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化為具有高附加值的昆蟲蛋白源飼料，在消除環境污染的同時，為市場提供動物蛋白源飼料添加劑，從而實現農業廢棄物的資源化利用。黑水虻的干物質含有42%的粗蛋白和35%的脂肪，必須氨基酸含量優于魚粉，特別適合于水產養殖。

現代養殖企業通常采用集約化的經營模式，規模效應明顯，通過大規模飼養降低單個產品的成本，從而為市場提供大量廉價的動物蛋白產品。這種集約經營的養殖場每天產生大量的禽畜糞便，如果處理不當，就會形成污染源，對當地環境造成很大的壓力。最理想的處理方式是將禽畜糞便堆肥歸田，但因為農用有機肥的價格偏低，大多數養殖企業無法承擔收集和運輸的成本，因此，將禽畜糞便轉化為高附加值的產品就成為一種較為經濟、可行的途徑[1-3]。20 世紀50年代，科學家們提出利用家蠅Musca domestica 處理和消化禽畜糞便，并進行了相當細致的基礎和應用研究[4－5]，雖然在技術上已經成熟，但是卻因為成本太高而難以推廣，因此，在70 年代后期，人們開始設想利用黑水虻Hermetia illucens 替代家蠅建立養殖企業的禽畜糞便處理系統[6-8]，并在較短的時間內取得了明顯的進展，目前在美國已經作為一種可持續的農業模式進行試點推廣。

本文就黑水虻技術應用于禽畜糞便處理的研究現狀進行綜述，以期能夠對國內的相關研究和應用提供有益的幫助。

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都有分布。黑水虻的許多生物學特性都適合用于禽畜糞便的轉化，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，預蛹營養價值高，在化蛹前有遷移特性等，因此，在禽畜糞便轉化為昆蟲蛋白的研究領域，黑水虻很快就從眾多的雙翅目昆蟲中脫穎而出，受到了廣泛的關注[6－7， 9-11]。早期的研究集中于黑水虻的生物學特性和環境安全性評估，發現黑水虻對人類完全無害，對環境非常安全，黑水虻成蟲即不攜帶病菌，也不侵入人類的居住環境，只取食少量的植物汁液，對農作物不形成任何危害[12]。實際上，黑水虻最早受到關注，是因為其能夠有效地控制野生的家蠅種群，觀察發現黑水虻繁衍棲息的糞堆附近家蠅的數量很少，而家蠅成蟲也會盡量避免在黑水虻幼蟲取食的糞堆上產卵，實驗顯示，黑水虻和家蠅的幼蟲在混合飼養情況下，只有少量的家蠅幼蟲能夠發育到成熟階段，因此，黑水虻能夠通過競爭幼蟲生存環境來抑制家蠅種群[9， 13－14]，另據一些未發表的資料顯示，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行消化和分解，從而降低對環境的危害性[15]。Tomblin 等[16]對黑水虻成蟲的求偶和交配行為做了細致的觀察，發現黑水虻成蟲在交配前有環境因子誘導的求偶行為，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室要有足夠的空間，才能完成交配。

美國佐治亞大學的Sheppard 教授經過十幾年的研究，在了解了黑水虻生物學特性的基礎上，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[17]，技術流程如圖1。實驗數據顯示，黑水虻可以將雞糞（干重）以8%的轉化率轉化為42%的粗蛋白和35%的脂肪，而且，黑水虻還能在養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，最新的研究表明，氮素營養的轉化率還會更高，同時對磷元素的利用率也很顯著，這些數據表明，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元素無疑是很有效的[18]。

Sheppard 等[17]在墨西哥的一個雞場里進行了黑水虻處理系統的應用實驗，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育，不斷地填加幼蟲和雞糞就能形成一個連續的禽畜糞便處理循環。為了節省成本，Sheppard設計了一個梯形水泥槽用于飼養黑水虻，水泥槽有一個35°的斜面，黑水虻幼蟲發育到預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，將遷出的預蛹導入收集箱，完成黑水虻預蛹的收獲。

Sheppard 等[17]將產出的黑水虻幼蟲直接用來飼養牛蛙，連續兩年的實驗結果顯示，黑水虻幾乎能夠使牛蛙達到最理想的收獲產量，而且，這種飼養方式在阿根廷和墨西哥的農場里都非常普遍。在自然條件下，溫帶地區的黑水虻有5 個月的發育期，而一個存欄10 萬只雞的雞場，產生的雞糞可飼養出58t（干重）的黑水虻幼蟲，其國際參考售價為800美元/t，其加工產品的附加值還會更高，對于農場來說，即能夠解決污染問題，又能夠獲得可觀的經濟效益，可謂一舉兩得[18－19]。已經開發了飼養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特性的影響，結果顯示3 種飼料配方都能使幼蟲發育到化蛹階段，但成蟲的羽化率則表現出顯著的差異[20－21]。

許多科學家致力于昆蟲轉化禽畜糞便的研究，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進行了綜述，指出這個系統需要分離設施和復雜的隔離設備，雖然效果良好，但運行成本太過昂貴，很難在實際應用中推廣。黑水虻系統則可以直接利用野生種群，飼養設備也很簡單，在墨西哥的雞場僅僅使用水泥槽飼養幼蟲就能達到良好的效果，另外，也不需要分離設施，因為黑水虻預蛹需要尋找干燥、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，所有這些都導致黑水虻糞便處理系統能夠在較低的成本下運行[13， 17]，黑水虻與家蠅系統的比較如下：家蠅處理系統的生活周期短（約13d），容易飼養，生物學資料豐富，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到20%。水虻處理系統的生活周期較長（約32d），容易飼養，生物學資料較少，成蟲不帶病菌，對人類無害，因此無需隔離設施；幼蟲容易分離；食物轉化率15%~20%；粗蛋白含量42%，對糞便中氮的消化能力可達到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，結果顯示黑水虻幼蟲對的農藥抗性遠遠低于家蠅，分析認為這是由于黑水虻的生存環境承載的農藥選擇壓力較小的緣故，同時也指出，濫用農藥的地區將顯著降低本地的野生黑水虻種群。

黑水虻的幼蟲和預蛹作為豆粉和魚粉的替代飼料，飼養了包括雞、豬、鯰魚、羅非魚和牛蛙，這些實驗結果都顯示黑水虻幼蟲能夠很好地替代傳統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，就能更加精確地進行飼料復配，黑水虻預蛹（干物質）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養殖，礦物含量見下表。

國內的林啟訓等[26]也對黑水虻的營養價值進行了分析，結果顯示其營養價值特別有利于水產養殖，必須氨基酸占氨基酸總量的比例達到51.07%，超過WHO/FAO 所規定的40%的標準，并以泥鰍為材料進行了初步的應用研究[27]，另外，還探討了采用CO2 超臨界萃取技術提取黑水虻油脂的工藝[28]。

黑水虻糞便處理系統的環境和經濟效應都很明顯，不僅能夠以自然清潔的方式消除農業環境中的污染源，對人類環境沒有任何危害，而且能夠產生明顯的經濟效益。黑水虻的分布廣泛、飼養設備簡單、自收獲及較高的營養價值，使其具有良好的盈利預期，實際上，無論是養殖企業還是普通農戶，都能夠通過黑水虻技術將農業廢棄物資源化利用，從而在微觀農業生產中實現可持續的發展模式，隨著研究的進一步深入，黑水虻在生物醫藥和保健醫學方面和價值也逐漸體現出來。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，特別是抗菌肽類物質，是目前極具潛力的生物醫藥發展方向[29－30]。黑水虻幼蟲的食性很雜，而不同食物對幼蟲體內的代謝產物具有顯著影響，研究顯示，取食魚雜的黑水虻幼蟲體內富含Omega-3型脂肪酸，是對人類健康非常有益的一種保健成份[31]。