昆蟲作為食物和飼料對(duì)環(huán)境可持續(xù)性發(fā)展的影響

孫明梅

（松原職業(yè)技術(shù)學(xué)院，吉林松原 138000）

昆蟲被認(rèn)為是人類、牲畜和魚類的替代蛋白質(zhì)來(lái)源，在亞熱帶國(guó)家，有人類食用昆蟲的歷史。此外，人們?cè)絹?lái)越有興趣把它們用作寵物、豬、家禽和魚的飼料。昆蟲是季節(jié)性的產(chǎn)物，大多數(shù)物種依賴于寄主植物，但由于森林過(guò)度砍伐、農(nóng)業(yè)集約化（殺蟲劑的使用）和環(huán)境污染可能威脅昆蟲資源，同時(shí)越來(lái)越大的需求和價(jià)格上漲可能導(dǎo)致過(guò)度開發(fā)?？墒秤美ハx（如可食用蚱蜢和象鼻蟲）的價(jià)格往往高于肉制品（趙德貴，2006）。除了從大自然中收集，也可以在有限的工業(yè)設(shè)施中飼養(yǎng)昆蟲。目前畜牧業(yè)生產(chǎn)造成許多環(huán)境問(wèn)題，如氨排放造成的酸化、溫室氣體排放造成的氣候變化、森林砍伐、土壤侵蝕、沙漠化、植物多樣性喪失和水污染等（張永民和趙士洞，2007）。本綜述的重點(diǎn)是可持續(xù)性環(huán)境方面，同時(shí)也介紹了關(guān)于可食用昆蟲的生態(tài)發(fā)展。

1 當(dāng)前蛋白質(zhì)資源的替代

由于人口增長(zhǎng)和收入增加，預(yù)計(jì)到2050 年，肉類產(chǎn)品的需求將增加75% 以上，發(fā)展中國(guó)家的人均需求從2005/2007 年的28 kg 增加到2050年的42 kg（Herrero 等，2016）。肉類產(chǎn)品占到全球人類能量需求的15%，而大約80% 的農(nóng)業(yè)用地用于動(dòng)物放牧或飼料原料的生產(chǎn)（Herrero 等，2016）。Mottet 等（2017）報(bào)道，世界上大約1/3的谷物喂給動(dòng)物，因此，全球?qū)θ忸愋枨蟮脑黾雍屯恋毓?yīng)的限制促使人們尋找替代蛋白質(zhì)來(lái)源。

1.1 氣候和日糧結(jié)構(gòu)變化 在2015 年12 月的巴黎氣候大會(huì)上，195 個(gè)國(guó)家簽署了有史以來(lái)第一個(gè)具有普遍性和法律約束力的全球氣候協(xié)議，該協(xié)議制定了一項(xiàng)全球行動(dòng)計(jì)劃，其目標(biāo)是將升溫幅度限制在1.5℃以內(nèi)，這將顯著減少氣候變化的影響。畜牧業(yè)是影響氣候變化的一個(gè)重要因素，200 億家養(yǎng)食用動(dòng)物每年產(chǎn)生5.6 ～7.5 億t 二氧化碳當(dāng)量，其中64% ～78% 是反芻動(dòng)物排放的，其主要來(lái)源是腸道發(fā)酵和動(dòng)物糞便產(chǎn)生的甲烷（43%），糞便和泥漿處理產(chǎn)生一氧化氮（29%）以及土地利用變化和化石燃料產(chǎn)生的二氧化碳（27%），這些排放反映了以能量、營(yíng)養(yǎng)和土壤有機(jī)質(zhì)損失的形式對(duì)資源的非有效利用（Gerber 等，2013）。生產(chǎn)1 kg 牛肉所需的土地大約是生產(chǎn)1 kg蔬菜所需土地的50 倍，而溫室氣體排放量大約是生產(chǎn)1 kg 蔬菜的100 倍，這一切都取決于所使用的生產(chǎn)系統(tǒng)（Nijdam 等，2012）。通過(guò)用植物蛋白替代動(dòng)物蛋白和改善反芻動(dòng)物（如牛和羊）日糧結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)降低對(duì)溫室氣體排放對(duì)環(huán)境影響，同時(shí)降低肉類消費(fèi)，并將其與土地資源化結(jié)合起來(lái)，有可能減少溫室氣體排放、增加生物多樣性。

1.2 改變蛋白原料 雖然存在較大的不確定性范圍，但對(duì)動(dòng)物生命周期養(yǎng)殖分析表明，與大多數(shù)傳統(tǒng)肉類生產(chǎn)相比，改變?nèi)忸惿a(chǎn)所需的原料結(jié)構(gòu)可能降低對(duì)總體環(huán)境的影響（Mattick 等，2015）。但建立工業(yè)化規(guī)模的養(yǎng)殖體系還需大量研究。

2 可食用昆蟲的可持續(xù)性

人類在亞熱帶或熱帶地區(qū)可消耗的昆蟲大約有2100 種，大部分來(lái)自森林、水道或農(nóng)田。利用這種食物資源的前提是需要保護(hù)它們的環(huán)境。如使用殺蟲劑來(lái)控制森林毛蟲時(shí)應(yīng)小心，因?yàn)樗鼈兪堑鞍踪|(zhì)、礦物質(zhì)和維生素的來(lái)源，特別是在非洲區(qū)域。昆蟲對(duì)窮人糧食安全和生計(jì)做出重大貢獻(xiàn)，尤其是婦女和兒童，他們?cè)谑袌?chǎng)上出售昆蟲或?qū)⒗ハx用于個(gè)人消費(fèi)。

（1）從農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中收獲昆蟲農(nóng)業(yè)集約化戰(zhàn)略的重點(diǎn)是獲得更高的產(chǎn)量。然而，這應(yīng)該在對(duì)環(huán)境影響最小的情況下進(jìn)行。因此，人們呼吁強(qiáng)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)性。對(duì)于食用昆蟲來(lái)說(shuō)，這意味著除了它們作為營(yíng)養(yǎng)來(lái)源作用外，還要注意它們對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的影響。農(nóng)業(yè)中最常見的控制昆蟲的方法（甚至是食用昆蟲）是使用化學(xué)藥品。但如果它們是可食用的，為什么不通過(guò)收獲它們作為食物和飼料來(lái)控制它們呢? 作者認(rèn)為這樣做的優(yōu)點(diǎn)是①食用昆蟲營(yíng)養(yǎng)豐富，有助于糧食安全；②經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，無(wú)需購(gòu)買農(nóng)藥；③無(wú)農(nóng)藥污染，防止病蟲害死灰復(fù)燃或二次爆發(fā)。如蚱蜢是玉米、大豆、南瓜、紫花苜蓿的害蟲，但其可以作為人類食物，Cerritos 等（2015）認(rèn)為，如果從超過(guò)100 萬(wàn)hm2的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中收獲該昆蟲，潛在的年產(chǎn)量將達(dá)到35 萬(wàn)t。亞洲大部分地區(qū)稻田蚱蜢是傳統(tǒng)食物。在20 世紀(jì)60 年代和70 年代的韓國(guó)，政府試圖使農(nóng)村現(xiàn)代化，要求在稻田中使用殺蟲劑，這大大減少蚱蜢數(shù)量，而20 世紀(jì)80 年代，停止使用殺蟲劑，蚱蜢又重新成為食物。在疾病爆發(fā)和瘟疫期間，蚱蜢是中東一些國(guó)家最受歡迎的食物，但Saeed 等（1993）發(fā)現(xiàn)，這些昆蟲含有氯化農(nóng)藥和相對(duì)高濃度的有機(jī)磷農(nóng)藥，使食用這些昆蟲具有健康風(fēng)險(xiǎn)。

（2）保護(hù)和提高野生昆蟲種群的可用性，避免過(guò)度開發(fā)是人們需要重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題之一。Muafor 等（2015）開發(fā)了一種收集棕櫚象鼻蟲并將其放入新鮮盒子的系統(tǒng)。與半農(nóng)制品相比，該系統(tǒng)使用的棕櫚樹葉減少75%，可以全年實(shí)施。另一個(gè)保護(hù)樹木的例子與竹子毛蟲有關(guān)，傳統(tǒng)是通過(guò)砍伐整塊竹子來(lái)收集。但現(xiàn)在有人提議在竹毛蟲節(jié)間剪一個(gè)長(zhǎng)方形的洞，可以不砍掉整棵植物。亞洲織葉蟻是老撾和泰國(guó)最受歡迎的食用昆蟲之一。它還可以作為一種熱帶作物生物控制劑，包括芒果果園。為螞蟻提供少量的貓糧和一些糖水可以使其產(chǎn)量翻一番，因此可以認(rèn)為螞蟻養(yǎng)殖具有雙重功能：生物控制害蟲和獲取食物來(lái)源（Offenberg 和Wiwatwitaya，2015）。

食用昆蟲的保護(hù)也應(yīng)考慮復(fù)雜和動(dòng)態(tài)的生態(tài)系統(tǒng)之間的關(guān)系。人們關(guān)注的重點(diǎn)不應(yīng)只放在基于生態(tài)原則的產(chǎn)量上，而應(yīng)放在導(dǎo)致適應(yīng)性資源管理和社會(huì)管理的相互作用上。Vinceti 等（2013）考慮了未來(lái)幾十年農(nóng)村文化所面臨的挑戰(zhàn)，即在保護(hù)區(qū)內(nèi)維持野生動(dòng)物物種和通過(guò)可持續(xù)對(duì)昆蟲的收獲以滿足農(nóng)村對(duì)蛋白質(zhì)的需求。因此，對(duì)以森林為基礎(chǔ)的昆蟲物種和寄主植物的圈養(yǎng)進(jìn)行更多的研究很有必要。然而，當(dāng)昆蟲被推廣應(yīng)用于人類食物或動(dòng)物飼料時(shí)，所需的數(shù)量是如此之大，以至于野生種群無(wú)法滿足需求，需要人工昆蟲養(yǎng)殖。

3 昆蟲生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的影響

在本節(jié)中，作者將從溫室氣體排放、能源、土地和水的使用以及飼料轉(zhuǎn)化效率等方面將昆蟲養(yǎng)殖作為小型牲畜對(duì)環(huán)境的影響與普通家畜動(dòng)物進(jìn)行比較。本文將討論昆蟲將低價(jià)值的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為高價(jià)值的蛋白質(zhì)產(chǎn)品的能力，以及它們能否取代魚粉作為飼料中的蛋白質(zhì)成分。

（1）生命周期評(píng)估當(dāng)昆蟲作為食物或飼料被生產(chǎn)出來(lái)時(shí)會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生影響，這種影響可以分為直接影響和間接影響。如由于這些昆蟲的代謝和它們排泄的糞便發(fā)酵可以產(chǎn)生二氧化碳、甲烷和氨氣等。從生理學(xué)角度來(lái)看，昆蟲代謝和排泄物對(duì)環(huán)境的影響很有意思。但還應(yīng)考慮其對(duì)溫室氣體間接排放及環(huán)境影響的其他參數(shù)。飼料生產(chǎn)是傳統(tǒng)畜牧系統(tǒng)環(huán)境影響的主要驅(qū)動(dòng)力，昆蟲生產(chǎn)系統(tǒng)也不例外。這在土地利用方面似乎是顯而易見的，如黃粉蟲生產(chǎn)設(shè)施與總土地利用的0.2%有關(guān)，而該設(shè)施使用的飼料與99% 的土地利用有關(guān)（Oonincx 和De Boer，2012）。同樣，該設(shè)施的直接用水只是生產(chǎn)飼料所需水（包括雨水）的一小部分。與黃粉蟲相比，雞肉1 g 可食用蛋白質(zhì)需要2 ～3 倍的土地和50% 以上的水。與黃粉蟲相比，從牛肉中提取1g 可食用蛋白質(zhì)需要8 ～14倍的土地和大約5 倍的水（Oonincx 和De Boer，2012）。此外，在溫室氣體排放方面，黃粉蟲對(duì)環(huán)境的影響低于常規(guī)牲畜養(yǎng)殖。肉雞碳排放量比黃粉蟲高32% ～167%，肉牛碳排放量是黃粉蟲的6 ～13 倍（Oonincx 和De Boer，2012）。這 些 研究表明，昆蟲生產(chǎn)系統(tǒng)的能源利用率較高。如前所述，高能量的需求是由于這些昆蟲需要相對(duì)較高的環(huán)境溫度，這也意味著它們對(duì)食物能量的需求相對(duì)較低。在牲畜和昆蟲生產(chǎn)鏈內(nèi)，大部分土地和水的使用，以及溫室氣體的總排放量都與飼料生產(chǎn)有關(guān)。因此，飼料的有效利用可以解釋昆蟲生產(chǎn)鏈對(duì)土地和水的要求相對(duì)較低的原因。

雖然魚粉與高能源消耗和伴隨的高溫室氣體排放有關(guān)，但相關(guān)的土地利用微不足道。相比之下，豆粕生產(chǎn)需要大量土地，但使用的能源有限。如果只考慮直接排放，與豆粕有關(guān)的溫室氣體排放量是低的。如果將相關(guān)的森林砍伐考慮在內(nèi)，這些排放量要高于魚粉。如果將家蠅直接與魚粉和豆粕按照50 ：50 混合進(jìn)行比較，土地利用減少98%，全球變暖潛力減少61%，能源利用減少38%（Van Zanten 等，2015）。但用于生產(chǎn)蒼蠅的飼料不能用于其他用途，如厭氧發(fā)酵。如果考慮這一間接影響，家蠅凈能量需求大約高出40%，全球變暖的潛力大約是之前提到的50 ∶50 混合物的兩倍。但土地利用仍然大大減少。

（2）飼料轉(zhuǎn)化效率和有機(jī)物回收利用昆蟲是潛在的、可持續(xù)動(dòng)物蛋白來(lái)源的主要原因之一。但就像傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)一樣，基因選擇可以進(jìn)一步幫助創(chuàng)造有效的昆蟲品質(zhì)。有研究表明，一些昆蟲物種可以非常有效地沉積蛋白質(zhì)（Oonincx 等，2015）。提供優(yōu)化食物的家禽將33% 的蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化為可食用部分，而黃粉蟲占到22% ～45%。雖然最優(yōu)的日糧將導(dǎo)致更有效的利用，但這未必是生產(chǎn)昆蟲的最可持續(xù)和最經(jīng)濟(jì)的方式。從環(huán)境角度來(lái)看，需要進(jìn)一步探索未使用或未充分使用的有機(jī)物。

許多物種可以在有機(jī)基質(zhì)上成功生長(zhǎng)繁殖，將低價(jià)值的有機(jī)副產(chǎn)品轉(zhuǎn)化為高價(jià)值的蛋白質(zhì)。全球農(nóng)業(yè)廢料每年產(chǎn)生價(jià)值7500 億美元的有機(jī)物，可以使用的有機(jī)物副產(chǎn)品取決于昆蟲種類。粉虱可以在來(lái)自水果和蔬菜的干燥有機(jī)廢棄物上飼養(yǎng)，而黃粉蟲可以在如啤酒酵母渣、生物燃料等混合有機(jī)物中生長(zhǎng)。

（3）昆蟲取代魚粉作為飼料的可行性。1974年水產(chǎn)養(yǎng)殖僅占人類魚類消費(fèi)的7%，到2014 年這一比例已增至44%（FAO，2016）。2014 年約10% 的魚類生產(chǎn)（捕撈和水產(chǎn)養(yǎng)殖）用于魚粉和魚油的生產(chǎn)。魚粉由小型野生海魚制成，這些海魚含有很高比例的骨頭和油脂，通常被認(rèn)為不適合人類直接食用。魚粉是一種高品質(zhì)的飼料成分，為豬、家禽、水產(chǎn)養(yǎng)殖廣泛使用。但它正變得越來(lái)越稀缺和昂貴，部分原因是野生魚類資源過(guò)度開發(fā)。因此，從1988 ～2010 年，家禽業(yè)將魚粉的使用量從60% 減少到12%。但水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)在同一時(shí)期將魚粉的使用量從10% 增加到56%（FAO，2010）。盡管不斷上漲的魚粉價(jià)格導(dǎo)致添加量下降，但水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)快速增長(zhǎng)抵消了這一影響。因此，魚粉資源的短缺推動(dòng)了對(duì)替代蛋白原料的探索，如植物蛋白源的使用。植物蛋白有許多缺點(diǎn)，如蛋白質(zhì)含量較低和抗?fàn)I養(yǎng)因子的存在。某些昆蟲種類也可以作為避免這些缺點(diǎn)的替代蛋白質(zhì)來(lái)源。Lock 等（2015）研究表明，三文魚日糧可以完全用家蠅粉替代魚粉，對(duì)凈生長(zhǎng)、組織學(xué)、氣味、風(fēng)味/ 口感和質(zhì)地沒有負(fù)面影響。另一種昆蟲黃粉蟲可以在不影響死亡率和生長(zhǎng)的情況下部分（35%）替代魚粉（Gasco 等，2016）。

4 昆蟲養(yǎng)殖的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)

用昆蟲養(yǎng)殖系統(tǒng)取代現(xiàn)有的畜牧系統(tǒng)可能帶來(lái)的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)人類、植物、動(dòng)物和生物多樣性有危險(xiǎn)嗎? IPPC（FAO，2016）有9 個(gè)區(qū)域植物保護(hù)組織，這些組織的任務(wù)是保護(hù)世界上的栽培和自然植物資源免受植物害蟲的侵害，它是通過(guò)管制昆蟲種類及其運(yùn)載工具來(lái)實(shí)現(xiàn)的。如果這種昆蟲不是當(dāng)?shù)靥赜械?，如果未被消滅，能在自然界中生存下?lái)，并對(duì)人類、動(dòng)物、植物或生物多樣性構(gòu)成威脅，使用這種昆蟲不被允許。

5 結(jié)論

亞熱帶國(guó)家昆蟲消費(fèi)的增加導(dǎo)致其價(jià)格上漲，從而增加從自然中收集昆蟲的數(shù)量，這可能危及昆蟲的可持續(xù)性。此外，增加昆蟲作為食物和飼料的使用預(yù)計(jì)需要比從自然中獲得更多的量。因此，將昆蟲作為小型家畜飼養(yǎng)是非常有意義的?；诶ハx對(duì)常規(guī)蛋白源替代品需要可持續(xù)性，但需要更先進(jìn)的養(yǎng)殖和加工技術(shù)。與目前的生產(chǎn)實(shí)踐相比，這種潛在、豐富的食物來(lái)源可以促進(jìn)可持續(xù)的食物和飼料生產(chǎn)，因?yàn)槟承├ハx可以在有機(jī)質(zhì)中飼養(yǎng)。但后續(xù)研究需要考慮食品和飼料安全問(wèn)題。