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该综述聚焦英国养猪业，探讨通过昆虫生物转化（如黑水虻幼虫）和农场沼气生产的循环可持续废物管理系统。分析其在减少温室气体（GHGs）排放、环境污染及提升农场弹性等方面的机遇与挑战，指出技术推广前需解决安全性和可行性等问题。
猪粪浆循环管理的机遇与挑战：昆虫转化与沼气生产的可持续路径
一、猪粪浆管理的环境压力与循环利用潜力
全球猪肉产量在 1961 至 2021 年间增长约 4.5 倍，达 1.092 亿吨，养猪业面临减排压力。猪粪浆管理是仅次于饲料的第二大温室气体（GHGs）排放源，其含有的氮（N）、磷（P）等养分若管理不当，会导致水体富营养化、土壤酸化等问题。英国每年产生约 8300 万吨畜禽粪便，传统还田方式存在重金属（如锌、铜）和病原体污染风险。而粪浆中丰富的有机质和养分使其具备通过昆虫生物转化或沼气生产实现循环利用的潜力，既能减少环境影响，又能创造额外收入。
二、黑水虻幼虫（BSFL）生物转化粪浆的机制与产物
黑水虻幼虫是一种非害虫类腐食性昆虫，其幼虫阶段通过中肠微生物和酶系消化粪浆中的有机物。研究表明，幼虫在猪粪浆中的存活率高达 70%-97%，可将粪浆干物质减少 37%-56%，同时降低重金属（如镉、铜）含量，改变微生物组成，减少病原菌（如沙门氏菌、金黄色葡萄球菌）数量。
该过程可产生多种高价值产物：
- 肥料：虫粪（frass）含腐殖酸、氨基酸和几丁质，氮、磷含量适宜，干物质含量达 40%-90%，运输排放更低，市场规模预计从 2023 年的 9612 万美元增长至 2030 年的 1.3588 亿美元。
- 蛋白质与油脂：幼虫含 32%-46% 的蛋白质和 6%-31% 的脂肪，可替代豆粕用于动物饲料，其油脂含月桂酸等，可用于生物柴油生产，降低柴油烟雾排放和能耗。
- 几丁质与壳聚糖：幼虫和虫粪中含 8%-11% 的几丁质，可提取壳聚糖，用于废水处理、医药和农业抗病虫害，全球市场规模预计从 50.1 亿美元增长至 2031 年的 131.2 亿美元。
三、生物转化的挑战与安全性考量
尽管潜力显著，黑水虻转化仍面临多重挑战：
- 重金属与病原体风险：幼虫可能富集镉、铜等重金属，且粪浆中的兽药残留（如四环素）和病原菌（如大肠杆菌）可能转移至产物中。欧盟规定虫粪需经 70°C 热处理 1 小时杀灭病原体，但未设定重金属限值。
- 工艺稳定性与成本：幼虫生长受粪浆来源（如猪龄、饲料）、湿度、温度和蝇种影响，规模化养殖需控温保湿，能耗较高。中型昆虫农场建设成本约 1000 万英镑，运营成本 250 万英镑 / 年，虫蛋白生产成本预计 540 英镑 / 吨。
- 法规与市场接受度：英国限制昆虫蛋白用于食用动物饲料，且昆虫作为 “小型 livestock” 的福利和收获伦理问题尚未明确。
四、农场沼气生产的能源转型机遇
猪粪浆厌氧消化可产生含 32.4%-68% 甲烷的沼气，经升级后可生产生物甲烷并入电网或作为燃料，同时副产沼渣（digestate）作为肥料。沼气发电可满足农场电力和热能需求，减少对化石燃料依赖，爱尔兰案例显示单场沼气可减少 48% 温室气体排放。CO2回收后可用于食品加工、医药等领域，提升附加值。
五、沼气生产的技术瓶颈
猪粪浆的低干物质含量（3%-5%）和高氮含量导致沼气产量受限，需添加作物残渣等共底物提升效率。此外，粪浆中的洗涤剂和季节变化会影响微生物活性，酸化预处理可能降低产气潜力。小型农场（<500 头母猪）需依赖外部底物，且电网接入和储能设施不足可能限制收益。
六、未来农场的循环系统设计
未来农场需根据养殖阶段定制废物管理方案：
- 仔猪场：粪浆含高蛋白，适合黑水虻转化，减少氮排放。
- 育肥场：高纤维饲料产生的粪浆更适合沼气生产，或与昆虫转化结合，利用沼气余热维持幼虫生长温度，形成协同系统。
- 饲料调控：通过添加农业副产物（如米糠、玉米秸秆）优化粪浆成分，提升转化效率，同时减少抗生素和重金属使用。
七、结论与展望
昆虫生物转化和沼气生产为养猪业脱碳和提升弹性提供了可行路径，但需解决成本、安全性和法规适配问题。未来需标准化工艺参数，推动政策支持和基础设施建设，通过跨学科合作解锁猪粪浆的 “废物” 价值，实现环境效益与经济效益的双赢。
