不同飼養密度對亮斑扁角水虻幼蟲生長發育及新鮮牛糞轉化率的影響

字 曉，和培鋮，劉 龍，楊獻清，段艷濤，倪喜云，王 敦*，單麟茜，張順仁

(1.西北農林科技大學昆蟲學研究所，陜西楊凌 712100；2.大理白族自治州農業科學推廣研究院，云南大理 671005)

亮斑扁角水虻HermetiaillucensL.又叫黑水虻(black soldier fly)，屬雙翅目Diptera水虻科Stratiomyiidae昆蟲。之前國外的研究發現，黑水虻幼蟲取食豬糞便具有較高的轉化效率，處理后糞便干物質所含的各種營養元素如氮、磷等得到不同程度的減少，同時消除了糞便的臭味，極大的減少了糞便對環境的不利影響(Dieneretal.,2009;李志剛等，2011；Cickováetal.,2012;劉良等，2017；Goldetal.,2018)。國內對利用亮斑扁角水虻轉化廢棄物的研究起步較遲，也多集中在對豬糞、雞糞的轉化利用上(安新城等，2010；劉韶娜等，2016；劉良等，2017；于懷龍等，2018)，針對養牛業廢物利用轉化的研究報道相對較少(陳兆強等，2018)。對于亮斑扁角水虻的人工養殖技術研究較多，如食料含水率、非取食性物質影響等(喻國輝等，2014；姬越等，2018)，但尚無相關飼養密度與牛糞轉化效率方面的研究報道。

大理地區是傳統的奶牛養殖地區，也是奶牛糞便污染的重點防控區，隨著洱海保護治理壓力的不斷加大，流域內奶牛養殖廢棄物綜合治理已迫在眉睫。本研究以亮斑扁角水虻為研究對象，選擇4日齡幼蟲設置3個處理密度，通過分析等量飼喂條件下，不同飼養密度亮斑扁角水虻幼蟲百蟲重、粗蛋白、粗脂肪、水分、牛糞轉化率指標的差異，旨在探索一種適于亮斑扁角水虻幼蟲處理新鮮牛糞的飼養密度，為畜牧養殖廢棄物資源化利用提供一種新型、可循環的環保處理方式。

1 材料與方法

1.1 試驗條件及材料

1.1.1黑水虻幼蟲

亮斑扁角水虻幼蟲，由畜禽糞便資源化利用產業技術體系——大理試驗站繁育并提供適齡幼蟲。

1.1.2試驗設施

種蟲室1間(面積20 m2)，轉化室1間(面積60 m2)，轉化池(轉化池規格：200 cm×180 cm×22 cm)及試驗用轉化小池(50 cm×70 cm×22 cm)若干。種蟲室控制室內條件為：溫度在38±2℃，濕度為82%±3%；轉化室控制室內條件為：溫度為27±3℃，相對濕度為82%±3%。

1.1.3材料及工具

新鮮奶牛糞(購自大理市喜洲鎮農戶)；自制集卵器若干(集卵器由長寬厚度相等的長方形木板疊加7塊組成，每塊木板規格為：20 cm×5 cm×1 cm)；自制孵化盤若干(自制孵化盤規格：40 cm×30 cm×5 cm，盤內放置飼料，盤上用紗網覆蓋固定，卵塊放置在紗網上放入恒溫箱孵化)；幼蟲培育塑料盒；以及刮刀、刷子、鏟子等工具若干。

1.2 試驗設計

試驗密度設置3個處理，A組使用孵化的4日齡幼蟲3 500頭；B組使用孵化的4日齡幼蟲8 750頭；C組使用孵化的4日齡幼蟲17 500頭。每個處理3次重復。在溫度為27±3℃，濕度為82%±3%的均一條件下，每天喂養黑水虻新鮮牛糞1.0 kg(同一轉化室室溫基本一致，同一批新鮮牛糞水分含量基本一致)，各處理加樣頻率一致。處理方式如表1。

表1 試驗處理設計Table 1 Bioassay design

1.3 試驗管理與樣品測定

根據試驗設計，收集同日產的亮斑扁角水虻卵一批用于試驗，進行單獨孵化。蟲卵置于孵化盤的孵化網上，孵化盤內有含水率70%的純飼料(豆粕、玉米粉、米糠混合飼料，使用比例為1 ∶2 ∶3)，放置于恒溫培養箱中，于30℃的條件下培養3～4 d。

將孵化出的4日齡幼蟲按上述3個密度分A、B、C組。將分好的幼蟲接入試驗轉化小池，做好試驗組編號，在同等溫濕度下，每天喂養亮斑扁角水虻新鮮牛糞1 kg，并測定新鮮牛糞含水率。使用牛糞喂養20 d(試驗時間為夏季，幼蟲期一般在20 d左右)，在第21天篩分蟲糞，分離的幼蟲用毛刷刷去蟲體粘附的糞便，隨機選取100頭幼蟲，稱量記錄百蟲重；并對殘料重量稱重記錄，并取樣進行檢測，檢測項目為殘料水分。再隨機挑出的幼蟲200頭，稱重后50頭用于測定水分含量，150頭立即燙死后60℃烘干(雙五金101A-3E干燥箱，上海實驗儀器廠)，用于后續測定蟲體粗蛋白、蟲體粗脂肪。干燥樣品送云南省分析測試中心進行測定，粗蛋白用凱氏定氮儀測定，粗脂肪利用索氏抽提器提取測定，依據標準《食品安全國家標準 食品中蛋白質的測定》(GB5009.5-2016)。

1.4 數據處理

轉化率(%)=(投喂牛糞總干重(kg)-殘料總干重(kg))/投喂牛糞總干重(g)×100。

其中添加料干重減去剩余料干重則為消耗料干重，根據新鮮牛糞含水率和殘料含水率計算干重，計算可得轉化率。

實驗數據由EXCEL 2007和SPSS 21.0軟件進行統計處理。

2 結果和分析

2.1 不同飼養密度對亮斑扁角水虻生長發育的影響

2.1.1不同飼養密度對亮斑扁角水虻百蟲重的影響

在20日齡時，百蟲重指標A組(12.77 g)最高，B組(10.47 g)次之，C組(7.83 g)最低，3個處理之間差異極顯著。由表3的相關性分析可知，百蟲重和亮斑扁角水虻飼養密度極顯著負相關。表明，蟲群密度越大，百蟲重越小(表2)。

表2 不同飼喂密度下黑水虻百蟲重顯著性分析Table 2 Analysis of 100-larvae weight of Hermetia illucens under different rearing densities

注：A、B、C表示飼養密度分別為3500頭/ kg、8750頭/ kg、17500頭/ kg(4齡幼蟲數量/20.0 kg牛糞)。同一列字母相同為差異不顯著(P>0.05)，小寫字母不同為差異顯著(P<0.05)，大寫字母不同為差異極顯著(P<0.01)；下同不再注釋。Note:A,B,C mean the rearing densities were 3 500 larvae / kg,8 750 larvae / kg and 17 500 larvae / kg (4-day-old larvae/20.0 kg cow manure).The same letter means no significant difference;the different lowercase letters mean significant differences at 0.05 and the different uppercase letters mean significant differences at 0.01.The same meaning was indicated in the following tables.

2.1.2不同飼養密度對亮斑扁角水虻蟲體營養指標的影響

在20日齡時，粗蛋白指標A組(54.87 g)最高，C組(51.4 g)次之，B組(47.3 g)最低，3個處理之間差異極顯著。粗脂肪指標A組(22.87 g)最高，B組(18.20 g)次之，C組(10.37 g)最低，3個處理之間差異極顯著。但相關性分析發現，粗蛋白和黑水虻飼養密度相關性不顯著；而粗脂肪和亮斑扁角水虻飼養密度極顯著負相關。表明，蟲群密度越大，粗脂肪含量越低(表3)。

表3 不同飼喂密度下亮斑扁角水虻粗蛋白和粗脂肪分析Table 3 Analysis of crude protein and crude fat of Hermetia illucens under different rearing densities

2.2 不同飼養密度下亮斑扁角水虻對牛糞的轉化率分析

計算數據均折算成干物質進行計量，轉化率是根據消耗料的干物質與投喂量的干物質比值得出，這個計算方法忽略蟲體排泄物對試驗物料帶入的額外影響。從表4中可以看出，在20日齡時，轉化率最高為B組(48.66%)，C組(42.33%)次之，A組(35.11%)最低。結果表明，B組的密度是一個較適合本試驗鮮牛糞用量的轉化密度。

表4 亮斑扁角水虻對牛糞的轉化率分析Table 4 The conversion rate of cow manure by Hermetia illucens

注：鮮牛糞水分均以檢測得到81.3%計算，投入總量為20.0 kg。Note:The water content of fresh manure was calculated by a ratio of 81.3% as pre-tested value and the total cow manure for feeding was 20.0 kg.

3 結論與討論

3.1 結論

在每日投喂量為1 kg、投喂20 d的條件下，B組的轉化率最高，其次是C組，A組轉化率最低。C組轉化率小于B組，說明并非密度越大轉化率越高，超過一定范圍將會影響亮斑扁角水虻幼蟲的生活環境，從而降低轉化率；而C組轉化率大于A組，可以看出即使生活環境受到影響，高密度蟲群仍能轉化較多牛糞。因此認為：B組密度較符合亮斑扁角水虻轉化牛糞的密度條件，此時亮斑扁角水虻既能夠攝取足夠生長的養分，又能夠較完全的轉化處理牛糞。

3.2 討論

本研究使用新鮮牛糞飼養亮斑扁角水虻幼蟲進行試驗，試驗中蟲體粗蛋白含量檢測得到47.3%～54.9%，與安新城和呂欣(2007)研究的黑水虻幼蟲“黑水虻預蛹的干物質當中，粗蛋白含量約為42.1%”基本一致；粗脂肪含量為10.4%～22.9%，與Liu等(2018)研究結果類似。說明在適宜的喂養密度下，亮斑扁角水虻也能夠較好的吸收利用牛糞的營養物質，轉化為自身營養。因此，新鮮牛糞飼喂的亮斑扁角水虻幼蟲，也能夠很好地替代傳統的蛋白源和脂肪源添加劑，成為豆粕和魚粉等傳統蛋白質飼料的替代品(Seccietal.,2018;Zhouetal.,2018)。

分析3組處理的蟲體營養指標可知，A組中亮斑扁角水虻幼蟲的各項營養指標(百蟲重、粗蛋白、粗脂肪)高于B、C組，B組在百蟲重、粗脂肪兩個指標上高于C組。由此可以認為，蟲群密度較低的時候，幼蟲能獲得的營養物質較高。這與前人研究結果類似(Dieneretal.,2009;Goldetal.,2018)，過高的密度并不適于亮斑扁角水虻對廢棄物的利用效率。當然，亮斑扁角水虻的發育速率也會影響到其對有機物的轉化效率(徐齊云等，2014)，蟲群密度的大小是否通過影響到亮斑扁角水虻的發育速率而導致其對牛糞轉化率的影響，尚待進一步深入研究。

亮斑扁角水虻處理農業廢棄物是目前普遍認為較好的一種生物(胡俊茹等，2017)，特別是亮斑扁角水虻幼蟲也可以作為優質的動物飼料蛋白原料(宋宇琨等，2019)，利用亮斑扁角水虻轉化畜禽業養殖廢棄物不僅可以消除大量的污染物，也能夠降低產生高附加值的產品，間接降低畜禽業成本。盡管亮斑扁角水虻在很多情況下是用來處理餐廚垃圾和廢棄物，但餐廚垃圾中的調料、鹽等物質對亮斑扁角水虻的生長會產生不利影響(姬越等，2018)，而動物糞便則不存在這些問題。因此，相比處理餐廚垃圾廢物，對于動物糞便的處理可能會更具前景。