黑水虻的養殖及其處理畜禽糞便的研究進展

張俊哲 劉執平 （山東省煙臺第一中學 264025） 陳國忠 （魯東大學生命科學學院 山東 煙臺）

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黑水虻的養殖及其處理畜禽糞便的研究進展

張俊哲 劉執平*（山東省煙臺第一中學 264025） 陳國忠*（魯東大學生命科學學院 山東 煙臺）

隨著現代畜牧業迅猛發展，畜禽糞便大量產生污染環境。本文綜述了黑水虻對畜禽糞便處理的研究進展，從黑水虻的養殖技術、畜禽糞便處理方法及其原理進行討論，對畜禽糞便的無害化、資源化利用具有指導意義，并對黑水虻的應用和發展前景進行展望。

目前我國畜禽養殖模已經逐漸從散戶養殖轉向規模化、集約化養殖，畜禽糞便大量產生，成為農村和養殖場周邊的主要污染來源[1]。農業部官方數據顯示，我國每年畜禽養殖糞污產生量約38億t，其中畜禽糞便約18億t，污水約20億t。從不同畜種來看，全國生豬糞污年產生量約18億t，占總量的47%；牛糞污年產生量約14億t，占總量的37%，其中奶牛4億t、肉牛10億t；家禽糞污年產生量約6億t，占總量的16%[2]。目前畜禽糞污的有效利用率不足60%，大量畜禽糞便未經正常處理施入農田，不僅嚴重影響周圍環境，還會產生有毒臭氣和溫室氣體，如NH3、H2S、CH4等[3]。糞便中攜帶的各種致病微生物和蟲卵如大腸桿菌，沙門氏菌，蛔蟲卵等，嚴重威脅食品生產安全或造成疫病傳播。一些畜禽糞便中還含有大量藥物添加劑和抗生素等[4]，可能對環境生物造成極大危害。此外，畜禽糞便富含的氮、磷元素極易流失，從而引起水體富營養化[5]，改變水體的理化環境，使水發臭，形成江河湖海的赤潮和水華。傳統畜禽養殖模式及廢棄物處理技術已不適用于現今的情況，如何改善畜禽養殖環境、妥善處理廢棄物防止污染是亟待解決的問題。

1 黑水虻的簡介

黑水虻(Hermetia illucens L.)[6]原產于美洲，是腐生性的水虻科昆蟲，能夠取食禽畜糞便和生活垃圾，生產高價值的動物蛋白飼料，幼蟲具有食性雜、食量大、抗逆性強、不傳播疾病等優點，繁殖迅速，生物量大，食性廣泛、吸收轉化率高，容易管理、飼養成本低，動物適口性好等特點，從而進行資源化利用，其幼蟲被稱為“鳳凰蟲”，成為與蠅蛆、黃粉蟲、大麥蟲等齊名的資源昆蟲，在全世界范圍內(南北緯40度之間)得到推廣，近些年傳入我國，目前已廣布于貴州、廣西、廣東、上海、云南、臺灣、湖南、湖北等地。

2 黑水虻的養殖技術

2.1 卵的孵化 將收集到的黑水虻蟲卵置于塑料盒內，盒底均勻鋪墊一層含水量60%左右、發酵1d的麥麩作為初孵幼蟲飼料，環境溫度25℃，空氣濕度80%，加蓋防蠅網，大約2~4d孵化，同一卵塊的幼蟲孵化時間非常接近，后期幼蟲生長整齊，易于管理。

2.2 幼蟲飼養 黑水虻的初孵幼蟲至3齡幼蟲體積小，食量不大，為提高禽畜糞便的處理效率和黑水虻幼蟲的成活率，通常將黑水虻幼蟲飼養至3齡后再用于禽畜糞便的處理。以花生麩、麥麩、玉米粉或豆粕等為食，環境溫度25~30℃、環境相對濕度不低于60%、盤內濕度不大于80%，經過5~7d獲得體長0.6cm以上的3齡幼蟲，即可用于畜禽糞便的生物處理過程。根據蟲的密度，可分盆飼養，也可池養，前者需根據幼蟲的取食補料并清除殘料，后者可以一次將料加夠，不需清除殘料[7]。

2.3 預蛹 經7~10d后黑水虻幼蟲體色逐漸變為黑褐色，體壁硬化，停止取食，進入預蛹階段。黑水虻預蛹有遷出食物的行為，可在池角斜坡下放置小桶，預蛹爬出之后自動落入桶中，也可以利用幼蟲的避光性，將蟲和料置于自然光下，預蛹會躲到最下層，把上層廢料剔除，剩下即是蟲體。黑水虻預蛹具有更強的抗逆性，因此是較為理想的貯存蟲態。將預蛹置于成蟲飼養室內，避雨避光，約2周后即可羽化出黑水虻成蟲。

2.4 成蟲飼養 黑水虻成蟲壽命較短，雌成蟲平均壽命7~9d，雄成蟲平均壽命6~7d。成蟲消化功能退化，但能吸食水分，研究表明以蜂蜜水或蔗糖水飼喂的成蟲具有較強的活動能力，分析認為黑水虻成蟲仍然需要補充糖份作為飛行能源。黑水虻成蟲羽化1~2d后即能交配，交配在飛行中完成，授精過程在地面或葉片上完成，成蟲的交配行為受日光照射誘導[8]，同時還受到溫度和濕度的影響。雄成蟲交配后不久即死亡，雌成蟲交配2~3d后開始尋找適宜的產卵場所，一次性產卵約800粒，產卵后不久亦死亡。如果遇到連續陰天或在室內飼養成蟲時，可用碘鎢燈補光，效果與日光類似[9]。

2.5 采卵 黑水虻雌成蟲產卵場所的選擇受食物信息的誘導，因此可以利用餌料誘集黑水虻在固定區域產卵。黑水虻雌成蟲是一次性產卵，卵粒晶瑩透明、排列整齊，形成卵塊，利于集中收獲。此外，黑水虻并不會將卵直接產于食料上，而是選擇附近較為干燥的縫隙。根據此特性，研究者設計了適宜于黑水虻產卵的收集器，將密度板3~5層疊放，長33cm、厚1.8cm、寬5cm，層間縫隙2mm，深度大于7mm。將卵收集器置于食料附近，就能方便地收獲大量的黑水虻卵用于后續生產。

3 黑水虻處理畜禽糞便的研究

（1）近幾年黑水虻被廣泛應用于處理雞糞、豬糞及餐廚垃圾等廢棄物方面[10-12]。黑水虻處理畜禽糞便技術簡單易行。首先用發酵麥麩對黑水虻蟲卵進行孵化，然后將孵化好的3~4日齡黑水虻小幼蟲投進新鮮糞便中，保證物料維持一定溫度和濕度，經過黑水虻幼蟲快速生長7d左右，物料基本變黑，疏松度大幅度提高，蟲體也長到1~1.5cm，就可以開始進行分篩，蟲料分離，將分篩的蟲子進行飼養肉雞，蟲糞可以加工優質的生物有機肥。（2）研究表明，雞、豬等非反芻動物有限的消化系統容積和微弱的微生物發酵活動導致其對飼料的消化能力較差，糞便中仍然含有大量未消化吸收的蛋白質、脂肪等有機物質。黑水虻幼蟲能夠轉化糞便中的氮、磷、鉀等營養成分和大量的蛋白及脂肪，并將一部分用于機體構建，從而成為畜禽養殖的高能蛋白原料[13]。Newton等[14]利用黑水虻對豬糞進行了15d的處理，氮、磷、鉀的去除率分別達55.1%、44.1%和52.8%，堆積減少56%。Kelly V. Beskin等[15]研究發現，黑水虻幼蟲能將動物糞便中所有揮發性有機化合物的排放量減少87%以上，有助于解決養殖場的惡臭問題。黑水虻幼蟲能顯著降低糞便濕度[16]，減少家蠅[17, 18]。黑水虻養殖能較好地解決畜禽糞便中的大腸桿菌[19]和沙門氏菌污染問題[20]，在處理偽狂犬病和高致病性藍耳病病死豬時，蟲體中檢測不到相應病原微生物。

4 黑水虻處理糞便的原理機制

（1）W Kim等[21]研究發現黑水虻幼蟲腸道提取物具有高于家蠅幼蟲的淀粉酶、脂肪酶和蛋白酶活性，使其能夠比其他種類的蒼蠅更有效地消化有機廢物。Heiko Vogel等[22]研究發現，黑水虻幼蟲的許多抗菌肽是由喂食含有高細菌負荷的飲食誘導產生的，同時抗菌肽的飲食依賴性表達轉化為對一系列細菌的飲食依賴性抑制作用，研究者認為是抗菌肽的表達介導了腸道微生物群對異常飲食的消化適應，該特征可以促進黑水虻在有機廢物生物轉化中的應用。H Jeon等[23]研究發現黑水虻腸道細菌群落的組成取決于不同的營養來源，且不同于其他昆蟲腸道微生物區系。L Zheng等[24]發現在黑水虻不同生活階段擬桿菌門和變形菌門屬于腸道菌群的優勢菌。種類豐富的酶、高活力的抗菌肽、獨特的腸道菌群，使得黑水虻得以高效處理畜禽糞便，轉化成自身的營養成分。（2）2013年10月，聯合國糧食及農業組織在《可食用昆蟲報告》中將黑水虻作為最主要的蛋白飼料替代昆蟲。我國黑水虻種質資源較為豐富，除了已知的250余種(世界有3000余種)，我國還有大量未知種類的黑水虻，其中90%以上分布在華中、華南和華北地區。黑水虻有生物量大、蟲體資源含量高等特點，富含17 種氨基酸[25]，直接利用新鮮豬糞養殖的黑水虻幼蟲蛋白質可達40.6%，且蟲沙總養分含量為8.76%，可達到國家有機肥標準[26]。黑水虻粗蛋白含量與大豆粕相近，而且預蛹中含有豐富的礦物質，可以作為其他動物源飼料的替代品[27]，現已用于魚類養殖[28, 29]、肉雞養殖[30]等。除了上述應用領域外，黑水虻也可以應用于營養保健、醫藥等領域，幼蟲提取物中的己二酸具有抗菌功能，部分提取物還具有抑制淋球菌等細菌活力的功能，黑水虻成為了抗菌肽藥物的重要研究對象，這些高端產品的市場利潤更為可觀。

[1] 曾錦, 徐銳, 梁高飛等. 畜禽養殖廢棄物資源化利用技術及推廣模式研究進展[J]. 畜牧與飼料科學, 2018, 39(08): 56-63.

[2] 全國每年38億噸畜禽廢棄物綜合利用率只有6成[J]. 家禽科學, 2018(3): 5.

[3] 李春枚, 何俊靜, 石清. 畜禽養殖廢棄物無害化處理技術及資源化利用分析[J].畜牧獸醫科技信息, 2018(05):62-63.

[4] Kumar K, Gupta S C, Baidoo S K, et al. Antibiotic uptake by plants from soil fertilized with animal manure[J]. Journal of environmental quality, 2005, 34(6): 2082-2085..

[5] 羅鳳平. 仙女湖湖泊富營養化原因分析與治理探討[J].南方農業, 2017, 11(36):77-80.

[6] Bondari K, Sheppard D C. Soldier fly, Hermetia illucens L., larvae as feed for channel catfish, Ictalurus punctatus (Rafinesque), and blue tilapia, Oreochromis aureus (Steindachner)[J]. Aquaculture Research, 1987, 18(3): 209-220.

[7] 靳任任, 劉杰.黑水虻人工養殖技術[J].科學種養, 2016(10):53-54.

[8] Sheppard D C, Tomberlin J K, Joyce J A, et al. Rearing methods for the black soldier fly (Diptera: Stratiomyidae)[J]. Journal of Medical Entomology, 2002, 39(4): 695-698.

[9] Zhang J, Huang L, He J, et al. An artificial light source influences mating and oviposition of black soldier flies, Hermetia illucens[J]. Journal of Insect Science, 2010, 10(1).

[10] Sheppard D C, Newton G L, Thompson S A, et al. A value added manure management system using the black soldier fly[J]. Bioresource technology, 1994, 50(3): 275-279.

[11] Newton L, Sheppard C, Watson D W, et al. Using the black soldier fly, Hermetia illucens, as a value-added tool for the management of swine manure[J]. Animal and Poultry Waste Management Center, North Carolina State University, Raleigh, NC, 2005, 1-17.

[12] Li Q, Zheng L, Cai H, et al. From organic waste to biodiesel: Black soldier fly, Hermetia illucens, makes it feasible[J]. Fuel, 2011, 90(4): 1545-1548.

[13] Myers H M, Tomberlin J K, Lambert B D, et al. Development of black soldier fly (Diptera: Stratiomyidae) larvae fed dairy manure[J]. Environmental entomology, 2008, 37(1): 11-15.

[14] Newton G L, Sheppard D C, Watson D W, et al. The black soldier fly, Hermetia illucens, as a manure management/resource recovery tool[C]//Symposium on the state of the science of Animal Manure and Waste Management. 2005: 5-7.

[15] Beskin K V, Holcomb C D, Cammack J A, et al. Larval digestion of different manure types by the black soldier fly (Diptera: Stratiomyidae) impacts associated volatile emissions[J]. Waste Management, 2018, 74: 213-220.

[16] Sheppard C. House fly and lesser fly control utilizing the black soldier fly in manure management systems for caged laying hens[J]. Environmental entomology, 1983, 12(5): 1439-1442.

[17] Bradley S W, Sheppard D C. House fly oviposition inhibition by larvae ofHermetia illucens, the black soldier fly[J]. Journal of Chemical Ecology, 1984, 10(6): 853-859.

[18] Sheppard D C, Newton G L, Thompson S A, et al. A value added manure management system using the black soldier fly[J]. Bioresource technology, 1994, 50(3): 275-279.

[19] Liu Q, Tomberlin J K, Brady J A, et al. Black soldier fly (Diptera: Stratiomyidae) larvae reduce Escherichia coli in dairy manure[J]. Environmental entomology, 2008, 37(6): 1525-1530.

[20] Erickson M C, Islam M, Sheppard C, et al. Reduction of Escherichia coli O157: H7 and Salmonella enterica serovar enteritidis in chicken manure by larvae of the black soldier fly[J]. Journal of Food Protection, 2004, 67(4): 685-690.

[21] Kim W, Bae S, Park K, et al. Biochemical characterization of digestive enzymes in the black soldier fly, Hermetia illucens (Diptera: Stratiomyidae)[J]. Journal of Asia-Pacific Entomology, 2011, 14(1): 11-14.

[22] Vogel H, Müller A, Heckel D G, et al. Nutritional immunology: diversification and diet-dependent expression of antimicrobial peptides in the black soldier fly Hermetia illucens[J]. Developmental & Comparative Immunology, 2018, 78: 141-148.

[23] Jeon H, Park S, Choi J, et al. The intestinal bacterial community in the food waste-reducing larvae of Hermetia illucens[J]. Current microbiology, 2011, 62(5): 1390-1399.

[24] Zheng L, Crippen T L, Singh B, et al. A survey of bacterial diversity from successive life stages of black soldier fly (Diptera: Stratiomyidae) by using 16S rDNA pyrosequencing[J]. Journal of medical entomology, 2013, 50(3): 647-658.

[25] 黃超, 沈僑, 朱定等. 黑水虻幼蟲氨基酸組成及營養價值評估[J].廣東飼料, 2018, 27(9): 22-24.

[26] 余峰, 夏宗群, 管業坤等. 黑水虻處理鴨糞效果初探[J]. 江西畜牧獸醫雜志, 2018(2): 15-17.

[27] St‐Hilaire S, Cranfill K, McGuire M A, et al. Fish offal recycling by the black soldier fly produces a foodstuff high in omega‐3 fatty acids[J]. Journal of the World Aquaculture Society, 2007, 38(2): 309-313.

[28] Sealey W M, Gaylord T G, Barrows F T, et al. Sensory analysis of rainbow trout, Oncorhynchus mykiss, fed enriched black soldier fly prepupae, Hermetia illucens[J]. Journal of the World Aquaculture Society, 2011, 42(1): 34-45.

[29] Kroeckel S, Harjes A G E, Roth I, et al. When a turbot catches a fly: Evaluation of a pre-pupae meal of the Black Soldier Fly (Hermetia illucens) as fish meal substitute—Growth performance and chitin degradation in juvenile turbot (Psetta maxima)[J]. Aquaculture, 2012, 364: 345-352.

[30] Diener S, Zurbrügg C, Tockner K. Conversion of organic material by black soldier fly larvae: establishing optimal feeding rates[J]. Waste Management & Research, 2009, 27(6): 603-610.

（2018–11–19）

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