黑水虻处理中小型猪场粪污生产有机肥技术.pdf

黑水虻处理中小型猪场粪污生产有机肥技术徐铭利1，2汪 睿1孙 卉1倪 颖1邓小楠1刘小玲1完玲中1吴 娟1王 贝3叶泗洪1*（1安徽省农业科学院棉花研究所，安徽合肥 230001；2安徽农业大学生命科学学院，安徽合肥 230001；3安徽良木农业发展有限公司，安徽淮南 232100）摘要随着中小型猪场的快速发展，猪场粪污产生量激增。猪场粪污的有效处理是保护猪场周边生态环境的重要前提。黑水虻可以将畜禽粪便转化为优质蛋白饲料，不但能有效解决粪污堆积问题，而且能变废为宝，保护环境。本文主要介绍了利用黑水虻处理猪场粪污的工艺流程、质量要求和注意事项，分析了黑水虻处理猪场粪污工艺的应用价值和优势，以期为猪场粪污的处理提供参考。关键词黑水虻；猪场粪污；技术流程；有机肥中图分类号X174；X705文献标识码A文章编号 1007-5739（2023）19-0157-04DOI：10.3969/j.issn.1007-5739.2023.19.041开放科学（资源服务）标识码（OSID）：Organic Fertilizer Production Technology for Treating Manure from Small and Medium-sized Pig Farms with Black Soldier FlyXU Mingli1,2WANG Rui1SUN Hui1NI Ying1DENG Xiaonan1LIU Xiaoling1WAN Lingzhong1WU Juan1WANG Bei3YE Sihong1*(1Cotton Research Institute,Anhui Academy of Agricultural Sciences,Hefei Anhui 230001;2College of Life Science,Anhui Agricultural University,Hefei Anhui 230001;3Anhui Liangmu Agricultural Development Co.,Ltd.,Huainan Anhui 232000)AbstractWith the rapid development of small and medium-sized pig farms,the amount of manure generatedfrom pig farms has surged.The effective treatment of pig farm manure is an important prerequisite for protecting thesurrounding ecological environment of pig farms.The black soldier fly can convert the manure of livestock and poultry intohigh-quality protein feed,which not only effectively solves the problem of manure accumulation,but also turns wasteinto treasure and protects the environment.This paper mainly introduced the technical process,quality requirements,andprecautions of using black soldier fly to treat pig farm manure,analyzed the application value and advantages of blacksoldier fly in treating pig farm manure,in order to provide reference for the treatment of pig farm manure.Keywordsblack soldier fly;pig farm manure;technical process;organic fertilizer随着规模化、集约化养猪业的迅速发展，规模猪场粪污的排放量越来越大，对环境造成了严重污染。“十三五”期间，我国畜禽养殖粪污产生总量 38 亿 t，综合利用率低于 60%，其中生猪粪污年产生量占比最高，达到 18 亿 t1。生猪粪便中含有大量蛋白质和脂肪等有机物，有机质含量达 15%，氮含量为 2.96%，磷含量为 2.69%2，若不能对猪粪进行有效管理和资源化处理，会造成水、臭气、土壤、病原微生物、抗生素、氮、磷和重金属污染等3-8。目前，国内猪场废弃物主要的处理方式包括堆肥处理、沼气发酵、种养平衡处理、发酵床处理和达标排放处理9-13。黑水虻凭借其食性杂、食量大、抑制家蝇基金项目安徽省重点研发计划（202104f06020036）；安徽省科技重大专项（202003a06020003）；安徽省农业科学院青年英才计划项目。第一作者 徐铭利（1998），女，硕士。研究方向：植物纤维改性及农业废弃物综合利用。E-mail：*通信作者 E-mail：收稿日期 2023-08-02现代农业科技2023 年第 19 期资源与环境科学157现代农业科技2023 年第 19 期资源与环境科学繁殖、不传播疾病以及除臭等优点引起了学者们的广泛关注。黑水虻（Hermetia illucens L.），学名为亮斑扁角 水 虻，是 水 虻 科（Stratiomudiae）扁 角 水 虻 属（Hermetia）的一种腐生性昆虫，在世界各地的温带和热带地区都有发现。黑水虻能将猪粪中的营养成分和有机质转化为自身营养，处理结束后的幼虫体内含有丰富的蛋白质、氨基酸、脂肪，能作为畜禽养殖的优质蛋白饲料，且处理后的猪粪可作为有机肥使用14。因此，采用黑水虻处理猪粪，可以促进废弃物的无害化和资源化处理。前期研究表明，与家蝇、蚯蚓、黄粉虫等其他昆虫相比，黑水虻是目前处理粪便的最佳候选昆虫10，15。本文详细介绍了黑水虻处理中小型猪场废弃物的技术工艺和应用价值等，以期为中小型猪场废弃物处理提供思路。1黑水虻处理猪粪技术工艺1.1黑水虻转化猪粪原理黑水虻是完全变态型昆虫，其生命周期包括 5 个阶段：卵、幼虫、蛹、茧和成虫。黑水虻作为营腐生昆虫，在幼虫时期具有食量大、需求低、安全性好等优点。黑水虻肠道中富含脂肪酶、淀粉酶等物质，是其在幼虫时期能高效消化有机废物的主要原因。研究表明，1 t 猪粪可供约 100 kg 黑水虻幼虫生长至成虫，幼虫从发育直至成熟可以消耗 50%猪粪。此外，黑水虻在化蛹时具有自我收集的习性，不需要分离设备，可降低成本。虫沙分离时，鲜虫可以作家禽蛋白饲料，剩余猪粪便可以直接用作有机肥，此时完成猪场粪便生物处理周期。这种方法对于农场具有天然的优势，利用黑水虻幼虫处理猪粪，能有效减少粪便中的含氮、磷等有机物和粪便产生的臭味。在黑水虻幼虫处理过的猪粪中，大肠杆菌和沙门氏菌均显著降低，能够有效抑制排泄物中蚊蝇的繁殖。另外，研究还发现，经过黑水虻幼虫处理后的猪粪便中含有大量粗脂肪、粗蛋白质、维生素和其他矿物质，有机质和总养分均达到了有机肥的标准，可被认定为一种高价值的生物肥料。黑水虻处理猪场废弃物的工艺流程如图 1 所示。1.2猪粪预处理按时收集中小型生猪养殖场猪粪，储存在耐腐蚀的密封专用容器中。应控制收集量，满足猪粪生产的日常需求，而不应过度收集，以避免猪粪发酵和变质，从而影响猪粪的质量。1.3黑水虻养殖技术近年来，专家一直对黑水虻人工饲养技术进行研究。我国黑水虻的总产量和利用率每年都在增加，统计表明，2018 年黑水虻产量已经超过 120 万 t16。在生产实践中，特别重要的是不断优化黑水虻养殖技术，提高蛹羽化率、成虫产卵率和孵化率。1.3.1卵培养条件温度和湿度对黑水虻产卵至关重要，空气湿度大于 60%、温度高于 26 有利于黑水虻产卵，将人工培养箱温度控制在 30，湿度保持在 80%，可使卵 23 d 孵化17。黑水虻产卵量随季节的变化而变化，夏季高温、冬季低温和连续阴天时产卵量明显下降，尤其冬季对黑水虻的产卵量影响最为严重18。1.3.2幼虫处理猪粪技术在黑水虻处理畜禽粪污时，温度过高或过低都可以对黑水虻的发育产生不良影响，幼虫最佳饲喂温度是 28，环境相对湿度应为 70%75%，并且提供充足的氧气。在幼虫时期，由于温度和湿度不同，黑水虻幼虫的生长发育时间也不尽相同。为了加快幼虫期的生长发育速度，将人工培养箱温度保持在 2530，湿度保持在 50%70%，幼虫以麦麸、稻糠为食物进行饲养，待幼虫成长为 3 日龄时便可以应用于粪便的生物处理。将猪粪混匀，水分控制在 70%80%，再将培育好的 3 日龄幼虫均匀撒投在饲养池中，控制环境温度1532。饲料含水量在黑水虻幼虫的生长和预蛹阶段发挥了重要作用，当含水量降至 30%左右时，幼虫将面成虫饲养卵幼虫蛹转化粪便虫粪分离虫体优质蛋白虫沙有机肥猪粪预处理图 1黑水虻处理猪场废弃物工艺流程158临死亡；当含水量增加到 70%85%时，幼虫生长速度加快19。养殖器具和养殖场地应定期清洁消毒，若出现黑水虻幼虫病死现象，需整池清除，并用氧化钙对饲养池进行消毒。饲养池内温度高于 45 时翻料降温。1.3.3蛹的培养条件黑水虻预蛹期容易死亡，干燥或高温很容易造成黑水虻脱水死亡。将人工培养箱温度控制在 2434，湿度保持在 90%，幼虫身体逐渐变为黑褐色，约 2 周后即可羽化出黑水虻成虫。1.3.4成虫培养条件在成虫期，为了让雌虫能够顺利产卵，控制人工培养箱温度高于 26，湿度低于 60%，适当投喂蜂蜜水，增强成虫活力。但要注意黑水虻成虫有翅膀，养殖时要在养殖场所搭建防护网，防止黑水虻逃跑。湿度和光照在成虫交配和产卵方面发挥着关键作用。冬季和阴天的光照很难满足幼虫的生长和发育、成虫繁殖和产卵条件，可使用碘钨灯照射黑水虻，并调节照明强度至 1 000 lx，模仿日光，以确保成虫的繁殖20。1.4虫沙分离黑水虻在生长过程中的代谢排泄物是虫沙。虫沙分离是指通过物理分离或自然分离，将幼虫和粪便分离成新鲜昆虫和虫沙制品。自然分离是利用幼虫的生理特性，如对高温的恐惧或趋光性将幼虫与虫沙分离。物理分离是利用昆虫材料筛选设备，根据幼虫和虫沙的物理性质，将幼虫与虫沙分离21。1.5后处理后处理指根据不同的用途和加工条件进行干燥、发酵、酶分解和虫油提取。分离后得到黑水虻鲜虫和虫沙，鲜虫可以直接用作水产养殖饲料。黑水虻鲜虫在低温下储存或运输可以保存 7 d。将虫沙与鲜虫分离后，虫沙应在空气流通的自然环境下干燥，以免发霉。优质虫沙可用作有机肥料20。2黑水虻处理猪粪质量分析2.1质量要求猪粪便处理后需要符合 粪便无害化卫生要求（GB 79592012）22，蛔虫卵死亡率95%，粪大肠菌值0.1，沙门氏菌不得检出，pH 值 68，有机质含量30%，种子发芽指数80%，对作物无毒，对环境不产生危害。2.2黑水虻质量分析在黑水虻养殖过程中，每天从养殖盒中选择 50 头黑水虻幼虫，擦干表面水分，称其重量、测量长度，并进行记录，再将幼虫重新放回原来的养殖盒内。当每组预蛹数量达到半数时，终止试验。称重后，收获幼虫并精确地记录湿重数值。将黑水虻幼虫烘干，再碾碎并混合均匀，用标准方法测定蛋白质、粗脂肪和灰分含量。2.3猪粪转化前后质量分析分析和记录饲养黑水虻幼虫期间的数据。黑水虻的幼虫被分离后，粪便变成了虫沙，在 100 条件下进行干燥处理。烘干后测定的质量就是猪粪转化生成干物质的总量。采用猪粪消耗量、转化率和减量率等来反映黑水虻处理猪粪的生产性能。3黑水虻处理猪粪应用价值黑水虻可以有效转化猪场粪污，其幼虫能生产动物饲料、生物柴油、抗菌肽等；虫沙能生产肥料。黑水虻应用范围较广泛，在不同生产时期的产物均能制成高附加值产品（图 2）。3.1控制有害微生物粪便中含有许多寄生虫卵、致病微生物，特别是大肠杆菌，如果不及时处理，不仅滋生蚊虫，而且不利于疾病的防治，导致病原体和寄生虫繁殖和传播，危害畜禽健康。刘巧林23用绿色荧光蛋白标记大肠杆菌 ER2566，并将其接种到粪便中，用 15 日龄黑水虻对粪便进行处理，发现黑水虻幼虫可以抑制粪便中大肠杆菌的数量。3.2饲料的开发应用黑水虻处理畜禽粪污能够充分消解有机废弃物黑水虻幼虫黑水虻蛹壳虫沙动物饲料生物柴油生物成分：蛋白酶、抗菌肽氨基酸来源甲壳素肥料营养元素和化合物来源黑水虻应用图 2黑水虻处理粪便应用价值徐铭利等：黑水虻处理中小型猪场粪污生产有机肥技术159现代农业科技2023 年第 19 期资源与环境科学并进行转化，较好地解决畜禽粪污产生的一系列问题，进一步促进畜禽粪污无害化处理。黑水虻幼虫可作为动物性蛋白，减轻粮食供应压力。在黑水虻处理猪粪尿过程中，由于其独特的生活习性和消化方式，这些物质都能被很好地再次利用。黑水虻在转化有机废弃物时，可以生产富含蛋白质、脂肪的物质，具有较高的饲用价值，可以代替鱼粉或豆粕用于饲料制作。研究表明，黑水虻的蛋白质含量为 32%58%，脂质含量为 15%39%，符合动物的饲料标准。3.3虫沙的应用黑水虻幼虫可通过采食新鲜粪便，摄取其中的营养物质并转化为自身的蛋白质，从而起到降解粪便的作用，同时消除了粪便的臭味。黑水虻幼虫在进食后，会将未被吸收的食物残渣排出体外形成虫沙。虫沙作为一种营养丰富的高价值生物肥料，对提高粮食品质和产量具有重要作用。4展望近年来，随着人们日常需求的逐渐增大，我国畜牧业得到高速发展，农场主收入大幅增加，但猪场规模快速扩张导致猪粪难以及时处理。使用黑水虻处理粪污不仅减少了猪粪废弃物、臭味和病原体，而且生产了很多高附加值产品，对农业产生直接和间接的积极影响。结合我国目前提倡的低碳、绿色发展理念，利用黑水虻处理猪粪可促进畜牧业绿色、环保、可持续发展。根据黑水虻的特性、营养价值、繁殖技术等可开展以下研究：一是建立完善的饲料生产标准和生产技术，保证饲料的稳定供应；二是加大对黑水虻高附加值产品的开发力度，优化萃取工艺，提高萃取效率，最大程度提高黑水虻的经济价值；三是黑水虻中含有的抗菌肽、甲壳素等有效成分有利于禽类、水产类等动物健康，可以尝试开展相关研究；四是黑水虻对光照和温度要求较高，应针对不同区域气候条件设定合适的温度、湿度，以提高其利用效率。黑水虻养殖与产品开发是具有巨大发展潜力的新兴产业，应继续深入开展有关工作，从而实现经济效益与环保效益的双赢。参考文献1 吕杰，王志刚，郗凤明，等.循环农业中畜禽粪便资源化利用现状、潜力及对策：以辽中县为例J.生态经济，2015，31（4）：107-113.2 冉春艳，王培成.循环经济资源化原则在武汉市养猪业中的运用J.现代农业科技，2008（24）：233-234.3 武深树.湖南省畜禽养殖场粪便污染治理意愿及其环境成本控制研究D.长沙：湖南农业大学，2010.4 朱红，常志州，王世梅，等.基于畜禽废弃物管理的发酵床技术研究：发酵床剖面特征研究J.农业环境科学学报，2007，26（2）：754-758.5 LIU C L，ZHENG G D，WANG L，et al.Sources andpollution characteristics of antibiotic resistance genes andconditionalpathogenicbacteriainconcentratedswinefeeding operationJ.Journal of 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