一种白星花金龟幼虫介导的棉秆饲料化和肥料化利用方法

1.本发明涉及一种白星花金龟幼虫介导的棉秆饲料化和肥料化利用方法，属有机废弃物资源化利用技术领域。


背景技术：

2.新疆棉花秸秆量巨大，保守测算，每年可收集的量在1200万吨以上。棉花秸秆是可再生农业生物质资源，其热值较高，纤维素和木质素含量突出，营养较为丰富，在能源化、原料化、基料化和饲料化利用方面有一定的用途，其资源化利用的价值约在300元/吨。然而，目前80％以上的利用方式是棉秆直接粉碎还田。由于连年的棉秆直接还田，棉秆的肥料效应在递减，而其造成连作障碍、棉花黄萎病连年加重、土壤结构变差影响出苗和棉花生长等弊端凸显，棉秆直接还田作为肥料化的价值被抵消，甚至因为增加了病虫害发生几率，带来农药成本增加和产量降低，将棉秆直接还田的价值变为负值。
3.近年来，基于有机物料饲料化和肥料化利用的环境昆虫和蚯蚓等微家畜过腹转化秸秆和畜禽粪便等有机废弃物技术与应用受到越来越多的关注，其中转化作物秸秆应用潜力较为突出的是白星花金龟。白星花金龟protaetia brevitarsis lewis幼虫为腐食性，取食量大，转化力强，可高效转化农作物秸秆、食用菌菌糠、畜禽粪便等有机废弃物；虫体蛋白质含量在50％左右，是较为优质的蛋白源饲料原料；虫砂富含腐殖质和营养元素，颗粒性好，形状稳定，是非常好的生物肥料原料，在园艺作物的种植上初见成效；幼虫虫体与其他金龟甲的幼虫一道被称为蛴螬，蛴螬作为一种传统的中药，其提取物具有明目去翳、抗癌、抗炎症等功效，在医药和饲料行业具有不错的发展前景。
4.针对棉秆资源化利用率不高、价值低，直接还田弊端凸显等问题，本发明以白星花金龟幼虫作为生产棉秆基蛋白饲料原料和虫砂有机肥的生物转化器，介导实现棉秆饲料化和肥料化利用，以白星花金龟虫体和虫砂作为最终的产品状态，虫体作为昆虫源蛋白饲料循环到生态养殖业上，虫砂作为特色有机肥循环到生态种植业，实现了棉秆的高值化饲肥两用，助力棉秆资源化和种养业提质增效。


技术实现要素：

5.针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种白星花金龟幼虫介导的棉秆饲料化和肥料化利用方法。
6.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.一种白星花金龟幼虫介导的棉秆饲料化和肥料化利用方法，包括以下步骤：
8.步骤1：物料和虫源准备
9.棉杆：棉秆通过秸秆青储收获机或者打捆收获机从棉田收获后，再经秸秆粉碎机粉碎成小于5cm的小段后备用；
10.牛粪：牛粪采用湿牛粪或干牛粪，采用干牛粪时经孔径为1cm的筛网筛分除杂后备用；
11.菌剂：菌剂选用vt菌剂，vt菌剂包括芽孢杆菌、放线菌、乳酸菌和霉菌；
12.白星花金龟：选用2龄到3龄幼虫。
13.步骤2：棉秆好氧发酵
14.将步骤1中得到的棉秆和牛粪按照3:2重量比取样，采用湿牛粪时预先测定含水量后折干计算，将棉杆和牛粪混合得到混合物料，然后调节混合物料的含水量为65％，添加混合物料质量1
‰
的vt菌剂后，经翻堆机或者人工翻制均匀后，堆制成宽1.2-1.5m、高0.8-1.2m的条垛，条垛加盖塑料薄膜，当条垛堆体温度升至55℃时进行第一次翻堆，以后每5天翻堆一次，好氧发酵25天，发酵完成后，摊开晾晒，将含水量降至55％，进入白星花金龟幼虫规模转化环节；
15.步骤3：白星花金龟规模转化
16.采用网池养殖或层架立体养殖模式对白星花金龟进行规模转化。
17.步骤4：昆虫产品的收获与加工
18.当虫体长到3.5-3.9cm，单头重超过2g，虫体颜色由白变黄时，便到了虫体收获时期，采用2层震动分离筛将虫体、虫砂和残渣分离开，上层采用0.5cm的筛网，下层采用16目的筛网，虫体和大残渣从上面筛面上落下，虫砂从2层筛网的中间筛分出来，小残渣从16目筛网下被筛分出来，虫体和大残渣混合物采用生物动力分离法进行分离，分离后的虫体可采用开水烫死，然后晾干，或采用微波烘干机或者烘箱将虫体烘干，虫砂经晾晒、风选除杂后，作为生物肥进行销售、使用，或者根据不同花卉的营养需求加工成高档花卉肥，16目下的小残渣作为营养土进行出售；
19.步骤5：残渣和产品循环再利用
20.步骤4得到的老熟幼虫虫体，一部分用来规模化循环繁育，补充2龄中期幼虫，大残渣经秸秆粉碎机2次粉碎后算作棉秆，进入下一个批次的棉秆好氧发酵。
21.进一步的，所述步骤1中采用的vt菌剂包括芽孢杆菌、放线菌、乳酸菌和霉菌。
22.进一步的，网池养殖采用可拆卸的钢管组成宽1m，高0.5m，长度不限的框架，框架内铺上宽2.3m，长度比框架长出1.3m的40-60目的尼龙纱网，使纱网超出框架上沿10cm，然后将步骤2发酵好的含水量为55％的物料装配到网池中，装配深度为40cm，按照虫料比为1:60将2龄中期幼虫投到网池中，经过1个月的转化，物料被幼虫取食完全，此时再补充一半的物料，将网池再装配到40cm的深度，再经15天的转化，白星花金龟幼虫到达老熟幼虫状态，物料被转化完全，即可以进行昆虫产品收获。
23.进一步的，所述步骤3中层架立体养殖模式为：
24.采用高2.0-2.2m，宽40cm，长度根据饲养空间和规模来定的组合货架，养殖器具可采用15-25cm高，25-35cm宽，50-80cm长的容器，货架根据器具的高度安装4-6层，物料装配高度低于容器上沿5cm，初始虫料比按照1:20装配，10天后加入再添入初始物料的一半，转化5天后，筛分一次，如此循环3次，45天后，幼虫达到老熟幼虫状态，物料被转化完全，即可进行昆虫产品收获。
25.进一步的，所述步骤4中虫体和大残渣混合物生物动力分离方法为：将虫体和残渣混合物倒进筛出的虫砂基料中，混合物与虫砂的体积之比控制在1:2，幼虫在3分钟之内会钻进虫砂基质中，并将大残渣留在虫砂表面，然后将大残渣清出，然后借助0.5cm的筛网将虫体和虫砂纯净地分离开。
26.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
27.(1)本发明一种白星花金龟幼虫介导的棉秆饲料化和肥料化利用方法，以白星花金龟幼虫作为生产棉秆基蛋白饲料原料和虫砂有机肥的生物转化器，介导实现棉秆饲料化和肥料化利用，以白星花金龟虫体和虫砂作为最终的产品状态，虫体作为昆虫源蛋白饲料循环到生态养殖业上，虫砂作为特色有机肥循环到生态种植业，实现了棉秆的高值化饲肥两用，助力棉秆资源化。
28.(2)助力牛粪等畜禽粪污无害化治理和资源化利用，牛粪辅料，尤其是湿牛粪的添加，为牛粪等畜禽粪污无害化处理和资源化利用提供了新技术。
29.(3)虫体和虫砂可分别延伸至生态绿色养殖业和种植业，可助力种养业提质增效、良性循环。
具体实施方式
30.下面用具体实施例说明本发明，但并不是对发明的限制。
31.一种白星花金龟幼虫介导的棉秆饲料化和肥料化利用方法，包括以下步骤：
32.步骤1：物料和虫源准备
33.棉杆：棉秆通过秸秆青储收获机或者打捆收获机从棉田收获后，再经秸秆粉碎机粉碎成小于5cm的小段后备用；
34.牛粪：牛粪采用湿牛粪或干牛粪，采用干牛粪时经孔径为1cm的筛网筛分除杂后备用；采用湿牛粪可以充分利用牛粪当中的水分为棉秆调湿和节约用水；
35.菌剂：菌剂选用vt菌剂，vt菌剂包括芽孢杆菌、放线菌、乳酸菌和霉菌；
36.白星花金龟：选用2龄到3龄幼虫。
37.步骤2：棉秆好氧发酵
38.将步骤1中得到的棉秆和牛粪按照3:2重量比取样，即牛粪的添加比例为40％，采用湿牛粪时预先测定含水量后折干计算，将棉杆和牛粪混合得到混合物料，然后调节混合物料的含水量为65％，添加混合物料质量1
‰
的vt菌剂后，经翻堆机或者人工翻制均匀后，堆制成宽1.2-1.5m、高0.8-1.2m的条垛，条垛加盖塑料薄膜，当条垛堆体温度升至55℃时进行第一次翻堆，以后每5天翻堆一次，好氧发酵25天，发酵完成后，摊开晾晒，将含水量降至55％，进入白星花金龟幼虫规模转化环节；
39.为了充分利用夏季的温光条件，可以将棉秆好氧发酵集中在夏季进行，发酵完成后一部分用于实时转化，另一部分经充分晾晒后，储存到通风干燥处备用。
40.步骤3：白星花金龟规模转化
41.采用网池养殖或层架立体养殖模式对白星花金龟进行规模转化；若能保障养殖环境温度在15℃以上，可以全年进行养殖。
42.其中网池养殖模式为：
43.网池养殖采用可拆卸的钢管组成宽1m，高0.5m，长度不限的框架，框架内铺上宽2.3m，长度比框架长出1.3m的40-60目的尼龙纱网，使纱网超出框架上沿10cm，方便固定和后续操作，然后将步骤2发酵好的含水量为55％的物料装配到网池中，装配深度为40cm，按照虫料比为1:60将2龄中期幼虫投到网池中，经过1个月的转化，物料被幼虫取食完全，此时再补充一半的物料，将网池再装配到40cm的深度，再经15天的转化，白星花金龟幼虫到达老
熟幼虫状态，物料被转化完全，即可以进行昆虫产品收获。
44.层架立体养殖模式为：
45.采用高2.0-2.2m，宽40cm，长度根据饲养空间和规模来定的组合货架，养殖器具可采用15-25cm高，25-35cm宽，50-80cm长的容器，货架根据器具的高度安装4-6层，物料装配高度低于容器上沿5cm，以防虫体爬出，初始虫料比按照1:20装配，10天后加入再添入初始物料的一半，转化5天后，筛分一次，如此循环3次，45天后，幼虫达到老熟幼虫状态，物料被转化完全，即可进行昆虫产品收获。
46.步骤4：昆虫产品的收获与加工
47.当虫体长到3.5-3.9cm，单头重超过2g，虫体颜色由白变黄时，便到了虫体收获时期，采用2层震动分离筛将虫体、虫砂和残渣分离开，上层采用0.5cm的筛网，下层采用16目的筛网，虫体和大残渣从上面筛面上落下，虫砂从2层筛网的中间筛分出来，小残渣从16目筛网下被筛分出来，虫体和大残渣混合物采用生物动力分离法进行分离，分离的具体方法为：将虫体和残渣混合物倒进筛出的虫砂基料中，混合物与虫砂的体积之比控制在1:2，幼虫在3分钟之内会钻进虫砂基质中，并将大残渣留在虫砂表面，然后将大残渣清出，然后借助0.5cm的筛网将虫体和虫砂纯净地分离开。
48.分离后的虫体可采用开水烫死，然后晾干，或采用微波烘干机或者烘箱将虫体烘干，虫砂经晾晒、风选除杂后，作为生物肥进行销售、使用，或者根据不同花卉的营养需求加工成高档花卉肥，16目下的小残渣作为营养土进行出售；
49.步骤5：残渣和产品循环再利用
50.步骤4得到的老熟幼虫虫体，一部分用来规模化循环繁育，补充2龄中期幼虫，大残渣经秸秆粉碎机2次粉碎后算作棉秆，进入下一个批次的棉秆好氧发酵，以实现残渣的全物质循环利用，最终实现整个体系的高速、高值、高效和无废弃物的循环再利用。
51.实验例一：菌剂种类、牛粪配比和发酵天数对白星花金龟转化棉秆的效果影响。
52.(1)菌剂种类对白星花金龟转化棉秆的效果影响
53.菌剂分别选用lk菌剂、ll菌剂、nfk菌剂、rw菌剂和vt菌剂五种，其中lk菌剂为芽孢杆菌、木霉菌和酵母菌复合菌，ll菌剂包括枯草/地衣芽孢杆菌，酵母菌和绿色木霉菌，nfk菌剂以地衣芽孢杆菌为主，以产朊假丝酵母菌、枯草芽孢杆菌、乳酸菌和类肠球菌为辅，rw菌剂包括细菌(枯草、地衣和胶冻芽孢杆菌)、丝状菌和酵母菌，vt菌剂包括芽孢杆菌、放线菌、乳酸菌和霉菌，选用不同菌剂时牛粪配比均设定为30％，发酵天数均设定为25天。
54.表1菌剂种类对白星花金龟转化棉秆的效果影响
[0055][0056]
注：每列数据后没有相同字母表示差异显著(tukey法，显著水平p《0.05)。下表同。
[0057]
由表1可以看出，vt菌剂在白星花金龟转化棉秆的取食量、增重量、排砂量、虫砂转
化率和饲料利用率5个转化力指标上综合最优。
[0058]
(2)牛粪配比对白星花金龟转化棉秆的效果影响
[0059]
牛粪配比分别设定为10％、20％、30％、40％和50％，菌剂均采用rw菌剂，发酵天数均设定为25天。
[0060]
表2牛粪配比对白星花金龟转化棉秆的效果影响
[0061][0062][0063]
由表2可以看出，牛粪配比为40％和50％时，白星花金龟转化棉秆的取食量、增重量、排砂量、虫砂转化率和饲料利用率5个转化力指标上综合最优，且40％与50％差异不显著，为了尽可能多实现棉秆的资源化，因此本发明选用辅料牛粪的配比为40％。
[0064]
(3)发酵天数对白星花金龟转化棉秆的效果影响
[0065]
发酵天数分别设定为10天、15天、20天、25天和30天，牛粪配比均设定为30％，菌剂均选用rw菌剂。
[0066]
表3发酵天数对白星花金龟转化棉秆的效果影响
[0067][0068]
由表3可以看出，虽然发酵30天后，白星花金龟转化棉秆的取食量、增重量、排砂量、虫砂转化率和饲料利用率5个转化力指标上综合最优，但发酵25天的效果与发酵30天综合比较无显著差异，为了缩短发酵天数，提高转化效率，因此本发明选用发酵25天的技术方案。
[0069]
综上所述，本发明白星花金龟幼虫介导的棉秆饲料化和肥料化利用方法的最优技术参数为：菌剂选用vt菌剂、牛粪配比40％、发酵天数25天。
[0070]
实验例二：最优技术参数下白星花金龟对棉秆的转化力。
[0071]
按照实验例一的最优技术参数开展最优组合下棉秆的好氧发酵和白星花金龟幼虫转化实验，实验结果见表4。
[0072]
表4最优组合下白星花金龟幼虫对棉秆的转化力
[0073]
[0074][0075]
注：ck为纯净的棉秆发酵25d后的物料。
[0076]
最终验证实验的转化力数据均优于ck，有最佳的取食量、增重量和排砂量，饲料利用率和虫砂转化率均超过80％，因此可最终确定棉秆饲肥两用的最优技术参数为：选用vt菌剂，辅加40％的牛粪，发酵25d。经对发酵前后物料干物质消减量折算，物料得率为62.85％。可折合：每吨的棉秆原料，辅加666.7kg的牛粪，得发酵物料1.05吨，经白星花金龟幼虫转化后可获得709.2kg的虫砂，30.6kg虫体，剩余208.8kg的残渣，大残渣循环再利用，16目以下残渣作为营养土出售。
[0077]
实验例三：最优技术参数下棉秆饲料化和肥料化利用的营养指标和经济效益
[0078]
由表5可知，棉秆经虫菌复合技术生物转化后，其作为饲料原料的粗蛋白质和脂肪含量指标提高了7倍以上。粗纤维下降到原来的15％以下；游离棉酚含量下降到未检出(检出限20mg/kg)，对饲喂动物完全没有毒害，总能也有所提高。表明棉秆变白星花金龟幼虫饲料化非常有潜力。
[0079]
表5原料、发酵物料和虫体作为饲料原料的主要营养指标
[0080][0081]
由表6可知，棉秆经虫菌复合技术生物转化后，其作为有机肥原料的总养分提高到1.95倍以上有机质略有降低，但在50％以上，种子发芽指数也超过70％，营养指标均超过有机肥的标准，并且是有规则、性质稳定的颗粒，是非常好的有机肥原料。表明棉秆变白星花金龟虫砂肥料化非常有潜力。
[0082]
表6原料、发酵物料和虫砂作为有机肥原料的主要营养指标
[0083][0084]
目前白星花金龟干虫在2.5万元/吨左右，虫砂在1000元/吨左右，由实验例二可知，本发明每吨棉秆能创造的价值在1500元左右，除去成本，能产生的利润在800元左右。而
棉秆的传统饲料化、肥料化、原料化、基料化和能源化技术，其价值也就在300元左右，并且直接还田肥料化的效应为零甚至为负。因此，本发明：一种白星花金龟幼虫介导的棉秆饲料化和肥料化利用的技术方法经济效益可观、生态和社会效益良好，并且可以助力种养业体制增效，具有广阔的应用前景。
[0085]
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域技术人员应当理解，依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

技术特征：
1.一种白星花金龟幼虫介导的棉秆饲料化和肥料化利用方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：物料和虫源准备棉杆：棉秆通过秸秆青储收获机或者打捆收获机从棉田收获后，再经秸秆粉碎机粉碎成小于5cm的小段后备用；牛粪：牛粪采用湿牛粪或干牛粪，采用干牛粪时经孔径为1cm的筛网筛分除杂后备用；菌剂：菌剂选用vt菌剂，vt菌剂包括芽孢杆菌、放线菌、乳酸菌和霉菌；白星花金龟：选用2龄到3龄幼虫。步骤2：棉秆好氧发酵将步骤1中得到的棉秆和牛粪按照3:2重量比取样，采用湿牛粪时预先测定含水量后折干计算，将棉杆和牛粪混合得到混合物料，然后调节混合物料的含水量为65％，添加混合物料质量1
‰
的vt菌剂后，经翻堆机或者人工翻制均匀后，堆制成宽1.2-1.5m、高0.8-1.2m的条垛，条垛加盖塑料薄膜，当条垛堆体温度升至55℃时进行第一次翻堆，以后每5天翻堆一次，好氧发酵25天，发酵完成后，摊开晾晒，将含水量降至55％，进入白星花金龟幼虫规模转化环节；步骤3：白星花金龟规模转化采用网池养殖或层架立体养殖模式对白星花金龟进行规模转化。步骤4：昆虫产品的收获与加工当虫体长到3.5-3.9cm，单头重超过2g，虫体颜色由白变黄时，便到了虫体收获时期，采用2层震动分离筛将虫体、虫砂和残渣分离开，上层采用0.5cm的筛网，下层采用16目的筛网，虫体和大残渣从上面筛面上落下，虫砂从2层筛网的中间筛分出来，小残渣从16目筛网下被筛分出来，虫体和大残渣混合物采用生物动力分离法进行分离，分离后的虫体可采用开水烫死，然后晾干，或采用微波烘干机或者烘箱将虫体烘干，虫砂经晾晒、风选除杂后，作为生物肥进行销售、使用，或者根据不同花卉的营养需求加工成高档花卉肥，16目下的小残渣作为营养土进行出售；步骤5：残渣和产品循环再利用步骤4得到的老熟幼虫虫体，一部分用来规模化循环繁育，补充2龄中期幼虫，大残渣经秸秆粉碎机2次粉碎后算作棉秆，进入下一个批次的棉秆好氧发酵。2.根据权利要求1所述的一种白星花金龟幼虫介导的棉秆饲料化和肥料化利用方法，其特征在于，所述步骤1中采用的vt菌剂包括芽孢杆菌、放线菌、乳酸菌和霉菌。3.根据权利要求1所述的一种白星花金龟幼虫介导的棉秆饲料化和肥料化利用方法，其特征在于，所述步骤3中网池养殖模式为：网池养殖采用可拆卸的钢管组成宽1m，高0.5m，长度不限的框架，框架内铺上宽2.3m，长度比框架长出1.3m的40-60目的尼龙纱网，使纱网超出框架上沿10cm，然后将步骤2发酵好的含水量为55％的物料装配到网池中，装配深度为40cm，按照虫料比为1:60将2龄中期幼虫投到网池中，经过1个月的转化，物料被幼虫取食完全，此时再补充一半的物料，将网池再装配到40cm的深度，再经15天的转化，白星花金龟幼虫到达老熟幼虫状态，物料被转化完全，即可以进行昆虫产品收获。4.根据权利要求1所述的一种白星花金龟幼虫介导的棉秆饲料化和肥料化利用方法，
其特征在于，所述步骤3中层架立体养殖模式为：采用高2.0-2.2m，宽40cm，长度根据饲养空间和规模来定的组合货架，养殖器具可采用15-25cm高，25-35cm宽，50-80cm长的容器，货架根据器具的高度安装4-6层，物料装配高度低于容器上沿5cm，初始虫料比按照1:20装配，10天后加入再添入初始物料的一半，转化5天后，筛分一次，如此循环3次，45天后，幼虫达到老熟幼虫状态，物料被转化完全，即可进行昆虫产品收获。5.根据权利要求1所述的一种白星花金龟幼虫介导的棉秆饲料化和肥料化利用方法，其特征在于，所述步骤4中虫体和大残渣混合物生物动力分离方法为：将虫体和残渣混合物倒进筛出的虫砂基料中，混合物与虫砂的体积之比控制在1:2，幼虫在3分钟之内会钻进虫砂基质中，并将大残渣留在虫砂表面，然后将大残渣清出，然后借助0.5cm的筛网将虫体和虫砂纯净地分离开。

技术总结
本发明公开了一种白星花金龟幼虫介导的棉秆饲料化和肥料化利用方法，其特征在于，包括以下步骤：物料和虫源准备、棉秆好氧发酵、白星花金龟规模转化、昆虫产品的收获与加工、残渣和产品循环再利用五个步骤，本发明以白星花金龟幼虫作为生产棉秆基蛋白饲料原料和虫砂有机肥的生物转化器，介导实现棉秆饲料化和肥料化利用，以白星花金龟虫体和虫砂作为最终的产品状态，虫体作为昆虫源蛋白饲料循环到生态养殖业上，虫砂作为特色有机肥循环到生态种植业，实现了棉秆的高值化饲肥两用，助力棉秆资源化和种养业提质增效。源化和种养业提质增效。


技术研发人员：马德英 张广杰 孟卓
受保护的技术使用者：新疆农业大学
技术研发日：2021.12.02
技术公布日：2022/3/8