不同饲养密度对亮斑扁角水虻幼虫生长发育及新鲜牛粪转化率的影响

字 晓，和培铖，刘 龙，杨献清，段艳涛，倪喜云，王 敦*，单麟茜，张顺仁

(1.西北农林科技大学昆虫学研究所，陕西杨凌 712100；2.大理白族自治州农业科学推广研究院，云南大理 671005)

亮斑扁角水虻HermetiaillucensL.又叫黑水虻(black soldier fly)，属双翅目Diptera水虻科Stratiomyiidae昆虫。之前国外的研究发现，黑水虻幼虫取食猪粪便具有较高的转化效率，处理后粪便干物质所含的各种营养元素如氮、磷等得到不同程度的减少，同时消除了粪便的臭味，极大的减少了粪便对环境的不利影响(Dieneretal.,2009;李志刚等，2011；Cickováetal.,2012;刘良等，2017；Goldetal.,2018)。国内对利用亮斑扁角水虻转化废弃物的研究起步较迟，也多集中在对猪粪、鸡粪的转化利用上(安新城等，2010；刘韶娜等，2016；刘良等，2017；于怀龙等，2018)，针对养牛业废物利用转化的研究报道相对较少(陈兆强等，2018)。对于亮斑扁角水虻的人工养殖技术研究较多，如食料含水率、非取食性物质影响等(喻国辉等，2014；姬越等，2018)，但尚无相关饲养密度与牛粪转化效率方面的研究报道。

大理地区是传统的奶牛养殖地区，也是奶牛粪便污染的重点防控区，随着洱海保护治理压力的不断加大，流域内奶牛养殖废弃物综合治理已迫在眉睫。本研究以亮斑扁角水虻为研究对象，选择4日龄幼虫设置3个处理密度，通过分析等量饲喂条件下，不同饲养密度亮斑扁角水虻幼虫百虫重、粗蛋白、粗脂肪、水分、牛粪转化率指标的差异，旨在探索一种适于亮斑扁角水虻幼虫处理新鲜牛粪的饲养密度，为畜牧养殖废弃物资源化利用提供一种新型、可循环的环保处理方式。

1 材料与方法

1.1 试验条件及材料

1.1.1黑水虻幼虫

亮斑扁角水虻幼虫，由畜禽粪便资源化利用产业技术体系——大理试验站繁育并提供适龄幼虫。

1.1.2试验设施

种虫室1间(面积20 m2)，转化室1间(面积60 m2)，转化池(转化池规格：200 cm×180 cm×22 cm)及试验用转化小池(50 cm×70 cm×22 cm)若干。种虫室控制室内条件为：温度在38±2℃，湿度为82%±3%；转化室控制室内条件为：温度为27±3℃，相对湿度为82%±3%。

1.1.3材料及工具

新鲜奶牛粪(购自大理市喜洲镇农户)；自制集卵器若干(集卵器由长宽厚度相等的长方形木板叠加7块组成，每块木板规格为：20 cm×5 cm×1 cm)；自制孵化盘若干(自制孵化盘规格：40 cm×30 cm×5 cm，盘内放置饲料，盘上用纱网覆盖固定，卵块放置在纱网上放入恒温箱孵化)；幼虫培育塑料盒；以及刮刀、刷子、铲子等工具若干。

1.2 试验设计

试验密度设置3个处理，A组使用孵化的4日龄幼虫3 500头；B组使用孵化的4日龄幼虫8 750头；C组使用孵化的4日龄幼虫17 500头。每个处理3次重复。在温度为27±3℃，湿度为82%±3%的均一条件下，每天喂养黑水虻新鲜牛粪1.0 kg(同一转化室室温基本一致，同一批新鲜牛粪水分含量基本一致)，各处理加样频率一致。处理方式如表1。

表1 试验处理设计Table 1 Bioassay design

1.3 试验管理与样品测定

根据试验设计，收集同日产的亮斑扁角水虻卵一批用于试验，进行单独孵化。虫卵置于孵化盘的孵化网上，孵化盘内有含水率70%的纯饲料(豆粕、玉米粉、米糠混合饲料，使用比例为1 ∶2 ∶3)，放置于恒温培养箱中，于30℃的条件下培养3～4 d。

将孵化出的4日龄幼虫按上述3个密度分A、B、C组。将分好的幼虫接入试验转化小池，做好试验组编号，在同等温湿度下，每天喂养亮斑扁角水虻新鲜牛粪1 kg，并测定新鲜牛粪含水率。使用牛粪喂养20 d(试验时间为夏季，幼虫期一般在20 d左右)，在第21天筛分虫粪，分离的幼虫用毛刷刷去虫体粘附的粪便，随机选取100头幼虫，称量记录百虫重；并对残料重量称重记录，并取样进行检测，检测项目为残料水分。再随机挑出的幼虫200头，称重后50头用于测定水分含量，150头立即烫死后60℃烘干(双五金101A-3E干燥箱，上海实验仪器厂)，用于后续测定虫体粗蛋白、虫体粗脂肪。干燥样品送云南省分析测试中心进行测定，粗蛋白用凯氏定氮仪测定，粗脂肪利用索氏抽提器提取测定，依据标准《食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定》(GB5009.5-2016)。

1.4 数据处理

转化率(%)=(投喂牛粪总干重(kg)-残料总干重(kg))/投喂牛粪总干重(g)×100。

其中添加料干重减去剩余料干重则为消耗料干重，根据新鲜牛粪含水率和残料含水率计算干重，计算可得转化率。

实验数据由EXCEL 2007和SPSS 21.0软件进行统计处理。

2 结果和分析

2.1 不同饲养密度对亮斑扁角水虻生长发育的影响

2.1.1不同饲养密度对亮斑扁角水虻百虫重的影响

在20日龄时，百虫重指标A组(12.77 g)最高，B组(10.47 g)次之，C组(7.83 g)最低，3个处理之间差异极显著。由表3的相关性分析可知，百虫重和亮斑扁角水虻饲养密度极显著负相关。表明，虫群密度越大，百虫重越小(表2)。

表2 不同饲喂密度下黑水虻百虫重显著性分析Table 2 Analysis of 100-larvae weight of Hermetia illucens under different rearing densities

注：A、B、C表示饲养密度分别为3500头/ kg、8750头/ kg、17500头/ kg(4龄幼虫数量/20.0 kg牛粪)。同一列字母相同为差异不显著(P>0.05)，小写字母不同为差异显著(P<0.05)，大写字母不同为差异极显著(P<0.01)；下同不再注释。Note:A,B,C mean the rearing densities were 3 500 larvae / kg,8 750 larvae / kg and 17 500 larvae / kg (4-day-old larvae/20.0 kg cow manure).The same letter means no significant difference;the different lowercase letters mean significant differences at 0.05 and the different uppercase letters mean significant differences at 0.01.The same meaning was indicated in the following tables.

2.1.2不同饲养密度对亮斑扁角水虻虫体营养指标的影响

在20日龄时，粗蛋白指标A组(54.87 g)最高，C组(51.4 g)次之，B组(47.3 g)最低，3个处理之间差异极显著。粗脂肪指标A组(22.87 g)最高，B组(18.20 g)次之，C组(10.37 g)最低，3个处理之间差异极显著。但相关性分析发现，粗蛋白和黑水虻饲养密度相关性不显著；而粗脂肪和亮斑扁角水虻饲养密度极显著负相关。表明，虫群密度越大，粗脂肪含量越低(表3)。

表3 不同饲喂密度下亮斑扁角水虻粗蛋白和粗脂肪分析Table 3 Analysis of crude protein and crude fat of Hermetia illucens under different rearing densities

2.2 不同饲养密度下亮斑扁角水虻对牛粪的转化率分析

计算数据均折算成干物质进行计量，转化率是根据消耗料的干物质与投喂量的干物质比值得出，这个计算方法忽略虫体排泄物对试验物料带入的额外影响。从表4中可以看出，在20日龄时，转化率最高为B组(48.66%)，C组(42.33%)次之，A组(35.11%)最低。结果表明，B组的密度是一个较适合本试验鲜牛粪用量的转化密度。

表4 亮斑扁角水虻对牛粪的转化率分析Table 4 The conversion rate of cow manure by Hermetia illucens

注：鲜牛粪水分均以检测得到81.3%计算，投入总量为20.0 kg。Note:The water content of fresh manure was calculated by a ratio of 81.3% as pre-tested value and the total cow manure for feeding was 20.0 kg.

3 结论与讨论

3.1 结论

在每日投喂量为1 kg、投喂20 d的条件下，B组的转化率最高，其次是C组，A组转化率最低。C组转化率小于B组，说明并非密度越大转化率越高，超过一定范围将会影响亮斑扁角水虻幼虫的生活环境，从而降低转化率；而C组转化率大于A组，可以看出即使生活环境受到影响，高密度虫群仍能转化较多牛粪。因此认为：B组密度较符合亮斑扁角水虻转化牛粪的密度条件，此时亮斑扁角水虻既能够摄取足够生长的养分，又能够较完全的转化处理牛粪。

3.2 讨论

本研究使用新鲜牛粪饲养亮斑扁角水虻幼虫进行试验，试验中虫体粗蛋白含量检测得到47.3%～54.9%，与安新城和吕欣(2007)研究的黑水虻幼虫“黑水虻预蛹的干物质当中，粗蛋白含量约为42.1%”基本一致；粗脂肪含量为10.4%～22.9%，与Liu等(2018)研究结果类似。说明在适宜的喂养密度下，亮斑扁角水虻也能够较好的吸收利用牛粪的营养物质，转化为自身营养。因此，新鲜牛粪饲喂的亮斑扁角水虻幼虫，也能够很好地替代传统的蛋白源和脂肪源添加剂，成为豆粕和鱼粉等传统蛋白质饲料的替代品(Seccietal.,2018;Zhouetal.,2018)。

分析3组处理的虫体营养指标可知，A组中亮斑扁角水虻幼虫的各项营养指标(百虫重、粗蛋白、粗脂肪)高于B、C组，B组在百虫重、粗脂肪两个指标上高于C组。由此可以认为，虫群密度较低的时候，幼虫能获得的营养物质较高。这与前人研究结果类似(Dieneretal.,2009;Goldetal.,2018)，过高的密度并不适于亮斑扁角水虻对废弃物的利用效率。当然，亮斑扁角水虻的发育速率也会影响到其对有机物的转化效率(徐齐云等，2014)，虫群密度的大小是否通过影响到亮斑扁角水虻的发育速率而导致其对牛粪转化率的影响，尚待进一步深入研究。

亮斑扁角水虻处理农业废弃物是目前普遍认为较好的一种生物(胡俊茹等，2017)，特别是亮斑扁角水虻幼虫也可以作为优质的动物饲料蛋白原料(宋宇琨等，2019)，利用亮斑扁角水虻转化畜禽业养殖废弃物不仅可以消除大量的污染物，也能够降低产生高附加值的产品，间接降低畜禽业成本。尽管亮斑扁角水虻在很多情况下是用来处理餐厨垃圾和废弃物，但餐厨垃圾中的调料、盐等物质对亮斑扁角水虻的生长会产生不利影响(姬越等，2018)，而动物粪便则不存在这些问题。因此，相比处理餐厨垃圾废物，对于动物粪便的处理可能会更具前景。