黑水虻对农牧固体废弃物处理的研究现状

2021-12-06袁梦涵张鹏糜旺黄健付敏华万志强

江西农业 2021年8期

袁梦涵，张鹏，糜旺，黄健，付敏华，万志强

（1.江西省农业技术推广中心农安处，江西南昌 330077；2.江西省农业技术推广中心金融处，江西南昌 330000；3.萍乡市高级技工学校，江西萍乡 337000；4.永修县农业农村局，江西永修 330300；5.江西省农业技术推广中心事务保障处，江西南昌 330046）

目前农业和畜牧业发展迅速，产生农业和畜禽类固体废弃物，对环境造成严重污染。如何行之有效地处理农业和畜禽类固体废弃物使资源得到充分利用，是现阶段研究的重点。

1 农牧固体废弃物的现状

1.1 秸秆现状

农业部官方数据显示，全球每年约有20亿吨的秸秆资源来自种植的各类作物，但秸秆的利用率不高，很多秸秆未被加工利用。作为农业大国的中国，秸秆类资源的拥有量是极其丰富的。根据国家统计的数据可知，在2019年全国农林牧渔业的总产值达到123967.94亿元，其中农业总产值为66066.45亿元，农作物的总播种面积为165930.66千公顷，粮食产量66384.34万吨，在高产的同时，秸秆资源的产量也在增加。目前，秸秆资源并没有被很好地开发利用，如果将秸秆进行焚烧会产生大量的二氧化碳和烟尘等，使得人们的生存环境受到污染，同时还可能引起土壤中微生物的减少、土壤板结和土壤肥力下降等一系列副作用。秸秆作为一种生物质资源焚烧浪费十分可惜，因此加强对秸秆资源利用具有非常重要的意义。

目前秸秆在处理手段中有秸秆肥料化、燃料化、饲料化、原料化处理、基料化五个大方向，在联合收割机上配套粉碎设备是秸秆处理的主要手段，将作物秸秆粉碎后翻入土壤中，从而能够加速秸秆在土壤中的腐熟分解，有利于被土壤吸收，使得土壤的理化性能和团粒结构得到有效的改善，增强土壤的肥力。部分秸秆离田的利用有下面几种主要方式：①采用沤肥的方式，首先将作物秸秆通过高温腐熟和发酵处理，然后制成肥料，再将肥料施入到土壤中，但是秸秆粉碎还田后需要对农田进行深耕，否则会改变土壤结构，影响农田水份渗透土壤，使得土壤的蓄水能力下降，并且造成病虫害，同时使得后期水稻倒伏的可能性变大。②也有将植物秸杆制作成秸秆类制品替代其它材料。③在秸秆压块设备中采用加压、加热的方式，将秸秆压缩成型代替煤作为燃料，用于农村居民日常生活用能源，或用于工业锅炉和电站。④利用秸秆富含多种营养成分，并且具有成本低廉和资源丰富的优点，可以用来作为基料栽培平菇、香菇、双孢菇、木耳、金针菇、杏鲍菇等食用菌，目前使用秸秆作为菌床栽培食用菌的技术成熟，潜力很大，用作基料栽培食用菌后，会产生菌渣需进一步处理。用秸秆制作生物质燃料、造纸等可以有效地处理秸秆，但所需投资成本较高，设备昂贵、占地面积大，所需资源较多。

1.2 畜禽粪便现状

每年我国污水和畜禽养殖粪便产生量约38亿吨，其中畜禽粪便产生量约18亿吨，约占47.3%[1]。目前畜禽类固体废弃物没有得到很好的利用，而且对环境的污染非常严重。在处理畜禽养殖废弃物时，若方法不当会造成诸多不良影响：第一，家禽养殖粪便和污水的污染物质若排到地下水，很容易增加水中有毒成分，导致溶解氧含量下降加速，使得水体变臭、发黑,造成长期的有机污染，直接排放高浓度的污水，当排放量严重超过土地消纳能力时，容易堵塞土壤孔隙、使其透水及透气性下降，出现板结，造成农田土壤污染，导致土壤质量严重下降。第二，畜禽污染物中存有很多病原微生物、寄生虫卵等物质，若对于畜禽污染物的处理不恰当会让农产品微生物受到污染。第三，在微生物的作用下畜禽粪便发酵产生有害气体，使畜禽生长发育受到影响、使畜禽产品的质量有所下降、还会影响畜禽饲养四周的空气从而威胁到附近居民的身体。科学有效地处理畜禽类固体废弃物造成的危害，

意义十分重大[2]。

为了解决农业和畜禽类固体废弃物的问题，目前研究推出了不少粪便处理办法，如干燥法、堆肥发酵法、生产沼气法等，但存在投入资金量大、设备昂贵，耗能高，处理效果差，产品收益与成本倒挂等弊端。

2 黑水虻对畜禽类粪便处理研究现状

黑水虻可以分解废弃物中的有机质，且分解废弃物中的有机质后，虫沙是很好的肥料，而黑水虻本身蛋白质含量很高，可以打粉用作饲料。所以黑水虻处理固体废弃物可以让有机废弃物实现减量化，资源化和无害化处理，有效解决环境污染问题。

2.1 黑水虻处理畜禽类固体废弃物的研究现状

黑水虻是一种属于水虻科的腐生性昆虫，能够把农牧固体废弃物和生活垃圾作为食物，生产高价值的动物蛋白饲料。因为它繁殖快，吸收转化效率高、食性广泛、饲养成本较低、管理简单，动物适口性好等特点，可用于处理农牧固体废弃物[3]。黑水虻成虫后体长为13～22 mm，把卵产在腐烂且相对潮湿的有机物周围的干燥狭缝中，整个成长过程分为卵期、幼虫期、预蛹期、蛹期和成虫期。一个生活周期大约为40天左右。卵的孵化一般为4～14天左右，因为季节、地区和温度的不同而不同。蛹期为9～10天[4]。

近些年有很多科研工作者进行了关于黑水虻处理农牧固体废弃物的效果的试验研究：Newton等（2005）发表的论文中提到黑水虻的幼虫能够在2周以内将质量55 kg 鲜粪干物质减少到24 kg，粪便积累减少了56%[5]；安新城等（2010）报道，黑水虻幼虫能通过与家蝇幼虫竞争食用粪便抑制的成长，起到控制家蝇生长繁衍发育的作用[6-7]；陈海洪等（2018）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%（粗脂肪30%）作为豆粕和鱼粉等蛋白质饲料的替代品，饲养鸡、鲶鱼、牛蛙和猪等动物，得出黑水虻的幼虫和预蛹作为蛋白质饲料的替代品能够很好地替代传统的蛋白源和脂肪源添加剂的结论[8]。喻国辉等（2010）用添加枯草芽孢杆菌等肠道微生物发酵鸡粪饲养黑水虻幼虫进行研究，得出在发酵鸡粪加入枯草芽孢杆菌等肠道微生物能提升黑水虻的生长发育速度、增高黑水虻的产量和缩短转化的周期具有一定的意义[9]。Erickson（2004）在适宜条件下，将成长发育11天的黑水虻放入鸡粪中培养5天后，鸡粪中大肠杆菌和沙门氏肠杆菌的数量明显减少[10]。郭会茹等（2020）通过试验得出将黑水虻经过一定处理后，放入鸡粪中培养8d后，粗蛋白质含量（占干物质含量）37.60%、粗脂肪含量（占干物质含量）36.00%、总氨基酸含量为32.27%黑水虻幼虫中微生物污染物与无机污染物的含量、黑水虻处理过的虫沙各项指标均符合相关标准的限量要求[11]；余峰等（2018）在黑水虻处理不同养殖模式鸭粪的实验中发现黑水虻可以对多种养殖模式下产生的鸭粪进行处理，经过黑水虻对鸭粪的除臭效果明显，经过处理后的虫沙符合作为生物有机肥的标准，可以作为生产有机肥的初级原料使用[12]。许静杨等（2020）通过实验证明，可以用秸秆和生活垃圾以及畜禽类粪便养殖黑水虻[13]。

由此可见，黑水虻对农牧固体废弃物的处理具有一定的效果，可以解决部分农牧固体废弃物带来的不利影响。

3 黑水虻处理畜禽类固体废弃物存在的问题

3.1 对于黑水虻处理畜禽废弃物的意义认知不深

我国黑水虻条件好、原料充足、生产成本低，且在处理国内畜禽废弃物上有加大的利用空间、在国际国内市场有强大的生命力和市场竞争力。黑水虻是重要的昆虫替代畜禽蛋白饲料的来源之一，可产生良好的经济效益并且促进生态环境良性循环。可是，我国对于黑水虻在环保中的作用和带来的经济效益的认识度不高，普及还不够，重视程度还较低。