基于黑水虻養(yǎng)殖的雞糞資源化技術(shù)初探

張曉林，賀永惠，段永改

(1.澠池縣邁安達(dá)農(nóng)業(yè)科技有限公司,河南 澠池 472400； 2.河南科技學(xué)院 動(dòng)物科技學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453000)

20世紀(jì)80年代以來(lái)，我國(guó)畜禽養(yǎng)殖業(yè)逐步從分散型轉(zhuǎn)向集約化、規(guī)模化，但隨著畜牧業(yè)的發(fā)展，畜禽養(yǎng)殖業(yè)對(duì)自然環(huán)境的污染也日益嚴(yán)重。據(jù)調(diào)查，養(yǎng)殖規(guī)模為40萬(wàn)只蛋雞的養(yǎng)雞場(chǎng)，每天產(chǎn)生的雞糞接近40 t[1]。然而大量的雞糞未能得到有效、及時(shí)的處理，對(duì)環(huán)境造成巨大壓力，進(jìn)而威脅著人居環(huán)境和人們身體健康[2]。雞糞中含有大量氮、磷、鉀和有機(jī)質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)成分，是一種潛在資源，但直接還田易導(dǎo)致作物病蟲(chóng)害增加，有時(shí)還會(huì)自然發(fā)酵造成燒苗現(xiàn)象；而堆肥法耗時(shí)較長(zhǎng)，且發(fā)酵過(guò)程中使大量有機(jī)質(zhì)和氮元素營(yíng)養(yǎng)成分損失[3]。因此，雞糞的處置問(wèn)題尚未得到有效解決。

黑水虻轉(zhuǎn)化技術(shù)是通過(guò)黑水虻取食雞糞將雞糞中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化成昆蟲(chóng)生物量，同時(shí)實(shí)現(xiàn)雞糞的無(wú)害化處理的一種新技術(shù)。該技術(shù)可形成兩種產(chǎn)品，即黑水虻成蟲(chóng)和有機(jī)肥。黑水虻蛋白質(zhì)含量可達(dá)42%以上，脂肪酸含量可達(dá)30%左右，是一種優(yōu)質(zhì)的動(dòng)物飼料[4]。在進(jìn)口魚(yú)粉日益短缺的情況下，黑水虻幼蟲(chóng)無(wú)疑是一種理想的替代品，而經(jīng)黑水虻轉(zhuǎn)化的雞糞，氮、磷、鉀、有機(jī)質(zhì)含量較高，有害病蟲(chóng)卵基本殺滅，是一種潛在的有機(jī)肥。

黑水虻處理廢棄物技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景[5]。目前，采用黑水虻處理生活垃圾技術(shù)的研究較多，且已基本成熟，有望實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。而采用黑水虻處理雞糞技術(shù)的研究較少，因此，限制了該技術(shù)的推廣與應(yīng)用。本文以雞糞為基質(zhì)來(lái)飼養(yǎng)黑水虻幼蟲(chóng)，并對(duì)黑水虻生長(zhǎng)特點(diǎn)、營(yíng)養(yǎng)狀況，以及處理前后雞糞的養(yǎng)分和有害物質(zhì)含量進(jìn)行分析，以期能夠?yàn)楹谒堤幚硇笄菁S便產(chǎn)業(yè)提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 昆蟲(chóng)材料與雞糞原料

黑水虻為鄭州笨農(nóng)農(nóng)業(yè)科技有限公司提供，屬于廣西品系；雞糞取自河南省新安縣某雞養(yǎng)殖場(chǎng)。

1.2 黑水虻養(yǎng)殖方法

稱(chēng)取3份0.2 g黑水虻卵置于恒溫培養(yǎng)箱，溫度30 ℃，相對(duì)濕度65%條件下孵化，孵化3 d，完全孵化后，分別將黑水虻幼蟲(chóng)投加到3個(gè)裝有0.5 kg雞糞的養(yǎng)殖盒中，雞糞含水率統(tǒng)一調(diào)整為70%，每隔1 d投加雞糞，第3天投加1 kg，第5天投加1 kg，第7天和第9天各投加2 kg，第11天、第13天和第15天各投加1 kg，每個(gè)養(yǎng)殖盒共投加9.5 kg雞糞，最后一次投加雞糞后，靜置24 h，然后將幼蟲(chóng)用8目篩篩出，與蟲(chóng)糞進(jìn)行分離，期間分別采集黑水虻和雞糞樣品進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)分析。

1.3 黑水虻質(zhì)量和品質(zhì)分析

每天分別從3個(gè)養(yǎng)殖盒隨機(jī)挑取100頭黑水虻幼蟲(chóng)，擦干表面水分后稱(chēng)重記錄，然后將幼蟲(chóng)放回原養(yǎng)殖盒中。稱(chēng)量養(yǎng)殖結(jié)束后收獲的黑水虻幼蟲(chóng)，記錄濕重。然后將收獲的黑水虻幼蟲(chóng)于80 ℃烘干24 h后稱(chēng)重。

蛋白質(zhì)、脂肪和灰分的測(cè)定方法為：取烘干之后的黑水虻幼蟲(chóng)50 g粉碎，混合均勻后按照國(guó)標(biāo)方法測(cè)定粗蛋白含量(GB/T 6432—1994)、粗脂肪含量(GB/T 6433—2006)和灰分含量(GB/T 6438—2007)。

1.4 雞糞轉(zhuǎn)化前后重量變化分析

記錄每次添加的雞糞含量，每個(gè)養(yǎng)殖盒中所加雞糞干物質(zhì)的質(zhì)量=總添加雞糞量×30%。與黑水虻幼蟲(chóng)分離之后的糞渣即為蟲(chóng)沙，將分離后的蟲(chóng)沙于105 ℃烘干至恒重，烘干后的質(zhì)量即為雞糞轉(zhuǎn)化后的剩余干物質(zhì)的量。雞糞轉(zhuǎn)化率=黑水虻干物質(zhì)質(zhì)量/(雞糞添加干物質(zhì)質(zhì)量-剩余蟲(chóng)沙干物質(zhì)質(zhì)量)。雞糞的減量率=(雞糞添加干物質(zhì)質(zhì)量-剩余蟲(chóng)沙干物質(zhì)質(zhì)量)/雞糞添加干物質(zhì)質(zhì)量。

1.5 雞糞轉(zhuǎn)化前后養(yǎng)分指標(biāo)分析

雞糞有機(jī)質(zhì)、總氮、總磷、總鉀、pH值參照NY 525—2012進(jìn)行測(cè)定。

1.6 雞糞轉(zhuǎn)化前后有害指標(biāo)分析

重金屬測(cè)定方法：總鎘(Cd)、總鉻(Cr)、總鉛(Pb)、總汞(Hg)含量參照GB/T 23349—2009進(jìn)行測(cè)定，總砷(As)含量參照NY/T 1978—2010進(jìn)行測(cè)定。

糞大腸菌群數(shù)參照GB/T 19524.1進(jìn)行測(cè)定，蛔蟲(chóng)卵參照GB/T 19524.2進(jìn)行測(cè)定。

1.7 數(shù)據(jù)處理

采用DPS數(shù)據(jù)分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，Excel 2010軟件制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 黑水虻的發(fā)育速率與品質(zhì)

從圖1可知，黑水虻初齡幼蟲(chóng)百頭蟲(chóng)重為0.012 g，增長(zhǎng)速度很快，2日齡百頭蟲(chóng)重增加了2.5倍，3日齡黑水虻百頭蟲(chóng)重增加了4.5倍，5日齡百頭幼蟲(chóng)百頭蟲(chóng)重為1.278 g，是初齡幼蟲(chóng)的106.5倍。從5日齡到9日齡折線(xiàn)斜率最大，也就說(shuō)明這期間，幼蟲(chóng)的體重積累增加最多，表現(xiàn)為指數(shù)增長(zhǎng)規(guī)律。9日齡到16日齡幼蟲(chóng)體重持續(xù)增加，在16日齡達(dá)到最大值，百頭蟲(chóng)重19.233 g，此階段黑水虻幼蟲(chóng)百頭蟲(chóng)重表現(xiàn)為線(xiàn)性增長(zhǎng)的規(guī)律。

圖1 黑水虻孵化后1～16 d的百頭蟲(chóng)重

經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)(圖2)，黑水虻粗蛋白占干基質(zhì)的42.46%，表明可能是黑水虻對(duì)鮮雞糞中的粗蛋白利用率較高，將雞糞中蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化為自身蛋白質(zhì)。黑水虻中粗脂肪占干基質(zhì)的27.82%，而雞糞中碳水化合物含量較低，表明黑水虻中脂肪主要為自身代謝合成，直接從鮮雞糞中獲得的量較少。

圖2 黑水虻幼蟲(chóng)的營(yíng)養(yǎng)成分分析

2.2 黑水虻養(yǎng)殖對(duì)雞糞質(zhì)量的影響

本實(shí)驗(yàn)共計(jì)投入了雞糞干重2 850 g，經(jīng)轉(zhuǎn)化后干物質(zhì)質(zhì)量為1 681.7 g，減量率為41%，產(chǎn)出黑水虻幼蟲(chóng)的濕重為517.8 g，烘干后為153.7 g，對(duì)雞糞轉(zhuǎn)化率為15.87%。即100 g干雞糞，經(jīng)過(guò)黑水虻轉(zhuǎn)化后減少41 g，大約可以轉(zhuǎn)化出15.87 g的黑水虻幼蟲(chóng)生物量。

2.3 黑水虻養(yǎng)殖對(duì)雞糞養(yǎng)分指標(biāo)的影響

取新鮮雞糞和處理后的雞糞殘?jiān)?蟲(chóng)沙)分別測(cè)定其營(yíng)養(yǎng)成分。結(jié)果發(fā)現(xiàn)(圖3)，新鮮雞糞有機(jī)質(zhì)含量為67.8%，蟲(chóng)沙有機(jī)質(zhì)含量為59.9%，雞糞經(jīng)過(guò)黑水虻消化后有機(jī)質(zhì)含量有所降低。鮮雞糞總氮含量為3.68%，蟲(chóng)沙總氮含量為2.52%，兩者差異顯著，表明鮮雞糞經(jīng)黑水虻處理后粗蛋白分解量較高，一部分被黑水虻吸收同化，一部分被分解成氨氣揮發(fā)損失。鮮雞糞和蟲(chóng)沙的總磷和總鉀含量無(wú)顯著性差異，表明可能是被黑水虻吸收轉(zhuǎn)化的雞糞中磷元素和鉀元素也基本被同時(shí)吸收。鮮雞糞pH為8.63，蟲(chóng)沙pH為8.41，兩者無(wú)顯著性差異，表明雞糞被黑水虻消化之后基本不影響其pH值。

柱間無(wú)相同字母表示差異顯著(P<0.05)。圖4同。圖3 雞糞和蟲(chóng)沙養(yǎng)分指標(biāo)

2.4 黑水虻養(yǎng)殖對(duì)雞糞有害指標(biāo)的影響

如圖4所示，鮮雞糞中鉻含量為42.73 mg·kg-1，鉛含量為3.64 mg·kg-1，蟲(chóng)沙鉻含量為39 mg·kg-1，鉛含量為4 mg·kg-1，在雞糞和蟲(chóng)沙中這兩種重金屬含量無(wú)顯著性差異。雞糞中金屬砷含量為1.2 mg·kg-1，而蟲(chóng)沙中金屬砷的含量為2 mg·kg-1，雞糞被黑水虻轉(zhuǎn)化后金屬砷含量顯著性升高，這表明雞糞在被黑水虻轉(zhuǎn)化過(guò)程中金屬砷沒(méi)有被黑水虻吸收，又被完全排出體外。檢測(cè)鮮雞糞和蟲(chóng)沙，發(fā)現(xiàn)均不含有鎘和汞，也沒(méi)有蛔蟲(chóng)卵。

圖4 雞糞和蟲(chóng)沙有害成分指標(biāo)

3 小結(jié)與討論

以雞糞為飼料，黑水虻幼蟲(chóng)在16 d內(nèi)體重急劇增加，增長(zhǎng)1 602.75倍，1～8 d基本符合指數(shù)生長(zhǎng)規(guī)律，9～16 d基本呈線(xiàn)性增長(zhǎng)趨勢(shì)，表明黑水虻幼蟲(chóng)生長(zhǎng)速率很快。May等[6]研究發(fā)現(xiàn)，黑水虻孵化后在27.8 ℃下，21 d完成幼蟲(chóng)齡期。徐齊云等[7]用花生麩在溫度30 ℃條件下飼養(yǎng)黑水虻，20 d完成幼蟲(chóng)齡期。

喻國(guó)輝等[8]用豬糞牛糞雞糞飼養(yǎng)黑水虻，黑水虻幼蟲(chóng)蛋白質(zhì)均高于42%，粗脂肪含量大于31.4%。何釗等[9]用豆腐渣飼養(yǎng)黑水虻，黑水虻幼蟲(chóng)蛋白含量可達(dá)52.3%。陳曉瑛等[10]用黑水虻幼蟲(chóng)粉替代30%魚(yú)粉用量飼養(yǎng)黃顙魚(yú)不影響黃顙魚(yú)幼魚(yú)生長(zhǎng)性能。張放等[11]研究表明，干燥黑水虻蟲(chóng)粉可與豆粕和魚(yú)粉蛋白原料混合飼育肥豬。本研究中鮮雞糞飼養(yǎng)的黑水虻幼蟲(chóng)蛋白質(zhì)含量為42.46%，脂肪含量為27.82%，有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。

楊樹(shù)義等[12]用發(fā)酵豬糞飼養(yǎng)黑水虻，轉(zhuǎn)化后的蟲(chóng)沙營(yíng)養(yǎng)成分均符合有機(jī)肥標(biāo)準(zhǔn)。李衛(wèi)娟等[13]研究表明，黑水虻蟲(chóng)沙對(duì)白菜生長(zhǎng)性能具有良好的影響，可以作為優(yōu)良的有機(jī)肥。本研究結(jié)果表明，蟲(chóng)沙的有機(jī)質(zhì)含量為59.9%，總養(yǎng)分氮磷鉀含量為10.58%，pH為8.41，重金屬含量很低，符合有機(jī)肥標(biāo)準(zhǔn)。

畜禽養(yǎng)殖糞污如果處理不當(dāng)，會(huì)帶來(lái)面源污染等嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題。為此我國(guó)對(duì)畜禽糞污的綜合利用問(wèn)題十分重視。2017年國(guó)務(wù)院辦公廳發(fā)布《關(guān)于加快推進(jìn)畜禽養(yǎng)殖廢棄物資源化利用的意見(jiàn)》，其中明確指出推動(dòng)建立畜禽糞污等農(nóng)業(yè)有機(jī)廢棄物收集、轉(zhuǎn)化、利用網(wǎng)絡(luò)體系，鼓勵(lì)在養(yǎng)殖密集區(qū)域建立糞污集中處理中心，探索規(guī)模化、專(zhuān)業(yè)化、社會(huì)化運(yùn)營(yíng)機(jī)制。到2020年，全國(guó)畜禽糞污綜合利用率達(dá)到75%以上，規(guī)模養(yǎng)殖場(chǎng)糞污處理設(shè)施裝備配套率達(dá)到95%以上。本研究發(fā)現(xiàn)，16 d內(nèi)黑水虻幼蟲(chóng)對(duì)雞糞的減量率為41%，轉(zhuǎn)化率為15.87%，表明利用黑水虻幼蟲(chóng)處理雞糞的方法具有一定的可行性。

利用黑水虻集中處理畜禽糞便，可減少畜禽糞便堆積所產(chǎn)生的環(huán)境問(wèn)題，同時(shí)自身又可轉(zhuǎn)化為具有高附加值的蛋白飼料。但目前仍存在一些技術(shù)難題，如冬季養(yǎng)殖問(wèn)題、夏季養(yǎng)殖的控溫問(wèn)題、黑水虻和糞便的分離問(wèn)題等。要實(shí)現(xiàn)黑水虻的規(guī)模化養(yǎng)殖問(wèn)題，建立黑水虻糞便處理體系，開(kāi)發(fā)黑水虻相關(guān)產(chǎn)品，仍有待進(jìn)一步深入研究。