黑水虻处理规模化猪场粪便效果及工艺研究

解慧梅，程 汉，魏冬霞，袁 橙，赵思宝，刘成功，戴建华

（江苏农牧科技职业学院，江苏泰州 225300）

随着规模化、集约化养猪的迅速发展，规模猪场猪粪便的排放量越来越大，对环境造成了严重污染，出现了地下水富营养化和大气污染等严重的环境问题，这种污染不仅威胁周围居民的健康，同时也威胁养猪业自身的发展。国家统计局数据显示，2017 年末我国生猪存栏43 325 万头，生猪出栏68 861 万头[1]。生猪生产过程中若猪粪如处理不当，必然会对环境、地下水及空气造成污染，给当地环保造成压力。目前，蝇蛆、黄粉虫、大麦虫等能以动物粪便为食的资源昆虫在粪便处理中已得到初步应用[2-3]。黑水虻能够利用餐厨垃圾、禽畜粪便和烂瓜烂果等多种原料进行快速生长繁殖，在取食动物粪便时能够对粪便中的营养物质进行很好的转化并有效减少粪便臭味[4-5]；黑水虻预蛹中含有丰富的蛋白质和钙、磷等营养物质，是良好的生物蛋白饲料[6-7]。利用黑水虻处理畜禽粪便不仅解决了粪便对环境的污染问题，而且可以获得昆虫蛋白与有机肥，实现了环保与经济效益双赢。

美国佐治亚大学Sheppard 教授从20 世纪80 年代开始研究利用黑水虻处理禽畜粪便。近几年，我国对黑水虻的研究文献和专利越来越密集[8]，但对自然条件下黑水虻幼虫直接处理规模化猪场鲜粪、干清粪和沉淀粪的适宜条件和具体效果研究较少。本研究在不添加饲料的自然条件下，探讨黑水虻处理猪场鲜粪、干粪和沉淀粪3 种猪粪便的可行性，观察和测定在棚温度为28℃条件下不同的粪便厚度和不同日龄幼虫处理粪便的效果，筛选出适宜的幼虫日龄和粪便厚度，为黑水虻处理规模猪场猪粪便技术的推广应用奠定基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 黑水虻种卵 黑水虻种卵购自泰州佑农环保产业科技有限公司，参考Sheppard 等[9]、Tomberlin 等[10]的饲养方法繁殖2 代后作为试验用黑水虻。

1.1.2 试 验 时 间 与 地 点 试 验 于 2017 年 10 月 1 日 —2017 年10 月30 日在江苏农牧科技职业学院猪场进行。鲜粪为猪排泄粪便直接收集，有害物质未经处理不能直接用于施肥。干粪为水清粪放置到固定位置自然干燥，粪成分有流失。沉淀粪为发酵堆成，成分变化。

1.1.3 试验器材 黑水虻处理猪粪养殖大棚（10 m×5 m，拱形钢管结构，第1 层透明塑料膜，第2 层保温毛毡，第3 层不透明黑白塑料膜），大棚里温度保持在28～30℃，为黑水虻生长的最适宜温度[11]、电子秤、电子天平、温度计、湿度计等。

1.2 试验方法

1.2.1 实验幼虫的收集 收集3 批10 g 同日产黑水虻卵（产卵时间相差不超过3 h），将卵置于塑料盒中用纱布覆盖，然后将塑料盒放入人工气候箱中孵化（温度30℃，湿度70%）。待出现幼虫后加入麸皮、苜蓿粉、玉米粉混合饲料，在人工气候箱中继续饲养。待幼虫分别长到2、4、6 日龄作为试验幼虫使用，幼虫投喂猪粪前饲喂大饼和豆渣。

1.2.2 不同日龄幼虫处理粪便试验 收集猪场鲜粪90 kg，分为3 组，每组3 个重复，每组粪便10 kg。粪便中分别投入2日龄、4日龄和6日龄的幼虫150 g（13 000～16 000条），每日16:00—17:00 观察幼虫生长情况并记录猪粪便形态，粪便处理结束后统计幼虫体重、幼虫体长和猪粪便减重率数据。试验结束当天筛出虫体，称量剩余猪粪便重量，统计不同试验组粪便重量的变化。减重率=（添加猪粪便重量-剩余猪粪便重量）/添加猪粪便重量×100%。

1.2.3 不同粪便厚度幼虫处理粪便试验 收集鲜粪90 kg，分为3 组，粪便厚度为10、15、20 cm，每组3 个重复，每组粪便10 kg。粪便加入4 日龄幼虫150 g（13 000～16 000 条），每日观察幼虫生长情况并记录猪粪便形态，粪便处理结束后统计幼虫体重、幼虫体长和猪粪便减重率（同1.2.2）数据。

1.2.4 不同种类粪便幼虫处理试验 收集猪场鲜粪、干粪和沉淀粪分别收集500 kg，每种粪便分为5 组，每组粪便100 kg，干粪中加入5 勺粪汤，粪便中投入1 500 g（130 000～160 000 条）4 日龄幼虫进行处理，每日观察幼虫生长情况并记录猪粪便形态，粪便处理结束后统计幼虫体重、幼虫体长和猪粪便减重率（同1.2.2）数据。

1.2.5 黑水虻处理猪场猪粪便养殖工艺 首先收集猪粪便，收集好后转移到猪粪便处理大棚里，投入4 日龄的黑水虻幼虫，经过9～10 d 处理，最后收获虫重和虫沙。

1.2.6 统计分析 利用SPSS19.0 软件进行单因素方差分析（One-Way ANOVA），通过对数据变异的分析来推断2 个或多个样本均数所代表的总体均数是否有差别。结果用平均值±标准差来表示。P＜0.01 表示差异极显著，P＜0.05 表示差异显著，P＞0.05 表示差异不显著。

2 结果与分析

2.1 不同日龄幼虫处理粪便结果 由表1 可见，2、4、6 日龄黑水虻经10 d 处理猪场猪粪便，处理后剩余猪粪便重和粪便减重率3 组之间差异极显著，筛出的虫重3组之间差异显著。4 日龄的黑水虻处理猪粪便后获得的虫重最多，为1.70 kg，剩余的猪粪便最少，为3.83 kg，粪便减重率达61.67%，表明4 日龄的黑水虻可以直接用作蛋白饲料添加。

表1 不同日龄幼虫处理粪便结果（n=3）

2.2 不同粪便厚度幼虫处理粪便结果 由表2 可见，猪场猪粪便堆积厚度10、15、20 cm 经过黑水虻处理后剩余粪重、粪便减重率和虫重3 组间差异极显著，15 cm厚度黑水虻处理效果最好，获得的虫重最多，猪粪便减重率最高，为65.33%。

表2 不同粪便厚度幼虫处理粪便结果（n=3）

2.3 不同种类粪便幼虫处理结果 由表3 可见，4 日龄黑水虻处理鲜粪、干粪+沼液和沼气池沉淀粪后剩余猪粪便重、粪便减重率和虫重组间差异极显著。鲜粪处理后获得虫重最多，猪粪便减重率最高，为65.8%，沼气沉淀粪获得虫重最少，为10.06 kg，猪粪便减重率最低，为24.8%。

表3 不同种类粪便幼虫处理结果（n=5）

2.4 黑水虻处理鲜粪结果 由图1 可见，4 日龄黑水虻处理鲜粪，幼虫投进猪粪便里进行猪粪便处理，棚温度在28℃，前2 d 幼虫生长缓慢，为生长缓慢期，测得猪粪便温低于28℃，影响幼虫采食自给速度，从而降低幼虫生长速度；幼虫在粪便里从第3 天开始，身长已在1 cm 左右，群体通过摩擦及未采食完毕堆积的粪便发酵产生热量，此时猪粪便料温在30～32℃，为虫体生长的适宜条件，采食速度加快，为幼虫生长加速期；幼虫于第10 天将粪便全部采食完毕后，猪粪便基料变的松散干爽，温度随着水分的蒸发而逐渐下降，干爽的基料也会在这时吸收虫体自身的水分，为虫体生长缩水期。由试验结果可知，处理最佳的筛虫时间为处理猪粪便的第 9～10 天。

2.5 黑水虻处理3 种猪粪便 由图2 可见，4 日龄幼虫处理不同类型猪粪便10 d 后，得到的虫重量明显鲜粪处理后最多，沉淀粪最少；处理后剩余猪粪便沉淀粪最多，鲜粪最少。鲜粪的含水量在70% 左右，这个湿度是适合黑水虻幼虫的生长，干粪有结块现象不适宜幼虫生长，沉淀粪营养流失太大，不适宜幼虫生长。由试验结果可知，鲜粪可以直接添加黑水虻进行处理，粪便减重率明显比干粪和沉淀粪高，获得的虫体最多。

2.6 黑水虻处理猪场猪粪便工艺 由图3 可知，黑水虻处理规模猪场猪粪便养殖工艺流程为：猪场猪粪便收集，不同类型猪粪便进行预处理转移到猪粪便处理养殖大棚中，使其有利于黑水虻幼虫生长，按照100 kg 猪粪便中投入1 500 g 4 日龄幼虫的参考标准进行幼虫接种，控制猪粪便处理大棚温度在28～30℃进行生物处理猪粪便9 d 左右，最后分离虫重和剩余猪粪便，鲜虫可以作为动物蛋白饲料，剩余猪粪便可以直接用作有机肥，完成猪场猪粪便的生物处理周期。

3 讨 论

图1 黑水虻处理鲜粪过程

在研究中不向粪便中添加任何幼虫饲料，这样筛选出的猪粪便处理条件步骤少、可控性更强、更利于在养殖户中推广应用并降低处理成本。经过黑水虻处理的猪粪便为虫沙，可以直接用于施肥，获得的鲜虫可以作为蛋白饲料，如鸡场、鱼塘和螃蟹用黑水虻成虫做蛋白饲料添加。

已有研究表明，黑水虻生长发育的适宜温度为27～30℃，温度过低黑水虻幼虫取食量减少，影响其生长发育；饲料含水量为70%～80%时有利于幼虫生长，当饲料含水量为50% 时生长受抑制，当含水量降至30%时幼虫不能正常生长发育[11-13,15]。黑水虻幼虫在转化猪粪便的过程中对粪便的堆料厚度有一定要求。有研究表明，堆料厚度为15 cm 能充分利用转化池又有较好的转化效果，猪粪便堆料太厚导致透气性不好，影响幼虫生长，降低减重率；堆料过薄则水分蒸发会较快，不利于幼虫生长而且会增加转化过程的占地面积，增加生产成本[13]。

图2 黑水虻处理3 种猪粪便

图3 黑水虻处理猪场猪粪便养殖工艺流程图

本试验中，2、4、6 日龄黑水虻处理10 d 猪场猪粪便后，4 日龄的黑水虻处理猪粪便后获得的虫重最多，为1.70 kg，剩余的猪粪便最少，为3.83 kg，粪便减重率达61.67%。堆料厚度为15 cm 时黑水虻处理效果最好，获得的虫重最多，为17.43 kg，猪粪便减重率最高，为65.33%。4 日龄黑水虻处理鲜粪、干粪+ 沼液和沼气池沉淀粪，鲜粪处理后获得虫重最多，为16.64 kg，猪粪便减重率最高，为65.8%，沼气沉淀粪获得虫重最少，为10.06 kg，猪粪便减重率最低，为24.8%。鲜粪的含水量在70%左右，这个湿度适合黑水虻幼虫生长，干粪有结块现象，沉淀粪营养流失太大，不适宜幼虫生长。本研究结果表明，可用黑水虻直接处理鲜粪，干粪和沉淀粪要经过调节湿度和营养成分使其利于幼虫的生长。本研究中幼虫体重较喻国辉等[7]和Tomberlin 等[10,14]的结果略低，这可能是因为未给幼虫分阶段补充新鲜饲料。本研究中幼虫体重显著低于鸭粪处理结果，这可能是因为禽类肠道对饲料的利用率较低，因此粪便中营养成分优于猪粪便，同时还在试验中添加了玉米粉等饲料[15-16]。综上所述，利用4 日龄黑水虻幼虫处理规模猪场的猪粪便，猪粪便堆料厚度为15 cm 的鲜粪可以直接用幼虫处理，干粪和沉淀粪处理过中需添加辅料满足幼虫生长条件。