添加农作物秸秆对黑水虻生长及转化餐厨垃圾处理废渣效果的影响

2023-02-15何卓君胡文章齐海涛熊成财

养殖与饲料 2023年2期

何卓君，胡文章，杨成,2*，齐海涛，周旭，熊成财

1.贵州民族大学生态环境工程学院，贵阳 550025；2.贵州民族大学固废污染控制与资源化工程研究中心，贵阳 550025；3.遵义美净科技有限公司，贵州遵义 563000

2016-2021 年，餐厨垃圾产生量高达9 000万t/a，预计2026 年将达到13 000 万t/a[1]。目前，我国的城市餐厨垃圾处理量约为9 800 万t/a，处理方式通常是通过油脂分离及废渣废液分离，其中餐厨垃圾处理废渣约占20%，即餐厨垃圾处理产生的废渣约1 800 万t[2]。餐厨垃圾处理废渣具有易腐、易臭、易孳生病菌蝇虫等危害，同时具有高含水率、高蛋白、富含营养元素等特点，因此餐厨垃圾处理废渣兼具危害性和资源性，对餐厨垃圾处理废渣进行无害化、资源化处理对城市环境发展具有重要意义。

目前，餐厨垃圾处理废渣的处理方式主要有填埋、焚烧、好氧堆肥、厌氧发酵、昆虫生物转化等[3]。填埋处理如果防渗措施处理不当，可能造成地下水污染和大气环境污染；焚烧发电虽然能实现资源化利用，但是其可能产生二次污染，会严重危害大气环境，且餐厨垃圾处理废渣具有较高的含水率，燃烧热值低、能耗高，易导致焚烧温度不稳定；好氧堆肥法是目前较为成熟的工艺，但在堆肥过程中餐厨垃圾处理废渣极高的盐分和含水率易引起土壤板结与盐碱化[4]，且堆肥占地较大；厌氧发酵利用多种微生物的协同作用产生沼气进而实现资源化利用，是我国餐厨垃圾处理废渣的主要方式，约占总餐厨垃圾处理废渣处理量的74%[5]，但餐厨垃圾处理废渣随季节和饮食变化会导致厌氧发酵过程产气的不稳定[6]，这就对工艺管理提出了较高的要求；昆虫生物转化法是利用食腐性昆虫的“口摄”作用，将餐厨处理废渣的营养元素转化为高蛋白物质，因其抗逆性强、食谱广泛、吸收转化效率高、饲养简单[7-8]，目前已逐渐被应用于餐厨垃圾处理废渣的资源化处置中，是一种极具前景的餐厨垃圾处理废渣资源化利用的方法。

在生物转化法中，由于餐厨垃圾处理废渣的含水率偏高[9]，直接使用餐厨垃圾处理废渣进行转化，效果往往不够理想，因此在转化前一般需要加辅料对餐厨垃圾处理废渣进行调节，目前在生物转化的相关研究中，餐厨垃圾处理废渣常用的辅料主要为干麦麸或农作物秸秆[10]，但干麦麸使用成本较高，不利于生物转化法的产业化发展，因此，在实际转化中一般选用农作物秸秆作辅料。农作物秸秆作为一种吸水性较强的疏松多孔废弃物，可使餐厨垃圾处理废渣疏松保温，且自身富含的粗纤维经微生物分解可以产生大量单糖、多聚糖、挥发性脂肪酸以及益生元，促进转化昆虫肠胃的消化吸收，提高机体免疫力，进而提高转化昆虫的营养品质[11-12]，但不同农作物秸秆的营养成分、吸水特性、使用成本存在差异，选择不同的农作物秸秆作为辅料对昆虫转化餐厨垃圾处理废渣的效果也不尽相同[13]。而目前关于添加不同农作物秸秆对黑水虻生物转化餐厨垃圾处理废渣的效果影响方面的研究也鲜有报道。因此，本研究选择贵州地区产量较大的5 种农作物秸秆作为辅料，探究其添加对黑水虻生长发育及餐厨垃圾处理废渣转化效果的影响，旨在为餐厨垃圾处理废渣和农作物秸秆的资源化利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

黑水虻虫卵取自遵义美净科技有限公司黑水虻养殖基地；餐厨垃圾处理废渣取自贵州省贵阳市某餐厨垃圾处理厂，含水率约为76%。

1.2 方法

1）黑水虻的孵化与保育。将黑水虻虫卵装入透气孵化盒中在25 ℃下进行恒温孵化，同时用水调节干麦麸含水率，至麦麸放手中微捏有水滴下，发酵2 d 后将孵化的1 日龄黑水虻转入发酵麦麸中继续发育3 d。

2）试验设计与饲养管理。利用筛网筛出体型适中、大小相近的黑水虻，从中选取健康活跃的黑水虻若干。设置餐厨垃圾处理废渣4 250 g（CK）、餐厨垃圾处理废渣4 000 g+大豆秸秆250 g（DG）、餐厨垃圾处理废渣4 000 g+薏仁米秸秆250 g（YRM）、餐厨垃圾处理废渣4 000 g+稻草秸秆250 g（DC）、餐厨垃圾处理废渣4 000 g+高粱秸秆250 g（GL）、餐厨垃圾处理废渣4 000 g+玉米秸秆250 g（YM），共6 个试验组，每组3 个重复，按照上述分组将餐厨垃圾处理废渣和农作物秸秆装入各饲养盒（规格为：下径410 mm×310 mm×150 mm，上径520 mm×400 mm×150 mm），每盒加入800 mL水调节后放入5 g 的3 日龄黑水虻，待黑水虻放入后，每隔1 d 随机选取5 只黑水虻分别测量体长、体重、体宽，试验共进行14 d，室内日平均温度为18 ℃。试验结束后，将黑水虻与虫沙进行分离后放入烘箱，待烘至恒重后使用高速粉碎机将虫沙和黑水虻制粉，置于-4 ℃储存待测。

3）指标测定方法。

餐厨垃圾处理废渣减量率=[餐厨垃圾处理废渣质量（干重）－残渣质量（干重）]/餐厨垃圾处理废渣质量（干重）×100%；

餐厨垃圾处理废渣转化率=增加的虫体质量（干重）/转化后的餐厨垃圾处理废渣质量（干重）×100%；

总产量=黑水虻末干重－黑水虻初干重；

日均增重量=总产量/饲养天数；

水分=[(餐厨垃圾处理废渣湿量－餐厨垃圾处理废渣干重)]/餐厨垃圾处理废渣湿重×100%；

粗蛋白：凯氏定氮法测得全氮含量×6.25；

粗脂肪：索氏提取法；

粗纤维：硫酸酸煮-氢氧化钾碱煮-马弗炉煅烧法；

粗灰分：马弗炉煅烧法；

钙：EDTA 滴定法；

盐分：莫尔测定法。

4）数据分析。利用SPSS 17.0 进行数据分析，Origin 2018 和Excel 进行图表绘制。

2 结果与分析

2.1 添加农作物秸秆对黑水虻生长发育的影响

在转化过程中，黑水虻的体长、体宽、体重变化趋势如图1、图2、图3 所示。由图1、图2、图3 可见，黑水虻的生长发育关键时期为第3～7 天，利用辅料的吸水特性可使黑水虻在高含水率条件下正常生长。转化结束后，黑水虻生长发育情况如表1所示。由表1 可知，YM 组、YRM 组、GL 组、DC 组、DG 组黑水虻的体长相对于CK 组分别增加了3.25、3.52、4.08、3.46 和3.37 mm，均显著高于CK 组。其中，GL 组的黑水虻平均体长最长，达到了18.29 mm；YM 组、YRM 组、GL 组、DC 组及DG 组的黑水虻的体宽相对于CK 组分别增加了1.25、1.26、1.39、1.28、1.44 mm，均显著高于CK 组，其中DG组的黑水虻平均体宽最宽，达到了5.11 mm；YM组、YRM 组、GL 组、DC 组及DG 组的黑水虻的体重相对于CK 组分别增加了0.09、0.09、0.11、0.10 和0.11 g，均显著高于CK 组，其中GL 和DG 组的黑水虻体重最大，均达到了0.20 g；在黑水虻总产量上，DG 组产量最多，CK 组产量最少，前者相对于后者增加了82.3 g；在黑水虻日均增重量上，DG 组增加最多，CK 组增重最小，前者相对于后者增加了6.33 g。因此，综合对比6 个试验组的黑水虻生长趋势以及转化结束后体长、体宽、体重、总产量、日均增重量可以看出，添加大豆秸秆粉的餐厨垃圾处理废渣促进黑水虻的生长发育效果较好。

图1 添加农作物秸秆对黑水虻体长的影响

图2 添加农作物秸秆对黑水虻体宽的影响

图3 添加农作物秸秆对黑水虻体重的影响

表1 添加农作物秸秆对黑水虻生长发育的影响

2.2 添加农作物秸秆对黑水虻体成分的影响

转化结束后黑水虻体成分如表2 所示。在粗蛋白含量上，YRM 组和DG 组相对于CK 组存在显著差异，其中YRM 组粗蛋白含量最低，相对于CK 减少了3.05 个百分点，DG 组粗蛋白含量最高，相对于CK 组增加了3.13 个百分点；在黑水虻粗脂肪含量上，YM 组、YRM 组、GL 组、DC 组和DG 组均显著高于CK 组，分别增加了10.38、8.69、11.62、11.65 和14.95 个百分点；在黑水虻粗纤维含量上，YM 组、YRM 组、DC 组和DG 组之间无显著差异，但相对于CK 组均显著增加。在黑水虻粗灰分含量上，DG 组粗灰分含量最低，仅为22.67%，低于YM 组、DC 组和CK 组，显著低于YRM 组和GL 组，而粗灰分的主要成分为矿物元素的氧化物[14]，这表明YRM 组的黑水虻体内营养成分含量较高；对于黑水虻的盐分含量而言，6 个试验组间无显著差异，各试验组盐分含量均符合GB/T 19164-2021《国家饲料原料鱼粉》中红鱼粉盐分含量≤5%的标准限值[15]。

表2 生物转化后黑水虻体成分含量 %

2.3 添加农作物秸秆对餐厨垃圾处理废渣转化效果的影响

转化结束后，各试验组的黑水虻末重、餐厨垃圾处理废渣减量率和转化率如表3 所示。对于黑水虻的干重而言，YM 组、YRM 组、GL 组、DC 组和DG组显著高于CK 组，相对于CK 组分别增加了72.25、68.48、76.00、69.40 和82.30 g，其中DG 组黑水虻干重最大，达到了169.02 g；对于餐厨垃圾处理废渣减量率而言，YM 组、YRM 组、GL 组、DC 组和DG 组显著高于CK 组，相对于CK 组分别增加了22.96、22.19、25.53、24.23 和24.99 个百分点，其中GL 组减量率最高，达到了70.09%，但与YM 组、DC组和DG 组无显著性差异；对于餐厨垃圾处理废渣转化率而言，CK 组转化率最低，仅为15.94%，而DG 组显著高于CK 组，达到了18.35%，相对于CK组增加了2.41 个百分点。

表3 添加农作物秸秆对餐厨垃圾处理废渣生物转化效果的影响

3 讨论

从黑水虻的生长发育趋势来看，添加农作物秸秆可以有效促进黑水虻的生长发育，这可能是由于初始水源的添加使得餐厨垃圾处理废渣含水率过高，抑制了黑水虻的生命活动[16]，有研究表明黑水虻的孵化生长会因温度和季节的差异而发生变化[17]，而通过添加农作物秸秆可有效调节料堆含水率达到料堆保温的效果，从而保证了在低温、高含水率条件下黑水虻的生长发育，同时农作物秸秆的添加使得农作物秸秆中的粗纤维部分被黑水虻进食，促进了黑水虻对餐厨垃圾处理废渣的消化吸收[18-19]。从黑水虻的体成分含量可以看出，农作物秸秆的添加可有效促进黑水虻体成分的积累，这与覃万朗等[20]的研究结果一致，黑水虻体成分的累积主要体现在虫体干物质的积累上，主要通过粗蛋白、粗脂肪、粗纤维的积累影响干物质的含量[21]，造成该现象的原因可能是秸秆自身具有一定含量的粗蛋白且碳氮比较低，在微生物降解后利于黑水虻消化吸收，从而提升了黑水虻对营养物质的吸收效率[22-27]；各农作物秸秆添加组的黑水虻粗纤维含量显著高于CK组，这可能与各饲养盆内粗纤维的来源有关，CK 组的粗纤维来源主要是餐厨垃圾处理废渣中的各类蔬菜与大米，蔬菜和大米的粗纤维含量较低，蔬菜为0.5%～3.0%[28-29]，大米为0.5%～2.0%[30]，而各农作物秸秆添加组中的农作物秸秆自身粗纤维含量高，且能被黑水虻吸收[31]，从而导致各农作物秸秆添加组中的黑水虻粗纤维含量均显著高于CK 组。而含有一定粗纤维成分的黑水虻作为饲料可以有效促进动物的消化吸收[32]，这与饲料的生产预期相符合。

黄兰英等[33]研究表明，农作物秸秆的添加可促进食腐类昆虫的生长发育，而餐厨垃圾处理废渣转化效果的好坏主要由黑水虻对餐厨垃圾处理废渣的进食效率所决定，餐厨垃圾处理废渣的减量率与餐厨垃圾处理废渣重量的变化密切相关，而秸秆自身含有一定的营养物质[34-35]，可以加快黑水虻的生长发育，进一步促进黑水虻的进食效率，从而提高黑水虻对餐厨垃圾处理废渣的转化效果[36]。