浅析黑水虻在畜禽粪污处理中的应用

陈海洪，张磊，吴志勇

（江西省畜牧技术推广站，江西南昌330046）

近年来，随着昆虫资源的不断发掘和利用，黑水虻因其高效转化养殖业产生的废弃物，降低异味排放和环境污染问题的特性，在畜禽粪便、餐饮垃圾等废弃物的处理等方面有一定的研究和报道。笔者对黑水虻的生物特性、在畜禽粪污处理中的应用及产生的社会、环境与经济价值进行了综述。

1 黑水虻的生物特性

黑水虻（Black soldier fly），学名亮斑扁角水虻（Hermitiaillucens L.），系双翅目水虻科扁角水虻属的一种昆虫。黑水虻广泛分布于46°N至42°S的温带、亚热带及热带地区[1]。在我国，河北、河南、四川、云南、海南、福建、广东、广西等省份均有分布。在华南地区每年繁殖9～10代，通常3月初至12月下旬均可见到成虫产卵[2]。黑水虻一代历经卵、幼虫、蛹及成虫4个不同的形态，其生长发育繁殖与温湿度、光照息息相关。

1.1 卵

黑水虻的单个卵呈长椭圆形，表面光洁，乳白色，大小约1.4 mm×0.4 mm。孵化期因季节、地区和温度差异有所变化，一般4～14 d。

1.2 幼虫

幼虫依靠腹部侧面的刚毛和突起进行波浪式蠕动。分6个龄期，1～4龄幼虫体色均为乳白色，头部呈栗色，大小约1.8 mm×0.4mm；11 d后进入5龄的黑水虻蜕皮1～2 d后，表皮变得粗糙，体色呈黑或灰黄；18 d进入6龄幼虫即预蛹，此时虫体色完全变黑，在21℃～28℃的环境里可以存活2w～21w。

1.3 蛹

黑水虻化蛹后，表皮更为坚硬，腹部的末端两节弯向腹面。表皮蜕脱落裂开便开始羽化，一般产卵后50 d可见羽化成虫。

1.4 成虫

体长可达13～20 mm。头部黑色，有触角，腹部有节乳白色，与背面、侧面和中间的黑线分离，翅无花斑，活成虫泛有蓝色的金属光泽，死后褪色成微暗色。

1.5 生活习性

黑水虻幼虫喜食腐物，取食范围除陈粮、变质腐败果疏，甚至还有餐厨垃圾、食品加工下脚料等有机废弃物，广泛到可以消化各类有机固体垃圾，是生态食物链中十分重要的生物处理媒介[3]。黑水虻幼虫喜静，受惊吓会出现假死现象。黑水虻成虫不喜欢进入人类居住的环境，善栖息植物丛中，摄取植物液汁为食。

2 应用

20世纪欧洲许多国家就开始研究利用黑水虻处理有害垃圾，改善生态环境。黑水虻将大量有机垃圾安全、较快地转化为营养物质，从而实现保持生态、经济增长与人畜健康各方面和谐可持续发展[4]。

近些年，在国内黑水虻作为粪污转化的资源型昆虫逐渐兴起，在天津、山东、湖北等地已经有商业化、产业化对黑水虻昆虫资源综合利用的研究及运营。黑水虻是一种资源性食腐昆虫，利用其幼虫的生物特性，以餐厨垃圾、畜禽粪便等作为饲养基料来解决有机垃圾处理、养殖业粪污处理等方面取得显著效果。

2.1 黑水虻在处理牛粪中的应用

据测定干牛粪中含粗蛋白质10%～20%、粗纤维21%～30%、无氮浸出物20%～30%、粗脂肪1%～3%。Scotford研究表明，单胃动物能把鲜牛粪中70%的粗蛋白质吸收利用[5]。Myers研究认为,黑水虻无害化处理奶牛粪便后，粪便中的磷含量降低61%～70%,氮含量降低30%～50%,且具有一定的肥力[6]。St-Hilaire等研究显示,被黑水虻处理后的牛粪中ALA、EPA和DHA的含量很低；以牛粪饲喂黑水虻幼虫，在预蛹前加入28%的鱼加工废弃物混合饲喂24h,可以显著提高黑水虻预蛹的σ-3脂肪酸的含量[7]。由此可见，用牛粪饲养的黑水虻幼虫含有丰富的必需氨基酸、微量元素等营养成分,其脂肪酸的含量极为丰富。

2.2 黑水虻在处理猪粪中的应用

猪粪恶臭的最主要原因是对甲基酚、粪臭素和吲哚的产生。有学者发现利用黑水虻处理猪粪，在处理24h后对甲基酚完全检测不到,处理36h后粪臭素和吲哚在也检测不到。可见,黑水虻在除臭作用上效果明显。Newton等研究黑水虻对猪粪进行处理[8]，15d后发现氮去除率达55.1%、磷去除率为44.1%，钾去除率为52.8%，堆积量减少56%。结果猪粪的总重减少了36.72%，含水量从67%减少为63%；总氮减少了31.58%[9]。

2.3 黑水虻在处理鸭粪中的应用

马加康等研究发现[10]，黑水虻在含有60%的鸭粪组中的体重、体长、体宽、体高、日增重、虫体长宽比等生长发育指标随着鸭粪含量的增加呈递增趋势，粪便消耗及利用率方面也逐渐增长，投入与产出比最高，本身新鲜鸭粪在农业生产中的计算成本基本为零。余峰等试验用黑水虻处理3种不同养殖模式的鸭粪[11]，其处理效果均可，基质含水量对黑水虻的生长发育尤为关键，而基质有机质则是影响预蛹产量的重要因素。黑水虻处理鸭粪也具有明显除臭效果。

2.4 黑水虻在处理鸡粪中的应用

Newton等研究了利用黑水虻处理鸡粪的可行性[12],设计黑水虻处理鸡粪迭代循环系统，在一段时间里，黑水虻幼虫饲喂460只鸡,产出黑水虻242.8kg,减少了粪便堆积50%。黑水虻幼虫可使粪便DM含量减少50%左右，蛋鸡粪的生物转化率6%左右[13]，对鸡粪中的恶臭气味有显著改善[14]，大大降低环境污染。杨安妮等试验发现不同比例鸡粪会影响黑水虻幼虫的体重及日增重[15]。雷小文等研究表明以鸡粪饲喂黑水虻[16]，其虫粉粗蛋白含量为48.1%，粗脂肪含量为12.9%，氨基酸含量为38.19%，且氨基酸种类有18种之多。

2.5 黑水虻对家蝇的影响

黑水虻成虫个体很大，可以阻止家蝇和丽蝇产卵，幼虫甚至可以吃掉其他种类的低龄幼虫。Bradly和Sheppard在20世纪80年代发现[17]，黑水虻幼虫可能产生信息素，迫使家蝇的成虫不在黑水虻幼虫生活的粪便里产卵，形成了对家蝇的驱避作用。在温度湿度适宜的夏季，黑水虻能大量繁衍、快速生长，鸡粪中生长的家蝇控制率达到100%，对小家蝇控制率达到99.9%。利用黑水虻与家蝇不共存的特性，有效解决了畜禽集约化养殖过程中家蝇滋生的问题。

2.6 黑水虻对环境安全的影响

据有关报道表明，黑水虻不携带人类病原体，不会对作物环境、人类环境安全构成威胁。具有重要的生态价值，Erickson.刘巧林、杨树义等研究发现，黑水虻幼虫可以降低鸡体中的沙门氏菌、大肠杆菌菌群量，试验用黑水虻幼虫处理患伪狂犬病或高致病性蓝耳病的病死猪，检测黑水虻幼虫体内并不存在两种病毒的病原微生物[18～20]。安新城、胡俊茹等发现黑水虻在处理畜禽粪污过程中[21～22]，对粪便中的氮、磷和钾等元素的利用率很高，有效缓解粪便的富集现象；对粪便中的重金属（铜、锌、锰、镉、铬等）有降解作用，能有效减少了重金属对环境的污染。

3 经济价值

针对大规模畜禽养殖业发展，黑水虻在畜禽粪污处理上效果明显，还可以有效降低污染物的排放，减轻对环境的污染。目前，有许多专家学者对黑水虻的生物学特性进行深入研究，为提供生态化、多样化的高效资源利用奠定了基础。

3.1 肥料利用

新鲜猪粪饲养黑水虻分解出的虫沙（既黑水虻幼虫的粪便）的水分含量高达55.1%～56.3%，总养分(氮+磷+钾)含量为5.3%～5.53%，营养十分丰富[23]，符合国家关于有机肥指定的相关标准。已有研究表明，黑水虻所产生的虫沙对植物生长具有促进作用。刘巧林采用以奶牛粪便饲喂黑水虻幼虫所产生的虫沙做为盆栽基料[20]，结果表明完全可以代替商品盆栽土壤种植多花黑牧草和小麦。Choi Y等曾对黑水虻转化食品垃圾后产生的虫沙与商品肥料同时种植大白菜做对比试验研究[24]，结果两组大白菜的生长速度和营养成分基本一致。吴翔等研究表明[25]，黑水虻虫沙能明显提高番茄株高和番茄叶绿素的含量，使得番茄产量增加28.54%，维生素C含量增加19.36%，黑水虻虫沙营养物质也优于黄粉虫虫粪和传统的有机肥。有研究发现，黑水虻虫沙富含微生物、大量的氨基酸、活性物质和有机与无机的营养物质，能够改变土壤微生物的多样性及丰富度，增加土壤中有机质含量，改善土壤的理化性质和生物活性，从而有效促进植物生长发育。

3.2 饲料利用

新鲜猪粪饲养的黑水虻幼虫粗蛋白含量为35.7%～39%，粗脂肪含量为14.7%～21.2%[23]。安新城和吕欣研究的黑水虻幼虫粗蛋白含量甚至达到40%[26]。有研究表明，新鲜猪粪饲养的黑水虻幼虫中还含有大量的微量元素。Dabbou等发现在饲料中添加低于15%的脱脂黑水虻幼虫粉可改善肉鸡的生长性能[27]。Secci等用黑水虻幼虫粉完全替代蛋鸡日粮中的豆粕[28]，母鸡产蛋率效果显著。Mawaddah等用脱脂黑水虻幼虫粉替代鹌鹑饲料中50%的肉骨粉[29]，产蛋率增加了5.82%，100%的替代鹌鹑饲料中肉骨粉，产蛋率增加了6.13%。Cullere等发现[30]，黑水虻的添加提高了胸肉中酪氨酸、丙氨酸、苏氨酸、谷氨酸和天冬氨酸的含量，从而提高鹌鹑胸肉的营养价值。刘世胜研究表明[31]，黑水虻幼虫可以部分替代鱼粉作为建鲤幼鱼饲料的蛋白质原料。黑水虻的幼虫和预蛹作为豆粉和鱼粉的替代饲料，可以饲喂鸡、猪、鹌鹑、鲶鱼、凡纳滨对虾、罗非鱼和牛蛙等，能够很好地替代传统的蛋白源和脂肪源添加剂。

此外，黑水虻是优质的昆虫蛋白，可以用做饲料，是替代鱼粉豆粕的优质蛋白质源，富含月桂酸、几丁质等特殊物质，还可促进动物健康的潜在作用。据报道，江西铜鼓成立了西湖、华仙、荣兴3个棘胸蛙养殖专业合作社，建立养殖基地30余个，其中3.3hm2以上的养殖大户1户，养殖面积20hm2，养殖种蛙2万余对，成功繁育棘胸蛙幼蛙100余万只，蝌蚪300余万尾，年产量近8t，产值近千万元已初步形成了集棘胸蛙驯养、繁殖、生产、销售、服务为一体的产业链条。

3.3 生物燃油利用

黑水虻幼虫含有大量粗脂肪，油脂含量在20%～40%，是一种生产生物柴油的新型优质原料。Green and Popa研究发现黑水虻幼虫可以转化处理多种粪便[32]，处理粪便收获的黑水虻幼虫体内可以提炼生物柴油等副产品。国内已有学者从黑水虻幼虫中成功提取了基本达到国家成分标准的油脂，开辟了一种生物柴油制取的新途径。

3.4 药物开发利用

长期生活在腐败有机质环境中的黑水虻幼虫，具有强大的免疫功能，消化多种病原菌。其体内含有丰富的蛋白酶、抗菌肽、P450解毒酶、月桂酸、水解酶等抗菌物质[33]。据黄苓研究发现[9]，黑水虻虫体中脂肪酸组成非常丰富，饱和脂肪酸以月桂酸和棕榈酸为主。黑水虻虫体中十五碳酸含量达到1%以上。有研究发现奇数碳脂肪酸具有抗癌活性，因此也为黑水虻功能性脂肪酸的研究开发利用提供了一个新领域。黑水虻虫水提取物能显著减少血浆纤维蛋白原含量，降低全血粘度比和血浆粘度比，抑制血小板粘附性，具有破积、逐瘀、活血和通经的临床效果[34]。黑水虻体内的蛋白质尤其是水溶蛋白具有抗氧化活性，因此可用于天然抗氧化剂和有抗氧化功能的蛋白食品的制作[35]；预蛹壳也可以作为生产几丁质和壳聚糖的原料。因此，利用黑水虻可以开发制造出很多具有抗菌、保健的医药产品。

4 小结

据调查，黑水虻科昆虫总数达3 000种，其中我国存在约300种。有关黑水虻的研究在近年也不断增多,黑水虻的应用开发还有很大的空间，在实现可持续发展上，具有较好的应用前景和经济价值。黑水虻产业化发展要深入挖掘黑水虻乃至昆虫资源的利用，完善产业链过程中产品稳定性、标准化问题，从而提升产品品质，进一步推进黑水虻在粪污资源化技术中的产业化应用，为实现畜牧业循环经济，建立节约型社会都具有十分重要的意义。