利用腐食性昆虫黑水虻处理禽畜粪便,能够以较低的成本将大量的禽畜粪便转化为具有高附加值的昆虫蛋白源饲料,在消除环境污染的同时,为市场提供动物蛋白源饲料添加剂,从而实现农业废弃物的资源化利用。黑水虻的干物质含有42%的粗蛋白和35%的脂肪,必须氨基酸含量优于鱼粉,特别适合于水产养殖。
一、黑水虻技术的背景
进一步的研究表明,黑水虻的幼虫在取食过程中,还能对粪便中的有害病菌进行消化和分解,从而降低对环境的危害性[15]。Tomblin等[16]对黑水虻成虫的求偶和交配行为做了细致的观察,发现黑水虻成虫在交配前有环境因子诱导的求偶行为,其中强烈的阳光是一个主要因子,而交配行为是在飞行中完成的,这就要求成虫的饲养室要有足够的空间,才能完成交配。
黑水虻成虫
二、黑水虻禽畜粪便处理系统
美国佐治亚大学的Sheppard教授经过十几年的研究,在了解了黑水虻生物学特性的基础上,于1994年建立了一个低成本、同时也很有效的禽畜粪便处理系统[17],技术流程如图1。实验数据显示,黑水虻可以将鸡粪(干重)以8%的转化率转化为42%的粗蛋白和35%的脂肪,而且,黑水虻还能在养殖场里通过竞争起到控制家蝇种群的作用。黑水虻能够消化大约50%的粪便重量,以及粪便中大约62%的氮素营养,最新的研究表明,氮素营养的转化率还会更高,同时对磷元素的利用率也很显著,这些数据表明,通过黑水虻的取食和消化作用来管理禽畜粪便中富集的营养元素无疑是很有效的[18]。
Sheppard等[17]在墨西哥的一个鸡场里进行了黑水虻处理系统的应用实验,首先用硬纸板制作简易的卵诱集器,在粪堆附近诱集野生的黑水虻成虫产卵,收集的卵直接用于处理鸡粪。黑水虻幼虫孵化后取食新鲜的鸡粪完成发育,不断地填加幼虫和鸡粪就能形成一个连续的禽畜粪便处理循环。为了节省成本,Sheppard设计了一个梯形水泥槽用于饲养黑水虻,水泥槽有一个35°的斜面,黑水虻幼虫发育到预蛹阶段后会自行沿着斜面迁出水泥槽,斜面的顶部是一个PVC管,将迁出的预蛹导入收集箱,完成黑水虻预蛹的收获。
Sheppard等[17]将产出的黑水虻幼虫直接用来饲养牛蛙,连续两年的实验结果显示,黑水虻几乎能够使牛蛙达到最理想的收获产量,而且,这种饲养方式在阿根廷和墨西哥的农场里都非常普遍。在自然条件下,温带地区的黑水虻有5个月的发育期,而一个存栏10万只鸡的鸡场,产生的鸡粪可饲养出58t(干重)的黑水虻幼虫,其国际参考售价为800美元/t,其加工产品的附加值还会更高,对于农场来说,即能够解决污染问题,又能够获得可观的经济效益,可谓一举两得[18-19]。已经开发了饲养黑水虻幼虫的人工饲料,并比较了3种不同饲料配方对黑水虻部分生物学特性的影响,结果显示3种饲料配方都能使幼虫发育到化蛹阶段,但成虫的羽化率则表现出显著的差异[20-21]。
三、黑水虻与家蝇的比较
四、黑水虻预蛹的营养价值分析
黑水虻的幼虫和预蛹作为豆粉和鱼粉的替代饲料,饲养了包括鸡、猪、鲶鱼、罗非鱼和牛蛙,这些实验结果都显示黑水虻幼虫能够很好地替代传统的蛋白源和脂肪源添加剂。如果从幼虫分离出纯的蛋白和脂肪,就能更加精确地进行饲料复配,黑水虻预蛹(干物质)中含有42%的粗蛋白和35%的脂肪,氨基酸和脂肪酸(表1,表2)的含量配比非常有利于水产养殖,矿物含量见下表。
国内的林启训等[26]也对黑水虻的营养价值进行了分析,结果显示其营养价值特别有利于水产养殖,必须氨基酸占氨基酸总量的比例达到51.07%,超过WHO/FAO所规定的40%的标准,并以泥鳅为材料进行了初步的应用研究[27],另外,还探讨了采用CO2超临界萃取技术提取黑水虻油脂的工艺[28]。