蠅蛆在低碳畜牧業中的應用現狀和前景

摘要：糞便污染和飼料緊缺已成為現代畜牧業發展亟待解決的兩大問題。畜牧業生產中產生的畜禽糞便對保護生態環境壓力很大，目前處理糞便的堆肥處理、沼氣處理及飼料化不能滿足中國現代農業發展提出的低碳畜牧要求。利用昆蟲處理畜禽糞便不產生二次廢物，不會形成二次環境污染，且費用低廉、節能高效，不僅可以資源化利用畜禽糞便、減輕糞便污染，其產品蠅蛆和蠅蛆糞還可作為動物蛋白飼料和有機肥，促進生態循環畜牧業的健康發展，符合發展循環畜牧經濟的理念。分析了當前畜禽生產中存在的問題，總結了畜禽糞便的現有推廣處理方法的優缺點，闡述了蠅蛆在畜禽生產和農業生產中的應用進展，以及在實現低碳畜牧業中的優勢，展望了以蠅蛆為主導的低碳循環畜牧業發展方向。

關鍵詞：低碳；畜牧；糞便轉化；蠅蛆

中圖分類號：S936.21+6；F326.3 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）14-3233-05

低碳畜牧是繼現代化畜牧業發展模式之后的一種低碳、低能、低排、生態、有機、綠色及具有良好社會生態經濟效益的發展模式[1]。當前全球氣候變暖已成為一個不爭的事實，據政府間氣候變化專門委員會（IPCC）評估表明，全球氣候變暖將直接影響到人類生存所必需的水資源安全、糧食安全、健康及環境安全，尤其是對中國的沖擊將更為劇烈。低碳經濟既是經濟問題，又是環境問題，也是社會問題，低碳畜牧是低碳經濟中的一部分，因此，發展低碳畜牧無疑是化解經濟快速發展過程對資源、能源消耗的高度依賴，實現國民經濟又好又快發展的一條新途徑[2]。然而隨著畜牧業的發展，畜牧業所帶來的糞便污染和飼料緊缺成為亟待解決的兩大問題，也是發展低碳畜牧的障礙。據統計，中國畜禽糞便年排放量超過40億t[3]，對生態環境壓力很大，而目前對于畜禽糞便的處理方法主要有肥料化（堆肥技術）、能源化（沼氣技術）、飼料化。本文就現代處理畜禽糞便的方法，對蠅蛆在畜禽生產和農業生產中的應用進行了歸納和總結，同時分析了當前畜禽生產中存在的問題及蠅蛆在實現低碳畜牧業中的優勢，以期為進一步發展以蠅蛆為主導的低碳畜牧業提供科學參考依據。

1 現代處理畜禽糞便的技術

1.1 焚燒處理技術

畜禽糞便中含有大量有機物質，采用類似垃圾焚燒處理技術，可使其灰化，達到減量化和殺滅有害病原體的目的。焚燒處理中產生的熱量可供發電和作熱源利用，但會產生有害氣體，同時使許多營養物質流失，并且對于集約化養殖場來說，所產生的糞便量大且含水量高，干燥困難，需要耗費大量的能量將其進行轉化才能用作燃料，因而投資大，不易推廣[4，5]。

1.2 沼氣發酵技術

沼氣發酵技術是利用自然微生物或接種微生物在缺氧條件下將有機物轉化為二氧化碳和甲烷，其優點是處理的最終產物惡臭味減少，產生的甲烷可以作為能源使用。這對于在中國農村地區處理畜禽糞便和緩解能源壓力具有重要作用，但該技術受季節影響大，在雨季和冬季效果差[6]。混推式高效畜禽糞便沼氣系統的研究雖然解決了一次性投資過大，沼氣池長期效果受溫度影響較大，季節產氣量不穩定的難題，但厭氧發酵處理懸浮物的去除率為88.0%，COD去除率為82.1%，導致處理不徹底，仍需聯合好氧法進行處理[7]。

1.3 生物堆肥技術

生物堆肥技術可分為好氧堆肥和厭氧堆肥，好氧堆肥是將畜禽糞便在施肥之前利用糞便中的需氧菌在有氧時大量繁殖、發酵并分解糞便，產生熱量（每千克干物質產熱量為16.7～20.9 MJ），蒸發水分、促進有機物的分解。堆肥發酵時的溫度高達60 ℃，可殺滅糞便中的病原菌、寄生蟲卵、雜草種子等對作物有害的物質，同時維持其肥力[8]。但是，好氧堆肥技術需要的場地較大，堆肥周期長，并且在堆肥過程中產生大量的NH3，容易造成環境污染。而厭氧堆肥可根據底物干物質含量的不同分為濕法和干法兩種[9]。目前國內普遍采用的畜禽糞便濕法厭氧發酵技術，需要將畜禽糞便稀釋到8%左右，消耗大量的清潔水，發酵后的產物濃度低，脫水處理相當困難，以致發酵產物難以有效利用，干發酵雖然需水量低，產氣量高，但由于其發酵原料的干物質濃度高而導致進出料難、傳熱傳質不均勻、酸中毒等問題[10]。

1.4 飼料轉化技術

畜禽糞便含有大量未消化的蛋白質、B族維生素、礦物質元素、粗脂肪和一定數量的碳水化合物，特別是粗蛋白質含量較高[11]，1 t干雞糞可替代0.35 t飼料糧[12，13]。但畜禽糞便的成分比較復雜，含有一些潛在的有害物質，如重金屬（銅、鋅等）、藥物（抗蟲藥、磺胺等）、抗生素、激素以及大量病原微生物或寄生蟲等[14]，致使食物鏈存在很大的危險，極易造成畜禽交叉感染或傳染病的暴發。因此，中國畜牧業發展過程中所產生的環境資源問題決定了中國畜牧業發展必須實現由高碳經濟向低碳轉變。但由于一些技術的原因導致一些低碳技術在低水平重復以致發展緩慢，不能適應社會生產的需求[2]。

利用生物處理畜禽糞便費用低廉、節能高效，能獲得優質有機肥和高蛋白飼料，不產生二次廢物，不會形成二次環境污染，不僅可取得環保效益，還可獲得一定的經濟效益。同時還能在缺乏專業技術人員的中小城鎮和農村中應用，符合可持續發展的理念[6]。而目前利用昆蟲處理畜禽糞便，生產高蛋白動物飼料，發展循環經濟已逐步應用到畜牧生產實踐中。所應用的昆蟲以雙翅目的蠅科、水虻科和麗蠅科等16個科以及鞘翅目的步甲科等5個科為主[15，16]。利用蠅類的幼蟲——蠅蛆處理畜禽糞便，不僅可以資源化利用畜禽糞便、減輕糞便污染，其產品蠅蛆和蠅蛆糞還可作為動物蛋白飼料和有機肥，促進生態循環畜牧業的健康發展[17，18]。

2 蠅蛆在畜禽生產中的應用

2.1 蠅蛆在降低畜禽糞便污染中的作用

中國畜牧業的糞便污染問題嚴重，首先畜禽糞便不及時處理很容易滋生細菌和真菌，不僅引起動植物染病[19，20]，而且還會與其他生物有機體競爭資源[21，22]。其次糞尿不處理發酵分解后產生大量的硫化氫、氨、甲烷、二氧化碳和胺類等有害物質加重環境污染程度，引發人畜呼吸道疾病，導致畜禽生產力下降，畜產品產量和質量降低[23]。據報道，經蠅蛆處理后的豬糞中糞臭素、化學耗氧量、生物需氧量分別降低92.8%、54.2%、75.3%[24]，無害蠅類可處理糞便中75%的氮和磷[25]。利用綠蠅和麻蠅幼蟲處理畜禽糞便可有效抑制大腸桿菌、假單胞菌、氣單胞菌、微球菌、梭狀芽孢桿菌的滋生[26]。因此利用畜禽糞便飼養蠅蛆可以起到改善畜禽生產環境，減輕環境污染的作用。

2.2 蠅蛆蛋白在畜禽飼料中的應用

蠅蛆是理想的動物蛋白飼料，營養成分全面，營養價值高，主要體現在以下5個方面。①粗蛋白含量非常高，蠅蛆粉中粗蛋白含量高達54%～63%[27]。②氨基酸含量高，蠅蛆原物質與蠅蛆干粉的必需氨基酸含量分別為44.09%和43.38%，超過了世界衛生組織（WHO）和聯合國糧農組織（FAO）的標準（40%）[28，29]。③微量元素豐富，蠅蛆體內除含有豐富的鉀、鈉、鈣、鎂、磷等無機元素外，還含有多種有機生命體所必需的微量元素，如鐵、銅、鋅、錳等20種微量元素。④富含維生素A、維生素B、維生素D，其中以B族維生素含量最高[18]。⑤脂肪含量和質量高，蠅蛆油中含有20余種脂肪酸，不飽和脂肪酸占64.5%，包括油酸、亞油酸和亞麻酸等，其中人體必需的亞油酸和亞麻酸含量超過魚脂而與花生油相近[30]。

國內外很多研究機構利用蠅蛆在豬、火雞、蛋雞等畜禽的養殖中取得了比較理想的效果，在基礎日糧中添加3%～5%的蛆粉代替魚粉養豬可達到相近或略高于魚粉的效果[31，32]，而在基礎日糧相同的情況下分別添加等量的蛆粉和魚粉得到的豬瘦肉中蛋白質含量比飼喂魚粉的高5%，在仔豬日糧中添加蠅蛆可起到抗貧血作用，種豬加喂蠅蛆可增加其繁殖能力[33，34]。在蠅蛆喂養火雞的試驗中測得蠅蛆的總能量、可代謝能量、粗蛋白含量均比商業飼料高，每日消耗39 g蠅蛆平均增重34 g，每日消耗60 g商業飼料平均增重43 g[35]。據報道，用蠅蛆喂養肉仔雞，雞群成活率明顯提高，飼料利用率高、飼養成本下降、利潤增加[36，37]。在蛋雞的飼養過程中添加適量的蠅蛆蛋白能夠緩解夏季產蛋雞的熱應激水平，可提高蛋雞對熱應激的抵抗力[38]。用蠅蛆作添加劑喂養的蛋雞產蛋率提高10%，蛋重增加2.3%～6.5%，蛋的品質好，蛋黃顏色深，蛋白黏性好，膽固醇含量比普通雞蛋低55%，蛋雞的抗病能力明顯增強，不會增加疫病的發生[34，39，40]。

2.3 蠅蛆在畜禽疾病防治中的作用

蠅蛆在畜禽疾病防治中的作用主要通過兩種方式，一種是通過體內的抗菌活性蛋白對引起畜禽致病病原物的抑殺和防御作用，另一種是通過蠅蛆蛋白對畜禽腸道內有益菌群的調控作用。蠅蛆體內含有多種抗菌活性蛋白，這類抗菌蛋白是非特異性免疫應答產物，具有廣譜的抗菌作用，對畜禽體內G+菌、G-菌和真菌均有很好的抑殺作用，如白葡萄球菌、金黃色葡萄球菌、綠膿假單胞菌、大腸桿菌等[41]。另外，這些抗菌肽還可能參與畜禽上皮組織和黏膜的抗感染防御，例如抗菌肽可以抑制流感病毒、皰疹病毒的增殖，能殺死瘧原蟲、痢疾阿米巴和錐蟲等，在一定程度上阻止了各種外界有害病原體的入侵[42]。

蠅蛆蛋白可以平衡畜禽腸道內的有益菌群，有益菌分泌殺菌物質，如能產生過氧化氫，對機體潛在的病原微生物有強烈的殺菌作用，還可提高蛋雞腸道內乳酸桿菌、雙歧桿菌的數量，其中乳酸桿菌分泌的乳酸等可降低畜禽腸道pH，抑制革蘭氏陰性致病菌和革蘭氏陽性致病菌的生長，雙歧桿菌對腸致病性大腸桿菌、痢疾志賀菌、傷寒沙門桿菌、金黃色葡萄球菌和變形桿菌有拮抗作用[43]。

3 蠅蛆和蠅蛆糞在農業生產中的作用

3.1 蠅蛆在農業生產中的作用

蠅蛆幾丁質及其衍生物如殼聚糖等具有很強的抗菌活性，在生物防治中應用廣泛。幾丁低聚糖處理玉米、小麥和棉花種子，可以提高發芽率和出苗率[44]；幾丁糖對立枯絲核菌、花生白絹病菌、水稻紋枯病菌等31種真菌具有很好的抑制作用[45]；在孢子萌發上，幾丁糖也表現出一定的抑制率，與濃度呈正相關的關系[46]。幾丁低聚糖對防治煙草黑脛病的試驗結果表明，經蠅蛆低聚糖處理后的煙苗再接種煙草黑脛病菌能夠對黑脛病產生抗性，同時可不同程度地提高煙草葉片內苯丙氨酸解氨酶、過氧化物酶和多酚氧化酶的活性[47]；對煙草赤星病菌也有一定的抑制作用，在一定濃度范圍（1～16 mg/mL）內，隨著濃度的提高，蠅蛆低聚幾丁糖抑制率隨之升高，受抑制的菌絲出現不同程度的縮短、變粗及扭曲等癥狀，產生的畸形分生孢子數隨濃度的升高而增加[48]。

3.2 蠅蛆糞在農業生產中的作用

蠅蛆處理畜禽糞便得到蛆糞。其浸提液對苦瓜枯萎病病原菌菌絲的生長和生物量有顯著的抑制作用[49]。蛆糞中還含有大量的抗植物病害活性物質，可抗多種植物病害，如水稻白葉枯病、大白菜軟腐病、果樹炭疽病等病菌[41]。蛆糞能加工成有機肥，提高土壤生物多樣性，增加生物活性，優化土壤生物的生長環境，促進物質的轉化速率，在作物生長期及時供應作物所需要的養分，促進作物的生長發育和代謝過程，從而提高產量，改善作物品質[50]。在以蠅蛆糞、普通有機肥、菜子粕作為有機肥對晚熟椪柑進行施肥試驗，研究其對椪柑品質的影響，結果表明蠅蛆糞組的維生素C含量比普通有機肥組高10.07%，比菜子粕組高1.12%；蠅蛆糞組的含糖量比普通有機肥組高5.50%，比菜子粕組低4.53%；蠅蛆糞組的有機酸酸度比普通有機肥組低0.96，比菜子粕組高0.23[51]。

4 小結與展望

隨著畜牧養殖業集約化程度的提高，高效養殖業造成的環境污染問題成為了人們關注的焦點之一，糞便中未被消化的有機物、微量礦物質元素、藥物及添加劑等變成有害物質嚴重污染環境。中國自20世紀80年代起就對集約化畜禽場的糞便污染開始重視，開展了一系列的畜禽場糞便簡單處理和污染綜合治理的研究，開發了成套的設備與設施，主要是通過對糞便進行烘干脫水和微生物發酵處理產生沼氣和有機肥料加以利用。但仍存在著技術方案投資大，成本高，經濟效益低，資源合理分配和利用的問題，在實際推廣中受到了一定的限制。

利用蠅蛆轉化畜禽糞便可以回收利用畜禽糞便中的粗脂肪和粗蛋白，減輕畜禽糞便所帶來的環境污染，改善畜禽生產環境，得到的蠅蛆作為畜禽飼料擁有非常好的效果，其營養成分全面，營養價值高，不但可以提高畜禽產品的質量，還能提高畜禽免疫力，降低畜禽發病率。此外蛆糞作為有機肥可以改善土壤結構，優化作物生長環境，提高作物的產量和質量，減少植物病害的發生。

綜上所述，結合各區域中、長、遠期發展規劃，開發蠅蛆產業，發展以蠅蛆為中介的低碳畜禽養殖，建立“區域性”低碳畜牧是解決現代畜禽養殖業所造成的環境污染、溫室氣體排放、人畜爭糧等影響可持續發展難題的有效途徑，同時還可以提高資源利用率，解決廢棄物排放污染，改善生態環境，大大提高畜禽產品的品質和產量，促進畜牧業和農業的可持續發展。

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