利用腐食性昆蟲黑水虻處理禽畜糞便，能夠以較低的成本將大量的禽畜糞便轉(zhuǎn)化為具有高附加值的昆蟲蛋白源飼料，在消除環(huán)境污染的同時，為市場提供動物蛋白源飼料添加劑，從而實現(xiàn)農(nóng)業(yè)廢棄物的資源化利用。黑水虻的干物質(zhì)含有42%的粗蛋白和35%的脂肪，必須氨基酸含量優(yōu)于魚粉，特別適合于水產(chǎn)養(yǎng)殖。

現(xiàn)代養(yǎng)殖企業(yè)通常采用集約化的經(jīng)營模式，規(guī)模效應(yīng)明顯，通過大規(guī)模飼養(yǎng)降低單個產(chǎn)品的成本，從而為市場提供大量廉價的動物蛋白產(chǎn)品。這種集約經(jīng)營的養(yǎng)殖場每天產(chǎn)生大量的禽畜糞便，如果處理不當(dāng)，就會形成污染源，對當(dāng)?shù)丨h(huán)境造成很大的壓力。最理想的處理方式是將禽畜糞便堆肥歸田，但因為農(nóng)用有機肥的價格偏低，大多數(shù)養(yǎng)殖企業(yè)無法承擔(dān)收集和運輸?shù)某杀荆虼耍瑢⑶菪蠹S便轉(zhuǎn)化為高附加值的產(chǎn)品就成為一種較為經(jīng)濟(jì)、可行的途徑[1-3]。20 世紀(jì)50年代，科學(xué)家們提出利用家蠅Musca domestica 處理和消化禽畜糞便，并進(jìn)行了相當(dāng)細(xì)致的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究[4－5]，雖然在技術(shù)上已經(jīng)成熟，但是卻因為成本太高而難以推廣，因此，在70 年代后期，人們開始設(shè)想利用黑水虻Hermetia illucens 替代家蠅建立養(yǎng)殖企業(yè)的禽畜糞便處理系統(tǒng)[6-8]，并在較短的時間內(nèi)取得了明顯的進(jìn)展，目前在美國已經(jīng)作為一種可持續(xù)的農(nóng)業(yè)模式進(jìn)行試點推廣。

本文就黑水虻技術(shù)應(yīng)用于禽畜糞便處理的研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜述，以期能夠?qū)鴥?nèi)的相關(guān)研究和應(yīng)用提供有益的幫助。

黑水虻，英文名稱Black soldier fly，又稱光亮扁角水虻，是雙翅目水虻科扁角水虻屬的一種昆蟲，在全球熱帶和亞熱帶的大部分地區(qū)都有分布。黑水虻的許多生物學(xué)特性都適合用于禽畜糞便的轉(zhuǎn)化，例如幼蟲營腐食性，食性雜，食量大、抗逆性強，生活史重疊且彈性很大，預(yù)蛹營養(yǎng)價值高，在化蛹前有遷移特性等，因此，在禽畜糞便轉(zhuǎn)化為昆蟲蛋白的研究領(lǐng)域，黑水虻很快就從眾多的雙翅目昆蟲中脫穎而出，受到了廣泛的關(guān)注[6－7， 9-11]。早期的研究集中于黑水虻的生物學(xué)特性和環(huán)境安全性評估，發(fā)現(xiàn)黑水虻對人類完全無害，對環(huán)境非常安全，黑水虻成蟲即不攜帶病菌，也不侵入人類的居住環(huán)境，只取食少量的植物汁液，對農(nóng)作物不形成任何危害[12]。實際上，黑水虻最早受到關(guān)注，是因為其能夠有效地控制野生的家蠅種群，觀察發(fā)現(xiàn)黑水虻繁衍棲息的糞堆附近家蠅的數(shù)量很少，而家蠅成蟲也會盡量避免在黑水虻幼蟲取食的糞堆上產(chǎn)卵，實驗顯示，黑水虻和家蠅的幼蟲在混合飼養(yǎng)情況下，只有少量的家蠅幼蟲能夠發(fā)育到成熟階段，因此，黑水虻能夠通過競爭幼蟲生存環(huán)境來抑制家蠅種群[9， 13－14]，另據(jù)一些未發(fā)表的資料顯示，黑水虻對于其他一些種類的腐生性昆蟲（如黃粉蟲）也有一定的抑制作用。

進(jìn)一步的研究表明，黑水虻的幼蟲在取食過程中，還能對糞便中的有害病菌進(jìn)行消化和分解，從而降低對環(huán)境的危害性[15]。Tomblin 等[16]對黑水虻成蟲的求偶和交配行為做了細(xì)致的觀察，發(fā)現(xiàn)黑水虻成蟲在交配前有環(huán)境因子誘導(dǎo)的求偶行為，其中強烈的陽光是一個主要因子，而交配行為是在飛行中完成的，這就要求成蟲的飼養(yǎng)室要有足夠的空間，才能完成交配。

美國佐治亞大學(xué)的Sheppard 教授經(jīng)過十幾年的研究，在了解了黑水虻生物學(xué)特性的基礎(chǔ)上，于1994年建立了一個低成本、同時也很有效的禽畜糞便處理系統(tǒng)[17]，技術(shù)流程如圖1。實驗數(shù)據(jù)顯示，黑水虻可以將雞糞（干重）以8%的轉(zhuǎn)化率轉(zhuǎn)化為42%的粗蛋白和35%的脂肪，而且，黑水虻還能在養(yǎng)殖場里通過競爭起到控制家蠅種群的作用。黑水虻能夠消化大約50%的糞便重量，以及糞便中大約62%的氮素營養(yǎng)，最新的研究表明，氮素營養(yǎng)的轉(zhuǎn)化率還會更高，同時對磷元素的利用率也很顯著，這些數(shù)據(jù)表明，通過黑水虻的取食和消化作用來管理禽畜糞便中富集的營養(yǎng)元素?zé)o疑是很有效的[18]。

Sheppard 等[17]在墨西哥的一個雞場里進(jìn)行了黑水虻處理系統(tǒng)的應(yīng)用實驗，首先用硬紙板制作簡易的卵誘集器，在糞堆附近誘集野生的黑水虻成蟲產(chǎn)卵，收集的卵直接用于處理雞糞。黑水虻幼蟲孵化后取食新鮮的雞糞完成發(fā)育，不斷地填加幼蟲和雞糞就能形成一個連續(xù)的禽畜糞便處理循環(huán)。為了節(jié)省成本，Sheppard設(shè)計了一個梯形水泥槽用于飼養(yǎng)黑水虻，水泥槽有一個35°的斜面，黑水虻幼蟲發(fā)育到預(yù)蛹階段后會自行沿著斜面遷出水泥槽，斜面的頂部是一個PVC 管，將遷出的預(yù)蛹導(dǎo)入收集箱，完成黑水虻預(yù)蛹的收獲。

Sheppard 等[17]將產(chǎn)出的黑水虻幼蟲直接用來飼養(yǎng)牛蛙，連續(xù)兩年的實驗結(jié)果顯示，黑水虻幾乎能夠使牛蛙達(dá)到最理想的收獲產(chǎn)量，而且，這種飼養(yǎng)方式在阿根廷和墨西哥的農(nóng)場里都非常普遍。在自然條件下，溫帶地區(qū)的黑水虻有5 個月的發(fā)育期，而一個存欄10 萬只雞的雞場，產(chǎn)生的雞糞可飼養(yǎng)出58t（干重）的黑水虻幼蟲，其國際參考售價為800美元/t，其加工產(chǎn)品的附加值還會更高，對于農(nóng)場來說，即能夠解決污染問題，又能夠獲得可觀的經(jīng)濟(jì)效益，可謂一舉兩得[18－19]。已經(jīng)開發(fā)了飼養(yǎng)黑水虻幼蟲的人工飼料，并比較了3 種不同飼料配方對黑水虻部分生物學(xué)特性的影響，結(jié)果顯示3 種飼料配方都能使幼蟲發(fā)育到化蛹階段，但成蟲的羽化率則表現(xiàn)出顯著的差異[20－21]。

許多科學(xué)家致力于昆蟲轉(zhuǎn)化禽畜糞便的研究，旨在消除污染的同時，以禽畜糞便為底物生產(chǎn)昆蟲蛋白源飼料。自然界中有許多昆蟲的幼蟲取食禽畜糞便，例如家蠅、糞蠅、麗蠅、水虻等，它們是碎屑食物鏈的一部分，不僅扮演著分解者的角色，而且也是許多捕食者的食物源，但是，除了黑水虻之外，其他雙翅目腐食性種類大都攜帶病菌，存在著危害人類健康的風(fēng)險，至目前為止，只有家蠅和黑水虻得到了較為深入的研究[11， 22]。El Boushy[5]對家蠅糞便處理系統(tǒng)進(jìn)行了綜述，指出這個系統(tǒng)需要分離設(shè)施和復(fù)雜的隔離設(shè)備，雖然效果良好，但運行成本太過昂貴，很難在實際應(yīng)用中推廣。黑水虻系統(tǒng)則可以直接利用野生種群，飼養(yǎng)設(shè)備也很簡單，在墨西哥的雞場僅僅使用水泥槽飼養(yǎng)幼蟲就能達(dá)到良好的效果，另外，也不需要分離設(shè)施，因為黑水虻預(yù)蛹需要尋找干燥、隱蔽的化蛹場所，因此能夠自行遷出糞堆，而黑水虻不是任何形式的害蟲，無需特別的隔離措施，所有這些都導(dǎo)致黑水虻糞便處理系統(tǒng)能夠在較低的成本下運行[13， 17]，黑水虻與家蠅系統(tǒng)的比較如下：家蠅處理系統(tǒng)的生活周期短（約13d），容易飼養(yǎng)，生物學(xué)資料豐富，但成蟲攜帶大量病菌，需要隔離措施，幼蟲不易分離；食物轉(zhuǎn)化率4.2%~8.0%，粗蛋白含量為63%，對糞便中氮的消化能力可達(dá)到20%。水虻處理系統(tǒng)的生活周期較長（約32d），容易飼養(yǎng)，生物學(xué)資料較少，成蟲不帶病菌，對人類無害，因此無需隔離設(shè)施；幼蟲容易分離；食物轉(zhuǎn)化率15%~20%；粗蛋白含量42%，對糞便中氮的消化能力可達(dá)到25%。Tomberlin 等[23]比較了黑水虻幼蟲與家蠅幼蟲對4 種殺蟲劑的抗性，結(jié)果顯示黑水虻幼蟲對的農(nóng)藥抗性遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于家蠅，分析認(rèn)為這是由于黑水虻的生存環(huán)境承載的農(nóng)藥選擇壓力較小的緣故，同時也指出，濫用農(nóng)藥的地區(qū)將顯著降低本地的野生黑水虻種群。

黑水虻的幼蟲和預(yù)蛹作為豆粉和魚粉的替代飼料，飼養(yǎng)了包括雞、豬、鯰魚、羅非魚和牛蛙，這些實驗結(jié)果都顯示黑水虻幼蟲能夠很好地替代傳統(tǒng)的蛋白源和脂肪源添加劑。如果從幼蟲分離出純的蛋白和脂肪，就能更加精確地進(jìn)行飼料復(fù)配，黑水虻預(yù)蛹（干物質(zhì)）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產(chǎn)養(yǎng)殖，礦物含量見下表。

國內(nèi)的林啟訓(xùn)等[26]也對黑水虻的營養(yǎng)價值進(jìn)行了分析，結(jié)果顯示其營養(yǎng)價值特別有利于水產(chǎn)養(yǎng)殖，必須氨基酸占氨基酸總量的比例達(dá)到51.07%，超過WHO/FAO 所規(guī)定的40%的標(biāo)準(zhǔn)，并以泥鰍為材料進(jìn)行了初步的應(yīng)用研究[27]，另外，還探討了采用CO2 超臨界萃取技術(shù)提取黑水虻油脂的工藝[28]。

黑水虻糞便處理系統(tǒng)的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效應(yīng)都很明顯，不僅能夠以自然清潔的方式消除農(nóng)業(yè)環(huán)境中的污染源，對人類環(huán)境沒有任何危害，而且能夠產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟(jì)效益。黑水虻的分布廣泛、飼養(yǎng)設(shè)備簡單、自收獲及較高的營養(yǎng)價值，使其具有良好的盈利預(yù)期，實際上，無論是養(yǎng)殖企業(yè)還是普通農(nóng)戶，都能夠通過黑水虻技術(shù)將農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用，從而在微觀農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中實現(xiàn)可持續(xù)的發(fā)展模式，隨著研究的進(jìn)一步深入，黑水虻在生物醫(yī)藥和保健醫(yī)學(xué)方面和價值也逐漸體現(xiàn)出來。作為雙翅目腐食性的昆蟲，黑水虻和家蠅一樣，幼蟲具有功能強大的先天免疫系統(tǒng)，特別是抗菌肽類物質(zhì)，是目前極具潛力的生物醫(yī)藥發(fā)展方向[29－30]。黑水虻幼蟲的食性很雜，而不同食物對幼蟲體內(nèi)的代謝產(chǎn)物具有顯著影響，研究顯示，取食魚雜的黑水虻幼蟲體內(nèi)富含Omega-3型脂肪酸，是對人類健康非常有益的一種保健成份[31]。