基于黑水虻养殖的鸡粪资源化技术初探

张晓林，贺永惠，段永改

(1.渑池县迈安达农业科技有限公司,河南 渑池 472400； 2.河南科技学院 动物科技学院，河南 新乡 453000)

20世纪80年代以来，我国畜禽养殖业逐步从分散型转向集约化、规模化，但随着畜牧业的发展，畜禽养殖业对自然环境的污染也日益严重。据调查，养殖规模为40万只蛋鸡的养鸡场，每天产生的鸡粪接近40 t[1]。然而大量的鸡粪未能得到有效、及时的处理，对环境造成巨大压力，进而威胁着人居环境和人们身体健康[2]。鸡粪中含有大量氮、磷、钾和有机质等营养成分，是一种潜在资源，但直接还田易导致作物病虫害增加，有时还会自然发酵造成烧苗现象；而堆肥法耗时较长，且发酵过程中使大量有机质和氮元素营养成分损失[3]。因此，鸡粪的处置问题尚未得到有效解决。

黑水虻转化技术是通过黑水虻取食鸡粪将鸡粪中的营养物质转化成昆虫生物量，同时实现鸡粪的无害化处理的一种新技术。该技术可形成两种产品，即黑水虻成虫和有机肥。黑水虻蛋白质含量可达42%以上，脂肪酸含量可达30%左右，是一种优质的动物饲料[4]。在进口鱼粉日益短缺的情况下，黑水虻幼虫无疑是一种理想的替代品，而经黑水虻转化的鸡粪，氮、磷、钾、有机质含量较高，有害病虫卵基本杀灭，是一种潜在的有机肥。

黑水虻处理废弃物技术具有广阔的应用前景[5]。目前，采用黑水虻处理生活垃圾技术的研究较多，且已基本成熟，有望实现产业化。而采用黑水虻处理鸡粪技术的研究较少，因此，限制了该技术的推广与应用。本文以鸡粪为基质来饲养黑水虻幼虫，并对黑水虻生长特点、营养状况，以及处理前后鸡粪的养分和有害物质含量进行分析，以期能够为黑水虻处理畜禽粪便产业提供理论支撑。

1 材料与方法

1.1 昆虫材料与鸡粪原料

黑水虻为郑州笨农农业科技有限公司提供，属于广西品系；鸡粪取自河南省新安县某鸡养殖场。

1.2 黑水虻养殖方法

称取3份0.2 g黑水虻卵置于恒温培养箱，温度30 ℃，相对湿度65%条件下孵化，孵化3 d，完全孵化后，分别将黑水虻幼虫投加到3个装有0.5 kg鸡粪的养殖盒中，鸡粪含水率统一调整为70%，每隔1 d投加鸡粪，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，每个养殖盒共投加9.5 kg鸡粪，最后一次投加鸡粪后，静置24 h，然后将幼虫用8目筛筛出，与虫粪进行分离，期间分别采集黑水虻和鸡粪样品进行相关指标分析。

1.3 黑水虻质量和品质分析

每天分别从3个养殖盒随机挑取100头黑水虻幼虫，擦干表面水分后称重记录，然后将幼虫放回原养殖盒中。称量养殖结束后收获的黑水虻幼虫，记录湿重。然后将收获的黑水虻幼虫于80 ℃烘干24 h后称重。

蛋白质、脂肪和灰分的测定方法为：取烘干之后的黑水虻幼虫50 g粉碎，混合均匀后按照国标方法测定粗蛋白含量(GB/T 6432—1994)、粗脂肪含量(GB/T 6433—2006)和灰分含量(GB/T 6438—2007)。

1.4 鸡粪转化前后重量变化分析

记录每次添加的鸡粪含量，每个养殖盒中所加鸡粪干物质的质量=总添加鸡粪量×30%。与黑水虻幼虫分离之后的粪渣即为虫沙，将分离后的虫沙于105 ℃烘干至恒重，烘干后的质量即为鸡粪转化后的剩余干物质的量。鸡粪转化率=黑水虻干物质质量/(鸡粪添加干物质质量-剩余虫沙干物质质量)。鸡粪的减量率=(鸡粪添加干物质质量-剩余虫沙干物质质量)/鸡粪添加干物质质量。

1.5 鸡粪转化前后养分指标分析

鸡粪有机质、总氮、总磷、总钾、pH值参照NY 525—2012进行测定。

1.6 鸡粪转化前后有害指标分析

重金属测定方法：总镉(Cd)、总铬(Cr)、总铅(Pb)、总汞(Hg)含量参照GB/T 23349—2009进行测定，总砷(As)含量参照NY/T 1978—2010进行测定。

粪大肠菌群数参照GB/T 19524.1进行测定，蛔虫卵参照GB/T 19524.2进行测定。

1.7 数据处理

采用DPS数据分析软件进行数据统计分析，Excel 2010软件制图。

2 结果与分析

2.1 黑水虻的发育速率与品质

从图1可知，黑水虻初龄幼虫百头虫重为0.012 g，增长速度很快，2日龄百头虫重增加了2.5倍，3日龄黑水虻百头虫重增加了4.5倍，5日龄百头幼虫百头虫重为1.278 g，是初龄幼虫的106.5倍。从5日龄到9日龄折线斜率最大，也就说明这期间，幼虫的体重积累增加最多，表现为指数增长规律。9日龄到16日龄幼虫体重持续增加，在16日龄达到最大值，百头虫重19.233 g，此阶段黑水虻幼虫百头虫重表现为线性增长的规律。

图1 黑水虻孵化后1～16 d的百头虫重

经分析发现(图2)，黑水虻粗蛋白占干基质的42.46%，表明可能是黑水虻对鲜鸡粪中的粗蛋白利用率较高，将鸡粪中蛋白质转化为自身蛋白质。黑水虻中粗脂肪占干基质的27.82%，而鸡粪中碳水化合物含量较低，表明黑水虻中脂肪主要为自身代谢合成，直接从鲜鸡粪中获得的量较少。

图2 黑水虻幼虫的营养成分分析

2.2 黑水虻养殖对鸡粪质量的影响

本实验共计投入了鸡粪干重2 850 g，经转化后干物质质量为1 681.7 g，减量率为41%，产出黑水虻幼虫的湿重为517.8 g，烘干后为153.7 g，对鸡粪转化率为15.87%。即100 g干鸡粪，经过黑水虻转化后减少41 g，大约可以转化出15.87 g的黑水虻幼虫生物量。

2.3 黑水虻养殖对鸡粪养分指标的影响

取新鲜鸡粪和处理后的鸡粪残渣(虫沙)分别测定其营养成分。结果发现(图3)，新鲜鸡粪有机质含量为67.8%，虫沙有机质含量为59.9%，鸡粪经过黑水虻消化后有机质含量有所降低。鲜鸡粪总氮含量为3.68%，虫沙总氮含量为2.52%，两者差异显著，表明鲜鸡粪经黑水虻处理后粗蛋白分解量较高，一部分被黑水虻吸收同化，一部分被分解成氨气挥发损失。鲜鸡粪和虫沙的总磷和总钾含量无显著性差异，表明可能是被黑水虻吸收转化的鸡粪中磷元素和钾元素也基本被同时吸收。鲜鸡粪pH为8.63，虫沙pH为8.41，两者无显著性差异，表明鸡粪被黑水虻消化之后基本不影响其pH值。

柱间无相同字母表示差异显著(P<0.05)。图4同。图3 鸡粪和虫沙养分指标

2.4 黑水虻养殖对鸡粪有害指标的影响

如图4所示，鲜鸡粪中铬含量为42.73 mg·kg-1，铅含量为3.64 mg·kg-1，虫沙铬含量为39 mg·kg-1，铅含量为4 mg·kg-1，在鸡粪和虫沙中这两种重金属含量无显著性差异。鸡粪中金属砷含量为1.2 mg·kg-1，而虫沙中金属砷的含量为2 mg·kg-1，鸡粪被黑水虻转化后金属砷含量显著性升高，这表明鸡粪在被黑水虻转化过程中金属砷没有被黑水虻吸收，又被完全排出体外。检测鲜鸡粪和虫沙，发现均不含有镉和汞，也没有蛔虫卵。

图4 鸡粪和虫沙有害成分指标

3 小结与讨论

以鸡粪为饲料，黑水虻幼虫在16 d内体重急剧增加，增长1 602.75倍，1～8 d基本符合指数生长规律，9～16 d基本呈线性增长趋势，表明黑水虻幼虫生长速率很快。May等[6]研究发现，黑水虻孵化后在27.8 ℃下，21 d完成幼虫龄期。徐齐云等[7]用花生麸在温度30 ℃条件下饲养黑水虻，20 d完成幼虫龄期。

喻国辉等[8]用猪粪牛粪鸡粪饲养黑水虻，黑水虻幼虫蛋白质均高于42%，粗脂肪含量大于31.4%。何钊等[9]用豆腐渣饲养黑水虻，黑水虻幼虫蛋白含量可达52.3%。陈晓瑛等[10]用黑水虻幼虫粉替代30%鱼粉用量饲养黄颡鱼不影响黄颡鱼幼鱼生长性能。张放等[11]研究表明，干燥黑水虻虫粉可与豆粕和鱼粉蛋白原料混合饲育肥猪。本研究中鲜鸡粪饲养的黑水虻幼虫蛋白质含量为42.46%，脂肪含量为27.82%，有较高的营养价值。

杨树义等[12]用发酵猪粪饲养黑水虻，转化后的虫沙营养成分均符合有机肥标准。李卫娟等[13]研究表明，黑水虻虫沙对白菜生长性能具有良好的影响，可以作为优良的有机肥。本研究结果表明，虫沙的有机质含量为59.9%，总养分氮磷钾含量为10.58%，pH为8.41，重金属含量很低，符合有机肥标准。

畜禽养殖粪污如果处理不当，会带来面源污染等严重的环境问题。为此我国对畜禽粪污的综合利用问题十分重视。2017年国务院办公厅发布《关于加快推进畜禽养殖废弃物资源化利用的意见》，其中明确指出推动建立畜禽粪污等农业有机废弃物收集、转化、利用网络体系，鼓励在养殖密集区域建立粪污集中处理中心，探索规模化、专业化、社会化运营机制。到2020年，全国畜禽粪污综合利用率达到75%以上，规模养殖场粪污处理设施装备配套率达到95%以上。本研究发现，16 d内黑水虻幼虫对鸡粪的减量率为41%，转化率为15.87%，表明利用黑水虻幼虫处理鸡粪的方法具有一定的可行性。

利用黑水虻集中处理畜禽粪便，可减少畜禽粪便堆积所产生的环境问题，同时自身又可转化为具有高附加值的蛋白饲料。但目前仍存在一些技术难题，如冬季养殖问题、夏季养殖的控温问题、黑水虻和粪便的分离问题等。要实现黑水虻的规模化养殖问题，建立黑水虻粪便处理体系，开发黑水虻相关产品，仍有待进一步深入研究。