稳态黑水虻养殖系统：农业废弃物高效转化为虫粪高值产品的创新方案

本研究针对农业废弃物处理难题，开发了模块化稳态黑水虻(BSF)养殖系统，通过监测湿度/温度/pH实现幼虫(BSFL)与虫粪(BSF-F)产量分别提升47%和42%。该系统将成虫繁殖与幼虫育肥空间整合，降低劳动成本，为中小型农场提供可持续废弃物转化方案。

　　

全球每年产生13亿吨食物废弃物和50-60亿吨农业废弃物，传统填埋或堆肥方式导致温室气体排放和资源浪费。黑水虻(Hermetia illucens)作为高效分解者，其幼虫(BSFL)可将有机废弃物快速转化为高价值虫粪(BSF-F)和昆虫蛋白，但现有工业化批次养殖系统存在空间利用率低、劳动密集等问题。加州大学河滨分校团队创新设计的稳态养殖系统，为解决这一难题提供了新思路。

研究采用模块化生物反应器(BR1/BR2)构建连续生产系统，通过对比最小化监控与多指标监控(温度/pH/湿度)两种管理模式，评估了校园餐厨废弃物转化效率。关键技术包括：1) 自收获幼虫收集装置设计；2) 发酵预处理废弃物储存方法；3) 基于物联网的基质监测体系；4) 质量平衡方程计算转化率。实验持续12个月，记录41-42个加载周期数据。

研究结果显示：

1. 1.

   系统性能比较

   多指标监控使预蛹(PP)产量达0.20 dw kg/m²-day，较最小监控提升50%。虫粪回收率从19.44%增至25.4%，综合转化效率提升28.2%。

2. 2.

   基质优化机制

   pH稳定在7-8、湿度保持55-60%时，消除厌氧发酵导致的"污泥期"。添加砂面导流槽解决低湿度下幼虫攀爬障碍，使自收获成功率提升40%。

3. 3.

   劳动效率分析

   多指标监控使月工时从25.5小时降至16.75小时，防护装备需求减少，主要得益于自动监测取代人工判断。

4. 4.

   经济可行性

   系统建造成本约3500-4000美元，月运营成本276美元。虫粪含氮磷钾及几丁质，可替代30-50%化肥用量，成虫残体可加工为生物刺激素。

讨论部分强调，该系统突破传统批次养殖的三大局限：1) 空间效率提升3倍，取消独立成虫饲养区；2) 实现真正连续生产，消除产出波动；3) 适应多样化废弃物输入。相比好氧堆肥，处理周期从数月缩短至数周，且增值产品增加5倍。未来可通过物联网传感器和滑轮系统进一步自动化，在农业合作社、食品加工厂等场景推广应用。研究为《Waste Management》提供了中小规模有机废弃物处理的创新范式，同时满足昆虫福利要求，成虫可自然完成生命周期。