但由于黑水虻早期養(yǎng)殖基本為散養(yǎng)狀態(tài)，缺乏科學(xué)有效的養(yǎng)殖工藝，養(yǎng)殖效率低、效果差，因此大規(guī)模市政工程實施仍存在較多技術(shù)瓶頸：如孵化、飼喂和產(chǎn)品加工等環(huán)節(jié)的規(guī)模化有待進(jìn)一步突破、全流程自動化水平有待提升、原料變化帶來的產(chǎn)品不穩(wěn)定性以及銷售出路不確定、規(guī)?；B(yǎng)殖安全性不明晰等問題。
歐陽創(chuàng) 碩士，高級工程師，現(xiàn)任上海環(huán)境院研究中心副總工程師。
馬 聰 博士，現(xiàn)任上海城投老港基地管理有限公司副總工程師。
周永泉 碩士，助理工程師，現(xiàn)任上海環(huán)境院研究中心項目工程師。
一、作為一種小微昆蟲，黑水虻的生物特性是怎什么樣的？如采用人工養(yǎng)殖，對生長條件有什么特別需求？
黑水虻生活史一般分為蟲卵、幼蟲、預(yù)蛹、蛹、成蟲5個階段（如圖1所示），通常世代周期30～35d。幼蟲分為5個齡期，自3齡期后食量開始明顯增大，5齡預(yù)蛹體表顏色從乳白色逐步變?yōu)樯詈稚?，并從食料中遷出，尋找隱蔽、干燥和有縫隙的地方等待羽化。黑水虻成蟲的平均壽命約為4-6天，完成交配和產(chǎn)卵，以繼續(xù)下一個生命周期。（圖片來源文獻(xiàn)：安新城, 黑水虻的生物學(xué)特性及營養(yǎng)價值. 養(yǎng)殖與飼料, 2007(11): p. 67-68.）
研究表明，黑水虻幼蟲的營養(yǎng)價值較高，營養(yǎng)組成具有一定的可塑性。分析表1數(shù)據(jù)可知，其體內(nèi)特定營養(yǎng)組分的含量高低可通過調(diào)節(jié)其采食的有機廢棄物的營養(yǎng)來實現(xiàn)。黑水虻烘干蟲粉中粗脂肪、鈣和灰分的含量受到采食底物的影響較大，而蛋白質(zhì)和氨基酸組成則相對比較穩(wěn)定。雖然幼蟲的氨基酸總含量低于黃粉蟲、蠅蛆、桑蠶蛹的氨基酸含量，但氨基酸如賴氨酸、蛋氨酸、亮氨酸、纈氨酸和酪氨酸含量較高，可通過優(yōu)化飼料配方增加飼料氨基酸含量，并不影響作為動物飼料蛋白的品質(zhì)。表1 采食不同底物黑水虻與豆粕和魚粉的營養(yǎng)成分含量（%）比較
迄今為止，沒有報告的數(shù)據(jù)表明黑水虻是疾病的傳播媒介，安全性較高。幼蟲自身提供的大量脂肪儲存減少或消除了成蟲喂養(yǎng)和傳播任何潛在疾病的必要性。有研究顯示，黑水虻幼蟲無機污染物指標(biāo)與微生物污染物指標(biāo)均符合《飼料衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB 13078-2017）的要求，同時經(jīng)處理后的蟲糞可作為有機肥，有機質(zhì)和總養(yǎng)分含量均高于《有機肥料標(biāo)準(zhǔn)》（NY525-2012）的技術(shù)要求，具有較高的肥效，能促進(jìn)植物生長。但針對濕垃圾飼養(yǎng)黑水虻幼蟲作為飼料原料及蟲糞作為有機肥使用的安全性還需要持續(xù)開展深入跟蹤研究。影響黑水虻生長的條件主要包括光照、溫度、濕度、飼養(yǎng)基質(zhì)（油脂、鹽分、含水率、蛋白質(zhì)和碳水化合物比值、起始pH）等。如何通過改善飼養(yǎng)條件，提高黑水虻幼蟲產(chǎn)出率是相關(guān)研究的重點。光照，黑水虻是一種日行性昆蟲，陽光是誘導(dǎo)黑水虻成蟲交配的重要環(huán)境因素，可通過不同補光層模擬太陽光照，促進(jìn)黑水虻人工種蟲繁育效率；溫度，被認(rèn)為在黑水虻的生長中起著重要作用，其中最佳溫度范圍在25°C和30°C之間；含水率，喻國輝等多人研究均表明，飼料的含水率在70％～80%時，幼蟲對飼料轉(zhuǎn)化效率最高；碳氮比，黑水虻更適合于C/N < 20：1的范圍。我國的飲食習(xí)慣導(dǎo)致食物垃圾中留下了很大比例的碳水化合物，這使得家庭廚余垃圾C/N一般都高于20：1；鹽分，黑水虻幼蟲存活率在氯化鈉含量3.0%以內(nèi)差異不顯著(P>0.05)，但濕垃圾中由于鹽分較高，會導(dǎo)致黑水虻蟲糞含鹽量高，影響蟲糞的利用，需要通過水洗、脫水等措施降低濕垃圾中鹽分含量，以提高產(chǎn)品品質(zhì)；pH，黑水虻的最適生長環(huán)境pH值范圍為6～10。濕垃圾經(jīng)過水解過后pH值較長時間處于4.0～5.5的酸性范圍，應(yīng)調(diào)節(jié)其pH值到中性至弱堿性環(huán)境，可增強黑水虻的生長代謝，并且有助于油脂類物質(zhì)的堿性水解。二、目前黑水虻處理廚余垃圾產(chǎn)業(yè)的發(fā)展還存在哪些具體的瓶頸？
黑水虻種蟲交配產(chǎn)卵穩(wěn)定是實現(xiàn)黑水虻養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)化的前提，盡管黑水虻單雌成蟲產(chǎn)卵量很高，但因在自然條件下種蟲交配率低、形成受精卵的比例低，特別是冬春兩季，導(dǎo)致收獲的蟲卵無法滿足生產(chǎn)所需。黑水虻種蟲交配繁育困難成為制約黑水虻產(chǎn)業(yè)化快速發(fā)展的關(guān)鍵。（二）黑水虻周年化和規(guī)?；B(yǎng)殖技術(shù)尚不成熟
黑水虻的養(yǎng)殖受環(huán)境條件（尤其是溫度）的影響很大，不同氣候環(huán)境條件下實現(xiàn)周年化、規(guī)?；B(yǎng)殖，首先要滿足黑水虻生長各階段過程中對溫度、濕度和光照等環(huán)境因素的需求；其次還要加大對養(yǎng)殖自動化、機械化設(shè)備的研發(fā)力度，如立體養(yǎng)殖設(shè)備和蟲糞分離設(shè)備等，提效降本；此外，還需要實現(xiàn)整個養(yǎng)殖工藝的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化，并培養(yǎng)足夠數(shù)量的專業(yè)技術(shù)人才。目前國內(nèi)外都加大了對黑水虻周年化和規(guī)模化養(yǎng)殖技術(shù)開發(fā)的投入，很多企業(yè)對黑水虻處理有機廢棄物項目盈利預(yù)期高，但他們不得不面臨黑水虻養(yǎng)殖生產(chǎn)穩(wěn)定性差、效率低等問題。黑水虻周年化和規(guī)模化養(yǎng)殖技術(shù)尚不成熟。（三）黑水虻養(yǎng)殖產(chǎn)品下游進(jìn)展緩慢
豆粕和魚粉產(chǎn)量增長受限，多依賴進(jìn)口，價格波動較大，尋找質(zhì)優(yōu)價廉的替代蛋白產(chǎn)品已迫在眉睫。黑水虻作為一種可持續(xù)供給的新型動物蛋白原料，能夠提供水產(chǎn)和畜禽動物所需的蛋白和能量。目前黑水虻在國外的產(chǎn)品形式多為脫脂蟲粉，而國內(nèi)有全脂蟲干、脫脂蟲干、蟲油和蟲漿發(fā)酵產(chǎn)品等應(yīng)用形式，未有統(tǒng)一的產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。需要建立起更多研究、試驗數(shù)據(jù)支撐的黑水虻飼用效果數(shù)據(jù)庫，才能逐步實現(xiàn)黑水虻標(biāo)準(zhǔn)化、大規(guī)模的應(yīng)用和推廣，進(jìn)一步提升其飼用價值。黑水虻養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)化剛剛起步，市場供應(yīng)鏈不完善，目前大部分養(yǎng)殖企業(yè)均還處在市場探索的階段，黑水虻產(chǎn)品銷售市場渠道還未打通。黑水虻作為有機廢棄物資源化利用的下游產(chǎn)物，在水產(chǎn)和畜禽養(yǎng)殖領(lǐng)域的推廣應(yīng)用需要產(chǎn)學(xué)研緊密合作，共同努力推動才能逐步達(dá)成。三、談?wù)労谒瞪镛D(zhuǎn)化廚余垃圾技術(shù)未來主要發(fā)展方向
以黑水虻為生物媒介的有機廢棄物生物轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，正在嘗試打破常規(guī)以微生物降解為核心的固有處理技術(shù)格局。自從歐盟2015/2283和2017/893號條例允許在水產(chǎn)養(yǎng)殖飼料中使用黑水虻作為飼料蛋白源后，全球食品和飼料行業(yè)對以黑水虻為代表的資源昆蟲的開發(fā)利用進(jìn)入了快速發(fā)展階段。為了充分發(fā)揮黑水虻作為有機固廢處理新模式和新型飼料原料的優(yōu)勢，未來可圍繞以下幾個方面開展相關(guān)研究。解決蟲源不足的關(guān)鍵是找到一種可以促進(jìn)黑水虻穩(wěn)定交配產(chǎn)卵的人工光源，從而解決連續(xù)陰雨天及室內(nèi)大規(guī)模養(yǎng)殖時所需的光照問題，打破困擾多年的黑水虻人工育種繁殖困難的技術(shù)瓶頸。近期已有研究人員研制出低能耗、長壽命的LED補光燈，通過不同光層模擬太陽光照，促進(jìn)黑水虻交配產(chǎn)卵，可顯著提高黑水虻人工種蟲繁育效率。（二）建立標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)模式，逐步實現(xiàn)黑水虻工廠化生產(chǎn)
黑水虻工廠化生產(chǎn)是集自動化、機械化、規(guī)?；蜆?biāo)準(zhǔn)化于一體的，不受季節(jié)影響的連續(xù)、高效養(yǎng)殖模式。隨著勞動力成本不斷上升、黑水虻工廠化生產(chǎn)將成為黑水虻養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必由之路。未來需要持續(xù)加大研發(fā)投入，逐步建立完整的黑水虻人工繁育、環(huán)境控制、防病防疫等技術(shù)體系，使黑水虻全產(chǎn)業(yè)鏈能夠?qū)崿F(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化和可控操作，從而為后續(xù)固體有機廢棄物規(guī)?；幹?、黑水虻產(chǎn)品開發(fā)和深加工以及市場的大范圍推廣奠定堅實的基礎(chǔ)。（三）加大黑水虻在水產(chǎn)和畜禽飼料產(chǎn)品中的研究和開發(fā)力度
黑水虻幼蟲和預(yù)蛹作為具有生物活性的優(yōu)質(zhì)功能蛋白和脂肪來源，可作為魚粉、豆粕和血漿蛋白粉等傳統(tǒng)飼料蛋白源的補充。未來的研究重點包括：1、在滿足黑水虻存儲和運輸要求的前提下，加強黑水虻幼蟲產(chǎn)品加工工藝的研究，如酶解和發(fā)酵工藝，以提高其在水產(chǎn)和畜禽動物中的應(yīng)用效果；2、進(jìn)一步探究黑水虻制品在水產(chǎn)和畜禽動物中使用時的營養(yǎng)成分消化效率和能值，為其作為蛋白飼料源應(yīng)用提供更多基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；3、充分考慮配方的氨基酸平衡和脂肪酸組成，探究黑水虻不同制品在水產(chǎn)和畜禽不同品種或生長階段中的最佳應(yīng)用形式與添加量；4、探究黑水虻制品及其不同組分在水產(chǎn)和畜禽動物中的應(yīng)用效果和作用機制，特別是在免疫保護和抗應(yīng)激方面的作用，為其深度應(yīng)用提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。四、《老港固廢環(huán)?？苿?chuàng)中心實證項目-濕垃圾生物資源化技術(shù)集成示范》科研實證項目簡介
上海城投（集團）有限公司目前設(shè)立的《老港固廢環(huán)?？苿?chuàng)中心實證項目-濕垃圾生物資源化技術(shù)集成示范》科研實證項目，將依托上海生物能源再利用(二期)項目建設(shè)50噸/日的濕垃圾三相固渣養(yǎng)殖黑水虻示范工程，獲取黑水虻處置濕垃圾全過程一手?jǐn)?shù)據(jù)，系統(tǒng)評估項目可行性。該項目開展以黑水虻為代表的濕垃圾生物轉(zhuǎn)化關(guān)鍵技術(shù)及裝備集成示范研究，形成蟲卵孵化、自動化養(yǎng)殖、蟲源蛋白高效轉(zhuǎn)化與高值利用、蟲沙生物強化成肥、臭氣精準(zhǔn)控制、蟲體全流程防逃逸、生態(tài)風(fēng)險控制等全過程關(guān)鍵技術(shù)，建立不小于50t/d的示范工程，構(gòu)建濕垃圾生物資源化轉(zhuǎn)化標(biāo)準(zhǔn)。項目的開展有望促進(jìn)濕垃圾現(xiàn)有處理資源化技術(shù)的升級優(yōu)化，通過開展?jié)窭B(yǎng)殖黑水虻自動化核心技術(shù)工藝設(shè)計、關(guān)鍵設(shè)備系統(tǒng)集成、工程調(diào)試運行等研究，掌握核心技術(shù)、形成關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)，解決黑水虻處理濕垃圾產(chǎn)品品質(zhì)不穩(wěn)定、設(shè)備自動化程度不高等技術(shù)瓶頸，提升黑水虻規(guī)模生產(chǎn)的可靠性，為濕垃圾養(yǎng)殖黑水虻產(chǎn)業(yè)起到領(lǐng)先示范效果和提供借鑒。
來源 | 上海環(huán)境衛(wèi)生工程設(shè)計院
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