不同環境溫度下黑水虻幼蟲生長和有機垃圾處理效率研究

王蘇芹，王建東，鄧艷芳，李永萍，李標利，曲家鵬*

(1.中國科學院西北高原生物研究所，青海西寧 810008；2.青海省共和縣林業站，青海共和 813099；3.祁連山公園青海服務保障中心，青海西寧 810008；4.青海昆杰環保科技有限公司，青海西寧 810003)

黑水虻，學名亮斑扁角水虻(L.)，隸屬雙翅目扁角水虻屬，是一種腐食性昆蟲，原產于美洲，在我國廣東、云南、湖南、湖北、山東、河南等地均有發現。黑水虻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，因其具有繁殖迅速、食性廣、轉化率高、易繁育和管理、飼養成本低等優點，可以對有機垃圾進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，在全世界范圍內廣泛養殖。黑水虻蟲卵孵化后2～4 d，幼蟲可以自動爬到有機垃圾中大量進食，經過5～7 d的飼養，幼蟲進入蛹期；15 d后進入成蟲期，成蟲不進食也不進入人居環境，在10 d的生活期內可產卵1 000余枚。

大量研究表明，黑水虻幼蟲的最優飼養溫度為25～30 ℃，適宜濕度為60%～80%。目前黑水虻在我國南方地區飼養廣泛，而在北方地區(如山東、河南、陜西等地)也有較好的推廣應用。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 ℃，自然環境不適宜黑水虻的生長。青海是我國牦牛、藏羊的主產區，每年屠宰的牛、羊數量龐大。隨著居住和旅游人口的增加，青海廚余垃圾的產量也在逐年增加。為了有效處理有機垃圾，筆者研究不同溫度下黑水虻幼蟲處理有機垃圾的效率和幼蟲的產量，探索青海高原地區利用黑水虻處理有機垃圾的潛力，旨在為促進以黑水虻為中介的低碳畜牧業綠色、可持續發展提供新途徑。

1 材料與方法

黑水虻蟲卵購自廣州安芮潔環?？萍加邢薰?，蟲卵產于該公司位于廣州市白云區江高鎮茅山工業聚集區的黑水虻養殖場。黑水虻蟲卵運至位于青海西寧的實驗室后，當天轉入孵化基質中進行孵化培養。孵化基質是將廚余垃圾(濕重)與小麥麩皮(風干重)按7∶3的比例均勻混合，再用純凈水將含水量調至65%。將500 g 孵化基質平鋪在10目的篩網上，放置在容量4 L的正方形孵化箱內，在孵化基質上加入25 g蟲卵，孵化箱上方覆蓋2層無紡布，并用夾子固定，27 ℃室溫下進行孵化。4～6 d后，蟲卵孵化出肉眼可見的小幼蟲，小幼蟲經10目篩網自行掉落，從而與孵化基質分離，將幼蟲稱重和計數后用于后續試驗。

廚余垃圾和牦牛胃腸內容物均來自青海裕泰畜產品有限公司，薯渣來自青?；ブ碱D精淀粉有限責任公司，試驗地點位于青海昆杰環保科技有限公司的有機垃圾處理實驗室。將試驗用廚余垃圾、牦牛胃腸內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；另一份按照1.5%的接種比例加入商業化酵母菌，于25 ℃下發酵24 h后分裝后置于-20 ℃冰箱內，作為黑水虻幼蟲的飼料。飼料的濕度保持在75%左右。

試驗設置24、27和30 ℃3個溫度梯度，廚余垃圾、牦牛胃腸內容物、薯渣3種飼料采用直接使用或添加酵母菌發酵24 h后添加2種處理方法，共分成18組，每組設計3個重復，每個重復采用1個飼養盒(65 cm × 38 cm × 25 cm)。每個飼養盒初次放入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飼料快速解凍后補充到飼養盒中，有機飼料累計添加量為350 g。接種小幼蟲6 d 后開始收蟲，使用震動分級篩進行蟲渣分離，將鮮蟲和殘渣分別稱重，對每個飼養盒的幼蟲數量進行計數，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 = 收蟲時幼蟲數量/800

(2)

試驗數據使用Excel 2020軟件進行整理，使用R 4.1.1統計軟件對溫度、飼料類型、是否添加酵母菌3個因素進行方差分析，采用Tukey氏固定差距檢驗法對有顯著差異的參數進行多重比較。試驗數據均以平均值±標準誤表示。<0.05表示差異顯著，<0.01表示差異極顯著。

2 結果與分析

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量和存活率均沒有顯著影響(>0.05)。無論是否添加酵母菌發酵，27 ℃環境下幼蟲產量與24 ℃相比無顯著差異(>0.05)，30 ℃下幼蟲產量均顯著高于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，無論飼料發酵時是否添加酵母菌，使用廚余垃圾飼喂黑水虻后幼蟲產量均顯著高于飼喂牦牛胃腸內容物組，而飼喂牦牛胃腸內容物組幼蟲產量亦顯著高于飼喂薯渣組。在不添加酵母菌發酵的情況下，24 ℃下廚余垃圾組的幼蟲產量分別比牦牛胃腸內容物組和薯渣組高66.80%和214.03%(<0.05)，27 ℃下廚余垃圾組的幼蟲產量分別比牦牛胃腸內容物組和薯渣組高92.66%和226.10%(<0.05)，30 ℃下廚余垃圾組的幼蟲產量分別比牦牛胃腸內容物組和薯渣組高52.66%(>0.05)和109.37%(<0.05)。在添加酵母菌發酵的情況下，24 ℃下廚余垃圾組的幼蟲產量分別比牦牛胃腸內容物組和薯渣組高57.14%和159.95%(<0.05)，27 ℃下廚余垃圾組的幼蟲產量分別比牦牛胃腸內容物組和薯渣組高39.54%和182.11%(<0.05)，30 ℃下廚余垃圾組的幼蟲產量分別比牦牛胃腸內容物組和薯渣組高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，牦牛胃腸內容物和薯渣也可用于飼喂黑水虻，但飼喂牦牛胃腸內容物和薯渣的黑水虻幼蟲產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化效率，料蟲比越小，飼料轉化效率越高。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容物組，牦牛胃腸內容物組的料蟲比顯著低于薯渣組(<0.05)。

殘渣是有機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容物組和薯渣組，表明黑水虻對廚余垃圾的轉化效率最高。

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

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 ℃，自然環境溫度不適宜黑水虻的生長發育，因此在高原地區采用黑水虻處理有機垃圾必須采取增溫保溫措施。該試驗結果表明，在24～30 ℃內黑水虻幼蟲均能夠處理廚余垃圾、牦牛胃腸內容物和薯渣，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，以達到最優的適宜溫度。劉曉葉研究發現，在廚余垃圾中添加釀酒酵母等發酵44.5 h后作為黑水虻幼蟲的飼料，能夠顯著提高幼蟲的產量和存活率。該試驗中添加酵母菌對3種飼料發酵24 h，是否添加酵母菌發酵對黑水虻幼蟲產量沒有顯著影響，這可能是由于發酵時間較短所致。

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

以前有關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到8.79，幼蟲可增重72.16 mg，比對豬糞的轉化率高12.47%。家畜屠宰后的胃腸內容物含有豐富的蛋白質成分，通常采用堆肥處理或被隨意丟棄，既污染環境，又會造成不必要的浪費。該試驗結果發現，黑水虻對家畜屠宰后的胃腸內容物也具有較好的轉化作用，可以為打造“青海綠色有機農畜產品輸出地”和綠色低碳畜牧業發展提供重要支撐。

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、產量和消費量最大的國家，馬鈴薯淀粉的加工占據了產業的主體地位。在馬鈴薯淀粉生產的過程中，會產生大量的薯渣。由于薯渣水分含量高、含有多種微生物，運輸與儲存難度大，且容易出現腐敗變質等問題。如何有效處理薯渣是馬鈴薯產業發展需要破解的難題之一。該試驗采用黑水虻處理薯渣，不添加酵母菌發酵時其料蟲比為13.61～27.45，遠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化作用，但轉化技術還有待進一步改善。

4 結論

該研究結果表明，在不同溫度、飼料類型下黑水虻幼蟲數量和存活率沒有顯著差異。在24～30 ℃內，隨著溫度的升高，黑水虻對有機垃圾的轉化效率明顯提高。廚余垃圾是黑水虻最優的飼料，黑水虻對家畜屠宰后胃腸內容物和薯渣也具有一定的轉化作用，但轉化效率還有待進一步提升。