蝇蛆在低碳畜牧业中的应用现状和前景
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摘要：粪便污染和饲料紧缺已成为现代畜牧业发展亟待解决的两大问题。畜牧业生产中产生的畜禽粪便对保护生态环境压力很大，目前处理粪便的堆肥处理、沼气处理及饲料化不能满足中国现代农业发展提出的低碳畜牧要求。利用昆虫处理畜禽粪便不产生二次废物，不会形成二次环境污染，且费用低廉、节能高效，不仅可以资源化利用畜禽粪便、减轻粪便污染，其产品蝇蛆和蝇蛆粪还可作为动物蛋白饲料和有机肥，促进生态循环畜牧业的健康发展，符合发展循环畜牧经济的理念。分析了当前畜禽生产中存在的问题，总结了畜禽粪便的现有推广处理方法的优缺点，阐述了蝇蛆在畜禽生产和农业生产中的应用进展，以及在实现低碳畜牧业中的优势，展望了以蝇蛆为主导的低碳循环畜牧业发展方向。
关键词：低碳；畜牧；粪便转化；蝇蛆
中图分类号：S936.21+6；F326.3 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2013）14-3233-05
低碳畜牧是继现代化畜牧业发展模式之后的一种低碳、低能、低排、生态、有机、绿色及具有良好社会生态经济效益的发展模式[1]。当前全球气候变暖已成为一个不争的事实，据政府间气候变化专门委员会（IPCC）评估表明，全球气候变暖将直接影响到人类生存所必需的水资源安全、粮食安全、健康及环境安全，尤其是对中国的冲击将更为剧烈。低碳经济既是经济问题，又是环境问题，也是社会问题，低碳畜牧是低碳经济中的一部分，因此，发展低碳畜牧无疑是化解经济快速发展过程对资源、能源消耗的高度依赖，实现国民经济又好又快发展的一条新途径[2]。然而随着畜牧业的发展，畜牧业所带来的粪便污染和饲料紧缺成为亟待解决的两大问题，也是发展低碳畜牧的障碍。据统计，中国畜禽粪便年排放量超过40亿t[3]，对生态环境压力很大，而目前对于畜禽粪便的处理方法主要有肥料化（堆肥技术）、能源化（沼气技术）、饲料化。本文就现代处理畜禽粪便的方法，对蝇蛆在畜禽生产和农业生产中的应用进行了归纳和总结，同时分析了当前畜禽生产中存在的问题及蝇蛆在实现低碳畜牧业中的优势，以期为进一步发展以蝇蛆为主导的低碳畜牧业提供科学参考依据。
1 现代处理畜禽粪便的技术
1.1 焚烧处理技术
畜禽粪便中含有大量有机物质，采用类似垃圾焚烧处理技术，可使其灰化，达到减量化和杀灭有害病原体的目的。焚烧处理中产生的热量可供发电和作热源利用，但会产生有害气体，同时使许多营养物质流失，并且对于集约化养殖场来说，所产生的粪便量大且含水量高，干燥困难，需要耗费大量的能量将其进行转化才能用作燃料，因而投资大，不易推广[4，5]。
1.2 沼气发酵技术
沼气发酵技术是利用自然微生物或接种微生物在缺氧条件下将有机物转化为二氧化碳和甲烷，其优点是处理的最终产物恶臭味减少，产生的甲烷可以作为能源使用。这对于在中国农村地区处理畜禽粪便和缓解能源压力具有重要作用，但该技术受季节影响大，在雨季和冬季效果差[6]。混推式高效畜禽粪便沼气系统的研究虽然解决了一次性投资过大，沼气池长期效果受温度影响较大，季节产气量不稳定的难题，但厌氧发酵处理悬浮物的去除率为88.0%，COD去除率为82.1%，导致处理不彻底，仍需联合好氧法进行处理[7]。
1.3 生物堆肥技术
生物堆肥技术可分为好氧堆肥和厌氧堆肥，好氧堆肥是将畜禽粪便在施肥之前利用粪便中的需氧菌在有氧时大量繁殖、发酵并分解粪便，产生热量（每千克干物质产热量为16.7～20.9 MJ），蒸发水分、促进有机物的分解。堆肥发酵时的温度高达60 ℃，可杀灭粪便中的病原菌、寄生虫卵、杂草种子等对作物有害的物质，同时维持其肥力[8]。但是，好氧堆肥技术需要的场地较大，堆肥周期长，并且在堆肥过程中产生大量的NH3，容易造成环境污染。而厌氧堆肥可根据底物干物质含量的不同分为湿法和干法两种[9]。目前国内普遍采用的畜禽粪便湿法厌氧发酵技术，需要将畜禽粪便稀释到8%左右，消耗大量的清洁水，发酵后的产物浓度低，脱水处理相当困难，以致发酵产物难以有效利用，干发酵虽然需水量低，产气量高，但由于其发酵原料的干物质浓度高而导致进出料难、传热传质不均匀、酸中毒等问题[10]。
1.4 饲料转化技术
畜禽粪便含有大量未消化的蛋白质、B族维生素、矿物质元素、粗脂肪和一定数量的碳水化合物，特别是粗蛋白质含量较高[11]，1 t干鸡粪可替代0.35 t饲料粮[12，13]。但畜禽粪便的成分比较复杂，含有一些潜在的有害物质，如重金属（铜、锌等）、药物（抗虫药、磺胺等）、抗生素、激素以及大量病原微生物或寄生虫等[14]，致使食物链存在很大的危险，极易造成畜禽交叉感染或传染病的暴发。因此，中国畜牧业发展过程中所产生的环境资源问题决定了中国畜牧业发展必须实现由高碳经济向低碳转变。但由于一些技术的原因导致一些低碳技术在低水平重复以致发展缓慢，不能适应社会生产的需求[2]。
利用生物处理畜禽粪便费用低廉、节能高效，能获得优质有机肥和高蛋白饲料，不产生二次废物，不会形成二次环境污染，不仅可取得环保效益，还可获得一定的经济效益。同时还能在缺乏专业技术人员的中小城镇和农村中应用，符合可持续发展的理念[6]。而目前利用昆虫处理畜禽粪便，生产高蛋白动物饲料，发展循环经济已逐步应用到畜牧生产实践中。所应用的昆虫以双翅目的蝇科、水虻科和丽蝇科等16个科以及鞘翅目的步甲科等5个科为主[15，16]。利用蝇类的幼虫——蝇蛆处理畜禽粪便，不仅可以资源化利用畜禽粪便、减轻粪便污染，其产品蝇蛆和蝇蛆粪还可作为动物蛋白饲料和有机肥，促进生态循环畜牧业的健康发展[17，18]。
2 蝇蛆在畜禽生产中的应用
2.1 蝇蛆在降低畜禽粪便污染中的作用
中国畜牧业的粪便污染问题严重，首先畜禽粪便不及时处理很容易滋生细菌和真菌，不仅引起动植物染病[19，20]，而且还会与其他生物有机体竞争资源[21，22]。其次粪尿不处理发酵分解后产生大量的硫化氢、氨、甲烷、二氧化碳和胺类等有害物质加重环境污染程度，引发人畜呼吸道疾病，导致畜禽生产力下降，畜产品产量和质量降低[23]。据报道，经蝇蛆处理后的猪粪中粪臭素、化学耗氧量、生物需氧量分别降低92.8%、54.2%、75.3%[24]，无害蝇类可处理粪便中75%的氮和磷[25]。利用绿蝇和麻蝇幼虫处理畜禽粪便可有效抑制大肠杆菌、假单胞菌、气单胞菌、微球菌、梭状芽孢杆菌的滋生[26]。因此利用畜禽粪便饲养蝇蛆可以起到改善畜禽生产环境，减轻环境污染的作用。
2.2 蝇蛆蛋白在畜禽饲料中的应用
蝇蛆是理想的动物蛋白饲料，营养成分全面，营养价值高，主要体现在以下5个方面。①粗蛋白含量非常高，蝇蛆粉中粗蛋白含量高达54%～63%[27]。②氨基酸含量高，蝇蛆原物质与蝇蛆干粉的必需氨基酸含量分别为44.09%和43.38%，超过了世界卫生组织（WHO）和联合国粮农组织（FAO）的标准（40%）[28，29]。③微量元素丰富，蝇蛆体内除含有丰富的钾、钠、钙、镁、磷等无机元素外，还含有多种有机生命体所必需的微量元素，如铁、铜、锌、锰等20种微量元素。④富含维生素A、维生素B、维生素D，其中以B族维生素含量最高[18]。⑤脂肪含量和质量高，蝇蛆油中含有20余种脂肪酸，不饱和脂肪酸占64.5%，包括油酸、亚油酸和亚麻酸等，其中人体必需的亚油酸和亚麻酸含量超过鱼脂而与花生油相近[30]。
国内外很多研究机构利用蝇蛆在猪、火鸡、蛋鸡等畜禽的养殖中取得了比较理想的效果，在基础日粮中添加3%～5%的蛆粉代替鱼粉养猪可达到相近或略高于鱼粉的效果[31，32]，而在基础日粮相同的情况下分别添加等量的蛆粉和鱼粉得到的猪瘦肉中蛋白质含量比饲喂鱼粉的高5%，在仔猪日粮中添加蝇蛆可起到抗贫血作用，种猪加喂蝇蛆可增加其繁殖能力[33，34]。在蝇蛆喂养火鸡的试验中测得蝇蛆的总能量、可代谢能量、粗蛋白含量均比商业饲料高，每日消耗39 g蝇蛆平均增重34 g，每日消耗60 g商业饲料平均增重43 g[35]。据报道，用蝇蛆喂养肉仔鸡，鸡群成活率明显提高，饲料利用率高、饲养成本下降、利润增加[36，37]。在蛋鸡的饲养过程中添加适量的蝇蛆蛋白能够缓解夏季产蛋鸡的热应激水平，可提高蛋鸡对热应激的抵抗力[38]。用蝇蛆作添加剂喂养的蛋鸡产蛋率提高10%，蛋重增加2.3%～6.5%，蛋的品质好，蛋黄颜色深，蛋白黏性好，胆固醇含量比普通鸡蛋低55%，蛋鸡的抗病能力明显增强，不会增加疫病的发生[34，39，40]。
2.3 蝇蛆在畜禽疾病防治中的作用
蝇蛆在畜禽疾病防治中的作用主要通过两种方式，一种是通过体内的抗菌活性蛋白对引起畜禽致病病原物的抑杀和防御作用，另一种是通过蝇蛆蛋白对畜禽肠道内有益菌群的调控作用。蝇蛆体内含有多种抗菌活性蛋白，这类抗菌蛋白是非特异性免疫应答产物，具有广谱的抗菌作用，对畜禽体内G+菌、G-菌和真菌均有很好的抑杀作用，如白葡萄球菌、金黄色葡萄球菌、绿脓假单胞菌、大肠杆菌等[41]。另外，这些抗菌肽还可能参与畜禽上皮组织和黏膜的抗感染防御，例如抗菌肽可以抑制流感病毒、疱疹病毒的增殖，能杀死疟原虫、痢疾阿米巴和锥虫等，在一定程度上阻止了各种外界有害病原体的入侵[42]。
蝇蛆蛋白可以平衡畜禽肠道内的有益菌群，有益菌分泌杀菌物质，如能产生过氧化氢，对机体潜在的病原微生物有强烈的杀菌作用，还可提高蛋鸡肠道内乳酸杆菌、双歧杆菌的数量，其中乳酸杆菌分泌的乳酸等可降低畜禽肠道pH，抑制革兰氏阴性致病菌和革兰氏阳性致病菌的生长，双歧杆菌对肠致病性大肠杆菌、痢疾志贺菌、伤寒沙门杆菌、金黄色葡萄球菌和变形杆菌有拮抗作用[43]。
3 蝇蛆和蝇蛆粪在农业生产中的作用
3.1 蝇蛆在农业生产中的作用
蝇蛆几丁质及其衍生物如壳聚糖等具有很强的抗菌活性，在生物防治中应用广泛。几丁低聚糖处理玉米、小麦和棉花种子，可以提高发芽率和出苗率[44]；几丁糖对立枯丝核菌、花生白绢病菌、水稻纹枯病菌等31种真菌具有很好的抑制作用[45]；在孢子萌发上，几丁糖也表现出一定的抑制率，与浓度呈正相关的关系[46]。几丁低聚糖对防治烟草黑胫病的试验结果表明，经蝇蛆低聚糖处理后的烟苗再接种烟草黑胫病菌能够对黑胫病产生抗性，同时可不同程度地提高烟草叶片内苯丙氨酸解氨酶、过氧化物酶和多酚氧化酶的活性[47]；对烟草赤星病菌也有一定的抑制作用，在一定浓度范围（1～16 mg/mL）内，随着浓度的提高，蝇蛆低聚几丁糖抑制率随之升高，受抑制的菌丝出现不同程度的缩短、变粗及扭曲等症状，产生的畸形分生孢子数随浓度的升高而增加[48]。
3.2 蝇蛆粪在农业生产中的作用
蝇蛆处理畜禽粪便得到蛆粪。其浸提液对苦瓜枯萎病病原菌菌丝的生长和生物量有显著的抑制作用[49]。蛆粪中还含有大量的抗植物病害活性物质，可抗多种植物病害，如水稻白叶枯病、大白菜软腐病、果树炭疽病等病菌[41]。蛆粪能加工成有机肥，提高土壤生物多样性，增加生物活性，优化土壤生物的生长环境，促进物质的转化速率，在作物生长期及时供应作物所需要的养分，促进作物的生长发育和代谢过程，从而提高产量，改善作物品质[50]。在以蝇蛆粪、普通有机肥、菜子粕作为有机肥对晚熟椪柑进行施肥试验，研究其对椪柑品质的影响，结果表明蝇蛆粪组的维生素C含量比普通有机肥组高10.07%，比菜子粕组高1.12%；蝇蛆粪组的含糖量比普通有机肥组高5.50%，比菜子粕组低4.53%；蝇蛆粪组的有机酸酸度比普通有机肥组低0.96，比菜子粕组高0.23[51]。
4 小结与展望
随着畜牧养殖业集约化程度的提高，高效养殖业造成的环境污染问题成为了人们关注的焦点之一，粪便中未被消化的有机物、微量矿物质元素、药物及添加剂等变成有害物质严重污染环境。中国自20世纪80年代起就对集约化畜禽场的粪便污染开始重视，开展了一系列的畜禽场粪便简单处理和污染综合治理的研究，开发了成套的设备与设施，主要是通过对粪便进行烘干脱水和微生物发酵处理产生沼气和有机肥料加以利用。但仍存在着技术方案投资大，成本高，经济效益低，资源合理分配和利用的问题，在实际推广中受到了一定的限制。
利用蝇蛆转化畜禽粪便可以回收利用畜禽粪便中的粗脂肪和粗蛋白，减轻畜禽粪便所带来的环境污染，改善畜禽生产环境，得到的蝇蛆作为畜禽饲料拥有非常好的效果，其营养成分全面，营养价值高，不但可以提高畜禽产品的质量，还能提高畜禽免疫力，降低畜禽发病率。此外蛆粪作为有机肥可以改善土壤结构，优化作物生长环境，提高作物的产量和质量，减少植物病害的发生。
综上所述，结合各区域中、长、远期发展规划，开发蝇蛆产业，发展以蝇蛆为中介的低碳畜禽养殖，建立“区域性”低碳畜牧是解决现代畜禽养殖业所造成的环境污染、温室气体排放、人畜争粮等影响可持续发展难题的有效途径，同时还可以提高资源利用率，解决废弃物排放污染，改善生态环境，大大提高畜禽产品的品质和产量，促进畜牧业和农业的可持续发展。
参考文献：
[1] 王 军，李金元，翁昌明，等.发展低碳畜牧业的意义及措施[J].养殖与饲料，2011（10）：48-50.
[2] 黄秀声，黄勤楼，翁伯琦，等.畜牧业发展与低碳经济[J].中国农学通报，2010，26（24）：257-263.
[3] 王祖力，王济民.利用畜禽粪便生产有机肥潜力巨大[J].业，2011（7）：52-53.
[4] 马 强，白献晓，魏凤仙，等.畜禽粪便无害化处理技术探讨[J].河南农业科学，2007（1）：109-111.
[5] 程绍明，马杨晖，姜雄晖.我国畜禽粪便处理利用现状及展望[J].农机化研究，2009，31（2）：222-224.
[6] 卢 辉，邵承斌，敖黎鑫.畜禽粪便处理技术的研究动态[J]. 重庆工商大学学报（自然科学版），2008，25（6）：624-627.
[7] 赵国明，矫云学，黄志永，等.混推式高效畜禽粪便沼气系统研究[J].农业与技术，2007，27（4）：80-84.
[8] 李 新.日本鸡场的粪便堆肥发酵处理[J].中国家禽，2008， 30（3）：25-26.
[9] 曲静霞，姜 洋，何光设，等.农业废弃物干法厌氧发酵技术的研究[J].可再生能源，2004（2）：40-41.
[10] 李 丹，谷 巍.沼气干发酵技术在畜禽粪便处理中的应用研究进展[J].山东畜牧兽医， 2010（4）：67-69.
[11] 刁治民，高晓杰，熊 亚.畜禽粪便微生物处理及资源化工程的研究[J].青海草业，2004，13（1）：13-17，20.
[12] 朱海生，陈志宇，栾冬梅.畜禽粪便的综合利用[J].黑龙江畜牧兽医，2004（4）：59-60.
[13] 胡明秀.农业废弃物资源化综合利用途径探讨[J].安徽农业科学，2004，32（4）：757-759， 767.
[14] 黄鸿翔，李书田，李向林，等.我国有机肥的现状与发展前景分析[J].土壤肥料，2006（1）：3-8.
[15] MYERS H M， TOMBERLIN J K， LAMBERT B D， et al. Development of black soldier fly（Diptera：Stratiomyidae）larvae fed dairy manure[J]. Environmental Entomology，2008，37（1）：11-15.
[16] MORALES G E， WOLFF M. Insects associated with the composting process of solid urban waste separated at the source[J]. Revista Brasileira de Entomologia，2010，54（4）：645-653.
[17] 朱开建，陈小麟，赵 扬，等.利用猪粪集约化生产蝇蛆的生态工程研究[J].厦门大学学报（自然科学版），2003，42（2）：253-256.
[18] 王 芳，朱 芬，雷朝亮.利用畜禽粪便饲养家蝇的技术及应用[J]. 昆虫知识，2010，47（4）：657-664.
[19] KARCHER E L， JOHNSON C S， BEITZ D C， et al. Osteopontin immunoreactiving in the ileum and ileocecal lymph node of dairy cows naturally infected with Mycobacterium avium subsp. paratuberculosis[J]. Veterinary Immunology and Immunopathology，2008，126（1-2）：142-148.
[20] KREJZAR V， MERTELIK J， PANKOVA I， et al. Pseudomonas marginalis associated with soft rot of Zantedeschia spp.[J]. Plant Protection Science，2008，44（3）：85-90.
[21] WERTHEIM B， MARCHAIS J， VET L E M， et al. Allee effect in larval resource exploitation in Drosophila： An interaction among density of adults， larvae， and micro-organisms[J]. Ecological Entomologia，2002，27（5）：608-617.
[22] ROHLFS M. Genetic variation and the role of insect life history traits in the ability of Drosophila larvae to develop in the presence of a competing filamentous fungus[J]. Evolutionary Ecology，2006，20（3）：271-289.
[23] 张 琳.加强养殖污染治理 大力发展低碳畜牧业[J].安徽农学通报，2011，17（3）：24-26.
[24] 薛纯良，吴健桦，徐大钢，等.猪粪经蝇蛆生态处理后粪臭素和排污量的变化[J].环境污染与防治，2004，26（3）：218-219.
[25] ST-HILAIRE S， SHEPPARD C， TOMBERLIN J K， et al. Fly prepupae as a feedstuff for Rainbow Trout， Oncorhynchus mykiss[J]. Journal of the World Aquaculture Society，2007， 38（1）：59-67.
[26] YEHUDA B， MARCHAIM U， GLATMAN L， et al. Bioconversion of poultry and fish waste by Lucilia Sericata and Sarcophaga Carnaria larvae[J]. Asian Journal of Water， Environment and Pollution， 2011， 8（4）：69-75.
[27] ZHANG M. Rearing fly larvae and animals in space for waste recycling and food supplying[P]. United States Patent：US 6938574B2， 2005-09-06.
[28] 玄宏侠，张 芳.蝇蛆的养殖技术和应用[J]. 现代农业科学，2008，15（10）：114-115.
[29] 杨满军，张彩峡.蝇蛆的开发利用[J].畜牧与饲料科学，2011， 32（4）：77-78.
[30] 牛长缨，雷朝亮，宗良炳.家蝇油脂肪酸的气相色谱分析[J]. 华中农业大学学报，1999，18（3）：222-224.
[31] 蓝旅涛，张 华，黄会萱，等.蝇蛆收集及喂猪效果试验[J].江西畜牧兽医杂志，1994（2）：27-28.
[32] 郭双礼，赵殿君.鸡粪蝇蛆配料养猪效果好[J].河南畜牧兽医（综合版），2000，21（4）：38.
[33] 贾生福.蝇蛆蛋白质饲料在畜牧业中的应用效果初探[J].中国动物保健，2004（10）：31.
[34] 梁智坚，陈 梅.蝇蛆作为动物性蛋白饲料对畜禽的影响[J].中国科技博览，2008（11）：120.
[35] ZUIDHOF M J， MOLAR C L， MORLEY F M， et al. Nutritive value fo house fly （Musca domestica） larvae as a feed supplement for turkey poults[J]. Animal Feed Science and Technology，2003，105（1）：225-230.
[36] 梅宁安，张俊丽，刘自新，等.饲喂人工繁育蝇蛆对肉仔鸡生长的影响[J].中国禽业导刊，2002，19（21）：16.
[37] 贾生福，马彦彪.蝇蛆粉对肉仔鸡增重效果试验[J].中国家禽，2007，29（12）：39，41.
[38] 霍桂桃，任文社，谷子林，等.蝇蛆粉及蝇蛆培养残料对夏季产蛋鸡血液生化指标的影响[J]. 黑龙江畜牧兽医，2006（11）：53-55.
[39] 缪国存，徐宝芳，汪首开. 蝇蛆喂鸡效果好[J].浙江畜牧兽医，2003，28（2）：30.
[40] 金群英.蝇蛆饲喂提高土鸡生产性能[J].中国畜禽种业，2009（4）：103.
[41] 任友安.利用畜禽粪便养殖蝇蛆技术特点分析[J].现代农业科技，2008（12）：280.
[42] 吴 强，崔恒敏，李英伦，等.蝇蛆对家禽肠道疾病的防治作用机理研究[J].养禽与禽病防治，2010（2）：4-6.
[43] 吴 强，朱廷美，郁建生.蝇蛆蛋白及其抗菌肽在兽医学上的研究进展[J].黑龙江畜牧兽医（科技版），2009（15）：21-22.
[44] 赖 凡，雷朝亮，钟昌珍.蝇蛆几丁糖对几种植物病原真菌的抑制作用[J].华中农业大学学报，1998，17（2）：122-125.
[45] 韦新葵，雷朝亮.几丁质及其衍生物在植物保护中的研究与应用进展[J]. 湖北植保，2002（1）：34-38.
[46] 韦新葵， 雷朝亮.蝇蛆几丁低聚糖抑菌作用的初步研究[J].中国农业科学，2004，37（4）：552-557.
[47] 杨 军，蔡 斌，奚家勤，等.蝇蛆低聚几丁糖诱导烟株抗黑胫病研究[J].烟草科技，2007（9）：57-60.
[48] 毕庆文，陈晓敏，王豹祥，等.蝇蛆低聚几丁糖对烟草赤星病菌的毒力测定[J].华中农业大学学报，2007，26（6）：785-787.
[49] 解开治，徐培智，张仁陟，等.养蛆产物对苦瓜枯萎病抑菌抗病的效果初探[J].农业环境科学学报，2007，26（增刊）：232-235.
[50] 周 陈.蝇蛆生物有机肥对土壤主要环境及作物生长的影响[D].贵阳：贵州大学，2008.
[51] 陈秋汝，黄根思，杜 林，等.蝇蛆粪对晚熟椪柑品质影响的研究[J].现代园艺，2010（2）：5-6.