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【粪污处理】黑水虻治理猪场粪污的潜力分析 中国养猪网 来源:辽宁省畜牧兽医局 2017-09-05 16:52:03| 查看:
  随着我国畜禽养殖业的规模化、集约化发展, 粪污污染问题愈发严重,粪污管理难度加大。为了解决畜禽粪便给周边环境带来的压力, Miller 等于20 世纪70 年代开始了蝇蛆处理粪便的研究,但蝇蛆养殖存在生产成本过高、不卫生等弊端, 所以不进入人类居室的黑水虻 引起了广泛关注。黑水虻是一种资源性食腐昆虫, 幼虫具有食性杂、食量大、抗逆性强、不传播疾病等优点,与蝇蛆、黄粉虫等齐名,被誉为“凤凰虫”, 预蛹营养价值高,可作为动物源蛋白利用。不仅如此, 黑水虻还能够通过生存竞争起到抑制家蝇的作用, 抑制率高达100%。
  
  1、黑水虻治理养殖粪污的契机
  
  厌氧生物技术是养殖业中粪污资源化管理的有效手段之一,具有产生生物能、对氮磷营养元素需求量低、对某些有机物有较好的降解能力等优点,目前已广泛应用于养殖粪污处理。由图1 可知,我国大中型沼气工程建设呈快速增长的趋势,预计2020 年沼气工程将覆盖84% 的现有大中型畜牧场。近几年,中央一号文件一直鼓励沼气产业发展,但厌氧生物技术不具备氮、磷脱除和回收的功能,所以沼气工程的副产物——厌氧发酵液很容易成为二次污染源,对于周边没有足够土地消纳的养殖企业而言, 沼气工程不能完全实现治污和盈利的双重目的。
  
【粪污处理】黑水虻治理猪场粪污的潜力分析
  
  黑水虻养殖以猪场固体废弃物的资源化利用为目标。猪是单胃杂食动物,有限的消化系统容积和微弱的微生物发酵活动导致其对纤维等物质的消化能力较差。由表1 可知,猪粪中仍然含有大量未消化吸收的蛋白质、脂肪等有机物质。水虻幼虫能够转化猪粪中的氮、磷、钾等营养成分和大量的蛋白及脂肪,并将一部分用于机体构建,从而成为畜禽养殖的高能蛋白原料。Newton 等利用黑水虻对猪粪进行了15 d 的处理,氮、磷、钾的去除率分别达55.1%、44.1% 和52.8%,堆积减少56%。黑水虻养殖能较好地解决猪粪中的大肠杆菌污染问题, 规避家蝇带来的卫生问题,特别是有助于解决养殖场粪便堆积和恶臭等问题。黑水虻可以抑制沙门氏菌,但需要注意的是,其对蛔虫卵没有杀灭作用。
  
【粪污处理】黑水虻治理猪场粪污的潜力分析
  
  2、 黑水虻养殖产业化潜力
  
  2.1 原料来源广泛且养殖成本低廉
  
  我国规模化猪场一般采用营养均衡的日粮饲喂生猪,猪粪中含有大量未被吸收的有机物、矿物质和维生素等,这些营养丰富的新鲜猪粪可直接作为黑水虻的饲养基。利用新鲜猪粪养殖黑水虻,可以节省生产成本,而且猪粪价格低廉,由于没有足够的土地进行粪污消纳,很多猪场的干粪无偿给周边农户使用,部分猪场甚至出运输费让种植户将猪场粪污运走,相比之下,黑水虻的养殖成本更加低廉。蚯蚓养殖周期一般为4~5 个月, 黑水虻养殖周期多为32 d,相对较短的养殖周期利于减少场地面积及设备数量和资金的快速周转,能够降低养殖风险。黑水虻对粪污转化率高,经黑水虻处理后的猪粪可作为有机肥施用。利用猪粪养殖黑水虻可以同时达到猪粪资源化、减量化、无害化的目的,为了消除猪粪对环境产生的负面影响,黑水虻研究会更加深入,规模化和标准化养殖技术的推广也指日可待。
  
  2.2 生猪养殖规模化为黑水虻的规模化养殖奠定了基础
  
  截止2015 年底,我国规模化畜禽养殖所占比例已达54%,但现阶段我国生猪养殖依然是小户饲养、专业户饲养和企业规模化饲养共存。随着生猪产业的标准化和规模化进程加快,猪场运营越来越规范化,黑水虻养殖将逐渐实现产业化。黑水虻的生态处理系统能够将猪粪这一生物质资源转化为高附加值的动物源蛋白,实现环境的可持续发展。在养猪业标准化和规模化的进程中,猪粪随之呈现了连续聚量的态势,这为黑水虻规模化养殖技术的推广和应用提供了坚实的物质基础。
  
  2.3 多元化的应用
  
  2013 年10 月,联合国粮食及农业组织在《可食用昆虫报告》中将黑水虻作为最主要的蛋白饲料替代昆虫。我国黑水虻种质资源较为丰富,除了已知的250 余种(世界有3 000 余种), 我国还有大量未知种类的黑水虻,其中90% 以上分布在华中、华南和华北地区。黑水虻有生物量大、虫体资源含量高等特点,富含17 种氨基酸,其中饱和脂肪酸以月桂酸和棕榈酸为主,不饱和脂肪酸则主要是油酸,直接利用新鲜猪粪养殖的黑水虻幼虫蛋白质可达40.6%,且虫沙总养分含量为8.76%,可达到国家有机肥标准。由表1 可知,黑水虻粗蛋白含量与大豆粕相近,而且预蛹中含有丰富的氨基酸和矿物质,可以作为其他动物源饲料的替代品, 现已用于鱼类养殖、鹌鹑养殖、肉仔鸡养殖等研究。Li 等利用猪粪饲养黑水虻10 d,在酯化以及酯交换反应中制备了57.8 g 生物柴油。黑水虻在处理伪狂犬病和高致病性蓝耳病病死猪时,虫体中检测不到相应病原微生物,而且黑水虻对家蝇、小家蝇的抑制近乎100%,对其他食腐昆虫也有一定的抑制作用,如黄粉虫。除了上述养殖业方向和能源等领域的应用外,黑水虻也可以应用于营养保健、医药等领域, 幼虫提取物中的己二酸具有抗菌功能,部分提取物还具有抑制淋球菌等细菌活力的功能,黑水虻成为了抗菌肽药物的重要研究对象,这些高端产品的市场利润更为可观。
  
  3、 黑水虻养殖的需求分析
  
  在2014 年6 月6—8 日举行的第2 届食用昆虫与微生物转化废弃物及资源化利用研讨会上,黑水虻因其在环境保护、食品和饲料安全方面的特性及市场潜力而备受关注。
  
  3.1 聚量化猪场粪便管理的迫切需求
  
  由于资金、运行成本等因素限制,我国大多数猪场无害化处理粪污的难度较大。农田消纳是一种符合国情的绿色利用猪场粪污的方式,按每亩需10 kg 氮磷/ 茬计算,一个万头猪场产生的粪污需要333 hm2 土地种植2 茬作物进行消纳,但我国大多养猪场没有足够的土地,而且施用新鲜猪粪容易造成植物根区出现酸化环境,出现烧苗等问题。虽然沼气工程对猪粪具有较好的消化功能,但是厌氧发酵BOD5:N:P 为(200~300):5:1,未被微生物利用的大量氮磷仍滞留在沼液之中,如果处理不当,同样会严重污染猪场周边的环境。黑水虻能够快速处理猪粪,且生物量大, 6 t 鲜猪粪可养殖收获1 t 鲜虫,按每只鲜虫0.223 g 计,消耗1 t 猪粪约需要7.47×105 只黑水虻。新鲜猪粪经黑水虻处理后可以作为有机肥,而且堆积和含水量会减少。
  
  3.2 饲料原料替代的迫切需求
  
  鱼粉是养殖所需的大宗动物源蛋白原料,具有B 族维生素丰富、有效能值高、钙磷含量高且比例适宜等特点,而且氨基酸比例与动物生长所需最为接近,一直以来被广泛地应用于猪、鸡、水产养殖和研究领域。我国进口的鱼粉主要来自秘鲁等国家,而且外国出于资源保护和高利润的追逐,导致鱼粉产量也受到影响。2003 年我国进口鱼粉80 万t,2005 年进口量激增至世界贸易量的40%。养殖行业对于鱼粉的需求量增加,而全球渔业资源减少,导致鱼粉呈现了趋贵的态势,2017 年2 月17 日广州港秘鲁超级蒸气鱼粉报价为11 400~11 600 元/t,供需双方继续僵持, 由于生猪市场疲软导致2 月价格相比1 月略有下降。此外,单一的鱼粉配方饲料已较难满足日粮营养均衡的需求,而且为了缓解养殖业快速发展带来的动物源蛋白饲料需求压力,食用昆虫替代鱼粉的研究和产业化引起了广泛关注。
  
  在成本上,黑水虻替代鱼粉有一定的优势,安新城等研究报道,2007 年黑水虻国际价格为1 200 美元/t,2009 年为800 美元/t, 按2009 年的人民币兑美元汇率1:6.823,2009 年黑水虻国际市场价格折合人民币为5 458.4 元/t,而2009 年国内各港口秘鲁鱼粉报价为10 500~11 500 元/t。由此可见,黑水虻不仅具有价格优势,而且含有大量的粗蛋白、多种抗菌肽、功能性酶等成分, 对于养殖业疫病防控也能够起到一定作用。
  
  3.3 扶贫和美丽乡村建设的需求
  
  黑水虻养殖具有投资规模小、抑制家蝇、周期短资金周转快等优点,且黑水虻养殖技术已被陕西、重庆、广东等地的一些企业应用于养殖场固废资源化的管理领域, 成功案例为黑水虻在农村脱贫、村容整洁、环境提升等方面的应用提供借鉴。黑水虻产业集低碳环保、绿色农业、废弃物资源化等理念于一身,将对我国农村脱贫和美丽乡村建设起到一定的推动作用。
  
  4 黑水虻养殖产业化的阻力
  
  黑水虻的幼虫对于农药的抗性远低于家蝇, 因此滥用农药会对黑水虻种群产生一定影响,而且对生猪养殖过程中微量元素添加剂利用率较低,夏嫱等研究表明当猪粪中锌超过600 mg/kg 时会显著降低黑水虻5 龄幼虫、预蛹和蛹的重量,延长幼虫发育时间且具有世代累积效应;
  
  当猪粪中铜含量达到1 200 mg/kg 时会显著延长黑水虻蛹的发育时间,所以需要对猪的日粮中添加剂投入量需严格限制。
  
  另外,黑水虻对于光照的要求相对较高,光照强度不低于140 μmol/(m2·s)成虫才出现交配行为,南方的梅雨季节和西南地区的大雾等会影响自然光照强度,因此会对黑水虻的产卵及其他生产活动产生一定影响。
  
  北方冬季较为寒冷,也较难满足黑水虻27~30℃的适宜发育温度,而且温度低于26℃时,成虫会停止产卵。由此可见,黑水虻的抗逆境胁迫育种有较大的研究空间。
  
  5、 结语
  
  黑水虻养殖不仅可以缓解猪场粪污的管理压力,还可以进行生物质转化,将养殖粪污转化为动物源蛋白原料,但这些目标的实现需要以黑水虻种群繁育的规模化为前提。黑水虻在猪场粪处理方面具有速度快、堆积减少程度大等优点,还能在一定程度上起到恶臭控制的积极作用。随着环保行业对于养殖废弃物排放标准的日渐严苛,恶臭物质的达标排放必将很快提上日程,黑水虻在恶臭物质控制领域的研究可能会成为新的热点。
 
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