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利用黑水虻幼虫对禽畜粪便资源化处理的进展
1前言
环境保护是2017年饲料与养殖业的主题。从业人员应该不会否认，2017年饲料与养殖业谈论最多的话题应该是环境保护。本人涉足饲料与养殖行业已20年，我个人感觉从来没有哪一年像今年一样，养殖场的粪、水及臭气处理受到如此高度关注，无论是政府管理部门、老百姓，还是饲料生产与养殖企业。主要的原因应该是政府高度重视养殖业粪、水及臭气造成的环境污染，并下决心加以整治；同时，老百姓对环境污染的不满导致的压力；全球气候变暖，我国减少二氧化碳排放承诺的要求等等。
养殖粪、水资源化利用是未来的方向。其中大家最关注的应该是粪、水的资源化问题。刚刚结束的于2017年6月27日在湖南长沙召开的“全国畜禽养殖废弃物资源化利用会议”就是很好的说明。本届大会召开期间，中共中央政治局委员、国务院副总理汪洋出席会议并做了重要发言，农业部部长韩长斌主持会议。此会释放的信息相当明确：政府高度重视；资源化利用将是处理畜禽养殖废弃物的方法。汪洋副总理强调：抓好畜禽养殖废弃物资源化利用，是事关畜禽产品有效供给和农村居民生产生活环境改善的重大民生工程。他进一步强调：围绕就地就近用于农村能源和农用有机肥，加快发展农村沼气和生物天然气徐单，畅通还田渠道，促进种养结合、农牧循环的绿色发展，多形式推进养殖废弃物资源化利用。
利用黑水虻幼虫处理畜禽粪便是资源化利用的新方法。黑水虻（black soldier fly）,学名为亮斑扁角水虻，为双翅目水虻科昆虫，目前国内外研究热点的资源昆虫。其作为一种营腐生性昆虫，可以动物粪便为食，因而被视为处理畜禽粪便等有机废弃物的资源昆虫之一。
目前畜禽粪便资源化处理的三种主要方法：堆肥处理法、沼气发酵法、蚯蚓处理法，都存在明显的缺陷，如堆肥法历时长，会产生大量甲烷、氨气和二氧化碳，同时受季节因素的影响（卢辉，等，2008）；使用猪粪便制备沼气，对设备有较高的要求，必须使用高耐腐蚀材料，使得运营成本高，且沼气发电无法并网，所产生的沼液、沼渣的处理更令人头痛；蚯蚓法受蚯蚓生理特性的影响，生物缓慢，历时三个月，林楚麒且对温度敏感，高于35℃蚯蚓死亡，而温度不高则会有大量病原菌生长(Ndegwa等，2001)。
与以上三种常规方法相比，利用黑水虻幼虫对畜禽粪便作资源化处理，基本上克服了它们的缺陷，并且由于幼虫可作为饲料蛋白源与能量来源，因此还能产生额外的经济效益(Marrjorie等来岛通总，2013；Sanchez-Muros等，2014)。
从理论到实践，黑水虻资源化处理畜禽粪便技术获得了长足的进步，并发现了不少的问题。自2012年开始，华南农业大学食品学院应用微生物团队就开展了利用资源昆虫资源化处理有机废弃物，之后与贵州都匀市黔昌畜牧发展有限责任公司合作进行了猪粪处理的研究。2014年成立了由研究生和大学生组成的创新企业，广州无两生物科技有限公司，专门从事黑水虻处理畜禽粪便的业务。通过几年的实践，我们获得了一些实践经验，并发现不少急需解决的问题。现与读者分享如下。
2黑水虻处理畜禽粪便的技术进展、流程与优势
2.1技术进展
首先，黑水虻是一种全球性分布的双翅目水虻科昆虫，中国也有广泛的分布。因此大规模养殖用于处理畜禽粪便不用担心外来物种的入侵。其次，在自然界，其幼虫就以腐烂的有机物或动物粪便为食（刘巧林，2008），利用它们处理畜禽粪便没有改变其天然食性。
国外的研究发现，黑水虻幼虫取食动物粪便，可以减少粪便堆积，并消除臭气（Sheppard and Newton, 1994）；同时还能控制家蝇滋生（Sheppard, 1983; Bradley and Sheppard, 1984）;此外，还能减少鸡粪中的大肠杆菌（Erickson等，2004）。
Sheppard（1994）的研究结果表明，黑水虻可以消化大约50%的粪便重量和62%的氮素营养，同时将鸡粪(干重)以8%的转化率转化为42%的粗蛋白和35%的脂肪。黑水虻对于粪便的消化速率也取决于粪便和幼虫的比例，由于投喂粪便量不一样，Myers测得黑水虻对牛粪干重的转化率由33%（70g/d/300头）到58%（27g/d/300头）不等(Myers et al., 2008)。Newton等设计了适用于养猪场的黑水虻粪便处理系统，并测试了在一个含有18头猪的系统中，平均每头猪的猪粪每天可产生0.214kg黑水虻，并可以减少约56%的猪粪堆积，无机盐和其他营养物质可被消耗40%到55%不等(2005)。实验室的研究表明，黑水虻幼虫处理鸡粪（Sheppard and Newton, 1994；Newton, Sheppard, et al., 2005）、牛粪(Newton等，1977)以及猪粪（Newton等，2005）取得了理想的效果。
国内在这方面的研究起步晚，但进步很快。
黑水虻作为新技术、新产业，国内的研究起步较晚，从事研究与开发的单位不多。从发表的文献、申请的专利以及在国内外产业界有一定知名度的情况来看，研究机构或企业主要包括华中农业大学、广东省昆虫研究所、山东农业大学、华南农业大学、广州无两生物科技有限公司、西安杰姆环保科技有限公司、武汉超拓公司等：
2006年，广东省昆虫研究所首次引进黑水虻技术，并成功建立了本地试验黑水虻种群，在产卵诱集及虫卵孵化等方面取得了突破性进展。该研究所通过将养殖技术与设备优化组合，成功开发出一种高效率的用于餐厨垃圾处理的生物转化系统，通过该生物转化系统，黑水虻将餐厨垃圾等转化成高附加值的昆虫蛋白。
2008年，华中农业大学对黑水虻的生长特性、禽畜粪便转化工艺条件、幼虫肠道细菌、人工光源等进行了研究。
刘巧林（2008）研究了黑水虻幼虫处理奶牛粪便，其对粪便中大肠杆菌ER2566的影响，以及处理后的过腹虫肥对牧草、小麦生长性能的影响。结果发现，将10克15日龄黑水虻幼虫接入50克无菌牛粪便辛达代报，27℃培养72小时后大肠杆菌（107CFU/g）无检出。周芬（2009）发现武汉品系的黑水虻对畜禽粪便的转化率最高，其中鸡粪的转化效果最好，牛粪最差。杨森（2010）研究了4日龄幼虫的不同接种密度与幼虫生物转化猪粪的能力之间的关系天鹅索套。结果发现，幼虫可消耗猪粪中41-51%的干物质精灵大领主，幼虫干重占处理前猪粪干重的10.6-15.1%。最佳接种密度为1000头幼虫/kg猪粪。在此条件下处理的猪粪全氮减少58%，全磷减少30%。平磊（2010）优化的幼虫最佳接种量为500头/kg猪粪-1000头/kg猪粪，与杨森（2010）的吻合。高贤涛（2011）研究了幼虫连续传代的方法，先用猪粪养殖，之后改用饲料。结果大大降低了饲料用量，节约了繁殖成本。郑龙玉（2012）研究了卵表细菌对雌虫产卵的诱导作用，以及卵表微生物对水虻生长发育的影响。
华南农业大学胡文锋团队研究了黑水虻及餐厨余的转化工艺、黑水虻肠道微生物菌群分析及抗菌肽等，另外在广东、贵州、四川、重庆以及湖北等地建立了黑水虻养殖基地。并与安佑集团公司在江苏建立了黑水虻处理猪粪的基地着魔吴沉水。徐健（2016）和杨树义等人（2016）研究了发酵预处理猪粪等对幼虫生长性能的影响。结果表明，发酵预处理猪粪可提高幼虫的平均增重，降低料重比，提高转化率。过虫肥（即虫沙）有机质含量71.88%，总磷（以P2O5计）5.19%，总钾1.25%，符合有机肥料标准。
2.2 黑水虻的优势
与现有处理猪粪的三种传统方法相比，黑水虻转化的优势很明显。除上文所述的优势外，还表现在可以抑制绝大多数的致病菌、杀灭肥料中的蛔虫卵、减少重金属含量以及抗生素残留。这里就不再赘述。以下只与家蝇处理方法相比较。
与家蝇相比，黑水虻处理方法具有以下优势：（1）黑水虻个体较大。黑水虻成熟幼虫个体重是家蝇蛆的十倍左右捭阖本纪，便于虫料分离和进一步的加工处理；（2）黑水虻幼虫历期长（15天），并且有明显的预蛹期秦海路，能够实现较长时间的活体存储。通过调节环境温度，时长可达1-2个月撩妹日记vr。而一般的蝇类幼虫历期短（7天），无明显的预蛹期，发育较快，因此活体贮存较难；（3）黑水虻成虫不取食，只需补充水分，生命期只有数天，其唯一使命为交配产卵，每雌产卵近1000粒。高州阳光论而家蝇、金蝇成虫不断取食，寿命可达一个月以上，养殖时需要不断补充食物，从而导致工作量增加，养殖成本上升；（4）黑水虻成虫不扰民，不轻易进入人类居室、厨房。而家蝇、金蝇却是典型的公害，甚至可能传播疾病。黑水虻能与家蝇种群形成竞争，其幼虫活动性更强，可与蝇蛆争夺食物，黑水虻幼虫取食过的食物不再适合蝇蛆的生长，并能驱避家蝇产卵，吸引黑水虻成虫产卵，从而达到控制家蝇滋生的效果，可使家蝇减少94%～100%（安新成，2010；El Boushy et al., 1991; Sheppard et al., 1983, 1994）。
2.3 处理系统技术流程：
黑水虻资源化处理猪粪的技术流程见图1（安新城等，2010）。
图1黑水虻处理猪粪系统技术流程图（安新成等，2010）
2.4 黑水虻处理猪粪系统规划与要求
通过华南农业大学研发团队以及广州无两生物科技有限公司多年的实践，我们在利用黑水虻处理猪粪方面积累了一些经验，其建设方案与要点如下：
1）场地选择
黑水虻幼虫处理猪粪场选址应靠近原料，即出粪口，就地处理。最理想的是在猪场另划一片地专用于猪粪处理。最理想的猪粪为刮板干清粪产生的猪粪，水分含量75~80%，但要避免雨水进入。
2）厂房建设
图2简易塑料大棚作为养殖黑水虻幼虫处理猪粪场地实物照片
整体要求：挡风遮雨，冬暖夏凉。全年温度控制在20~40℃之间。
首先，可以利用现有堆肥厂加以改进，或者废弃的仓库、栏舍改建。其次，搭建简易的塑料大棚，必须能遮风避雨，通风性良好画神闲，避免夏天日晒及冬天保温，维持大棚室内温度（见图2）。再者，在厂房或大棚内建水泥池或长形水泥槽。单个养殖池或槽的大小规格可根据每天收集猪粪量设计，原则上每天一池，每天的猪粪一个批次。依据每批次15天养殖时间，或停留时间为15天计，需要建至少20个独立的养殖池或槽。
3）养殖规模
在我们的实践中，大大小小规模的猪场都进行了相关的试验。我们的经验是，只要每天收集新鲜干清粪达到300~500公斤以上就可以利用黑水虻进行处理，建议使用水泥池来养殖（如图2）。单个池处理能力为0.5吨左右。
对于存栏量2000头或以上的育肥猪场，理论上平均每天可收集干清粪4~5吨或以上，建议采用水泥槽养殖，每天收集的猪粪作为一个批次放在一个槽内进行处理。
4）成本核算
主要的建设内容包括简易大棚、水泥池或槽等。购买的设备包括小型粉碎机、发酵池、小推车或者高压泵、铲、筛子或者分筛机等。成本核算见表1。
表1利用黑水虻处理猪粪的成本核算表（5吨猪粪/天）
3存在的问题
1)无法满足处理畜禽粪便对虫卵的巨大需求。就我们目前的经验，每处理1吨鲜猪粪需要约50~100克虫卵，对于一个存栏5000头的育肥厂，每天约收集10吨干清粪，则每天需要0.5~1公斤虫卵。可以推测，目前全国每年产生5亿吨猪粪，约10%即5000万吨用黑水虻处理，则年需要虫卵5000吨，每天需要15吨左右。这可是一个天文数字！因为，广州无两生物科技公司应该是全球唯一生产并销售虫卵的公司，目前其日产卵量约5公斤。因此远远无法满足市场需求，必需加快投建大规模繁殖厂。
另一个问题，如何在冬季寒冷的北方大规模的繁殖并养殖黑水虻？
2)无大规模养殖黑水虻处理畜禽粪便设施的标准设计。由于这是一个全新的技术，我国的研究人员从2006后才有正式的研究报道，且多局限于实验室及小规模研发，离大规模标准化生产还需时日。自2014年以来，国内建立了多家公司专门从事黑水虻处理有机废弃物，特别餐厨垃圾的技术开发，有一些技术积累，但对处理猪粪还在探索阶段娱乐之大亨。所以饲料及养殖行业人员还需要耐心研发，采取包容的心态，使此新技术日趋完善。
3)过程质量控制。包括原料控制、养殖过程优化控制，以及控制养殖过程产生的一些有毒有害气体，如氨气和硫化氢等。尽管原料比较单一，以猪粪为主，必需保证猪粪新鲜，当天收集当天处理，防止雨水冲入，防止苍蝇产卵等。养殖过程优化控制主要是温度和湿度控制，以及料堆中维持好氧环境条件。可以喷施除臭为目的的有益微生物，如以乳酸菌和酵母菌为主要成份的生物除臭剂，可以有效抑制氨气和硫化氢气体的产生，同时可以维持黑水虻幼虫健康生长。
4)产品的出路。黑水虻处理猪粪可以获得两个主要产品，幼虫和虫沙（或称“虫粪肥”）。幼虫富含蛋白质和油脂，是理想的动物蛋白和能量。但是给养殖动物如水产、家禽或猪大规模饲喂幼虫的企业并不多见，尽管有大量的论文甚至专利报告幼虫可以作为理想的养殖动物蛋白和能量源，甚至可以取代鱼粉。因此如何处理大量的幼虫一直是人们所关注的。另外，从文献及我们的实践证明，过虫粪肥是很理想的有机肥，甚至比蚯蚓肥还要好，但也不见大规模的用于种植的报道。因此，有必要做一些推广和应用。两种产品的出路，关系到本技术是否有出路。
5)将此方法纳入管理部门认可的处理方法。目前政府主管部门认可的纳入标准处理方法就是上文提及三种，还没有将黑水虻处理畜禽粪便作为选项之一。目前这也是全球面临的问题（Cickova等，2015）。但随着本技术进一步完善，养殖规模和范围进一步扩大，影响力进一步增强，作为主管部门的选项只是时间问题。
4结论与展望
黑水虻处理禽畜粪便是资源化的最佳方法。黑水虻处理禽畜粪便的优势体现在无二次污染、操作简单、处理周期短，每批次仅需15天左右；产生一定的经济效益，可提高养殖者的积极性。另一方面，由于为新技术，还需要进一步完善，饲料与养殖界人员还需有耐心作进一步的探索。此外，黑水虻处理畜禽粪便还需要得到业界与政府主管部门的认可与支持。但是我们相信小玉霜，随着技术进一步完善，规模进一步扩大卡车风暴，得到业界及主管部门的认可只是时间问题。
文｜胡文锋1（特邀作者），王跃章2，陈柏宇1，李楚君3，庞旭3，王逊之2
1.华南农业大学食品学院；2.贵州都匀市黔昌畜牧发展有限责任公司； 3.广州无两生物科技有限公司。
摘自《猪业》2017年第4期
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