黄粉虫资源化处理畜禽粪便的可行性研究

尹素真，王晨

（1.山东正道资源环境开发有限公司山东省煤田地质规划勘察研究院，山东济南250101；2.中再资源环境股份有限公司，北京100052）

随着养殖业的快速发展，集约化养殖程度的不断提高和生产规模的不断扩大，我国每年都会产生大量的畜禽粪便[1]。畜禽粪便的不合理排放，不仅制约了畜牧养殖业的发展，还会对周边环境造成污染，给环境污染治理带来了巨大的挑战[2]。因此，寻找一种畜禽粪便的无害化处置和资源化利用技术是促进畜牧养殖业可持续发展的关键。畜禽粪便中不仅含有大量有机物、氮磷等养分[3]，还残留有部分未完全消化的饲料，具有很高的营养价值。近年来很多学者对畜禽粪便的饲料化再利用进行了一系列的研究：在肉猪的常规饲料中分别添加40%的猪粪、牛粪和鸡粪并采用沸石生物处理剂处理后，混合饲料中粗蛋白的含量分别提高了1.6%，8.7%，17.9%[4]；晾干粉碎后的兔粪经发酵后可作为猪饲料添加剂[5]；牛粪可以代替一部分番鸭的常规饲料，并且饲养效果与常规饲料相同[6]；高温干燥后的鸡粪可作为再生饲料取代孕期母牛及育肥牛配合料中的精料部分[7]。由于生猪日粮中精饲料的比例比较大，因此经转化利用后的猪粪营养价值也较高，研究显示，猪粪中粗蛋白占其干物质的11.3%～31.4%，粗纤维占6.7%～22.9%，粗脂肪占1.8%～9.4%，粗灰分占9.7%～28.1%[8]。

黄粉虫属于节肢动物门，昆虫纲，鞘翅目，拟步甲科，粉甲属，是一种大型的仓储害虫。其体内蛋白质、糖类、脂肪的含量十分丰富，因此又被称为面包虫[9]，20世纪50年代由前苏联传入我国，又因为其繁殖力强、生命周期短、养殖技术简单、食性杂等优点，黄粉虫的规模化养殖业近年来蓬勃发展，黄粉虫也成为继家蚕和蜜蜂之后的第三大经济资源昆虫。国内外对黄粉虫幼虫的生物学特性等方面已经进行了完善的研究[10]，孙国锋等[14]通过研究指出鹌鹑粪经EM厌氧发酵后可用于饲养黄粉虫；熊小莉等[11]研究发现，利用鸡粪饲养黄粉虫的饲料中，鸡粪的添加量宜低于55%，并且鸡粪中的重金属未在虫体内富集，均为利用黄粉虫资源化处理利用畜禽粪便奠定了基础。

通过研究在黄粉虫幼虫的常规饲料中添加猪粪对其生长发育和抗氧化酶系统的影响，探讨了利用畜禽粪便养殖黄粉虫的可行性，以期为畜禽粪便的资源化综合利用提供新的途径和依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验所用黄粉虫取自山东农业大学植保学院，实验室条件下连续饲养多代，选择体长约10 mm、大小均匀的幼虫作为试验材料；猪粪取自泰安市某规模化生猪养殖场，取新鲜猪粪自然晾干后粉碎，并过14目筛，剔除石子等杂质；EM原露由江西省天意生物技术开发有限公司生产；红糖和常规饲料麦麸均购于农贸市场，试验所用其他试剂均为分析纯。

1.2 试验方法

1.2.1 混合饲料制备

取2 mL EM原液，加入2 g红糖，用自来水（阳光下暴晒3 h）稀释至1.5 L，并于恒温（25℃）培养箱内培养一段时间。设置不同配比饲料中猪粪的含量分别为0（CK），10%，30%，50%，70%，90%，100%7个处理，每个处理3个重复，将猪粪和麦麸按以上比例混合均匀后加入配置好的EM菌液，水分含量控制在45%，转入自封袋中，于恒温箱内25℃厌氧发酵72 h。

1.2.2 黄粉虫的饲喂

取选取的黄粉虫，对应所设置的7个饲料配比，常温室内饲养20 d。饲养器皿为直径6 cm、高5 cm的塑料养虫盒，试验初期每盒试虫80头，根据黄粉虫取食习性，各处理隔天投放适量对应配比的饲料，在试验过程中适量增加饲料投加量，以保证充足的饲料供应，并做好投料记录。

1.3 测定指标及方法

试验期间每隔5天取样测定黄粉虫可溶性蛋白含量和抗氧化酶系统活性：可溶性蛋白参照Bradford的方法[12]；超氧化物歧化酶（SOD）活性参照Beauchamp和Fridovich的方法[13]；过氧化氢酶（CAT）活性测定参照徐镜波的方法[14]；过氧化物酶（POD）活性测定参照愈创木酚法[15]。试验结束后分离虫体和虫粪，测定黄粉虫的单体生物量增长率、含水率及对不同配比饲料的转化率和利用率。

生物量增长率=（试验结束后单体平均鲜重-试验开始前单体平均鲜重）/试验开始前单体平均鲜重×100

含水率=（试验结束后单体平均鲜重-试验结束时单体平均干重）/试验结束后单体平均干重×100

其中：干重为在65℃烘箱中烘至恒重时的质量。

转化率=生物增长量/（取食量-虫粪量）×100

利用率=生物增长量/取食量×100

2 结果与分析

2.1 混合饲料对虫体生长发育的影响

添加猪粪的混合饲料对黄粉虫幼虫生长的影响情况见表1。由表1可以看出，虫体的生物量增长率、含水率及对饲料的利用率和转化率与空白组比，均差异显著（P＜0.05）。随着饲料中猪粪含量的增加，虫体的生物量增长率、对饲料的转化率和利用率均逐渐下降，含水率逐渐升高，并且虫体生物量增长率和对饲料的利用率在猪粪含量为90%和100%时差异均不显著（P＞0.05），虫体含水率和对饲料的转化率在猪粪含量为50%和70%，90%和100%时均差异不显著（P＞0.05）。可以看出虫体的干物质含量随着饲料中猪粪的增加而减少，可能与一方面添加猪粪的饲料的适口性变差，另一方面其养分较少有关，从而最终导致添加猪粪的饲料不利于虫体的生长。

表1 混合饲料对黄粉虫幼虫生长的影响

2.2 混合饲料对虫体可溶性蛋白含量的影响

添加猪粪的混合饲料对黄粉虫幼虫可溶性蛋白含量的影响情况如图1所示。

图1 混合饲料对可溶性蛋白含量的影响

由图1可以看出，随饲喂时间的增长，除猪粪完全替代常规饲料组第20 d较第15 d虫体的可溶性蛋白含量略有升高外，其余各组分虫体可溶性蛋白含量随着饲喂时间的延长都呈逐渐降低的趋势，并且猪粪添加量为10%和30%的处理组与空白组比差异均不显著，猪粪添加量为50%，70%，90%和100%的处理组之间差异也不显著。随着饲料中猪粪含量的增加，各处理组的可溶性蛋白含量总体上呈逐渐降低的趋势。

2.3 混合饲料对虫体抗氧化酶系统的影响

添加猪粪的混合饲料对虫体抗氧化酶系统的影响情况如图2、图3和图4所示。

2.3.1 SOD

由图2可以看出，随着饲喂时间的增长，各处理组的SOD比活性总体上呈先升高后降低的趋势。在饲喂的第15 d，各处理组的SOD比活力均达到最高值，并且添加猪粪的各处理组均高于空白组；在饲喂的第20 d，SOD比活力降低，但添加猪粪的各处理组仍然高于空白组，说明往常规饲料中添加猪粪，可以提高黄粉虫幼虫体内的SOD活性。随着饲料中猪粪含量的增加，SOD比活性也呈先升高后降低的变化趋势。当饲料中猪粪的添加量为10%时，幼虫体内SOD活性与空白组无显著性差异，说明往常规饲料中添加少量猪粪，基本不会对幼虫体内SOD产生影响。

图2 混合饲料对SOD活性的影响

2.3.2 POD

由图3可以看出，随着饲喂时间的增长，各处理组的POD比活力也呈先升高后降低的趋势，其中除猪粪添加量为100%组外，在整个试验时期，其他各组的POD比活力均低于空白组并差异显著（P＜0.05），说明往常规饲料中添加猪粪抑制了黄粉虫幼虫体内POD的活性。随着饲料中猪粪含量的增加，不同时期的POD比活力均呈先降低后升高、降低后又升高的波动变化趋势。

图3 混合饲料对POD活性的影响

2.3.3 CAT

由图4可以看出，随着饲喂时间的延长，各处理组的CAT活性总体上也呈先升高后降低的变化趋势。在饲喂的第5 d，饲料中添加猪粪的处理组的CAT活性均低于空白组，可能与黄粉虫对饲料的突然变化不适应有关；在第10 d和15 d，除猪粪含量为10%，30%的处理组CAT活性略低于空白组外，其他处理组的CAT活性都高于空白组，说明饲料中添加大量猪粪对虫体内的CAT具有一定的激活作用；在第20 d时，除猪粪含量为10%，30%，50%组分的CAT活性略低于空白组外，其他组分都与空白组基本持平，可能与随着饲喂时间的延长，黄粉虫逐渐适应了不同配比的饲料有关。随着饲料中猪粪含量的增加，不同时期的CAT活性基本上呈先降低后升高、降低后又升高的波动变化趋势。

图4 混合饲料对CAT活性的影响

3 结论与讨论

（1）在取食添加猪粪的饲料后，虫体的生物量增长率、对饲料的利用率和转化率均低于空白组，含水率均高于空白组，且差异显著。随着饲喂时间的延长，虫体可溶性蛋白含量呈逐渐降低的趋势；随饲料中猪粪含量的增加，猪粪添加量为10%和30%的处理组与空白组比差异不显著，而猪粪添加量为50%，70%，90%，100%的处理组之间差异也不显著，但猪粪含量为50%，70%，90%和100%的处理组，与猪粪含量为10%和30%的处理组之间差异显著。说明往常规饲料中添加猪粪，对黄粉虫幼虫的正常生长影响显著。

（2）在长期进化过程中，昆虫体内也形成了一套抵御自由基损伤的抗氧化防御系统，包括SOD，POD和CAT等抗氧化系统酶，它们的主要作用是使昆虫体内自由基的产生和清除处于一种平衡状态，从而防止活性氧或其他过氧化物自由基对虫体造成损害[16，17]。在受到病原菌、杀虫剂、极端温度等逆境条件胁迫时，生物体内自由基含量会发生变化，进而诱导酶活水平发生改变，而自由基的超强氧化能力会导致一些生物功能分子的损伤，导致细胞功能受到威胁[18]。本试验的结果表明，在饲喂添加猪粪饲料的初期，黄粉虫幼虫体内的SOD，POD和CAT活性有所升高，说明其体内的自由基含量增多，而在后期，3种酶的活性又有所降低，可能与虫体对食物改变的适应过程有关；随着饲料中猪粪含量的增加，SOD，POD和CAT活性呈波动变化，无显著规律性，但在猪粪添加量为10%时，3种酶的活性与空白组比差异不显著，即虫体内的自由基水平变化很小，说明往常规饲料中添加少量猪粪，不会对黄粉虫幼虫的抗氧化酶系统造成明显影响。

（3）研究结果表明，在黄粉虫的常规饲料中添加少量猪粪不会对虫体的正常生长发育和抗氧化酶系统造成明显影响，为利用黄粉虫资源化处理畜禽粪便提供了依据。但当今畜禽粪便的成分与以往比，已经发生了质的改变，除含有病原菌外，还可能含有大量的抗生素类及重金属类物质，这些物质必然会对黄粉虫的生长发育及虫体的品质产生影响，还有待进一步的研究。

[1] 高定，陈同斌，刘斌，等.我国畜禽养殖业粪便污染风险与控制策略[J].地理研究，2006，25(2)：311-319.

[2] 黄敬光，吕玉新，纪黔生，等.标准化规模养殖场发展现状，存在的问题及对策[J].畜禽业，2017(6):68-69.

[3] 陶秀萍，董红敏.畜禽废弃物无害化处理与资源化利用技术研究进展[J].中国农业科技导报，2017，19(1):37-42.

[4] 程文定，郜敏，吴天德，等.畜禽粪便等有机废弃物饲料资源化开发应用研究[J].中国畜牧兽医，2006，33(7)：24-26.

[5] 杭柏林，郑子勤，黄威.EM发酵畜禽粪便再生饲料技术[J].科学种养，2009(2)：41.

[6] 杨俊，邱美珍，段洪锋，等.牛粪生物饲料饲养番鸭试验及其最佳添加量的研究[J].饲料博览，2007(11)：10-12.

[7] 秦广军，张隐，霍宝怀.鸡粪再生饲料的制作与利用[J].现代畜牧兽医，2009(5)：30.

[8] 陈黎.猪粪资源化利用技术研究[D].杭州：浙江大学，2012.

[9] 刘玉升，王付彬，崔俊霞，等.黄粉虫资源研究利用现状与进展[J].环境昆虫学报，32(1)：106-114.

[10] 高红莉，张硌，李洪涛，等.黄粉虫幼虫对城市污泥重金属的积累作用[J].中国生态农业学报，2011，19(1)：150-154.

[11] 孙国峰，戎安江，向钊.发酵鹌鹑粪便饲养黄粉虫的研究[J].畜禽业，2010(2)：40-42.

[12] BRADFORD MM.A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principal of protein-dye binding[J].Analytical biochemistry，1976(72)：248-254.

[13] BEAUCHAMP C.Superoxide dismutase：Improved assays and applicable to acrylamide gels[J].Analytical biochemistry，1971，44(1)：276-287.

[14] 徐镜波，袁晓凡，郎佩珍.过氧化氢酶活性及活性抑制的紫外分光光度测定[J].环境化学，1997，16(1)：73-76.

[15]SIMON LM，FATRAI Z，JONAS DE，etal.Study of peroxide metabolism enzymes during the development of phaseolus vulgris[J].Biochemie and physiologie der fplanzen，1974，166：388-392.

[16]Rowe C L，Hopkins W A，Zehnder C，et al.Metabolic costs incurred by crayfish (Procambarus acutus)in a trace element-polluted habitat：Further evidence of similar responses among diverse taxonomic groups [J].Comparative Biochemistry and Physiology D-Genomics&Proteomics，2001，129(3)：275-283.

[17] Ribeiro S，Sousa J P，Nogueira A J，et al.Effect of endosulfan and parathion on energy reserves and physiological parameters of the terrestrial isopod Porcellio dilatatus[J].Ecotoxicology and Environmental Safety，2001，49(2)：131-138.

[18] Papadimitriou E，Loumbourdis N S.Exposure of the frog Rana ridibunda to copper impact on two biomarkers，lipid peroxidation，and glutathione[J].Bulletin of Environment Contamination and Toxicology，2002，69(6)：885-891.