黃粉蟲資源化處理畜禽糞便的可行性研究

尹素真，王晨

（1.山東正道資源環(huán)境開發(fā)有限公司山東省煤田地質(zhì)規(guī)劃勘察研究院，山東濟(jì)南250101；2.中再資源環(huán)境股份有限公司，北京100052）

隨著養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展，集約化養(yǎng)殖程度的不斷提高和生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，我國(guó)每年都會(huì)產(chǎn)生大量的畜禽糞便[1]。畜禽糞便的不合理排放，不僅制約了畜牧養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展，還會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成污染，給環(huán)境污染治理帶來了巨大的挑戰(zhàn)[2]。因此，尋找一種畜禽糞便的無害化處置和資源化利用技術(shù)是促進(jìn)畜牧養(yǎng)殖業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。畜禽糞便中不僅含有大量有機(jī)物、氮磷等養(yǎng)分[3]，還殘留有部分未完全消化的飼料，具有很高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。近年來很多學(xué)者對(duì)畜禽糞便的飼料化再利用進(jìn)行了一系列的研究：在肉豬的常規(guī)飼料中分別添加40%的豬糞、牛糞和雞糞并采用沸石生物處理劑處理后，混合飼料中粗蛋白的含量分別提高了1.6%，8.7%，17.9%[4]；晾干粉碎后的兔糞經(jīng)發(fā)酵后可作為豬飼料添加劑[5]；牛糞可以代替一部分番鴨的常規(guī)飼料，并且飼養(yǎng)效果與常規(guī)飼料相同[6]；高溫干燥后的雞糞可作為再生飼料取代孕期母牛及育肥牛配合料中的精料部分[7]。由于生豬日糧中精飼料的比例比較大，因此經(jīng)轉(zhuǎn)化利用后的豬糞營(yíng)養(yǎng)價(jià)值也較高，研究顯示，豬糞中粗蛋白占其干物質(zhì)的11.3%～31.4%，粗纖維占6.7%～22.9%，粗脂肪占1.8%～9.4%，粗灰分占9.7%～28.1%[8]。

黃粉蟲屬于節(jié)肢動(dòng)物門，昆蟲綱，鞘翅目，擬步甲科，粉甲屬，是一種大型的倉儲(chǔ)害蟲。其體內(nèi)蛋白質(zhì)、糖類、脂肪的含量十分豐富，因此又被稱為面包蟲[9]，20世紀(jì)50年代由前蘇聯(lián)傳入我國(guó)，又因?yàn)槠浞敝沉?qiáng)、生命周期短、養(yǎng)殖技術(shù)簡(jiǎn)單、食性雜等優(yōu)點(diǎn)，黃粉蟲的規(guī)?；B(yǎng)殖業(yè)近年來蓬勃發(fā)展，黃粉蟲也成為繼家蠶和蜜蜂之后的第三大經(jīng)濟(jì)資源昆蟲。國(guó)內(nèi)外對(duì)黃粉蟲幼蟲的生物學(xué)特性等方面已經(jīng)進(jìn)行了完善的研究[10]，孫國(guó)鋒等[14]通過研究指出鵪鶉糞經(jīng)EM厭氧發(fā)酵后可用于飼養(yǎng)黃粉蟲；熊小莉等[11]研究發(fā)現(xiàn)，利用雞糞飼養(yǎng)黃粉蟲的飼料中，雞糞的添加量宜低于55%，并且雞糞中的重金屬未在蟲體內(nèi)富集，均為利用黃粉蟲資源化處理利用畜禽糞便奠定了基礎(chǔ)。

通過研究在黃粉蟲幼蟲的常規(guī)飼料中添加豬糞對(duì)其生長(zhǎng)發(fā)育和抗氧化酶系統(tǒng)的影響，探討了利用畜禽糞便養(yǎng)殖黃粉蟲的可行性，以期為畜禽糞便的資源化綜合利用提供新的途徑和依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用黃粉蟲取自山東農(nóng)業(yè)大學(xué)植保學(xué)院，實(shí)驗(yàn)室條件下連續(xù)飼養(yǎng)多代，選擇體長(zhǎng)約10 mm、大小均勻的幼蟲作為試驗(yàn)材料；豬糞取自泰安市某規(guī)模化生豬養(yǎng)殖場(chǎng)，取新鮮豬糞自然晾干后粉碎，并過14目篩，剔除石子等雜質(zhì)；EM原露由江西省天意生物技術(shù)開發(fā)有限公司生產(chǎn)；紅糖和常規(guī)飼料麥麩均購于農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)，試驗(yàn)所用其他試劑均為分析純。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 混合飼料制備

取2 mL EM原液，加入2 g紅糖，用自來水（陽光下暴曬3 h）稀釋至1.5 L，并于恒溫（25℃）培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)一段時(shí)間。設(shè)置不同配比飼料中豬糞的含量分別為0（CK），10%，30%，50%，70%，90%，100%7個(gè)處理，每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)，將豬糞和麥麩按以上比例混合均勻后加入配置好的EM菌液，水分含量控制在45%，轉(zhuǎn)入自封袋中，于恒溫箱內(nèi)25℃厭氧發(fā)酵72 h。

1.2.2 黃粉蟲的飼喂

取選取的黃粉蟲，對(duì)應(yīng)所設(shè)置的7個(gè)飼料配比，常溫室內(nèi)飼養(yǎng)20 d。飼養(yǎng)器皿為直徑6 cm、高5 cm的塑料養(yǎng)蟲盒，試驗(yàn)初期每盒試蟲80頭，根據(jù)黃粉蟲取食習(xí)性，各處理隔天投放適量對(duì)應(yīng)配比的飼料，在試驗(yàn)過程中適量增加飼料投加量，以保證充足的飼料供應(yīng)，并做好投料記錄。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

試驗(yàn)期間每隔5天取樣測(cè)定黃粉蟲可溶性蛋白含量和抗氧化酶系統(tǒng)活性：可溶性蛋白參照Bradford的方法[12]；超氧化物歧化酶（SOD）活性參照Beauchamp和Fridovich的方法[13]；過氧化氫酶（CAT）活性測(cè)定參照徐鏡波的方法[14]；過氧化物酶（POD）活性測(cè)定參照愈創(chuàng)木酚法[15]。試驗(yàn)結(jié)束后分離蟲體和蟲糞，測(cè)定黃粉蟲的單體生物量增長(zhǎng)率、含水率及對(duì)不同配比飼料的轉(zhuǎn)化率和利用率。

生物量增長(zhǎng)率=（試驗(yàn)結(jié)束后單體平均鮮重-試驗(yàn)開始前單體平均鮮重）/試驗(yàn)開始前單體平均鮮重×100

含水率=（試驗(yàn)結(jié)束后單體平均鮮重-試驗(yàn)結(jié)束時(shí)單體平均干重）/試驗(yàn)結(jié)束后單體平均干重×100

其中：干重為在65℃烘箱中烘至恒重時(shí)的質(zhì)量。

轉(zhuǎn)化率=生物增長(zhǎng)量/（取食量-蟲糞量）×100

利用率=生物增長(zhǎng)量/取食量×100

2 結(jié)果與分析

2.1 混合飼料對(duì)蟲體生長(zhǎng)發(fā)育的影響

添加豬糞的混合飼料對(duì)黃粉蟲幼蟲生長(zhǎng)的影響情況見表1。由表1可以看出，蟲體的生物量增長(zhǎng)率、含水率及對(duì)飼料的利用率和轉(zhuǎn)化率與空白組比，均差異顯著（P＜0.05）。隨著飼料中豬糞含量的增加，蟲體的生物量增長(zhǎng)率、對(duì)飼料的轉(zhuǎn)化率和利用率均逐漸下降，含水率逐漸升高，并且蟲體生物量增長(zhǎng)率和對(duì)飼料的利用率在豬糞含量為90%和100%時(shí)差異均不顯著（P＞0.05），蟲體含水率和對(duì)飼料的轉(zhuǎn)化率在豬糞含量為50%和70%，90%和100%時(shí)均差異不顯著（P＞0.05）?？梢钥闯鱿x體的干物質(zhì)含量隨著飼料中豬糞的增加而減少，可能與一方面添加豬糞的飼料的適口性變差，另一方面其養(yǎng)分較少有關(guān)，從而最終導(dǎo)致添加豬糞的飼料不利于蟲體的生長(zhǎng)。

表1 混合飼料對(duì)黃粉蟲幼蟲生長(zhǎng)的影響

2.2 混合飼料對(duì)蟲體可溶性蛋白含量的影響

添加豬糞的混合飼料對(duì)黃粉蟲幼蟲可溶性蛋白含量的影響情況如圖1所示。

圖1 混合飼料對(duì)可溶性蛋白含量的影響

由圖1可以看出，隨飼喂時(shí)間的增長(zhǎng)，除豬糞完全替代常規(guī)飼料組第20 d較第15 d蟲體的可溶性蛋白含量略有升高外，其余各組分蟲體可溶性蛋白含量隨著飼喂時(shí)間的延長(zhǎng)都呈逐漸降低的趨勢(shì)，并且豬糞添加量為10%和30%的處理組與空白組比差異均不顯著，豬糞添加量為50%，70%，90%和100%的處理組之間差異也不顯著。隨著飼料中豬糞含量的增加，各處理組的可溶性蛋白含量總體上呈逐漸降低的趨勢(shì)。

2.3 混合飼料對(duì)蟲體抗氧化酶系統(tǒng)的影響

添加豬糞的混合飼料對(duì)蟲體抗氧化酶系統(tǒng)的影響情況如圖2、圖3和圖4所示。

2.3.1 SOD

由圖2可以看出，隨著飼喂時(shí)間的增長(zhǎng)，各處理組的SOD比活性總體上呈先升高后降低的趨勢(shì)。在飼喂的第15 d，各處理組的SOD比活力均達(dá)到最高值，并且添加豬糞的各處理組均高于空白組；在飼喂的第20 d，SOD比活力降低，但添加豬糞的各處理組仍然高于空白組，說明往常規(guī)飼料中添加豬糞，可以提高黃粉蟲幼蟲體內(nèi)的SOD活性。隨著飼料中豬糞含量的增加，SOD比活性也呈先升高后降低的變化趨勢(shì)。當(dāng)飼料中豬糞的添加量為10%時(shí)，幼蟲體內(nèi)SOD活性與空白組無顯著性差異，說明往常規(guī)飼料中添加少量豬糞，基本不會(huì)對(duì)幼蟲體內(nèi)SOD產(chǎn)生影響。

圖2 混合飼料對(duì)SOD活性的影響

2.3.2 POD

由圖3可以看出，隨著飼喂時(shí)間的增長(zhǎng)，各處理組的POD比活力也呈先升高后降低的趨勢(shì)，其中除豬糞添加量為100%組外，在整個(gè)試驗(yàn)時(shí)期，其他各組的POD比活力均低于空白組并差異顯著（P＜0.05），說明往常規(guī)飼料中添加豬糞抑制了黃粉蟲幼蟲體內(nèi)POD的活性。隨著飼料中豬糞含量的增加，不同時(shí)期的POD比活力均呈先降低后升高、降低后又升高的波動(dòng)變化趨勢(shì)。

圖3 混合飼料對(duì)POD活性的影響

2.3.3 CAT

由圖4可以看出，隨著飼喂時(shí)間的延長(zhǎng)，各處理組的CAT活性總體上也呈先升高后降低的變化趨勢(shì)。在飼喂的第5 d，飼料中添加豬糞的處理組的CAT活性均低于空白組，可能與黃粉蟲對(duì)飼料的突然變化不適應(yīng)有關(guān)；在第10 d和15 d，除豬糞含量為10%，30%的處理組CAT活性略低于空白組外，其他處理組的CAT活性都高于空白組，說明飼料中添加大量豬糞對(duì)蟲體內(nèi)的CAT具有一定的激活作用；在第20 d時(shí)，除豬糞含量為10%，30%，50%組分的CAT活性略低于空白組外，其他組分都與空白組基本持平，可能與隨著飼喂時(shí)間的延長(zhǎng)，黃粉蟲逐漸適應(yīng)了不同配比的飼料有關(guān)。隨著飼料中豬糞含量的增加，不同時(shí)期的CAT活性基本上呈先降低后升高、降低后又升高的波動(dòng)變化趨勢(shì)。

圖4 混合飼料對(duì)CAT活性的影響

3 結(jié)論與討論

（1）在取食添加豬糞的飼料后，蟲體的生物量增長(zhǎng)率、對(duì)飼料的利用率和轉(zhuǎn)化率均低于空白組，含水率均高于空白組，且差異顯著。隨著飼喂時(shí)間的延長(zhǎng)，蟲體可溶性蛋白含量呈逐漸降低的趨勢(shì)；隨飼料中豬糞含量的增加，豬糞添加量為10%和30%的處理組與空白組比差異不顯著，而豬糞添加量為50%，70%，90%，100%的處理組之間差異也不顯著，但豬糞含量為50%，70%，90%和100%的處理組，與豬糞含量為10%和30%的處理組之間差異顯著。說明往常規(guī)飼料中添加豬糞，對(duì)黃粉蟲幼蟲的正常生長(zhǎng)影響顯著。

（2）在長(zhǎng)期進(jìn)化過程中，昆蟲體內(nèi)也形成了一套抵御自由基損傷的抗氧化防御系統(tǒng)，包括SOD，POD和CAT等抗氧化系統(tǒng)酶，它們的主要作用是使昆蟲體內(nèi)自由基的產(chǎn)生和清除處于一種平衡狀態(tài)，從而防止活性氧或其他過氧化物自由基對(duì)蟲體造成損害[16，17]。在受到病原菌、殺蟲劑、極端溫度等逆境條件脅迫時(shí)，生物體內(nèi)自由基含量會(huì)發(fā)生變化，進(jìn)而誘導(dǎo)酶活水平發(fā)生改變，而自由基的超強(qiáng)氧化能力會(huì)導(dǎo)致一些生物功能分子的損傷，導(dǎo)致細(xì)胞功能受到威脅[18]。本試驗(yàn)的結(jié)果表明，在飼喂添加豬糞飼料的初期，黃粉蟲幼蟲體內(nèi)的SOD，POD和CAT活性有所升高，說明其體內(nèi)的自由基含量增多，而在后期，3種酶的活性又有所降低，可能與蟲體對(duì)食物改變的適應(yīng)過程有關(guān)；隨著飼料中豬糞含量的增加，SOD，POD和CAT活性呈波動(dòng)變化，無顯著規(guī)律性，但在豬糞添加量為10%時(shí)，3種酶的活性與空白組比差異不顯著，即蟲體內(nèi)的自由基水平變化很小，說明往常規(guī)飼料中添加少量豬糞，不會(huì)對(duì)黃粉蟲幼蟲的抗氧化酶系統(tǒng)造成明顯影響。

（3）研究結(jié)果表明，在黃粉蟲的常規(guī)飼料中添加少量豬糞不會(huì)對(duì)蟲體的正常生長(zhǎng)發(fā)育和抗氧化酶系統(tǒng)造成明顯影響，為利用黃粉蟲資源化處理畜禽糞便提供了依據(jù)。但當(dāng)今畜禽糞便的成分與以往比，已經(jīng)發(fā)生了質(zhì)的改變，除含有病原菌外，還可能含有大量的抗生素類及重金屬類物質(zhì)，這些物質(zhì)必然會(huì)對(duì)黃粉蟲的生長(zhǎng)發(fā)育及蟲體的品質(zhì)產(chǎn)生影響，還有待進(jìn)一步的研究。

[1] 高定，陳同斌，劉斌，等.我國(guó)畜禽養(yǎng)殖業(yè)糞便污染風(fēng)險(xiǎn)與控制策略[J].地理研究，2006，25(2)：311-319.

[2] 黃敬光，呂玉新，紀(jì)黔生，等.標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)模養(yǎng)殖場(chǎng)發(fā)展現(xiàn)狀，存在的問題及對(duì)策[J].畜禽業(yè)，2017(6):68-69.

[3] 陶秀萍，董紅敏.畜禽廢棄物無害化處理與資源化利用技術(shù)研究進(jìn)展[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報(bào)，2017，19(1):37-42.

[4] 程文定，郜敏，吳天德，等.畜禽糞便等有機(jī)廢棄物飼料資源化開發(fā)應(yīng)用研究[J].中國(guó)畜牧獸醫(yī)，2006，33(7)：24-26.

[5] 杭柏林，鄭子勤，黃威.EM發(fā)酵畜禽糞便再生飼料技術(shù)[J].科學(xué)種養(yǎng)，2009(2)：41.

[6] 楊俊，邱美珍，段洪鋒，等.牛糞生物飼料飼養(yǎng)番鴨試驗(yàn)及其最佳添加量的研究[J].飼料博覽，2007(11)：10-12.

[7] 秦廣軍，張隱，霍寶懷.雞糞再生飼料的制作與利用[J].現(xiàn)代畜牧獸醫(yī)，2009(5)：30.

[8] 陳黎.豬糞資源化利用技術(shù)研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2012.

[9] 劉玉升，王付彬，崔俊霞，等.黃粉蟲資源研究利用現(xiàn)狀與進(jìn)展[J].環(huán)境昆蟲學(xué)報(bào)，32(1)：106-114.

[10] 高紅莉，張硌，李洪濤，等.黃粉蟲幼蟲對(duì)城市污泥重金屬的積累作用[J].中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2011，19(1)：150-154.

[11] 孫國(guó)峰，戎安江，向釗.發(fā)酵鵪鶉糞便飼養(yǎng)黃粉蟲的研究[J].畜禽業(yè)，2010(2)：40-42.

[12] BRADFORD MM.A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principal of protein-dye binding[J].Analytical biochemistry，1976(72)：248-254.

[13] BEAUCHAMP C.Superoxide dismutase：Improved assays and applicable to acrylamide gels[J].Analytical biochemistry，1971，44(1)：276-287.

[14] 徐鏡波，袁曉凡，郎佩珍.過氧化氫酶活性及活性抑制的紫外分光光度測(cè)定[J].環(huán)境化學(xué)，1997，16(1)：73-76.

[15]SIMON LM，F(xiàn)ATRAI Z，JONAS DE，etal.Study of peroxide metabolism enzymes during the development of phaseolus vulgris[J].Biochemie and physiologie der fplanzen，1974，166：388-392.

[16]Rowe C L，Hopkins W A，Zehnder C，et al.Metabolic costs incurred by crayfish (Procambarus acutus)in a trace element-polluted habitat：Further evidence of similar responses among diverse taxonomic groups [J].Comparative Biochemistry and Physiology D-Genomics&Proteomics，2001，129(3)：275-283.

[17] Ribeiro S，Sousa J P，Nogueira A J，et al.Effect of endosulfan and parathion on energy reserves and physiological parameters of the terrestrial isopod Porcellio dilatatus[J].Ecotoxicology and Environmental Safety，2001，49(2)：131-138.

[18] Papadimitriou E，Loumbourdis N S.Exposure of the frog Rana ridibunda to copper impact on two biomarkers，lipid peroxidation，and glutathione[J].Bulletin of Environment Contamination and Toxicology，2002，69(6)：885-891.