添加農作物秸稈對黑水虻生長及轉化餐廚垃圾處理廢渣效果的影響

何卓君，胡文章，楊 成,2*，齊海濤，周 旭，熊成財

1.貴州民族大學生態環境工程學院，貴陽 550025；2.貴州民族大學固廢污染控制與資源化工程研究中心，貴陽 550025；3.遵義美凈科技有限公司，貴州遵義 563000

2016-2021 年，餐廚垃圾產生量高達9 000萬t/a，預計2026 年將達到13 000 萬t/a[1]。目前，我國的城市餐廚垃圾處理量約為9 800 萬t/a，處理方式通常是通過油脂分離及廢渣廢液分離，其中餐廚垃圾處理廢渣約占20%，即餐廚垃圾處理產生的廢渣約1 800 萬t[2]。餐廚垃圾處理廢渣具有易腐、易臭、易孳生病菌蠅蟲等危害，同時具有高含水率、高蛋白、富含營養元素等特點，因此餐廚垃圾處理廢渣兼具危害性和資源性，對餐廚垃圾處理廢渣進行無害化、資源化處理對城市環境發展具有重要意義。

目前，餐廚垃圾處理廢渣的處理方式主要有填埋、焚燒、好氧堆肥、厭氧發酵、昆蟲生物轉化等[3]。填埋處理如果防滲措施處理不當，可能造成地下水污染和大氣環境污染；焚燒發電雖然能實現資源化利用，但是其可能產生二次污染，會嚴重危害大氣環境，且餐廚垃圾處理廢渣具有較高的含水率，燃燒熱值低、能耗高，易導致焚燒溫度不穩定；好氧堆肥法是目前較為成熟的工藝，但在堆肥過程中餐廚垃圾處理廢渣極高的鹽分和含水率易引起土壤板結與鹽堿化[4]，且堆肥占地較大；厭氧發酵利用多種微生物的協同作用產生沼氣進而實現資源化利用，是我國餐廚垃圾處理廢渣的主要方式，約占總餐廚垃圾處理廢渣處理量的74%[5]，但餐廚垃圾處理廢渣隨季節和飲食變化會導致厭氧發酵過程產氣的不穩定[6]，這就對工藝管理提出了較高的要求；昆蟲生物轉化法是利用食腐性昆蟲的“口攝”作用，將餐廚處理廢渣的營養元素轉化為高蛋白物質，因其抗逆性強、食譜廣泛、吸收轉化效率高、飼養簡單[7-8]，目前已逐漸被應用于餐廚垃圾處理廢渣的資源化處置中，是一種極具前景的餐廚垃圾處理廢渣資源化利用的方法。

在生物轉化法中，由于餐廚垃圾處理廢渣的含水率偏高[9]，直接使用餐廚垃圾處理廢渣進行轉化，效果往往不夠理想，因此在轉化前一般需要加輔料對餐廚垃圾處理廢渣進行調節，目前在生物轉化的相關研究中，餐廚垃圾處理廢渣常用的輔料主要為干麥麩或農作物秸稈[10]，但干麥麩使用成本較高，不利于生物轉化法的產業化發展，因此，在實際轉化中一般選用農作物秸稈作輔料。農作物秸稈作為一種吸水性較強的疏松多孔廢棄物，可使餐廚垃圾處理廢渣疏松保溫，且自身富含的粗纖維經微生物分解可以產生大量單糖、多聚糖、揮發性脂肪酸以及益生元，促進轉化昆蟲腸胃的消化吸收，提高機體免疫力，進而提高轉化昆蟲的營養品質[11-12]，但不同農作物秸稈的營養成分、吸水特性、使用成本存在差異，選擇不同的農作物秸稈作為輔料對昆蟲轉化餐廚垃圾處理廢渣的效果也不盡相同[13]。而目前關于添加不同農作物秸稈對黑水虻生物轉化餐廚垃圾處理廢渣的效果影響方面的研究也鮮有報道。因此，本研究選擇貴州地區產量較大的5 種農作物秸稈作為輔料，探究其添加對黑水虻生長發育及餐廚垃圾處理廢渣轉化效果的影響，旨在為餐廚垃圾處理廢渣和農作物秸稈的資源化利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

黑水虻蟲卵取自遵義美凈科技有限公司黑水虻養殖基地；餐廚垃圾處理廢渣取自貴州省貴陽市某餐廚垃圾處理廠，含水率約為76%。

1.2 方 法

1）黑水虻的孵化與保育。將黑水虻蟲卵裝入透氣孵化盒中在25 ℃下進行恒溫孵化，同時用水調節干麥麩含水率，至麥麩放手中微捏有水滴下，發酵2 d 后將孵化的1 日齡黑水虻轉入發酵麥麩中繼續發育3 d。

2）試驗設計與飼養管理。利用篩網篩出體型適中、大小相近的黑水虻，從中選取健康活躍的黑水虻若干。設置餐廚垃圾處理廢渣4 250 g（CK）、餐廚垃圾處理廢渣4 000 g+大豆秸稈250 g（DG）、餐廚垃圾處理廢渣4 000 g+薏仁米秸稈250 g（YRM）、餐廚垃圾處理廢渣4 000 g+稻草秸稈250 g（DC）、餐廚垃圾處理廢渣4 000 g+高粱秸稈250 g（GL）、餐廚垃圾處理廢渣4 000 g+玉米秸稈250 g（YM），共6 個試驗組，每組3 個重復，按照上述分組將餐廚垃圾處理廢渣和農作物秸稈裝入各飼養盒（規格為：下徑410 mm×310 mm×150 mm，上徑520 mm×400 mm×150 mm），每盒加入800 mL水調節后放入5 g 的3 日齡黑水虻，待黑水虻放入后，每隔1 d 隨機選取5 只黑水虻分別測量體長、體重、體寬，試驗共進行14 d，室內日平均溫度為18 ℃。試驗結束后，將黑水虻與蟲沙進行分離后放入烘箱，待烘至恒重后使用高速粉碎機將蟲沙和黑水虻制粉，置于-4 ℃儲存待測。

3）指標測定方法。

餐廚垃圾處理廢渣減量率=[餐廚垃圾處理廢渣質量（干重）－殘渣質量（干重）]/餐廚垃圾處理廢渣質量（干重）×100%；

餐廚垃圾處理廢渣轉化率=增加的蟲體質量（干重）/轉化后的餐廚垃圾處理廢渣質量（干重）×100%；

總產量=黑水虻末干重－黑水虻初干重；

日均增重量=總產量/飼養天數；

水分=[(餐廚垃圾處理廢渣濕量－餐廚垃圾處理廢渣干重)]/餐廚垃圾處理廢渣濕重×100%；

粗蛋白：凱氏定氮法測得全氮含量×6.25；

粗脂肪：索氏提取法；

粗纖維：硫酸酸煮-氫氧化鉀堿煮-馬弗爐煅燒法；

粗灰分：馬弗爐煅燒法；

鈣：EDTA 滴定法；

鹽分：莫爾測定法。

4）數據分析。利用SPSS 17.0 進行數據分析，Origin 2018 和Excel 進行圖表繪制。

2 結果與分析

2.1 添加農作物秸稈對黑水虻生長發育的影響

在轉化過程中，黑水虻的體長、體寬、體重變化趨勢如圖1、圖2、圖3 所示。由圖1、圖2、圖3 可見，黑水虻的生長發育關鍵時期為第3～7 天，利用輔料的吸水特性可使黑水虻在高含水率條件下正常生長。轉化結束后，黑水虻生長發育情況如表1所示。由表1 可知，YM 組、YRM 組、GL 組、DC 組、DG 組黑水虻的體長相對于CK 組分別增加了3.25、3.52、4.08、3.46 和3.37 mm，均顯著高于CK 組。其中，GL 組的黑水虻平均體長最長，達到了18.29 mm；YM 組、YRM 組、GL 組、DC 組及DG 組的黑水虻的體寬相對于CK 組分別增加了1.25、1.26、1.39、1.28、1.44 mm，均顯著高于CK 組，其中DG組的黑水虻平均體寬最寬，達到了5.11 mm；YM組、YRM 組、GL 組、DC 組及DG 組的黑水虻的體重相對于CK 組分別增加了0.09、0.09、0.11、0.10 和0.11 g，均顯著高于CK 組，其中GL 和DG 組的黑水虻體重最大，均達到了0.20 g；在黑水虻總產量上，DG 組產量最多，CK 組產量最少，前者相對于后者增加了82.3 g；在黑水虻日均增重量上，DG 組增加最多，CK 組增重最小，前者相對于后者增加了6.33 g。因此，綜合對比6 個試驗組的黑水虻生長趨勢以及轉化結束后體長、體寬、體重、總產量、日均增重量可以看出，添加大豆秸稈粉的餐廚垃圾處理廢渣促進黑水虻的生長發育效果較好。

圖1 添加農作物秸稈對黑水虻體長的影響

圖2 添加農作物秸稈對黑水虻體寬的影響

圖3 添加農作物秸稈對黑水虻體重的影響

表1 添加農作物秸稈對黑水虻生長發育的影響

2.2 添加農作物秸稈對黑水虻體成分的影響

轉化結束后黑水虻體成分如表2 所示。在粗蛋白含量上，YRM 組和DG 組相對于CK 組存在顯著差異，其中YRM 組粗蛋白含量最低，相對于CK 減少了3.05 個百分點，DG 組粗蛋白含量最高，相對于CK 組增加了3.13 個百分點；在黑水虻粗脂肪含量上，YM 組、YRM 組、GL 組、DC 組和DG 組均顯著高于CK 組，分別增加了10.38、8.69、11.62、11.65 和14.95 個百分點；在黑水虻粗纖維含量上，YM 組、YRM 組、DC 組和DG 組之間無顯著差異，但相對于CK 組均顯著增加。在黑水虻粗灰分含量上，DG 組粗灰分含量最低，僅為22.67%，低于YM 組、DC 組和CK 組，顯著低于YRM 組和GL 組，而粗灰分的主要成分為礦物元素的氧化物[14]，這表明YRM 組的黑水虻體內營養成分含量較高；對于黑水虻的鹽分含量而言，6 個試驗組間無顯著差異，各試驗組鹽分含量均符合GB/T 19164-2021《國家飼料原料 魚粉》中紅魚粉鹽分含量≤5%的標準限值[15]。

表2 生物轉化后黑水虻體成分含量 %

2.3 添加農作物秸稈對餐廚垃圾處理廢渣轉化效果的影響

轉化結束后，各試驗組的黑水虻末重、餐廚垃圾處理廢渣減量率和轉化率如表3 所示。對于黑水虻的干重而言，YM 組、YRM 組、GL 組、DC 組和DG組顯著高于CK 組，相對于CK 組分別增加了72.25、68.48、76.00、69.40 和82.30 g，其中DG 組黑水虻干重最大，達到了169.02 g；對于餐廚垃圾處理廢渣減量率而言，YM 組、YRM 組、GL 組、DC 組和DG 組顯著高于CK 組，相對于CK 組分別增加了22.96、22.19、25.53、24.23 和24.99 個百分點，其中GL 組減量率最高，達到了70.09%，但與YM 組、DC組和DG 組無顯著性差異；對于餐廚垃圾處理廢渣轉化率而言，CK 組轉化率最低，僅為15.94%，而DG 組顯著高于CK 組，達到了18.35%，相對于CK組增加了2.41 個百分點。

表3 添加農作物秸稈對餐廚垃圾處理廢渣生物轉化效果的影響

3 討 論

從黑水虻的生長發育趨勢來看，添加農作物秸稈可以有效促進黑水虻的生長發育，這可能是由于初始水源的添加使得餐廚垃圾處理廢渣含水率過高，抑制了黑水虻的生命活動[16]，有研究表明黑水虻的孵化生長會因溫度和季節的差異而發生變化[17]，而通過添加農作物秸稈可有效調節料堆含水率達到料堆保溫的效果，從而保證了在低溫、高含水率條件下黑水虻的生長發育，同時農作物秸稈的添加使得農作物秸稈中的粗纖維部分被黑水虻進食，促進了黑水虻對餐廚垃圾處理廢渣的消化吸收[18-19]。從黑水虻的體成分含量可以看出，農作物秸稈的添加可有效促進黑水虻體成分的積累，這與覃萬朗等[20]的研究結果一致，黑水虻體成分的累積主要體現在蟲體干物質的積累上，主要通過粗蛋白、粗脂肪、粗纖維的積累影響干物質的含量[21]，造成該現象的原因可能是秸稈自身具有一定含量的粗蛋白且碳氮比較低，在微生物降解后利于黑水虻消化吸收，從而提升了黑水虻對營養物質的吸收效率[22-27]；各農作物秸稈添加組的黑水虻粗纖維含量顯著高于CK組，這可能與各飼養盆內粗纖維的來源有關，CK 組的粗纖維來源主要是餐廚垃圾處理廢渣中的各類蔬菜與大米，蔬菜和大米的粗纖維含量較低，蔬菜為0.5%～3.0%[28-29]，大米為0.5%～2.0%[30]，而各農作物秸稈添加組中的農作物秸稈自身粗纖維含量高，且能被黑水虻吸收[31]，從而導致各農作物秸稈添加組中的黑水虻粗纖維含量均顯著高于CK 組。而含有一定粗纖維成分的黑水虻作為飼料可以有效促進動物的消化吸收[32]，這與飼料的生產預期相符合。

黃蘭英等[33]研究表明，農作物秸稈的添加可促進食腐類昆蟲的生長發育，而餐廚垃圾處理廢渣轉化效果的好壞主要由黑水虻對餐廚垃圾處理廢渣的進食效率所決定，餐廚垃圾處理廢渣的減量率與餐廚垃圾處理廢渣重量的變化密切相關，而秸稈自身含有一定的營養物質[34-35]，可以加快黑水虻的生長發育，進一步促進黑水虻的進食效率，從而提高黑水虻對餐廚垃圾處理廢渣的轉化效果[36]。

4 結 論

1）添加農作物秸稈對黑水虻的生長發育具有促進作用。大豆秸稈效果最顯著，黑水虻的體長、體寬、體重和總產量相對于CK 分別增加了3.37 mm、1.44 mm、0.11 g 和82.3 g。

2）添加農作物秸稈對黑水虻體成分的累積具有促進作用。大豆秸稈的促進效果最顯著，黑水虻的粗蛋白、粗脂肪、粗纖維含量相對于CK 分別增加了3.13、14.95 和2.92 個百分點。

3）添加農作物秸稈對餐廚垃圾處理廢渣的轉化效果具有促進作用。大豆秸稈的添加促進效果最顯著，餐廚垃圾處理廢渣的減量率和轉化率相對CK 分別增加了24.99、2.41 個百分點。