高原地区采用黑水虻幼虫处理牦牛胃肠内容物研究

王苏芹，李永萍，王世荣，黄友钏，李标利，曲家鹏

（1.中国科学院西北高原生物研究所，青海 西宁 810008；2.中国科学院大学，北京 100049；3.青海昆杰环保科技有限公司，青海 西宁 810003；4.青海省动物生态基因组学重点试验室，青海 西宁 810008）

我国是农业养殖大国，畜禽驯化、养殖历史悠久，畜禽屠宰量、食用量高[1]。随着现代畜牧业和食品加工业快速发展，对畜禽屠宰过程中产生的废弃物或副产物（血液、骨头、内脏、皮毛等）已有较为完善的处置利用途径[2]，但屠宰后胃肠内容物处理方法匮乏，已成为制约我国畜禽养殖和加工产业可持续发展的重要问题[3]。青海被称为“世界牦牛之都”[4]，牦牛存栏量518 万头，约占世界牦牛存栏量的38%；青海也是我国藏羊主产区，饲养量占全国的40%以上[5]。青海省牛羊肉人均产量42.71 kg，为全国平均产量的5.37倍；牛羊肉人均消费量32.67 kg，为全国平均消费量的4.1倍，均居全国前5位[6]。巨大的牛羊需求量使青海省的牛羊屠宰行业迅速发展，随之产生了大量的屠宰后胃肠道废弃物。传统堆肥的方式处理畜禽胃肠内容物，存在污染风险[7-8]。家畜采食的饲草料经瘤胃微生物菌群发酵产生营养丰富的食糜，胃肠内容物中仍含有大量未消化吸收的营养物质，随意丢弃污染环境且浪费资源[9]，针对安全、高效、资源化利用畜禽屠宰后胃肠内容物的研究迫在眉睫。

黑水虻原产于美洲，是一种腐生性的水虻科昆虫[10-11]。因能够取食禽畜粪便和有机垃圾，常应用于处理鸡粪、猪粪及餐厨垃圾等废弃物[12-13]。黑水虻繁殖迅速，生物量大，食性广泛、吸收转化率高，易于管理、饲养成本低[14-15]，其幼虫已成为与蝇蛆、黄粉虫、大麦虫等齐名的资源昆虫，在全世界范围内得到推广[16]。然而，黑水虻能否应用于降解牛羊等家畜胃肠内容物仍鲜有研究。本文通过黑水虻饲喂不同有机垃圾的试验，分析黑水虻幼虫能否利用家畜屠宰后胃肠内容物，并通过与餐厨垃圾等的比较，为胃肠内容物无害化处理和资源化利用的后续研究提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

商业购买的黑水虻虫卵30 ℃孵化，转移到幼虫养殖箱饲养箱（65 cm×38 cm× 25 cm）中饲养6 d，每日添加1 kg粉碎后的餐厨垃圾，以经6 d培养的6日龄黑水虻幼虫作为试验动物。

试验使用的牦牛胃肠内容物、餐厨垃圾等有机废弃物均来自青海裕泰畜产品有限公司。

1.2 试验设计

将6 日龄黑水虻幼虫转移至30 个饲养箱中（100 cm×100 cm×15 cm），每箱投放黑水虻幼虫1 500 g，将30个培养箱分为6组，每组5个重复。试验期6 d。试验6 组分别使用餐厨、牛内、餐厨+秸秆（比例为9∶1）、牛内+秸秆（比例为9∶1）、牛内+餐厨（比例为1∶1）、牛内+餐厨+秸秆（比例为4.5∶4.5∶1）作为黑水虻幼虫的饲料。每天投放黑水虻饲料10 kg，温度26～28 ℃、湿度60%～65%的条件下连续饲喂6 d。试验地点位于西宁市青海昆杰环保科技有限公司的有机垃圾处理车间。

1.3 测定指标及方法

1.3.1 幼虫重量、物料比及饲料消耗率

试验过程中注意观察黑水虻幼虫的生长情况，及时补给饲料，记录每日幼虫的生长情况。幼虫13日龄时停止添加饲料，使用分筛机将黑水虻幼虫与残渣分离，使用电子天平分别称量每个饲养箱内的黑水虻幼虫、残渣的重量。残渣包括黑水虻幼虫处理后剩余的饲料和产生的粪便。称重后的黑水虻幼虫常温放置24 h再次称量体重，取2次平均值作为黑水虻幼虫的重量。将黑水虻、残渣分别105 ℃烘干恒重，计算虫体、残渣的含水量。投产比和饲料消耗率的计算公式如下。

1.3.2 残渣成分

灰分采用550 ℃灼烧法（GB/T 6438—2007）测定；粗脂肪采用索氏抽提法（GB/T 6433—2006）测定；蛋白质采用凯氏定氮法（GB/T 6432—2018）测定；粗纤维采用过滤法（GB/T 6434—2006）测定；碳水化合物包括膳食纤维、糖和淀粉等，膳食纤维采用酶-化学法分析测定；参照蒽酮检测法[17]在620 nm波长处对可溶性糖、淀粉进行吸光度检测及含量计算；参照3，5-二硝基水杨酸检测法[18]在540 nm处对还原糖进行吸光度检测及含量计算。

1.4 数据统计与分析

采用Excel 2010 软件对试验数据进行整理，采用SPSS 20.0软件进行单因素方差分析（One-Way ANOVA），采用Duncan's法进行多重比较，结果以“平均值±标准差”表示。P＜0.05表示差异显著，P＜0.01表示差异极显著。

2 结果与分析

2.1 不同饲料对黑水虻幼虫产量及残渣重量的影响（见表1）

由表1可知，6个试验组中，餐厨、餐厨+秸秆组的13日龄黑水虻幼虫产量显著高于其他饲料组（P＜0.05），分别为16.05、16.24 kg；采用单一的牛内饲料的黑水虻幼虫产量最低，为12.43 kg。餐厨、餐厨+秸秆组的残渣重量及其含水量均显著低于其他组（P＜0.05）；单一牛内组的残渣重量及其含水量最高，分别为24.46 kg、64.51%。餐厨、餐厨+秸秆、牛内+餐厨+秸秆组的投产比为3.74～4.06，显著低于牛内、牛内+秸秆、牛内+餐厨组（P＜0.05）；与添加秸秆组相比，未添加秸秆组的投产比均有所降低，但未达到显著性水平（P＞0.05）。餐厨、餐厨+秸秆、牛内+餐厨、牛内+餐厨+秸秆组的饲料消耗率为0.72～0.84，显著高于牛内、牛内+秸秆组（P＜0.05）。

表1 不同饲料对黑水虻幼虫产量和残渣重量的影响Tab.1 Effect of different diets on the yield and weight of residues of Hermetia illucens

2.2 不同饲料对黑水虻处理后残渣营养成分的影响（见表2）

由表2 可知，餐厨组产生残渣的灰分和脂肪含量显著低于其他饲料组（P＜0.05）；餐厨、餐厨+秸秆组的蛋白质含量显著低于其他饲料组（P＜0.05）；各组间粗纤维和碳水化合物的含量无显著差异（P＞0.05）。

表2 不同饲料对黑水虻处理后残渣营养成分的影响Tab.2 Effect of different diets on the nutritional ingredient of the residues of Hermetia illucens after treatment 单位：%

3 讨论

研究通过比较6 组不同饲料对黑水虻幼虫产量、饲料消耗率的影响，结果显示，不同饲料对黑水虻幼虫产量具有显著影响，黑水虻处理后产生的残渣重量及其灰分、脂肪、蛋白质含量也存在显著差异，表明食用不同饲料可影响黑水虻幼虫生长，添加秸秆也可影响幼虫产量。本试验中，食用单一的餐厨饲料的黑水虻幼虫增重较好，添加适量秸秆后，增加了饲料的透气性，幼虫的产量显著提高；单独使用牦牛胃肠内容物作为饲料时，幼虫产量显著低于餐厨组，但添加秸秆或者与餐厨垃圾混合后，黑水虻幼虫产量显著增加。单一牛内组的残渣重量及其含水量最高，表明黑水虻幼虫处理牛胃肠内容物后剩余的残渣较多。

对比不同饲料组的投产比和饲料消耗率，可发现黑水虻幼虫处理单一牛内的投产比和饲料消耗率最低，原因可能是畜禽粪便、胃肠内容物中含较多黑水虻幼虫不能降解的木质素[19]，导致黑水虻幼虫发育缓慢。同时，人为添加秸秆可有效增加饲料的通气性、降低饲料含水量，提高黑水虻的活动性，显著提高垃圾处理效率。因此，为提高黑水虻幼虫处理牦牛胃肠内容物的效率，减少牦牛胃肠内容物堆放，建议将牦牛胃肠内容物与餐厨垃圾混合，添加适量的作物秸秆作为黑水虻幼虫的饲料。

黑水虻幼虫在取食有机垃圾后，部分物质通过消化吸收供自身生长，未被消化的部分排出体外，与残留垃圾混合形成残渣。残渣干燥、无异味，适合利用作肥料还田[20]。黑水虻处理有机垃圾后的残渣富含微量元素，有机质、总养分均符合国家关于有机肥的标准，可应用于商品肥料[21]。例如，将黑水虻残渣添加到番茄培养基中，能够显著提高番茄株高和番茄叶绿素的含量，增加番茄产量和VC含量[22]。黑水虻幼虫处理不同饲料产生的残渣的营养成分亦有显著差异，使用餐厨垃圾饲喂黑水虻产生的残渣中灰分、脂肪和蛋白质含量显著高于牦牛胃肠内容物及其与秸秆、餐厨垃圾混合后的饲料，原因可能是餐厨垃圾中含有大量油脂、蛋白质等。土壤、培育基质中的粗蛋白和粗脂肪是作物生长所需氮和碳的重要来源，使用黑水虻残渣作为肥料能够有效促进植物的生长[23-24]。将黑水虻幼虫处理不同饲料后的残渣加工成不同营养成分的有机肥，适用于不同类型的土壤，能够改善土壤性质并且促进作物生长[25]。

4 结论

本试验发现，黑水虻幼虫可应用于降解牛胃肠内容物，尽管黑水虻幼虫对单一牦牛胃肠内容物的处理效率低于对餐厨垃圾的处理效率，但添加秸秆、餐厨垃圾后，投产比和饲料消耗率显著提升。同时，使用不同有机垃圾饲喂黑水虻幼虫，残渣中脂肪和蛋白质含量存在显著差异，可加工为适用于不同类型土壤的有机肥，促进作物生长。