昆虫作为食物和饲料对环境可持续性发展的影响

孙明梅

（松原职业技术学院，吉林松原 138000）

昆虫被认为是人类、牲畜和鱼类的替代蛋白质来源，在亚热带国家，有人类食用昆虫的历史。此外，人们越来越有兴趣把它们用作宠物、猪、家禽和鱼的饲料。昆虫是季节性的产物，大多数物种依赖于寄主植物，但由于森林过度砍伐、农业集约化（杀虫剂的使用）和环境污染可能威胁昆虫资源，同时越来越大的需求和价格上涨可能导致过度开发。可食用昆虫（如可食用蚱蜢和象鼻虫）的价格往往高于肉制品（赵德贵，2006）。除了从大自然中收集，也可以在有限的工业设施中饲养昆虫。目前畜牧业生产造成许多环境问题，如氨排放造成的酸化、温室气体排放造成的气候变化、森林砍伐、土壤侵蚀、沙漠化、植物多样性丧失和水污染等（张永民和赵士洞，2007）。本综述的重点是可持续性环境方面，同时也介绍了关于可食用昆虫的生态发展。

1 当前蛋白质资源的替代

由于人口增长和收入增加，预计到2050 年，肉类产品的需求将增加75% 以上，发展中国家的人均需求从2005/2007 年的28 kg 增加到2050年的42 kg（Herrero 等，2016）。肉类产品占到全球人类能量需求的15%，而大约80% 的农业用地用于动物放牧或饲料原料的生产（Herrero 等，2016）。Mottet 等（2017）报道，世界上大约1/3的谷物喂给动物，因此，全球对肉类需求的增加和土地供应的限制促使人们寻找替代蛋白质来源。

1.1 气候和日粮结构变化 在2015 年12 月的巴黎气候大会上，195 个国家签署了有史以来第一个具有普遍性和法律约束力的全球气候协议，该协议制定了一项全球行动计划，其目标是将升温幅度限制在1.5℃以内，这将显著减少气候变化的影响。畜牧业是影响气候变化的一个重要因素，200 亿家养食用动物每年产生5.6 ～7.5 亿t 二氧化碳当量，其中64% ～78% 是反刍动物排放的，其主要来源是肠道发酵和动物粪便产生的甲烷（43%），粪便和泥浆处理产生一氧化氮（29%）以及土地利用变化和化石燃料产生的二氧化碳（27%），这些排放反映了以能量、营养和土壤有机质损失的形式对资源的非有效利用（Gerber 等，2013）。生产1 kg 牛肉所需的土地大约是生产1 kg蔬菜所需土地的50 倍，而温室气体排放量大约是生产1 kg 蔬菜的100 倍，这一切都取决于所使用的生产系统（Nijdam 等，2012）。通过用植物蛋白替代动物蛋白和改善反刍动物（如牛和羊）日粮结构来实现降低对温室气体排放对环境影响，同时降低肉类消费，并将其与土地资源化结合起来，有可能减少温室气体排放、增加生物多样性。

1.2 改变蛋白原料 虽然存在较大的不确定性范围，但对动物生命周期养殖分析表明，与大多数传统肉类生产相比，改变肉类生产所需的原料结构可能降低对总体环境的影响（Mattick 等，2015）。但建立工业化规模的养殖体系还需大量研究。

2 可食用昆虫的可持续性

人类在亚热带或热带地区可消耗的昆虫大约有2100 种，大部分来自森林、水道或农田。利用这种食物资源的前提是需要保护它们的环境。如使用杀虫剂来控制森林毛虫时应小心，因为它们是蛋白质、矿物质和维生素的来源，特别是在非洲区域。昆虫对穷人粮食安全和生计做出重大贡献，尤其是妇女和儿童，他们在市场上出售昆虫或将昆虫用于个人消费。

（1）从农业生态系统中收获昆虫农业集约化战略的重点是获得更高的产量。然而，这应该在对环境影响最小的情况下进行。因此，人们呼吁强化农业生产可持续性。对于食用昆虫来说，这意味着除了它们作为营养来源作用外，还要注意它们对农业生态环境的影响。农业中最常见的控制昆虫的方法（甚至是食用昆虫）是使用化学药品。但如果它们是可食用的，为什么不通过收获它们作为食物和饲料来控制它们呢? 作者认为这样做的优点是①食用昆虫营养丰富，有助于粮食安全；②经济实惠，无需购买农药；③无农药污染，防止病虫害死灰复燃或二次爆发。如蚱蜢是玉米、大豆、南瓜、紫花苜蓿的害虫，但其可以作为人类食物，Cerritos 等（2015）认为，如果从超过100 万hm2的农业生态系统中收获该昆虫，潜在的年产量将达到35 万t。亚洲大部分地区稻田蚱蜢是传统食物。在20 世纪60 年代和70 年代的韩国，政府试图使农村现代化，要求在稻田中使用杀虫剂，这大大减少蚱蜢数量，而20 世纪80 年代，停止使用杀虫剂，蚱蜢又重新成为食物。在疾病爆发和瘟疫期间，蚱蜢是中东一些国家最受欢迎的食物，但Saeed 等（1993）发现，这些昆虫含有氯化农药和相对高浓度的有机磷农药，使食用这些昆虫具有健康风险。

（2）保护和提高野生昆虫种群的可用性，避免过度开发是人们需要重点关注的问题之一。Muafor 等（2015）开发了一种收集棕榈象鼻虫并将其放入新鲜盒子的系统。与半农制品相比，该系统使用的棕榈树叶减少75%，可以全年实施。另一个保护树木的例子与竹子毛虫有关，传统是通过砍伐整块竹子来收集。但现在有人提议在竹毛虫节间剪一个长方形的洞，可以不砍掉整棵植物。亚洲织叶蚁是老挝和泰国最受欢迎的食用昆虫之一。它还可以作为一种热带作物生物控制剂，包括芒果果园。为蚂蚁提供少量的猫粮和一些糖水可以使其产量翻一番，因此可以认为蚂蚁养殖具有双重功能：生物控制害虫和获取食物来源（Offenberg 和Wiwatwitaya，2015）。

食用昆虫的保护也应考虑复杂和动态的生态系统之间的关系。人们关注的重点不应只放在基于生态原则的产量上，而应放在导致适应性资源管理和社会管理的相互作用上。Vinceti 等（2013）考虑了未来几十年农村文化所面临的挑战，即在保护区内维持野生动物物种和通过可持续对昆虫的收获以满足农村对蛋白质的需求。因此，对以森林为基础的昆虫物种和寄主植物的圈养进行更多的研究很有必要。然而，当昆虫被推广应用于人类食物或动物饲料时，所需的数量是如此之大，以至于野生种群无法满足需求，需要人工昆虫养殖。

3 昆虫生产对环境的影响

在本节中，作者将从温室气体排放、能源、土地和水的使用以及饲料转化效率等方面将昆虫养殖作为小型牲畜对环境的影响与普通家畜动物进行比较。本文将讨论昆虫将低价值的有机物转化为高价值的蛋白质产品的能力，以及它们能否取代鱼粉作为饲料中的蛋白质成分。

（1）生命周期评估当昆虫作为食物或饲料被生产出来时会对环境产生影响，这种影响可以分为直接影响和间接影响。如由于这些昆虫的代谢和它们排泄的粪便发酵可以产生二氧化碳、甲烷和氨气等。从生理学角度来看，昆虫代谢和排泄物对环境的影响很有意思。但还应考虑其对温室气体间接排放及环境影响的其他参数。饲料生产是传统畜牧系统环境影响的主要驱动力，昆虫生产系统也不例外。这在土地利用方面似乎是显而易见的，如黄粉虫生产设施与总土地利用的0.2%有关，而该设施使用的饲料与99% 的土地利用有关（Oonincx 和De Boer，2012）。同样，该设施的直接用水只是生产饲料所需水（包括雨水）的一小部分。与黄粉虫相比，鸡肉1 g 可食用蛋白质需要2 ～3 倍的土地和50% 以上的水。与黄粉虫相比，从牛肉中提取1g 可食用蛋白质需要8 ～14倍的土地和大约5 倍的水（Oonincx 和De Boer，2012）。此外，在温室气体排放方面，黄粉虫对环境的影响低于常规牲畜养殖。肉鸡碳排放量比黄粉虫高32% ～167%，肉牛碳排放量是黄粉虫的6 ～13 倍（Oonincx 和De Boer，2012）。这 些 研究表明，昆虫生产系统的能源利用率较高。如前所述，高能量的需求是由于这些昆虫需要相对较高的环境温度，这也意味着它们对食物能量的需求相对较低。在牲畜和昆虫生产链内，大部分土地和水的使用，以及温室气体的总排放量都与饲料生产有关。因此，饲料的有效利用可以解释昆虫生产链对土地和水的要求相对较低的原因。

虽然鱼粉与高能源消耗和伴随的高温室气体排放有关，但相关的土地利用微不足道。相比之下，豆粕生产需要大量土地，但使用的能源有限。如果只考虑直接排放，与豆粕有关的温室气体排放量是低的。如果将相关的森林砍伐考虑在内，这些排放量要高于鱼粉。如果将家蝇直接与鱼粉和豆粕按照50 ：50 混合进行比较，土地利用减少98%，全球变暖潜力减少61%，能源利用减少38%（Van Zanten 等，2015）。但用于生产苍蝇的饲料不能用于其他用途，如厌氧发酵。如果考虑这一间接影响，家蝇净能量需求大约高出40%，全球变暖的潜力大约是之前提到的50 ∶50 混合物的两倍。但土地利用仍然大大减少。

（2）饲料转化效率和有机物回收利用昆虫是潜在的、可持续动物蛋白来源的主要原因之一。但就像传统农业一样，基因选择可以进一步帮助创造有效的昆虫品质。有研究表明，一些昆虫物种可以非常有效地沉积蛋白质（Oonincx 等，2015）。提供优化食物的家禽将33% 的蛋白质转化为可食用部分，而黄粉虫占到22% ～45%。虽然最优的日粮将导致更有效的利用，但这未必是生产昆虫的最可持续和最经济的方式。从环境角度来看，需要进一步探索未使用或未充分使用的有机物。

许多物种可以在有机基质上成功生长繁殖，将低价值的有机副产品转化为高价值的蛋白质。全球农业废料每年产生价值7500 亿美元的有机物，可以使用的有机物副产品取决于昆虫种类。粉虱可以在来自水果和蔬菜的干燥有机废弃物上饲养，而黄粉虫可以在如啤酒酵母渣、生物燃料等混合有机物中生长。

（3）昆虫取代鱼粉作为饲料的可行性。1974年水产养殖仅占人类鱼类消费的7%，到2014 年这一比例已增至44%（FAO，2016）。2014 年约10% 的鱼类生产（捕捞和水产养殖）用于鱼粉和鱼油的生产。鱼粉由小型野生海鱼制成，这些海鱼含有很高比例的骨头和油脂，通常被认为不适合人类直接食用。鱼粉是一种高品质的饲料成分，为猪、家禽、水产养殖广泛使用。但它正变得越来越稀缺和昂贵，部分原因是野生鱼类资源过度开发。因此，从1988 ～2010 年，家禽业将鱼粉的使用量从60% 减少到12%。但水产养殖业在同一时期将鱼粉的使用量从10% 增加到56%（FAO，2010）。尽管不断上涨的鱼粉价格导致添加量下降，但水产养殖业快速增长抵消了这一影响。因此，鱼粉资源的短缺推动了对替代蛋白原料的探索，如植物蛋白源的使用。植物蛋白有许多缺点，如蛋白质含量较低和抗营养因子的存在。某些昆虫种类也可以作为避免这些缺点的替代蛋白质来源。Lock 等（2015）研究表明，三文鱼日粮可以完全用家蝇粉替代鱼粉，对净生长、组织学、气味、风味/ 口感和质地没有负面影响。另一种昆虫黄粉虫可以在不影响死亡率和生长的情况下部分（35%）替代鱼粉（Gasco 等，2016）。

4 昆虫养殖的环境风险

用昆虫养殖系统取代现有的畜牧系统可能带来的环境风险。对人类、植物、动物和生物多样性有危险吗? IPPC（FAO，2016）有9 个区域植物保护组织，这些组织的任务是保护世界上的栽培和自然植物资源免受植物害虫的侵害，它是通过管制昆虫种类及其运载工具来实现的。如果这种昆虫不是当地特有的，如果未被消灭，能在自然界中生存下来，并对人类、动物、植物或生物多样性构成威胁，使用这种昆虫不被允许。

5 结论

亚热带国家昆虫消费的增加导致其价格上涨，从而增加从自然中收集昆虫的数量，这可能危及昆虫的可持续性。此外，增加昆虫作为食物和饲料的使用预计需要比从自然中获得更多的量。因此，将昆虫作为小型家畜饲养是非常有意义的。基于昆虫对常规蛋白源替代品需要可持续性，但需要更先进的养殖和加工技术。与目前的生产实践相比，这种潜在、丰富的食物来源可以促进可持续的食物和饲料生产，因为某些昆虫可以在有机质中饲养。但后续研究需要考虑食品和饲料安全问题。