥麩和餐廚垃圾飼養(yǎng)的黑水虻幼蟲體長差異顯著，餐廚垃圾飼養(yǎng)的幼蟲體長明顯大于麥麩，麥麩飼養(yǎng)的幼蟲體長在不同含水率下差異顯著，且幼蟲體長在含水率60%餐廚垃圾飼養(yǎng)下達最大，分別為20.54(第15 天)和21.09 mm(第18 天)。

圖2 不同含水率的麥麩和餐廚垃圾飼養(yǎng)的黑水虻幼蟲體長的變化Figure 2 Body length changes of Hermetia illucens larvae fed on wheat bran and kitchen waste with different moisture contents

從體長變化可以看出，含水率70%的麥麩飼養(yǎng)的黑水虻幼蟲體長大于含水率50%和60%的，含水率50%飼養(yǎng)效果最差；含水率60%的餐廚垃圾飼養(yǎng)的黑水虻幼蟲體長大于含水率50%和70%的；當含水率為50%和60%時，餐廚垃圾飼養(yǎng)的幼蟲體長大于麥麩飼養(yǎng)的，當含水率為70%時，麥麩飼養(yǎng)的幼蟲體長大于餐廚垃圾飼養(yǎng)的。

2.3 不同含水率飼料飼養(yǎng)的黑水虻幼蟲體寬的變化

不同含水率的麥麩和餐廚垃圾飼養(yǎng)的黑水虻幼蟲的體寬變化見圖3。 結(jié)果表明，處理第3天，當含水率50%和60%時，麥麩和餐廚垃圾飼養(yǎng)的黑水虻幼蟲體寬無顯著差異，含水率70%的麥麩和餐廚垃圾飼養(yǎng)的幼蟲體寬差異顯著；餐廚垃圾組在含水率60%時幼蟲體寬最大，為4.37 mm，而麥麩組在含水率70%時體寬最大為4.39 mm。 處理第6 天，含水率60%和70%下，麥麩和餐廚垃圾飼養(yǎng)的幼蟲體寬差異顯著，餐廚垃圾組在含水率60%時幼蟲體寬最大(4.78 mm)，麥麩組在含水率70%時幼蟲體寬最大(4.62 mm)。 處理第9 天，含水率70%的麥麩和餐廚垃圾飼養(yǎng)的幼蟲體寬差異顯著，餐廚垃圾組在含水率60%時幼蟲體寬與其他含水率間差異顯著，達到了4.79 mm。 處理第12 天、第15 天和第18 天，含水率50%和60%下，麥麩和餐廚垃圾飼養(yǎng)的幼蟲體寬均呈顯著差異，餐廚垃圾組在含水率60%時幼蟲體寬達到最大值，分別為4.96、5.08 和5.16 mm， 麥麩組在含水率70%時幼蟲體寬達到最大值，分別為4.77、4.80 和4.80 mm。

圖3 不同含水率的麥麩和餐廚垃圾飼養(yǎng)的黑水虻幼蟲體寬的變化Figure 3 Body width changes of Hermetia illucens larvae fed on wheat bran and kitchen waste with different moisture contents

從體寬變化可以看出，當含水率50%和60%時，餐廚垃圾飼養(yǎng)的黑水虻幼蟲體寬高于麥麩飼養(yǎng)的。 在餐廚垃圾組不同含水率中，60%含水率飼養(yǎng)的幼蟲體寬最長，含水率50%和70%條件下的幼蟲體寬差異不明顯；對麥麩組來說，70%含水率飼養(yǎng)的幼蟲效果優(yōu)于50%和60%，含水率50%的效果最差。

2.4 不同含水率飼料飼養(yǎng)的黑水虻幼蟲化蛹率

不同含水率飼料飼養(yǎng)的黑水虻幼蟲的化蛹情況見圖4。 結(jié)果表明，以麥麩為飼料，當含水率為70%時，幼蟲的化蛹率最高，為97.50%；當含水率50%時，化蛹率僅為75.85%。 以餐廚垃圾為飼料，幼蟲化蛹率在3 組含水率間未表現(xiàn)出差異顯著，其中含水率60%時化蛹率最高，為92.41%。 當含水率50%和70%時，麥麩和餐廚垃圾飼養(yǎng)的幼蟲化蛹率差異顯著，含水率50%時餐廚垃圾組顯著高于麥麩組，而含水率70%時，麥麩組顯著高于餐廚垃圾組。

圖4 不同含水率的麥麩和餐廚垃圾飼養(yǎng)的黑水虻幼蟲化蛹率Figure 4 Pupation rate of Hermetia illucens larvae fed on wheat bran and kitchen waste with different moisture contents

2.5 不同含水率飼料飼養(yǎng)的黑水虻蛹羽化率

不同含水率飼料飼養(yǎng)的黑水虻蛹羽化率見圖5。 結(jié)果表明，以麥麩為飼料，含水率70%與含水率50%、60%的羽化率間差異顯著，且含水率70%時羽化率最高，達到98.00%；以餐廚垃圾為飼料，3 組含水率下的蛹羽化率間均出現(xiàn)顯著差異，其中含水率60%時羽化率最高，達到97.00%。當含水率60%、70%時，麥麩和餐廚垃圾組飼養(yǎng)的黑水虻蛹羽化率均出現(xiàn)了顯著差異，含水率60%時餐廚垃圾組高于麥麩組，而當含水率提升到70%時，麥麩組高于餐廚垃圾組。

圖5 不同含水率的麥麩和餐廚垃圾飼養(yǎng)的黑水虻蛹羽化率Figure 5 Eclosion rate of Hermetia illucens fed on wheat bran and kitchen waste with different moisture contents

2.6 麥麩飼養(yǎng)下黑水虻幼蟲及飼料變化

如圖6 所示，以含水率70%的麥麩為飼料飼養(yǎng)黑水虻幼蟲，飼養(yǎng)第3 天，麥麩形態(tài)未見明顯變化，物料較新鮮，幼蟲發(fā)育正常(圖6A)；第6 天，麥麩顏色變深，并且狀態(tài)更加松軟(圖6B)；第9 天，幼蟲明顯增大，物料顏色加深(圖6C)；第12 天，物料顏色變化不明顯，但底部蟲沙堆積(圖6D)；第15 天，幼蟲個頭增大明顯，且聚集在物料表面，有個別幼蟲出現(xiàn)預蛹(圖6E)；第18 天，幼蟲基本盤踞在物料表面，不再進食，且大多數(shù)幼蟲進入預蛹狀態(tài)(圖6F)。

圖6 含水率70%的麥麩飼養(yǎng)下黑水虻幼蟲及飼料變化Figure 6 Changes of Hermetia illucens larvae and food fed on wheat bran with 70% moisture content

2.7 餐廚垃圾飼養(yǎng)下黑水虻幼蟲及飼料變化

以含水率60%的餐廚垃圾為飼料飼養(yǎng)黑水虻幼蟲(圖7)，飼養(yǎng)第3 天，餐廚垃圾的狀態(tài)較濕潤，幼蟲臥在物料底部取食(圖7A)；第6 天，可見物料水分有減少，幼蟲取食并將物料翻動(圖7B)；第9 天，幼蟲明顯增大，并且餐廚垃圾飼料開始變干燥(圖7C)；第12 天，飼料更加干燥，顏色加深，出現(xiàn)少量的蟲沙(圖7D)；第15 天，幼蟲明顯增大，部分幼蟲聚集在餐廚垃圾表面，餐廚垃圾顏色加深并且更加干燥(圖7E)；第18 天，餐廚垃圾干燥明顯，出現(xiàn)小團塊狀，底部出現(xiàn)較多蟲沙，幼蟲體型明顯增大，并且有部分幼蟲進入到預蛹狀態(tài)(圖7F)。

圖7 含水率60%的餐廚垃圾飼養(yǎng)下黑水虻幼蟲及飼料變化Figure 7 Changes of Hermetia illucens larvae and food fed on kitchen waste with 60% moisture content

3 小結(jié)與討論

本研究以麥麩為對照，利用不同含水率的餐廚垃圾飼喂黑水虻6 日齡幼蟲，直至有50%或更多預蛹出現(xiàn)開始停止喂食(平磊，2010；喻國輝等，2014)，目的是通過體重、體長、體寬等指標篩選適合黑水虻幼蟲生長發(fā)育的最佳含水率。 已有研究表明，在27～35 ℃環(huán)境溫度下，黑水虻幼蟲生長發(fā)育較好(姬越等，2017；Shumoet al，2019)；70%～80%含水率的物料更利于黑水虻幼蟲的生長發(fā)育，當含水率低于30%時，物料干燥，導致黑水虻幼蟲取食行為受阻而停止生長發(fā)育；當含水率過高時，物料中缺乏氧氣，限制了黑水虻幼蟲的生長甚至導致死亡(楊霞等，2020；Cammacket al，2017)。 前期研究發(fā)現(xiàn)，含水率50%～70%的麥麩比較適于黑水虻幼蟲的生長，以此為依據(jù)，本研究用蒸餾水調(diào)控餐廚垃圾含水率分別為50%、60%和70%，并控制環(huán)境條件[溫度(28±1)℃、濕度(65±5)%、光周期14L ∶10D]飼養(yǎng)黑水虻幼蟲。

試驗結(jié)果表明，當餐廚垃圾含水率為60%時，黑水虻幼蟲生長發(fā)育最快；而含水率70%時，幼蟲也可正常生長發(fā)育，但生長發(fā)育較慢，原因可能是二相分離后餐廚垃圾比較粘稠，幼蟲在物料中蠕動受阻，取食溫度上升較慢導致(Cammacket al，2017)。 3 組含水率條件下飼養(yǎng)的黑水虻幼蟲都表現(xiàn)出同樣的增長趨勢，與豬糞(袁橙等，2019)和鴨糞(馬加康等，2016)相比，本試驗中黑水虻幼蟲體重增高明顯，黑水虻幼蟲體重在飼料含水率60%時達到最高，為280.33 mg，可能是餐廚垃圾富含更豐富的蛋白質(zhì)和脂類，更利于幼蟲的生長發(fā)育。 與未經(jīng)二相處理的餐廚垃圾相比(代發(fā)文等，2017)，經(jīng)過8 d 養(yǎng)殖蟲體增重95.67 mg，而本試驗發(fā)現(xiàn)飼養(yǎng)9 d 后的幼蟲，其最大增重達到了163.33 mg，推測可能是因為本試驗使用的餐廚垃圾經(jīng)過二相分離，將其中的油相和水相去除，更適于幼蟲生長。

綜上所述，利用黑水虻幼蟲處理餐廚垃圾時，調(diào)整其含水率為60%最佳，其體重顯著大于麥麩等單一物料，且該方法養(yǎng)殖成本低，資源利用率明顯高于填埋或厭氧發(fā)酵。 黑水虻幼蟲蛋白和脂肪含量高，可以替代魚粉、豆粕等蛋白原料，作為畜禽、水產(chǎn)等的飼料原料使用，在創(chuàng)新生態(tài)養(yǎng)殖模式等方面將發(fā)揮重要作用。