闭合营养循环：通过黑水虻（Hermetia illucens L. (Diptera: Stratiomyidae)）对鱼菜共生废弃物进行资源化利用以实现循环食物系统

《Aquaculture International》：Closing the nutrient loop: valorization of aquaponics waste through Hermetia illucens L. (Diptera: Stratiomyidae) for circular food systems

　　

鱼菜共生系统（aquaponic systems）整合了水产养殖和水培，旨在实现可持续食品生产。然而，这些系统仍会产生残留废物，特别是水产养殖生物固体（aquaculture biosolids）和植物残体（plant residues），必须有效管理。本研究探索将黑水虻（Hermetia illucens L. (Diptera: Stratiomyidae)；BSF）整合到鱼菜共生系统中，作为将有机废物转化为高价值昆虫生物质和有机肥料的手段，从而闭合营养循环。研究人员利用以麦麸为基础的日粮饲养BSF幼虫，其中包含不同比例（0%、25%、50%、75%和100%；以干重计）的水培残留物（HR）或鱼粪（FF），进行了两项试验。评估了关键性能指标，即幼虫存活率、最终个体幼虫重量、特定生长率（SGR）、饲料转化率（FCR）和摄入食物转化效率（ECI）。在HR添加水平>75%和FF添加水平>50%时，观察到幼虫生长、饲料转化效率和营养利用显著下降（两者p<0.001）。事后分析（Dunn检验）证实，当幼虫在100% FF和HR日粮上饲养时，其幼虫生长、存活率和饲料转化率的表现显著差于较低添加水平日粮，表明这些底物对BSF幼虫的适宜性降低，可能是由于营养限制和不利的物理底物特性的共同作用。这些发现表明，BSF幼虫可以在低至中等添加水平下处理鱼菜共生废物，而较高的添加水平则对幼虫生长和饲料利用产生负面影响。

**论文解读：鱼菜共生废弃物资源化——黑水虻在闭合营养循环中的应用**

### 研究背景与问题
全球食品需求增长推动了水产养殖的扩张，但传统水产养殖面临资源消耗和废物排放的挑战。鱼菜共生系统（aquaponic systems）将水产养殖和水培整合为闭环模型，旨在通过水循环利用减少外部投入，但仍产生残余废物：水产养殖生物固体（如鱼粪）和植物残体（如番茄、黄瓜的茎叶及劣质果实）。这些废物若直接排放会引发环境问题，而现有处理方法（如沉淀、过滤、稳定塘）无法完全回收其养分。黑水虻幼虫（BSFL）作为一种高效的有机废物生物转化器，能将低价值废物转化为高蛋白昆虫生物质和有机肥料（frass），具备整合入鱼菜共生系统的潜力。目前研究缺乏对鱼菜共生特定废物（水培残留物和鱼粪）作为BSFL底物的系统评估。本研究旨在探索BSFL在不同添加水平下转化这些废物的能力，评估其生长性能和转化效率，以验证闭合营养循环的可行性。论文发表在《Aquaculture International》。

### 主要技术方法
研究人员采用两个独立试验，分别以水培残留物（HR）和鱼粪（FF）为废物源，与麦麸（WB）按干重比例混合（0%、25%、50%、75%、100%），配制日粮。BSF幼虫（6日龄，来自实验室长期饲养种群）在控制环境（28.5±0.5°C，60±5%相对湿度，12L:12D光周期）下饲养12天，每个处理设6个重复。定期记录幼虫总重和存活率，并计算最终个体幼虫重量（FILW）、特定生长率（SGR）、饲料转化率（FCR）和摄入食物转化效率（ECI）。统计分析使用ANOVA或Kruskal-Wallis检验，事后比较采用Tukey HSD或Dunn检验（Bonferroni校正）。废物来源：鱼粪来自9套自主闭环鱼菜共生系统（CLA），鱼类为鲤科（Cyprinus carpio）；水培残留物来自温室番茄和黄瓜栽培剩余物。

### 研究结果

**幼虫存活率**
水培残留物（HR）试验中，所有处理组（HR0–HR100）的最终存活率均高于90%，组间无显著差异（F=0.401, df=4, p=0.806）。鱼粪（FF）试验的存活率范围为73.3%–86.0%，但统计上无显著差异（x2=6.89, df=4, p=0.14）。表明BSFL在低至高添加水平下均能维持较高存活，但FF处理总体略低。

**最终个体幼虫重量（FILW）**
HR添加水平显著影响FILW（F=16.445, df=4, p<0.001）。HR25组最高（90.5±6.7 mg），HR100组最低（35.3±1.7 mg），其余组>70 mg。FF试验中，FF0组最高（92.7±4.6 mg），FF100组最低（36.9±3.3 mg），组间差异显著（x2=20.25, df=4, p<0.001）。说明高比例废物添加抑制幼虫生长。

**饲料转化率（FCR）与特定生长率（SGR）**
HR试验中，HR100组FCR最高（最差），显著高于除HR75外的所有组（x2=18.9, df=4, p<0.001）；SGR在HR100组显著最低（F=6.046, df=4, p=0.002）。FF试验中，FF100组FCR显著差于其他组（x2=21.682, df=4, p<0.001），SGR也显著低于其余组（F=13.328, df=4, p<0.001）。表明高废物添加降低了饲料利用率。

**摄入食物转化效率（ECI）**
HR试验中，ECI随添加水平增加而降低，HR100组显著低于除HR75外的所有组（x2=18.9, df=4, p<0.001）。FF试验中，FF100组ECI显著低于其他所有处理（F=17.054, df=4, p<0.001）。证实高比例废物导致养分转化效率下降。

### 讨论与结论
讨论指出，BSFL可有效转化低至中等添加水平（HR≤75%，FF≤50%）的鱼菜共生废物，但高添加水平（≥75% HR或≥100% FF）下幼虫表现显著变差，可能源于营养不平衡（如低能量、高灰分、高木质纤维素）、底物理化性质不利（质地、通气性差）以及抑制性化合物存在。水培残留物的木质纤维素成分难以被BSFL自身酶降解，但肠道微生物可能部分弥补；鱼粪的高矿物质和低可消化能限制了幼虫生长。研究人员强调，通过混合不同废物源或预处理（如发酵、微生物接种）可优化营养组成，提高转化效率。研究意义在于：BSFL作为闭环废物管理工具，可将低价值鱼粪和植物残体转化为高价值昆虫蛋白（可作鱼饲料）和有机肥料（frass），减少环境污染，推动循环食物系统。
**结论总结**：本研究表明，黑水虻幼虫可整合入鱼菜共生系统成为有效的废物管理工具，通过完全闭合营养循环实现循环性。将水培废物和鱼粪升级为营养丰富的昆虫生物质和有机肥料，不仅缓解了废物处理的环境风险，还生产了高价值终端产品。然而，优化BSFL废物处理仍需克服营养失衡和底物限制，未来的研究应聚焦于混合废物配比和预处理技术，以确保幼虫最佳生长。