不同飼養(yǎng)密度對(duì)亮斑扁角水虻幼蟲(chóng)生長(zhǎng)發(fā)育及新鮮牛糞轉(zhuǎn)化率的影響

字 曉，和培鋮，劉 龍，楊獻(xiàn)清，段艷濤，倪喜云，王 敦*，單麟茜，張順仁

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)昆蟲(chóng)學(xué)研究所，陜西楊凌 712100；2.大理白族自治州農(nóng)業(yè)科學(xué)推廣研究院，云南大理 671005)

亮斑扁角水虻HermetiaillucensL.又叫黑水虻(black soldier fly)，屬雙翅目Diptera水虻科Stratiomyiidae昆蟲(chóng)。之前國(guó)外的研究發(fā)現(xiàn)，黑水虻幼蟲(chóng)取食豬糞便具有較高的轉(zhuǎn)化效率，處理后糞便干物質(zhì)所含的各種營(yíng)養(yǎng)元素如氮、磷等得到不同程度的減少，同時(shí)消除了糞便的臭味，極大的減少了糞便對(duì)環(huán)境的不利影響(Dieneretal.,2009;李志剛等，2011；Cickováetal.,2012;劉良等，2017；Goldetal.,2018)。國(guó)內(nèi)對(duì)利用亮斑扁角水虻轉(zhuǎn)化廢棄物的研究起步較遲，也多集中在對(duì)豬糞、雞糞的轉(zhuǎn)化利用上(安新城等，2010；劉韶娜等，2016；劉良等，2017；于懷龍等，2018)，針對(duì)養(yǎng)牛業(yè)廢物利用轉(zhuǎn)化的研究報(bào)道相對(duì)較少(陳兆強(qiáng)等，2018)。對(duì)于亮斑扁角水虻的人工養(yǎng)殖技術(shù)研究較多，如食料含水率、非取食性物質(zhì)影響等(喻國(guó)輝等，2014；姬越等，2018)，但尚無(wú)相關(guān)飼養(yǎng)密度與牛糞轉(zhuǎn)化效率方面的研究報(bào)道。

大理地區(qū)是傳統(tǒng)的奶牛養(yǎng)殖地區(qū)，也是奶牛糞便污染的重點(diǎn)防控區(qū)，隨著洱海保護(hù)治理壓力的不斷加大，流域內(nèi)奶牛養(yǎng)殖廢棄物綜合治理已迫在眉睫。本研究以亮斑扁角水虻為研究對(duì)象，選擇4日齡幼蟲(chóng)設(shè)置3個(gè)處理密度，通過(guò)分析等量飼喂條件下，不同飼養(yǎng)密度亮斑扁角水虻幼蟲(chóng)百蟲(chóng)重、粗蛋白、粗脂肪、水分、牛糞轉(zhuǎn)化率指標(biāo)的差異，旨在探索一種適于亮斑扁角水虻幼蟲(chóng)處理新鮮牛糞的飼養(yǎng)密度，為畜牧養(yǎng)殖廢棄物資源化利用提供一種新型、可循環(huán)的環(huán)保處理方式。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)條件及材料

1.1.1黑水虻幼蟲(chóng)

亮斑扁角水虻幼蟲(chóng)，由畜禽糞便資源化利用產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系——大理試驗(yàn)站繁育并提供適齡幼蟲(chóng)。

1.1.2試驗(yàn)設(shè)施

種蟲(chóng)室1間(面積20 m2)，轉(zhuǎn)化室1間(面積60 m2)，轉(zhuǎn)化池(轉(zhuǎn)化池規(guī)格：200 cm×180 cm×22 cm)及試驗(yàn)用轉(zhuǎn)化小池(50 cm×70 cm×22 cm)若干。種蟲(chóng)室控制室內(nèi)條件為：溫度在38±2℃，濕度為82%±3%；轉(zhuǎn)化室控制室內(nèi)條件為：溫度為27±3℃，相對(duì)濕度為82%±3%。

1.1.3材料及工具

新鮮奶牛糞(購(gòu)自大理市喜洲鎮(zhèn)農(nóng)戶)；自制集卵器若干(集卵器由長(zhǎng)寬厚度相等的長(zhǎng)方形木板疊加7塊組成，每塊木板規(guī)格為：20 cm×5 cm×1 cm)；自制孵化盤若干(自制孵化盤規(guī)格：40 cm×30 cm×5 cm，盤內(nèi)放置飼料，盤上用紗網(wǎng)覆蓋固定，卵塊放置在紗網(wǎng)上放入恒溫箱孵化)；幼蟲(chóng)培育塑料盒；以及刮刀、刷子、鏟子等工具若干。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)密度設(shè)置3個(gè)處理，A組使用孵化的4日齡幼蟲(chóng)3 500頭；B組使用孵化的4日齡幼蟲(chóng)8 750頭；C組使用孵化的4日齡幼蟲(chóng)17 500頭。每個(gè)處理3次重復(fù)。在溫度為27±3℃，濕度為82%±3%的均一條件下，每天喂養(yǎng)黑水虻新鮮牛糞1.0 kg(同一轉(zhuǎn)化室室溫基本一致，同一批新鮮牛糞水分含量基本一致)，各處理加樣頻率一致。處理方式如表1。

表1 試驗(yàn)處理設(shè)計(jì)Table 1 Bioassay design

1.3 試驗(yàn)管理與樣品測(cè)定

根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，收集同日產(chǎn)的亮斑扁角水虻卵一批用于試驗(yàn)，進(jìn)行單獨(dú)孵化。蟲(chóng)卵置于孵化盤的孵化網(wǎng)上，孵化盤內(nèi)有含水率70%的純飼料(豆粕、玉米粉、米糠混合飼料，使用比例為1 ∶2 ∶3)，放置于恒溫培養(yǎng)箱中，于30℃的條件下培養(yǎng)3～4 d。

將孵化出的4日齡幼蟲(chóng)按上述3個(gè)密度分A、B、C組。將分好的幼蟲(chóng)接入試驗(yàn)轉(zhuǎn)化小池，做好試驗(yàn)組編號(hào)，在同等溫濕度下，每天喂養(yǎng)亮斑扁角水虻新鮮牛糞1 kg，并測(cè)定新鮮牛糞含水率。使用牛糞喂養(yǎng)20 d(試驗(yàn)時(shí)間為夏季，幼蟲(chóng)期一般在20 d左右)，在第21天篩分蟲(chóng)糞，分離的幼蟲(chóng)用毛刷刷去蟲(chóng)體粘附的糞便，隨機(jī)選取100頭幼蟲(chóng)，稱量記錄百蟲(chóng)重；并對(duì)殘料重量稱重記錄，并取樣進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)項(xiàng)目為殘料水分。再隨機(jī)挑出的幼蟲(chóng)200頭，稱重后50頭用于測(cè)定水分含量，150頭立即燙死后60℃烘干(雙五金101A-3E干燥箱，上海實(shí)驗(yàn)儀器廠)，用于后續(xù)測(cè)定蟲(chóng)體粗蛋白、蟲(chóng)體粗脂肪。干燥樣品送云南省分析測(cè)試中心進(jìn)行測(cè)定，粗蛋白用凱氏定氮儀測(cè)定，粗脂肪利用索氏抽提器提取測(cè)定，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定》(GB5009.5-2016)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

轉(zhuǎn)化率(%)=(投喂牛糞總干重(kg)-殘料總干重(kg))/投喂牛糞總干重(g)×100。

其中添加料干重減去剩余料干重則為消耗料干重，根據(jù)新鮮牛糞含水率和殘料含水率計(jì)算干重，計(jì)算可得轉(zhuǎn)化率。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)由EXCEL 2007和SPSS 21.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理。

2 結(jié)果和分析

2.1 不同飼養(yǎng)密度對(duì)亮斑扁角水虻生長(zhǎng)發(fā)育的影響

2.1.1不同飼養(yǎng)密度對(duì)亮斑扁角水虻百蟲(chóng)重的影響

在20日齡時(shí)，百蟲(chóng)重指標(biāo)A組(12.77 g)最高，B組(10.47 g)次之，C組(7.83 g)最低，3個(gè)處理之間差異極顯著。由表3的相關(guān)性分析可知，百蟲(chóng)重和亮斑扁角水虻飼養(yǎng)密度極顯著負(fù)相關(guān)。表明，蟲(chóng)群密度越大，百蟲(chóng)重越小(表2)。

表2 不同飼喂密度下黑水虻百蟲(chóng)重顯著性分析Table 2 Analysis of 100-larvae weight of Hermetia illucens under different rearing densities

注：A、B、C表示飼養(yǎng)密度分別為3500頭/ kg、8750頭/ kg、17500頭/ kg(4齡幼蟲(chóng)數(shù)量/20.0 kg牛糞)。同一列字母相同為差異不顯著(P>0.05)，小寫字母不同為差異顯著(P<0.05)，大寫字母不同為差異極顯著(P<0.01)；下同不再注釋。Note:A,B,C mean the rearing densities were 3 500 larvae / kg,8 750 larvae / kg and 17 500 larvae / kg (4-day-old larvae/20.0 kg cow manure).The same letter means no significant difference;the different lowercase letters mean significant differences at 0.05 and the different uppercase letters mean significant differences at 0.01.The same meaning was indicated in the following tables.

2.1.2不同飼養(yǎng)密度對(duì)亮斑扁角水虻蟲(chóng)體營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)的影響

在20日齡時(shí)，粗蛋白指標(biāo)A組(54.87 g)最高，C組(51.4 g)次之，B組(47.3 g)最低，3個(gè)處理之間差異極顯著。粗脂肪指標(biāo)A組(22.87 g)最高，B組(18.20 g)次之，C組(10.37 g)最低，3個(gè)處理之間差異極顯著。但相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，粗蛋白和黑水虻飼養(yǎng)密度相關(guān)性不顯著；而粗脂肪和亮斑扁角水虻飼養(yǎng)密度極顯著負(fù)相關(guān)。表明，蟲(chóng)群密度越大，粗脂肪含量越低(表3)。

表3 不同飼喂密度下亮斑扁角水虻粗蛋白和粗脂肪分析Table 3 Analysis of crude protein and crude fat of Hermetia illucens under different rearing densities

2.2 不同飼養(yǎng)密度下亮斑扁角水虻對(duì)牛糞的轉(zhuǎn)化率分析

計(jì)算數(shù)據(jù)均折算成干物質(zhì)進(jìn)行計(jì)量，轉(zhuǎn)化率是根據(jù)消耗料的干物質(zhì)與投喂量的干物質(zhì)比值得出，這個(gè)計(jì)算方法忽略蟲(chóng)體排泄物對(duì)試驗(yàn)物料帶入的額外影響。從表4中可以看出，在20日齡時(shí)，轉(zhuǎn)化率最高為B組(48.66%)，C組(42.33%)次之，A組(35.11%)最低。結(jié)果表明，B組的密度是一個(gè)較適合本試驗(yàn)鮮牛糞用量的轉(zhuǎn)化密度。

表4 亮斑扁角水虻對(duì)牛糞的轉(zhuǎn)化率分析Table 4 The conversion rate of cow manure by Hermetia illucens

注：鮮牛糞水分均以檢測(cè)得到81.3%計(jì)算，投入總量為20.0 kg。Note:The water content of fresh manure was calculated by a ratio of 81.3% as pre-tested value and the total cow manure for feeding was 20.0 kg.

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

在每日投喂量為1 kg、投喂20 d的條件下，B組的轉(zhuǎn)化率最高，其次是C組，A組轉(zhuǎn)化率最低。C組轉(zhuǎn)化率小于B組，說(shuō)明并非密度越大轉(zhuǎn)化率越高，超過(guò)一定范圍將會(huì)影響亮斑扁角水虻幼蟲(chóng)的生活環(huán)境，從而降低轉(zhuǎn)化率；而C組轉(zhuǎn)化率大于A組，可以看出即使生活環(huán)境受到影響，高密度蟲(chóng)群仍能轉(zhuǎn)化較多牛糞。因此認(rèn)為：B組密度較符合亮斑扁角水虻轉(zhuǎn)化牛糞的密度條件，此時(shí)亮斑扁角水虻既能夠攝取足夠生長(zhǎng)的養(yǎng)分，又能夠較完全的轉(zhuǎn)化處理牛糞。

3.2 討論

本研究使用新鮮牛糞飼養(yǎng)亮斑扁角水虻幼蟲(chóng)進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)中蟲(chóng)體粗蛋白含量檢測(cè)得到47.3%～54.9%，與安新城和呂欣(2007)研究的黑水虻幼蟲(chóng)“黑水虻預(yù)蛹的干物質(zhì)當(dāng)中，粗蛋白含量約為42.1%”基本一致；粗脂肪含量為10.4%～22.9%，與Liu等(2018)研究結(jié)果類似。說(shuō)明在適宜的喂養(yǎng)密度下，亮斑扁角水虻也能夠較好的吸收利用牛糞的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，轉(zhuǎn)化為自身營(yíng)養(yǎng)。因此，新鮮牛糞飼喂的亮斑扁角水虻幼蟲(chóng)，也能夠很好地替代傳統(tǒng)的蛋白源和脂肪源添加劑，成為豆粕和魚(yú)粉等傳統(tǒng)蛋白質(zhì)飼料的替代品(Seccietal.,2018;Zhouetal.,2018)。

分析3組處理的蟲(chóng)體營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)可知，A組中亮斑扁角水虻幼蟲(chóng)的各項(xiàng)營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)(百蟲(chóng)重、粗蛋白、粗脂肪)高于B、C組，B組在百蟲(chóng)重、粗脂肪兩個(gè)指標(biāo)上高于C組。由此可以認(rèn)為，蟲(chóng)群密度較低的時(shí)候，幼蟲(chóng)能獲得的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)較高。這與前人研究結(jié)果類似(Dieneretal.,2009;Goldetal.,2018)，過(guò)高的密度并不適于亮斑扁角水虻對(duì)廢棄物的利用效率。當(dāng)然，亮斑扁角水虻的發(fā)育速率也會(huì)影響到其對(duì)有機(jī)物的轉(zhuǎn)化效率(徐齊云等，2014)，蟲(chóng)群密度的大小是否通過(guò)影響到亮斑扁角水虻的發(fā)育速率而導(dǎo)致其對(duì)牛糞轉(zhuǎn)化率的影響，尚待進(jìn)一步深入研究。

亮斑扁角水虻處理農(nóng)業(yè)廢棄物是目前普遍認(rèn)為較好的一種生物(胡俊茹等，2017)，特別是亮斑扁角水虻幼蟲(chóng)也可以作為優(yōu)質(zhì)的動(dòng)物飼料蛋白原料(宋宇琨等，2019)，利用亮斑扁角水虻轉(zhuǎn)化畜禽業(yè)養(yǎng)殖廢棄物不僅可以消除大量的污染物，也能夠降低產(chǎn)生高附加值的產(chǎn)品，間接降低畜禽業(yè)成本。盡管亮斑扁角水虻在很多情況下是用來(lái)處理餐廚垃圾和廢棄物，但餐廚垃圾中的調(diào)料、鹽等物質(zhì)對(duì)亮斑扁角水虻的生長(zhǎng)會(huì)產(chǎn)生不利影響(姬越等，2018)，而動(dòng)物糞便則不存在這些問(wèn)題。因此，相比處理餐廚垃圾廢物，對(duì)于動(dòng)物糞便的處理可能會(huì)更具前景。