不同环境温度下黑水虻幼虫生长和有机垃圾处理效率研究

王苏芹，王建东，邓艳芳，李永萍，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.青海省共和县林业站，青海共和 813099；3.祁连山公园青海服务保障中心，青海西宁 810008；4.青海昆杰环保科技有限公司，青海西宁 810003)

黑水虻，学名亮斑扁角水虻(L.)，隶属双翅目扁角水虻属，是一种腐食性昆虫，原产于美洲，在我国广东、云南、湖南、湖北、山东、河南等地均有发现。黑水虻能够取食禽畜粪便和生活垃圾，生产高价值的动物蛋白饲料，因其具有繁殖迅速、食性广、转化率高、易繁育和管理、饲养成本低等优点，可以对有机垃圾进行无害化处理和资源化利用，其幼虫与蝇蛆、黄粉虫、大麦虫被称为四大资源昆虫，在全世界范围内广泛养殖。黑水虻虫卵孵化后2～4 d，幼虫可以自动爬到有机垃圾中大量进食，经过5～7 d的饲养，幼虫进入蛹期；15 d后进入成虫期，成虫不进食也不进入人居环境，在10 d的生活期内可产卵1 000余枚。

大量研究表明，黑水虻幼虫的最优饲养温度为25～30 ℃，适宜湿度为60%～80%。目前黑水虻在我国南方地区饲养广泛，而在北方地区(如山东、河南、陕西等地)也有较好的推广应用。青海地处青藏高原，海拔高、气温低，7月份日均气温为12～26 ℃，1月份日均气温为-16～2 ℃，自然环境不适宜黑水虻的生长。青海是我国牦牛、藏羊的主产区，每年屠宰的牛、羊数量庞大。随着居住和旅游人口的增加，青海厨余垃圾的产量也在逐年增加。为了有效处理有机垃圾，笔者研究不同温度下黑水虻幼虫处理有机垃圾的效率和幼虫的产量，探索青海高原地区利用黑水虻处理有机垃圾的潜力，旨在为促进以黑水虻为中介的低碳畜牧业绿色、可持续发展提供新途径。

1 材料与方法

黑水虻虫卵购自广州安芮洁环保科技有限公司，虫卵产于该公司位于广州市白云区江高镇茅山工业聚集区的黑水虻养殖场。黑水虻虫卵运至位于青海西宁的实验室后，当天转入孵化基质中进行孵化培养。孵化基质是将厨余垃圾(湿重)与小麦麸皮(风干重)按7∶3的比例均匀混合，再用纯净水将含水量调至65%。将500 g 孵化基质平铺在10目的筛网上，放置在容量4 L的正方形孵化箱内，在孵化基质上加入25 g虫卵，孵化箱上方覆盖2层无纺布，并用夹子固定，27 ℃室温下进行孵化。4～6 d后，虫卵孵化出肉眼可见的小幼虫，小幼虫经10目筛网自行掉落，从而与孵化基质分离，将幼虫称重和计数后用于后续试验。

厨余垃圾和牦牛胃肠内容物均来自青海裕泰畜产品有限公司，薯渣来自青海互助威思顿精淀粉有限责任公司，试验地点位于青海昆杰环保科技有限公司的有机垃圾处理实验室。将试验用厨余垃圾、牦牛胃肠内容物和薯渣匀浆处理后，分成2份：一份直接分装后置于-20 ℃冰箱内；另一份按照1.5%的接种比例加入商业化酵母菌，于25 ℃下发酵24 h后分装后置于-20 ℃冰箱内，作为黑水虻幼虫的饲料。饲料的湿度保持在75%左右。

试验设置24、27和30 ℃3个温度梯度，厨余垃圾、牦牛胃肠内容物、薯渣3种饲料采用直接使用或添加酵母菌发酵24 h后添加2种处理方法，共分成18组，每组设计3个重复，每个重复采用1个饲养盒(65 cm × 38 cm × 25 cm)。每个饲养盒初次放入100 g饲料、接种大小相近的幼虫800条(约6 g)。使用恒温箱控制饲养盒的温湿度，恒温箱的温度范围为± 0.5 ℃，湿度范围在(60±1)%。

试验于 2021 年6月21日开始，试验过程中观察黑水虻幼虫的采食情况，每天将50 g饲料快速解冻后补充到饲养盒中，有机饲料累计添加量为350 g。接种小幼虫6 d 后开始收虫，使用震动分级筛进行虫渣分离，将鲜虫和残渣分别称重，对每个饲养盒的幼虫数量进行计数，按照以下公式计算料虫比和幼虫存活率：

料虫比=饲料累计添加量/(幼虫总鲜重-接种小幼虫重量)

(1)

存活率 = 收虫时幼虫数量/800

(2)

试验数据使用Excel 2020软件进行整理，使用R 4.1.1统计软件对温度、饲料类型、是否添加酵母菌3个因素进行方差分析，采用Tukey氏固定差距检验法对有显著差异的参数进行多重比较。试验数据均以平均值±标准误表示。<0.05表示差异显著，<0.01表示差异极显著。

2 结果与分析

从表1可以看出，温度、饲料类型和是否添加酵母菌对黑水虻幼虫数量和存活率均没有显著影响(>0.05)。无论是否添加酵母菌发酵，27 ℃环境下幼虫产量与24 ℃相比无显著差异(>0.05)，30 ℃下幼虫产量均显著高于27 ℃(<0.05)。这表明温度是影响黑水虻幼虫生长的重要因素之一。

从不同饲料类型对黑水虻幼虫生长的影响来看，除30 ℃外，无论饲料发酵时是否添加酵母菌，使用厨余垃圾饲喂黑水虻后幼虫产量均显著高于饲喂牦牛胃肠内容物组，而饲喂牦牛胃肠内容物组幼虫产量亦显著高于饲喂薯渣组。在不添加酵母菌发酵的情况下，24 ℃下厨余垃圾组的幼虫产量分别比牦牛胃肠内容物组和薯渣组高66.80%和214.03%(<0.05)，27 ℃下厨余垃圾组的幼虫产量分别比牦牛胃肠内容物组和薯渣组高92.66%和226.10%(<0.05)，30 ℃下厨余垃圾组的幼虫产量分别比牦牛胃肠内容物组和薯渣组高52.66%(>0.05)和109.37%(<0.05)。在添加酵母菌发酵的情况下，24 ℃下厨余垃圾组的幼虫产量分别比牦牛胃肠内容物组和薯渣组高57.14%和159.95%(<0.05)，27 ℃下厨余垃圾组的幼虫产量分别比牦牛胃肠内容物组和薯渣组高39.54%和182.11%(<0.05)，30 ℃下厨余垃圾组的幼虫产量分别比牦牛胃肠内容物组和薯渣组高12.89%(>0.05)和115.20%(<0.05)。由此可见，厨余垃圾为黑水虻幼虫的适宜饲料，牦牛胃肠内容物和薯渣也可用于饲喂黑水虻，但饲喂牦牛胃肠内容物和薯渣的黑水虻幼虫产量显著低于厨余垃圾(30 ℃除外)。

表1 温度、饲料类型及是否添加酵母菌对黑水虻幼虫生长的影响Table 1 Effects of temperature，feed type and adding yeast or not on the growth of black solider fly larvae

料虫比是添加饲料量与黑水虻幼虫增重的比值，反映了黑水虻幼虫对饲料的转化效率，料虫比越小，饲料转化效率越高。从表2可以看出，是否添加酵母菌对黑水虻的料虫比没有显著影响(>0.05)，30 ℃下牦牛胃肠内容物组和薯渣组的料虫比均显著低于24和27 ℃(<0.05)。不同温度下厨余垃圾组的料虫比均低于牦牛胃肠内容物组，牦牛胃肠内容物组的料虫比显著低于薯渣组(<0.05)。

残渣是有机垃圾处理后的废渣与黑水虻幼虫粪便的混合物。从表2可以看出，24 ℃下无论是否添加酵母菌，厨余垃圾组的残渣重量均显著高于27和30 ℃下。无论温度高低和是否添加酵母菌，厨余垃圾组的残渣重量均低于牦牛胃肠内容物组和薯渣组，表明黑水虻对厨余垃圾的转化效率最高。

表2 温度、饲料类型及是否添加酵母菌对黑水虻幼虫料虫比和残渣重量的影响Table 2 Effects of temperature，feed type and adding yeast or not on feed-larvae ratio and residue weight of black solider fly larvae

3 讨论

大量研究表明，温度是影响黑水虻生长发育的重要因素。 Tomberlin 等、郭凤达的研究表明，黑水虻幼虫饲养的最适温度范围为25～28 ℃，当温度低于15 ℃时黑水虻幼虫全部死亡，预蛹死亡率高达 80.9%，总体成活率低于5%；当温度高于 33 ℃时，黑水虻生长发育各阶段的死亡率也会增加。姬越等研究发现28 ℃下黑水虻幼虫阶段的生长发育参数最佳。该试验中不同温度下黑水虻幼虫的数量和存活率均没有显著差异，这与孙振涛等、雷明港等的研究结果相一致。该试验发现30 ℃下幼虫产量显著高于24和27 ℃，这与Tomberlin等和姬越等的研究结果基本一致。

青海地处青藏高原，属于大陆性高原半干旱气候，昼夜温差大，全年日均温-1～15 ℃，自然环境温度不适宜黑水虻的生长发育，因此在高原地区采用黑水虻处理有机垃圾必须采取增温保温措施。该试验结果表明，在24～30 ℃内黑水虻幼虫均能够处理厨余垃圾、牦牛胃肠内容物和薯渣，随着温度的升高，黑水虻幼虫处理垃圾的效率显著提高。因此，需要在人工增温保温成本与垃圾处理效率之间找到平衡点，以达到最优的适宜温度。刘晓叶研究发现，在厨余垃圾中添加酿酒酵母等发酵44.5 h后作为黑水虻幼虫的饲料，能够显著提高幼虫的产量和存活率。该试验中添加酵母菌对3种饲料发酵24 h，是否添加酵母菌发酵对黑水虻幼虫产量没有显著影响，这可能是由于发酵时间较短所致。

利用黑水虻进行有机垃圾的无害化处理和资源化利用，必须建立规模化、产业化的黑水虻生产模式，因此黑水虻对有机垃圾的转化效率至关重要。料虫比反映了黑水虻对饲料的转化效率，是衡量黑水虻处理垃圾效率的重要参数之一。黑水虻最常见用来处理厨余垃圾。该试验结果表明黑水虻对家畜屠宰后的胃肠内容物、薯渣等也有一定的处理效果。不同废弃物中的蛋白质、氨基酸等含量和适口性不同，导致黑水虻对其转化效率也存在明显差异。姜慧敏等研究发现黑水虻对厨余垃圾的减量化率可高达79.1%，虫体转化率高达19.4%，且垃圾中大肠杆菌等全部灭活，是一种高效、安全的有机垃圾资源化途径。

以前有关黑水虻处理畜禽粪便的研究较多。例如，黑水虻在饲喂鸡粪后的料虫比达到8.79，幼虫可增重72.16 mg，比对猪粪的转化率高12.47%。家畜屠宰后的胃肠内容物含有丰富的蛋白质成分，通常采用堆肥处理或被随意丢弃，既污染环境，又会造成不必要的浪费。该试验结果发现，黑水虻对家畜屠宰后的胃肠内容物也具有较好的转化作用，可以为打造“青海绿色有机农畜产品输出地”和绿色低碳畜牧业发展提供重要支撑。

马铃薯是全球第四大重要的粮食作物，仅次于小麦、稻谷和玉米。我国是世界上马铃薯种植、产量和消费量最大的国家，马铃薯淀粉的加工占据了产业的主体地位。在马铃薯淀粉生产的过程中，会产生大量的薯渣。由于薯渣水分含量高、含有多种微生物，运输与储存难度大，且容易出现腐败变质等问题。如何有效处理薯渣是马铃薯产业发展需要破解的难题之一。该试验采用黑水虻处理薯渣，不添加酵母菌发酵时其料虫比为13.61～27.45，远高于厨余垃圾组料虫比。这表明黑水虻对薯渣具有一定的转化作用，但转化技术还有待进一步改善。

4 结论

该研究结果表明，在不同温度、饲料类型下黑水虻幼虫数量和存活率没有显著差异。在24～30 ℃内，随着温度的升高，黑水虻对有机垃圾的转化效率明显提高。厨余垃圾是黑水虻最优的饲料，黑水虻对家畜屠宰后胃肠内容物和薯渣也具有一定的转化作用，但转化效率还有待进一步提升。