摘要綜述了黑水虻在畜禽糞便處理中的應(yīng)用、飼養(yǎng)技術(shù)以及其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值評(píng)估等，為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展奠定新型的理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞黑水虻；畜禽糞便；生物量

中圖分類(lèi)號(hào)S185；Q969.093文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2014）24-08180-03

High Quality Insect for Animal Manure Treatment—Hermetia illucens

CHEN Jie， ZHAO Xiangjie et al（Institute of Sericulture and Agricultural Products Processing， Guangdong Academy of Agricultural Sciences， Guangzhou， Guangdong 510610； Shanghai Normal University， Shanghai 200234）

AbstractThe application of Hermetia illucens in animal manure treatment， raising technology and nutritional value evaluation was reviewed， which will lay a new type theoretical basis for agriculture sustainable development.

Key wordsHermetia illucens； Animal manure； Biomass

昆蟲(chóng)是陸地生態(tài)系統(tǒng)中最大的生物類(lèi)群，在自然界中已知的昆蟲(chóng)種類(lèi)大約有100萬(wàn)種[1]，其中只有3 650種左右為可食用昆蟲(chóng)，包括還未開(kāi)發(fā)利用的潛在昆蟲(chóng)資源[2]。聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織預(yù)言這些昆蟲(chóng)在未來(lái)的全球饑餓和變暖問(wèn)題將起到重要的緩沖作用，并大力呼吁開(kāi)發(fā)昆蟲(chóng)資源。近年來(lái)，隨著昆蟲(chóng)資源的不斷發(fā)掘和利用，昆蟲(chóng)產(chǎn)業(yè)逐漸與種植業(yè)、畜牧業(yè)等結(jié)合形成良好的生態(tài)發(fā)展模式，如制備成蟲(chóng)茶[3]或者加工成飼料蛋白[4]，構(gòu)建獨(dú)特的綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展模式。

我國(guó)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展迅速，大量的糞便堆積或處理不當(dāng)，對(duì)周?chē)h(huán)境造成了嚴(yán)重污染，以前堆肥歸田或沼氣發(fā)酵在一定程度上能緩解畜禽糞便和能源壓力，但也受季節(jié)等因素的影響而難以有效控制日益劇增的糞便生產(chǎn)量[5]。昆蟲(chóng)業(yè)的發(fā)展使人們開(kāi)始探索其中能將這些廢棄物轉(zhuǎn)化成高附價(jià)值產(chǎn)物的途徑。目前已有報(bào)道的有蠅蛆和黃粉蟲(chóng)等能以動(dòng)物糞便為食的昆蟲(chóng)，并在處理糞便中有了初步的應(yīng)用[6-7]。其中，亮斑扁角水虻（Hermtia illucens）俗稱黑水虻（Black soldier fly），近些年來(lái)已被確認(rèn)是一種重要的資源昆蟲(chóng)，它們能夠轉(zhuǎn)化畜禽糞便，并用于生產(chǎn)動(dòng)物飼料，還能減少環(huán)境污染和緩解動(dòng)物蛋白飼料供應(yīng)緊張等問(wèn)題。黑水虻的生活習(xí)性并不象家蠅一樣會(huì)攜帶大量細(xì)菌闖入并影響人類(lèi)的居住環(huán)境，容易飼養(yǎng)且成本要低于其他取食糞便類(lèi)的昆蟲(chóng)，由此得以引起人們的關(guān)注并進(jìn)行推廣和生產(chǎn)。我國(guó)有大量的水虻分布，但對(duì)于黑水虻資源的開(kāi)發(fā)利用相比國(guó)外起步要晚，對(duì)于相關(guān)的研究和應(yīng)用生產(chǎn)也較少。筆者對(duì)黑水虻的資源化開(kāi)發(fā)與應(yīng)用以及其飼養(yǎng)技術(shù)進(jìn)行了綜述。

1黑水虻

水虻科（Stratiomyidae）昆蟲(chóng)是雙翅目短角亞目（Diptera：Brachycera）中一個(gè)較大的科，根據(jù)同源性狀分析和核苷酸分析，可將水虻科與木虻科、大虻科、臭虻科、食木虻科設(shè)為姐妹關(guān)系[8-9]。目前已知該類(lèi)群有3 000余種，廣泛分布于世界各地，尤其在熱帶和亞熱帶地區(qū)較為豐富。我國(guó)水虻分布種類(lèi)超過(guò)250種，目前還有大量的未知種類(lèi)，主要集中在華中、華南和華北地區(qū)，占我國(guó)水虻總分布的90%以上。

其中，黑水虻是目前研究較多的水虻科昆蟲(chóng)資源。大多數(shù)黑水虻胸部和腹部為金黃色，且腹部背板與第3～5腹板具有大塊橢圓形黑斑；頭部半球形；從復(fù)眼到腹末長(zhǎng)14.0～23.0 mm，雄蟲(chóng)平均體長(zhǎng)（18.6 mm）要稍大于雌蟲(chóng)（17.3 mm）；復(fù)眼黑色，占到整個(gè)頭部的2/3。黑水虻幼蟲(chóng)呈蛆狀、扁平無(wú)足，身體除頭部外可分為11節(jié)，頭略尖。低齡幼蟲(chóng)為白色，隨著成長(zhǎng)顏色的逐漸加深。幼蟲(chóng)在食物周?chē)粩噙w移，常常大量聚集在食物附近，具有避光性。黑水虻幼蟲(chóng)的生長(zhǎng)發(fā)育可分為6個(gè)不同齡期，到第6齡則為預(yù)蛹，一般認(rèn)為這個(gè)時(shí)期的幼蟲(chóng)不再進(jìn)食，而是爬出飼料尋找化合適的化蛹場(chǎng)所[10]。

黑水虻的棲息范圍和取食譜都十分廣泛，在潮濕的淤泥以及各種動(dòng)植物的殘?bào)w中都會(huì)發(fā)現(xiàn)有幼蟲(chóng)聚集，以多種腐熟質(zhì)為食，成蟲(chóng)常在其幼蟲(chóng)活動(dòng)范圍附近棲息和交配，并選擇在裂縫口等狹小的地方進(jìn)行產(chǎn)卵[11]。由于其預(yù)蛹階段有自行爬出取食地的生活習(xí)性，在規(guī)?；a(chǎn)中為分離和收集水虻提供了不少便利，由此成為一種重要的應(yīng)用昆蟲(chóng)資源。

2黑水虻的飼養(yǎng)技術(shù)

黑水虻能與家蠅形成競(jìng)爭(zhēng)，其幼蟲(chóng)存活率更高，與蠅蛆爭(zhēng)奪食物有一定的優(yōu)勢(shì)，抑制蠅蛆生長(zhǎng)，因此可替代家蠅進(jìn)行規(guī)模化養(yǎng)殖生產(chǎn)。黑水虻幼蟲(chóng)具有廣泛的取食譜，可利用腐熟質(zhì)來(lái)進(jìn)行飼養(yǎng)。在應(yīng)用化生產(chǎn)中一般采用麩皮、苜蓿粉和玉米粉以5∶3∶2的比例進(jìn)行人工繁殖，含水量控制在70%左右，可以縮短幼蟲(chóng)歷期[12]。也可利用其他有機(jī)廢棄物（如畜禽糞便、餐飲垃圾等）進(jìn)行飼養(yǎng)，不僅緩解了環(huán)境壓力，經(jīng)轉(zhuǎn)化的生物量還可用作高蛋白飼料，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

除了喂食的飼料種類(lèi)，黑水虻幼蟲(chóng)期生長(zhǎng)還受其他因素影響。Tomberlin等在不同溫度下飼養(yǎng)水虻，發(fā)現(xiàn)其適宜生長(zhǎng)溫度在27～30 ℃，并且在27 ℃條件下幼蟲(chóng)和預(yù)蛹?xì)v期比30 ℃多出2 d，但得到的預(yù)蛹平均個(gè)重要多出0.012 g[13]。當(dāng)飼料含水量在65%～70%時(shí)可以縮短幼蟲(chóng)歷期，當(dāng)含水量逐漸提高到80%時(shí)所得到的預(yù)蛹重量逐漸增加，達(dá)到最大值[14]。建立黑水虻人工養(yǎng)殖系統(tǒng)主要是為畜禽糞便等大量廢棄物處理提供幼蟲(chóng)，因此提高產(chǎn)卵量和蟲(chóng)卵孵化率是其關(guān)鍵。水虻完成交配要求較大的空間，以滿足正常飛行、取食、交配和產(chǎn)卵等行為，成蟲(chóng)的趨光性會(huì)使黑水虻在狹小的空間感到不適，以致不斷飛行沖撞最終導(dǎo)致體力耗盡而亡。由于大多數(shù)養(yǎng)殖動(dòng)物對(duì)Zn等微量元素的利用率低，因此以畜禽糞便喂食黑水虻時(shí)會(huì)導(dǎo)致糞便中大量的鋅等微量元素在水虻體內(nèi)累計(jì)，對(duì)幼蟲(chóng)及蛹的發(fā)育產(chǎn)生脅迫作用[15]，進(jìn)而影響水虻對(duì)糞便的生物轉(zhuǎn)化效果。

3黑水虻在畜禽糞便處理中的應(yīng)用

在早期對(duì)黑水虻生物學(xué)特征的研究中發(fā)現(xiàn)黑水虻能與家蠅形成競(jìng)爭(zhēng)[16]，并有效控制家蠅滋生。在黑水虻繁殖棲息的畜禽糞便堆附近，只有少數(shù)野生家蠅能夠生長(zhǎng)發(fā)育，而家蠅成蟲(chóng)也會(huì)避免在黑水虻幼蟲(chóng)取食的地方產(chǎn)卵。此外，與家蠅相比，黑水虻既不攜帶病原菌，也不會(huì)入侵人類(lèi)居住的環(huán)境中。因此，利用黑水虻處理畜禽糞便的研究引起了人們的關(guān)注。

黑水虻取食糞便有機(jī)物發(fā)生在其幼蟲(chóng)階段。Stefan Diener等研究發(fā)現(xiàn)每只幼蟲(chóng)在每天添加雞糞量為100 mg時(shí)，其轉(zhuǎn)化率可高達(dá)41.8%[17]；黑水虻幼蟲(chóng)在取食過(guò)程中能降低糞便惡臭散發(fā)，接種3～6 d后可使糞便中大腸桿菌和沙門(mén)氏菌的數(shù)量降低2 000倍以上[18]，減少對(duì)周邊環(huán)境的影響，使黑水虻替代家蠅處理畜禽糞便增加了可行性。研究還表明利用黑水虻轉(zhuǎn)化畜禽糞便不僅可以減少糞便堆積帶來(lái)的危害，轉(zhuǎn)化產(chǎn)物中含有較高的油脂和能量，將其進(jìn)一步開(kāi)發(fā)可用來(lái)制備生物柴油。Li等[19]采用牛糞、豬糞和雞糞喂養(yǎng)1 000只水虻幼蟲(chóng)，取食10 d后通過(guò)酯化以及酯交換作用可分別制備到35.5、57.8和91.4 g的生物柴油，是一種可取代傳統(tǒng)以植物油為原料的新型制備工藝。除了強(qiáng)大的口器幫助其取食外，水虻幼蟲(chóng)的腸道微生物種群在消化轉(zhuǎn)化有機(jī)質(zhì)過(guò)程中起著關(guān)鍵作用，不同取食的幼蟲(chóng)腸道微生物群落結(jié)構(gòu)也不會(huì)發(fā)生不同變化[20]；腸道內(nèi)的酶活和數(shù)量也因水虻不同取食習(xí)性使其多樣化發(fā)生變化，但總體活性要比其他腐食性昆蟲(chóng)（如家蠅）高[21]。因此，在不同腸道微生物和酶活性變化調(diào)節(jié)下，黑水虻對(duì)畜禽糞具有廣泛的食譜，能降解不同畜禽產(chǎn)生的糞便，并且對(duì)有機(jī)質(zhì)的消化率和轉(zhuǎn)化效率更高。

4黑水虻的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值

水虻幼蟲(chóng)轉(zhuǎn)化畜禽糞便的生物量中含有大量的蛋白和脂肪，其本身對(duì)于養(yǎng)殖動(dòng)物而言就是種高能量的蛋白飼料。對(duì)黑水虻幼蟲(chóng)的分離收集比較困難，但幼蟲(chóng)生長(zhǎng)到預(yù)蛹期后，為了尋找化蛹的場(chǎng)所，會(huì)從食物基質(zhì)中爬出來(lái)。從產(chǎn)業(yè)化的角度來(lái)看，這種有助于自動(dòng)收集的行為更提高了黑水虻的飼料價(jià)值。從表1可以看出，黑水虻預(yù)蛹的蛋白含量要低于傳統(tǒng)魚(yú)粉飼料，但脂肪含量略高，與魚(yú)粉接近的氨基酸含量和比例使預(yù)蛹成為新型蛋白飼料成為可能。然而，預(yù)蛹中還存在一定量的多聚幾丁質(zhì)，不利于動(dòng)物消化甚至?xí)绊懫渌麪I(yíng)養(yǎng)成分的利用程度[22]。但對(duì)于含有幾丁質(zhì)酶的動(dòng)物（如鯉魚(yú)、鱈魚(yú)等）而言，預(yù)蛹中的幾丁質(zhì)又是一種額外的營(yíng)養(yǎng)來(lái)源，與此同時(shí)這些豐富的幾丁質(zhì)還可作為新型的殼聚糖提取來(lái)源，應(yīng)用于醫(yī)學(xué)和食品等領(lǐng)域。S.Kroeckel等[23]用不同比例的水虻蛋白替代部分魚(yú)粉喂養(yǎng)大菱鲆，發(fā)現(xiàn)預(yù)蛹蛋白的消化轉(zhuǎn)化率得到明顯提高，并在小于33%預(yù)蛹蛋白含量時(shí)可以增加魚(yú)蛋白量，但適口性并不理想，這直接影響到動(dòng)物的取食量。因此，解決難消化幾丁質(zhì)和低適口性問(wèn)題是開(kāi)發(fā)黑水虻飼料資源的關(guān)鍵門(mén)檻。

5小結(jié)與展望

黑水虻能夠高效轉(zhuǎn)化養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)生的廢棄物，降低異味排放和環(huán)境污染問(wèn)題，目前已在畜禽糞便、餐飲垃圾等廢棄物的處理等方面得到應(yīng)用。黑水虻轉(zhuǎn)化的生物量不僅能用于生產(chǎn)高蛋白飼料繼續(xù)喂養(yǎng)動(dòng)物，而且能用于生物柴油制備和幾丁質(zhì)等生物活性物質(zhì)的提取以及能夠抑制家蠅滋生，因此水虻昆蟲(chóng)具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

我國(guó)具有豐富的水虻資源，在華中、華南和華北地區(qū)分布較廣，但對(duì)這些生物資源的開(kāi)發(fā)與利用尚不成熟。建立完整的黑水虻畜禽糞便轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)廢棄物資源化，具有多重的經(jīng)濟(jì)效益。但是，在規(guī)模化生產(chǎn)中黑水虻對(duì)飼養(yǎng)溫度也有一定的要求。在處理糞便時(shí)，大量的微量元素殘留會(huì)影響水虻的生長(zhǎng)發(fā)育?？傮w而言，在水虻轉(zhuǎn)化生物量的利用上，仍存在一系列問(wèn)題需要不斷改善，而我國(guó)在這方面的研究和應(yīng)用卻非常少。因此，對(duì)水虻科昆蟲(chóng)資源的開(kāi)發(fā)利用仍需投入大量的研究和工作。

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