黑水虻幼蟲處理雞糞后蟲體營養(yǎng)及蟲沙評價

蔡影峰，牛世華，劉朔，程增文，廖新俤，2，3，邢斯程，2，3*

（1.華南農(nóng)業(yè)大學動物科學學院，廣州 510642；2.廣東省畜禽廢棄物處理與資源化利用工程技術研究中心，廣州 510642；3.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部雞遺傳育種與繁殖重點實驗室，廣州 510642）

隨著畜禽養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展，養(yǎng)殖方式由散養(yǎng)轉(zhuǎn)變成集約化養(yǎng)殖，養(yǎng)殖場由原來農(nóng)區(qū)、牧區(qū)逐步轉(zhuǎn)移到城鎮(zhèn)郊區(qū)，從而導致農(nóng)牧嚴重脫節(jié)[1]。據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部官方數(shù)據(jù)顯示，截至2018 年全國畜禽糞污年產(chǎn)量約38 億t，其中畜禽直接排泄的糞便約為18 億t[2]。我國蛋雞產(chǎn)量連續(xù)34年位居世界第一[3]，蛋雞糞在所有畜禽糞便中養(yǎng)分最高，蛋雞產(chǎn)糞量約為其采食量的110%~120%，且雞糞中含有大量有機物、氮、磷、鉀[4]，新鮮雞糞粗蛋白含量可達17%[5]，因此將雞糞進行后續(xù)資源化利用具有巨大潛質(zhì)。

黑水虻幼蟲作為處理畜禽糞便的典型媒介，可合理資源化利用雞糞，避免對環(huán)境造成污染，處理完糞便后收集的蟲體還可作為蛋白飼料。劉良等[6]的研究發(fā)現(xiàn)，黑水虻幼蟲對豬糞具有較高的轉(zhuǎn)化效率，處理后糞便干物質(zhì)所含的各種營養(yǎng)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，極大地減少了糞便對環(huán)境的不利影響。NEWTON 等[7]發(fā)現(xiàn)黑水虻幼蟲處理雞糞后可降低50%左右的雞糞質(zhì)量，且其蟲體粗蛋白可達42.1%，粗脂肪達34.8%。目前，黑水虻幼蟲應用于動物飼料是通過蟲糜、蟲干、蟲粉、蟲油等方式[8]，其可在豬、肉雞、蛋雞日糧中替代部分豆粕或魚粉[9-13]。因此，保證黑水虻高效處理畜禽糞便的同時保證其作為飼料的質(zhì)量是推廣黑水虻處理養(yǎng)殖廢棄物及資源化利用的重要技術探究。

已有研究報道，黑水虻幼蟲可處理多種營養(yǎng)廢棄物，但是不同基質(zhì)養(yǎng)殖黑水虻幼蟲所要求的密度差異較大。竇永芳等[14]選擇7 日齡黑水虻幼蟲按5個養(yǎng)殖密度類型分配到尺寸統(tǒng)一的15 個飼養(yǎng)盒后用餐廚垃圾米飯進行飼養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)D2000 組（0.51 只·cm-3）密度適合于小規(guī)模選育，D2500 組（0.64 只·cm-3）適合于幼蟲在餐廚垃圾中的工廠化生產(chǎn)；字曉等[15]發(fā)現(xiàn)將4 日齡黑水虻幼蟲8 750 條投加到20.0 kg 牛糞中為實驗范圍內(nèi)最佳飼養(yǎng)密度。但利用蛋雞糞養(yǎng)殖黑水虻幼蟲的密度尚未確定。同種基質(zhì)要求養(yǎng)殖黑水虻幼蟲的密度也有較大的差別，例如幼蟲密度過大，雞糞量不能滿足幼蟲生長發(fā)育所需要的營養(yǎng)，會導致幼蟲生長發(fā)育停止，幼蟲營養(yǎng)成分減少；幼蟲密度太小，雞糞中營養(yǎng)物質(zhì)不能得到充分利用且產(chǎn)出的蟲沙難以直接利用。郭會茹等[16]發(fā)現(xiàn)在雞糞中添加283.69 g·t-1黑水虻蟲卵，處理后的蟲沙可達到《有機肥料》（NY 525—2012）。綜上所述，蟲子的投放密度對得到質(zhì)量高的蟲體及達標的蟲沙有機肥具有重要作用。

因此，為利用黑水虻高效處理雞糞，使得到的蟲沙可以達到有機肥料標準，同時蟲子的生長發(fā)育不受影響，蟲體可作為高質(zhì)量飼料，本研究通過設置不同幼蟲投放條數(shù)，測定不同幼蟲條數(shù)處理糞便后蟲沙中關鍵物質(zhì)的含量及蟲體營養(yǎng)成分，初步得出最佳的幼蟲投放比例，為今后利用黑水虻高效處理雞糞并同時保證蟲體質(zhì)量的生產(chǎn)和研究提供理論支持和數(shù)據(jù)參考。

1 材料與方法

1.1 采樣雞場與蟲卵購置

選擇廣東綠楊農(nóng)業(yè)股份有限公司的蛋雞場，采集150 日齡新鮮蛋雞糞。黑水虻蟲卵購買于廣州無兩生物科技有限公司。

1.2 主要儀器及試劑

人工氣候培養(yǎng)箱、萬級天平、游標卡尺、pH 計、元素分析儀。

1.3 試驗方法

1.3.1 黑水虻幼蟲養(yǎng)殖與分組

本試驗采用麥麩對黑水虻蟲卵進行孵化，其含水率為75%，溫度28~30 ℃。幼蟲孵育到3日齡后，將黑水虻幼蟲按不同比例添加到100 g 蛋雞糞中，試驗設14 個處理組和1 個空白組，每組3 個重復，具體試驗分組設計如表1 所示。所有處理組用塑料盒（11.5 cm×8.5 cm×4.5 cm）裝載并置于人工氣候培養(yǎng)箱中飼養(yǎng)，飼養(yǎng)條件為24 h 黑暗，濕度70%~80%，溫度28~30 ℃，當50%幼蟲變成黑棕色預蛹時停止飼喂，幼蟲及蟲沙保存于-80 ℃冰箱。培養(yǎng)過程中，各組每3 d隨機選擇5 條幼蟲稱質(zhì)量、測體長。各組第1 d 和最后1 d收集10 g雞糞保存于-80 ℃中用于檢測。

表1 試驗分組Table 1 Experimental grouping

1.3.2 幼蟲生長發(fā)育指標測定方法

每3 d選取各組生長發(fā)育速度一致的黑水虻幼蟲5 條，用游標卡尺測量體長，用萬級電子天平稱量鮮質(zhì)量。待50%幼蟲進入預蛹階段時，記錄幼蟲發(fā)育日齡。收獲黑水虻幼蟲后，分別統(tǒng)計各組活蟲數(shù)并計算存活率。

1.3.3 幼蟲營養(yǎng)指標測定方法

各組取50條6齡黑水虻幼蟲用蒸餾水洗凈，稱質(zhì)量，60 ℃烘干至恒質(zhì)量后測定10 條6 齡幼蟲的平均干質(zhì)量并計算水分含量。將烘干后的幼蟲磨碎，過20 目篩，4 ℃密封保存用于測定營養(yǎng)指標。稱取2 mg蟲粉，用樣品紙包好，放入元素分析儀的樣品槽中，選定CHSN 測試模式，測出總氮含量；粗蛋白含量為總氮含量×6.25×100%。粗灰分根據(jù)《食品中灰分的測定》（GB 5009.4—2016）方法測定。

1.3.4 蟲沙理化指標

稱取2 g 蟲沙樣品，加20 mL 超純水，渦旋混勻1 min，然后靜置15 min，用pH計測定樣品pH。稱取2 g樣品在105 ℃烘干至恒質(zhì)量后再次稱質(zhì)量，計算蟲沙含水率。稱取2 mg 蟲沙，用樣品紙包好，放入元素分析儀的樣品槽中，選定CHSN 測試模式，測出總氮、總碳含量并計算C/N。粗蛋白含量為總氮含量×6.25×100%。全磷測定采用硫酸-雙氧水消煮-釩鉬黃比色法；全鉀測定采用硫酸-雙氧水消煮-火焰原子吸收分光光度法?？偵?、總鎘、總鉻、總鉛和總汞采用《肥料中砷、鎘、鉻、鉛、汞含量的測定》（GB/T 23349—2020）方法測定。

1.3.5 蟲沙生物學指標測定方法

有機質(zhì)：高溫外加熱重鉻酸鉀氧化-容量法；類腐植酸：焦磷酸鈉浸提-重鉻酸鉀氧化-容量法；類富里酸和類胡敏酸：焦磷酸鈉-氫氧化鈉提取重鉻酸鉀氧化容量法（NY/T 1867—2010）。

1.4 數(shù)據(jù)分析

檢測數(shù)據(jù)經(jīng)Excel 初步處理，GraphPad Prism 8.0軟件作圖，SPSS 22.0 軟件進行單因素方差分析，結果以“平均數(shù)±標準誤”表示，P<0.05表示差異顯著。

2 結果與分析

2.1 黑水虻幼蟲生長性能及營養(yǎng)成分分析

由表2 可知，隨著幼蟲比例的增加，黑水虻幼蟲體長及鮮質(zhì)量變小，T50 組每條黑水虻幼蟲體長及鮮質(zhì)量顯著高于其他處理組，分別達到17.60 mm 和134.70 mg，幼蟲鮮質(zhì)量是T1000 組的10 倍。成活率在T50~T400 組及T800 組間無顯著差異，均在93%以上，但顯著高于 T500、T600、T700 和 T1000 組。幼蟲干物質(zhì)含量T50 和T100 組顯著高于T150~T1000 組，隨著幼蟲比例的增加，幼蟲干物質(zhì)含量呈現(xiàn)下降趨勢。T50~T300組幼蟲粗蛋白含量（DM 基礎，下同）隨著幼蟲比例增加呈下降趨勢，T300~T1000 組呈上升趨勢且在T1000 組達到最高，為39.70%，顯著高于低幼蟲比例組。T50 和T100 組幼蟲粗灰分顯著低于其他組，分別為21.97%和25.52%，說明T50 和T100 組幼蟲營養(yǎng)成分顯著高于其他處理組。

表2 各處理組6齡幼蟲營養(yǎng)成分Table 2 Nutrient composition of 6 instars larvae in each treatment group

2.2 黑水虻蟲沙成分分析

由表3 可知，黑水虻幼蟲可大幅降低雞糞的含水率，T100~T1000 組蟲沙含水率顯著低于CK、T0 和T50 組，在21.47%~42.97%間呈無顯著差異的動態(tài)平衡。蟲沙pH 總體偏堿性，幼蟲處理組pH 均高于CK組，T300 達到最高9.36?！队袡C肥料》（NY 525—2012）要求肥料pH 在5.5~8.5 之間，因此幼蟲處理組只有T100 組符合要求。蟲沙粗蛋白含量總體呈降低趨勢，幼蟲處理組顯著低于CK 和T0 組，T350 組蟲沙粗蛋白含量最低，說明黑水虻幼蟲可以充分利用雞糞的粗蛋白。幼蟲處理新鮮雞糞后，蟲沙粗灰分含量均有顯著提高，說明黑水虻幼蟲可有效處理新鮮雞糞中大部分營養(yǎng)物質(zhì)。幼蟲組蟲沙總氮含量顯著低于CK和T0組，主要分布在11.71~20.04 g·kg-1之間?？偭缀涂傗浐烤赥100組達到最高，且顯著高于CK組。

由圖1 可知，蟲沙類腐植酸在CK 組中含量最高，達到34.89%，T0 組略有降低，T50~T1000 組蟲沙類腐植酸含量顯著低于CK 組和T0 組，在17.46%~23.42%范圍內(nèi)達到動態(tài)平衡。說明黑水虻幼蟲可以利用雞糞中的類腐植酸，并且幼蟲比例的上升不會對雞糞類腐植酸的含量產(chǎn)生較大影響。表3顯示，T350組蟲沙有機質(zhì)含量最低為39.70%，T350 組和T800 組均低于45%，不符合有機肥料技術要求。低密度幼蟲處理組T50~T150 組蟲沙有機質(zhì)含量變化較小，隨著幼蟲密度的上升，蟲沙有機質(zhì)含量變化較大，這可能與蟲沙的含水率變化有關。由圖1 可知，幼蟲處理組總養(yǎng)分含量均低于CK 組和T0 組，并且隨著幼蟲比例的上升，蟲沙總養(yǎng)分含量降低，說明幼蟲的增多會利用雞糞更多的總養(yǎng)分。T0、T50和T100組間總養(yǎng)分含量沒有顯著差異，T150~T1000 組間沒有顯著差異，但幼蟲處理組均顯著低于CK組。經(jīng)黑水虻處理的雞糞總養(yǎng)分為5.78%~7.07%，均低于CK組和T0組，說明黑水虻幼蟲利用了雞糞中的部分總養(yǎng)分，并且隨著幼蟲密度的增加，總養(yǎng)分的含量降低，CK 組顯著高于T50~T1000組。

表3 各處理組蟲沙成分Table 3 Insect sand composition of each treatment group

如圖1 所示，CK 組蟲沙類胡敏酸含量顯著高于T50 和 T100 組，而 T50 和 T100 組蟲沙類胡敏酸含量顯著高于其他幼蟲處理組，并且其他幼蟲處理組蟲沙類胡敏酸含量接近于0，說明黑水虻幼蟲數(shù)量的增多促進了雞糞中類胡敏酸的礦化分解，黑水虻幼蟲可能攝取雞糞中的胡敏酸類物質(zhì)。類富里酸是腐植酸中活性較大、氧化程度較高的組分，對促進礦物質(zhì)的分解和養(yǎng)分的釋放具有十分重要的作用[17]。如圖1 所示，CK 組和T0 組蟲沙類富里酸含量均顯著高于幼蟲處理組，幼蟲處理組間無顯著差異。說明黑水虻幼蟲可促進雞糞中類富里酸的降解，但隨著幼蟲比例的上升，類富里酸含量沒有顯著變化，這可能是因為類富里酸分子較小、結構簡單、活性較高、容易被雞糞中的微生物利用。T50 和T100 組蟲沙類胡敏酸和類富里酸總含量顯著高于其他幼蟲處理組。由表4 可知，CK、T50 和T100 組蟲沙中各重金屬指標均符合《有機肥料》標準，因此T50 組和T100 組的蟲沙用作有機肥料施用于農(nóng)田效果更好。

表4 蟲沙中重金屬指標（mg·kg-1）Table 4 Heavy metals index of insect sand（mg·kg-1）

3 討論

3.1 不同黑水虻幼蟲投放密度對蟲體生長性能及營養(yǎng)成分的影響

飼養(yǎng)密度對黑水虻幼蟲生長性能以及營養(yǎng)成分起著非常關鍵的作用。本研究發(fā)現(xiàn)幼蟲鮮質(zhì)量及體長均隨著密度的增加而降低，體長與鮮質(zhì)量最大值均在T50 組。王子維等[17]研究認為，密度越大，幼蟲平均體質(zhì)量可能越輕，這與本文研究結果一致。試驗中T50組幼蟲在第14 d進入蛹期，T100組幼蟲進入蛹期需要 16 d，T150 組需要 18 d，而 T200 組到第 20 d 僅約20%的幼蟲進入蛹期，其余幼蟲停止發(fā)育，不能進入蛹期，T250~T1000 組幼蟲停止發(fā)育，不進入蛹期。這是由于幼蟲密度增加，雞糞營養(yǎng)物質(zhì)不能滿足黑水虻幼蟲生長發(fā)育的需求而停止生長發(fā)育，繼續(xù)添加雞糞則可以使幼蟲再次生長發(fā)育。申高林[18]的研究表明，更多的幼蟲需利用更多的飼料，這與本文研究結果一致。幼蟲粗蛋白含量在T50~T300 組呈降低趨勢，在T350~T1000 組呈上升趨勢，這可能與幼蟲在不同發(fā)育階段蟲體內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化有關，T50~T300 組幼蟲密度較小，幼蟲發(fā)育完全，蟲體蛋白質(zhì)降低，而密度高的幼蟲處理組（T350~T1000 組）因為幼蟲停止發(fā)育，蛋白質(zhì)含量沒有轉(zhuǎn)化成其他營養(yǎng)物質(zhì)，因此幼蟲蛋白質(zhì)含量較高。LIU 等[19]的研究發(fā)現(xiàn)，幼蟲粗蛋白含量在第6 d前迅速上升，第7 d到第14 d粗蛋白呈下降趨勢，最多可降低30.00%，蛹期粗蛋白含量雖略有上升但與第9 d 的幼蟲相比減少1.60%，這與本研究結果一致，試驗中高密度組幼蟲可能在第9 d 前已經(jīng)停止生長發(fā)育，粗蛋白含量保持在較高水平，因此粗蛋白含量比T50~T300組高。幼蟲干物質(zhì)含量整體呈下降趨勢，說明隨著幼蟲的生長發(fā)育，蟲體內(nèi)水分減少。但粗灰分含量整體呈上升趨勢，說明隨著幼蟲的發(fā)育，蟲體干物質(zhì)中粗灰分比例變小，同時干物質(zhì)含量上升，說明幼蟲在相同干質(zhì)量下，密度越低的處理組，幼蟲營養(yǎng)物質(zhì)含量越高。幼蟲成活率在T50~T300 組呈動態(tài)平衡，成活率均高于97.56%，T350~T1000 組成活率呈下降趨勢，雖然T800 組成活率略有回升，但隨著幼蟲密度的增加，成活率總體呈下降趨勢。本研究發(fā)現(xiàn)，幼蟲的營養(yǎng)成分與生長性能隨著幼蟲密度的增大而降低，這是由于在雞糞飼喂量不變的情況下，隨著幼蟲密度的增大，雞糞中的營養(yǎng)物質(zhì)難以滿足幼蟲攝食需求，幼蟲不能獲得足夠的營養(yǎng)物質(zhì)，從而停止生長發(fā)育，體內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)不再積累，甚至導致幼蟲死亡。此外，隨著幼蟲密度的增加，幼蟲之間的競爭更為激烈，這也可能是導致幼蟲成活率下降的原因，這與前人研究結果類似[20-21]。

3.2 不同黑水虻幼蟲投放密度對蟲沙成分的影響

雞糞經(jīng)過合理密度的黑水虻幼蟲處理后產(chǎn)出的蟲沙符合《有機肥料》（NY 525—2012）的技術要求，并且可以直接作為有機肥產(chǎn)品進行銷售。本研究表明，幼蟲可大幅度降低雞糞含水率，蟲沙含水率最多可降低至21.47%，這可能與幼蟲在雞糞中的蠕動有關，幼蟲的活動加快了雞糞中水分的蒸發(fā)。蟲沙pH總體偏堿性，幼蟲處理雞糞后，pH 呈上升趨勢，可能是由于雞糞中有機酸分解，產(chǎn)生大量NH3所致[22]。根據(jù)《有機肥料》標準中pH 5.5~8.5 的要求，CK 組和T100 組符合要求，分別為7.89 和8.48。研究發(fā)現(xiàn)幼蟲處理雞糞后，蟲沙粗蛋白含量大幅降低，并且幼蟲密度越大，蟲沙粗蛋白含量越低；蟲沙粗灰分含量升高，說明幼蟲可以充分利用雞糞中的粗蛋白，從而轉(zhuǎn)化為自身的營養(yǎng)物質(zhì)，并且幼蟲密度越大，雞糞中粗蛋白的利用越充分。蟲沙中磷和鉀的含量相比新鮮雞糞略有上升，在T100組達到最大值，同時總養(yǎng)分含量（N+P2O5+K2O）在T100 組也達到最大值。徐偉棟[23]的研究發(fā)現(xiàn)，由于經(jīng)過黑水虻幼蟲與微生物對有機物的轉(zhuǎn)化，CO2、NH3、H2O 等的損失，使雞糞體積和干質(zhì)量降低，而磷和鉀不會揮發(fā)損失，因此蟲沙中磷和鉀的含量略有上升；此外，由于黑水虻幼蟲密度較小，不能充分利用N、P2O5、K2O，而隨著幼蟲密度的增加，幼蟲充分利用N、P2O5、K2O 后使總養(yǎng)分降低。但所有幼蟲處理組蟲沙總養(yǎng)分均高于《有機肥料》（NY 525—2012）標準要求（≥5%），說明雞糞經(jīng)黑水虻幼蟲處理后可達到有機肥產(chǎn)品的標準。

本試驗發(fā)現(xiàn)，幼蟲處理雞糞后，蟲沙類腐植酸含量顯著低于CK 組和T0組，說明黑水虻幼蟲不能完全利用類腐植酸物質(zhì)，蟲沙中仍留有較高的類腐植酸含量（17.46%~23.42%）。因此，蟲沙作為有機肥，其類腐植酸可能會提高植物產(chǎn)量與品質(zhì)。類胡敏酸和類富里酸是類腐殖質(zhì)的重要組成部分，在很大程度上對類腐殖質(zhì)的質(zhì)量起決定作用[24]。類胡敏酸是一種含有羧基、酚羥基等多種功能基團的高分子聚合物[25]，施入農(nóng)田后，對土壤結構的形成及養(yǎng)分保持具有重要意義[26]。本研究發(fā)現(xiàn)，只有CK 組和T0~T100 組具有較高的類胡敏酸含量，而T150~T1000 組蟲沙含有極少量類胡敏酸，說明減少黑水虻幼蟲密度可增加蟲沙中類胡敏酸的含量，此外雖然T100 組的類胡敏酸含量比T50組低29.20%，但T100組產(chǎn)出鮮蟲數(shù)量比T50組多一倍；T50組與T100組重金屬指標中總鎘、總鉻、總鉛、總砷、總汞的含量均符合《有機肥料》標準；因此結合幼蟲與蟲沙的最優(yōu)比例，T100組蟲沙質(zhì)量較好。

4 結論

（1）T50組與T100組黑水虻幼蟲具有更高水平的生長性能及營養(yǎng)成分，雞糞與幼蟲的比例滿足黑水虻幼蟲正常生長發(fā)育的需求。

（2）T100 組蟲沙被黑水虻幼蟲充分利用后仍保留較多有利于提高植物品質(zhì)的類腐植酸和類胡敏酸，其中pH、有機質(zhì)、總養(yǎng)分含量及重金屬含量均滿足我國《有機肥料》（NY 525—2012）的要求，對該蟲沙進行再加工可生產(chǎn)出商品有機肥料。

（3）綜合考慮既要滿足黑水虻幼蟲生長性能及營養(yǎng)成分的需要，又盡可能滿足《有機肥料》標準對蟲沙的需求，T100 組即100 條黑水虻幼蟲與100 g 雞糞的比例是黑水虻幼蟲高效處理雞糞的合理比例。