昆蟲作為食物和飼料對環境可持續性發展的影響

孫明梅

（松原職業技術學院，吉林松原 138000）

昆蟲被認為是人類、牲畜和魚類的替代蛋白質來源，在亞熱帶國家，有人類食用昆蟲的歷史。此外，人們越來越有興趣把它們用作寵物、豬、家禽和魚的飼料。昆蟲是季節性的產物，大多數物種依賴于寄主植物，但由于森林過度砍伐、農業集約化（殺蟲劑的使用）和環境污染可能威脅昆蟲資源，同時越來越大的需求和價格上漲可能導致過度開發?？墒秤美ハx（如可食用蚱蜢和象鼻蟲）的價格往往高于肉制品（趙德貴，2006）。除了從大自然中收集，也可以在有限的工業設施中飼養昆蟲。目前畜牧業生產造成許多環境問題，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）。本綜述的重點是可持續性環境方面，同時也介紹了關于可食用昆蟲的生態發展。

1 當前蛋白質資源的替代

由于人口增長和收入增加，預計到2050 年，肉類產品的需求將增加75% 以上，發展中國家的人均需求從2005/2007 年的28 kg 增加到2050年的42 kg（Herrero 等，2016）。肉類產品占到全球人類能量需求的15%，而大約80% 的農業用地用于動物放牧或飼料原料的生產（Herrero 等，2016）。Mottet 等（2017）報道，世界上大約1/3的谷物喂給動物，因此，全球對肉類需求的增加和土地供應的限制促使人們尋找替代蛋白質來源。

1.1 氣候和日糧結構變化 在2015 年12 月的巴黎氣候大會上，195 個國家簽署了有史以來第一個具有普遍性和法律約束力的全球氣候協議，該協議制定了一項全球行動計劃，其目標是將升溫幅度限制在1.5℃以內，這將顯著減少氣候變化的影響。畜牧業是影響氣候變化的一個重要因素，200 億家養食用動物每年產生5.6 ～7.5 億t 二氧化碳當量，其中64% ～78% 是反芻動物排放的，其主要來源是腸道發酵和動物糞便產生的甲烷（43%），糞便和泥漿處理產生一氧化氮（29%）以及土地利用變化和化石燃料產生的二氧化碳（27%），這些排放反映了以能量、營養和土壤有機質損失的形式對資源的非有效利用（Gerber 等，2013）。生產1 kg 牛肉所需的土地大約是生產1 kg蔬菜所需土地的50 倍，而溫室氣體排放量大約是生產1 kg 蔬菜的100 倍，這一切都取決于所使用的生產系統（Nijdam 等，2012）。通過用植物蛋白替代動物蛋白和改善反芻動物（如牛和羊）日糧結構來實現降低對溫室氣體排放對環境影響，同時降低肉類消費，并將其與土地資源化結合起來，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，但對動物生命周期養殖分析表明，與大多數傳統肉類生產相比，改變肉類生產所需的原料結構可能降低對總體環境的影響（Mattick 等，2015）。但建立工業化規模的養殖體系還需大量研究。

2 可食用昆蟲的可持續性

人類在亞熱帶或熱帶地區可消耗的昆蟲大約有2100 種，大部分來自森林、水道或農田。利用這種食物資源的前提是需要保護它們的環境。如使用殺蟲劑來控制森林毛蟲時應小心，因為它們是蛋白質、礦物質和維生素的來源，特別是在非洲區域。昆蟲對窮人糧食安全和生計做出重大貢獻，尤其是婦女和兒童，他們在市場上出售昆蟲或將昆蟲用于個人消費。

（1）從農業生態系統中收獲昆蟲農業集約化戰略的重點是獲得更高的產量。然而，這應該在對環境影響最小的情況下進行。因此，人們呼吁強化農業生產可持續性。對于食用昆蟲來說，這意味著除了它們作為營養來源作用外，還要注意它們對農業生態環境的影響。農業中最常見的控制昆蟲的方法（甚至是食用昆蟲）是使用化學藥品。但如果它們是可食用的，為什么不通過收獲它們作為食物和飼料來控制它們呢? 作者認為這樣做的優點是①食用昆蟲營養豐富，有助于糧食安全；②經濟實惠，無需購買農藥；③無農藥污染，防止病蟲害死灰復燃或二次爆發。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）認為，如果從超過100 萬hm2的農業生態系統中收獲該昆蟲，潛在的年產量將達到35 萬t。亞洲大部分地區稻田蚱蜢是傳統食物。在20 世紀60 年代和70 年代的韓國，政府試圖使農村現代化，要求在稻田中使用殺蟲劑，這大大減少蚱蜢數量，而20 世紀80 年代，停止使用殺蟲劑，蚱蜢又重新成為食物。在疾病爆發和瘟疫期間，蚱蜢是中東一些國家最受歡迎的食物，但Saeed 等（1993）發現，這些昆蟲含有氯化農藥和相對高濃度的有機磷農藥，使食用這些昆蟲具有健康風險。

（2）保護和提高野生昆蟲種群的可用性，避免過度開發是人們需要重點關注的問題之一。Muafor 等（2015）開發了一種收集棕櫚象鼻蟲并將其放入新鮮盒子的系統。與半農制品相比，該系統使用的棕櫚樹葉減少75%，可以全年實施。另一個保護樹木的例子與竹子毛蟲有關，傳統是通過砍伐整塊竹子來收集。但現在有人提議在竹毛蟲節間剪一個長方形的洞，可以不砍掉整棵植物。亞洲織葉蟻是老撾和泰國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量翻一番，因此可以認為螞蟻養殖具有雙重功能：生物控制害蟲和獲取食物來源（Offenberg 和Wiwatwitaya，2015）。

食用昆蟲的保護也應考慮復雜和動態的生態系統之間的關系。人們關注的重點不應只放在基于生態原則的產量上，而應放在導致適應性資源管理和社會管理的相互作用上。Vinceti 等（2013）考慮了未來幾十年農村文化所面臨的挑戰，即在保護區內維持野生動物物種和通過可持續對昆蟲的收獲以滿足農村對蛋白質的需求。因此，對以森林為基礎的昆蟲物種和寄主植物的圈養進行更多的研究很有必要。然而，當昆蟲被推廣應用于人類食物或動物飼料時，所需的數量是如此之大，以至于野生種群無法滿足需求，需要人工昆蟲養殖。

3 昆蟲生產對環境的影響

在本節中，作者將從溫室氣體排放、能源、土地和水的使用以及飼料轉化效率等方面將昆蟲養殖作為小型牲畜對環境的影響與普通家畜動物進行比較。本文將討論昆蟲將低價值的有機物轉化為高價值的蛋白質產品的能力，以及它們能否取代魚粉作為飼料中的蛋白質成分。

（1）生命周期評估當昆蟲作為食物或飼料被生產出來時會對環境產生影響，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酵可以產生二氧化碳、甲烷和氨氣等。從生理學角度來看，昆蟲代謝和排泄物對環境的影響很有意思。但還應考慮其對溫室氣體間接排放及環境影響的其他參數。飼料生產是傳統畜牧系統環境影響的主要驅動力，昆蟲生產系統也不例外。這在土地利用方面似乎是顯而易見的，如黃粉蟲生產設施與總土地利用的0.2%有關，而該設施使用的飼料與99% 的土地利用有關（Oonincx 和De Boer，2012）。同樣，該設施的直接用水只是生產飼料所需水（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，黃粉蟲對環境的影響低于常規牲畜養殖。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，昆蟲生產系統的能源利用率較高。如前所述，高能量的需求是由于這些昆蟲需要相對較高的環境溫度，這也意味著它們對食物能量的需求相對較低。在牲畜和昆蟲生產鏈內，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有關。因此，飼料的有效利用可以解釋昆蟲生產鏈對土地和水的要求相對較低的原因。

雖然魚粉與高能源消耗和伴隨的高溫室氣體排放有關，但相關的土地利用微不足道。相比之下，豆粕生產需要大量土地，但使用的能源有限。如果只考慮直接排放，與豆粕有關的溫室氣體排放量是低的。如果將相關的森林砍伐考慮在內，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）。但用于生產蒼蠅的飼料不能用于其他用途，如厭氧發酵。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）飼料轉化效率和有機物回收利用昆蟲是潛在的、可持續動物蛋白來源的主要原因之一。但就像傳統農業一樣，基因選擇可以進一步幫助創造有效的昆蟲品質。有研究表明，一些昆蟲物種可以非常有效地沉積蛋白質（Oonincx 等，2015）。提供優化食物的家禽將33% 的蛋白質轉化為可食用部分，而黃粉蟲占到22% ～45%。雖然最優的日糧將導致更有效的利用，但這未必是生產昆蟲的最可持續和最經濟的方式。從環境角度來看，需要進一步探索未使用或未充分使用的有機物。

許多物種可以在有機基質上成功生長繁殖，將低價值的有機副產品轉化為高價值的蛋白質。全球農業廢料每年產生價值7500 億美元的有機物，可以使用的有機物副產品取決于昆蟲種類。粉虱可以在來自水果和蔬菜的干燥有機廢棄物上飼養，而黃粉蟲可以在如啤酒酵母渣、生物燃料等混合有機物中生長。

（3）昆蟲取代魚粉作為飼料的可行性。1974年水產養殖僅占人類魚類消費的7%，到2014 年這一比例已增至44%（FAO，2016）。2014 年約10% 的魚類生產（捕撈和水產養殖）用于魚粉和魚油的生產。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，通常被認為不適合人類直接食用。魚粉是一種高品質的飼料成分，為豬、家禽、水產養殖廣泛使用。但它正變得越來越稀缺和昂貴，部分原因是野生魚類資源過度開發。因此，從1988 ～2010 年，家禽業將魚粉的使用量從60% 減少到12%。但水產養殖業在同一時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格導致添加量下降，但水產養殖業快速增長抵消了這一影響。因此，魚粉資源的短缺推動了對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，如蛋白質含量較低和抗營養因子的存在。某些昆蟲種類也可以作為避免這些缺點的替代蛋白質來源。Lock 等（2015）研究表明，三文魚日糧可以完全用家蠅粉替代魚粉，對凈生長、組織學、氣味、風味/ 口感和質地沒有負面影響。另一種昆蟲黃粉蟲可以在不影響死亡率和生長的情況下部分（35%）替代魚粉（Gasco 等，2016）。

4 昆蟲養殖的環境風險

用昆蟲養殖系統取代現有的畜牧系統可能帶來的環境風險。對人類、植物、動物和生物多樣性有危險嗎? IPPC（FAO，2016）有9 個區域植物保護組織，這些組織的任務是保護世界上的栽培和自然植物資源免受植物害蟲的侵害，它是通過管制昆蟲種類及其運載工具來實現的。如果這種昆蟲不是當地特有的，如果未被消滅，能在自然界中生存下來，并對人類、動物、植物或生物多樣性構成威脅，使用這種昆蟲不被允許。

5 結論

亞熱帶國家昆蟲消費的增加導致其價格上漲，從而增加從自然中收集昆蟲的數量，這可能危及昆蟲的可持續性。此外，增加昆蟲作為食物和飼料的使用預計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是非常有意義的?；诶ハx對常規蛋白源替代品需要可持續性，但需要更先進的養殖和加工技術。與目前的生產實踐相比，這種潛在、豐富的食物來源可以促進可持續的食物和飼料生產，因為某些昆蟲可以在有機質中飼養。但后續研究需要考慮食品和飼料安全問題。