乡村中学科技创新教育实验室 3.0 建设的理论与实践

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　　作者：湖南省隆回县七江镇中学　王祝英　阳习丁　马柏炉

　　摘要：生厨余垃圾指的是人们在日常生活、食品加工等活动中产生的垃圾，包括剩菜剩饭、果皮、 蛋壳等。随着人们生活品质的提高，人均产生的生厨余垃圾量也在逐年提高，目前我国一年厨余垃圾的产生量大约为一万亿吨。乡村中小学目前生厨余处理的方法包括喂养生猪和堆肥，然而这两种方法存在很大的问题，餐厨余喂猪会导致同源性污染从而造成非洲猪瘟的传播，堆肥周期长、同时存在场地及卫生问题，因此急需一套快速处理餐厨余垃圾的方法。农村地区中小学由于条件限制，科学实验课程没有得到重视，同时还比较枯燥，很难激发学生的积极性以及参与度。本文将以隆回县七江镇中学为例，将科学课上的生物转换以及生物循环等概念引入中小学学生的户外科学实验课中，打造“零厨余校园”科技创新教育实验室 3.0，利用腐生性昆虫黑水虻对校园的餐厨余垃圾进行高效的生物转换，培养学生的创新能力以及理论与实践相结合的能力，同时实现打造全国首所零生厨余校园的目的。

　　一.农村地区餐厨余垃圾处理存在的问题以及困境

　　近年来，以习近平同志为核心的党中央在关于社会主义生态文明建设上提出了一系列立意高远、思想深刻的重要论述，使我们深刻认识到坚持人与自然和谐共生、建设资源节约型、环境友好型社会以及形成绿色发展方式、实现中华民族永续发展的重要性。七江镇中学是位于湖南省湘西南武陵山片区国家级贫困县隆回县的一所偏远农村寄宿制学校，共有师生 900 余人，学校师生每天产生的生厨余垃圾总共约 300-400 公斤。学校以前厨余垃圾的主要处理方法是分给学校周边贫困户以及养殖场用来喂养鸡、鸭、猪等畜禽，但是由于当前非洲猪

　　瘟疫情不断扩散蔓延，传播途径和病原污染及其复杂，国外有专家对 2008-2012 年查明的 2019 起非洲猪瘟疫情进行分析，发现 45.6%的疫情系饲喂餐厨物引起，为此，国务院办公厅专门印发了《国务院办公厅关于做好非洲猪瘟等动物疫病防控工作的通知》，通知中明确提出要全面禁止餐厨剩余物饲喂生猪，要求各地严格落实餐厨剩余物全链条监管责任。我们学校响应国务院号召，自2018 年 11 月起全面禁止泔水喂猪，目前厨余垃圾的处理方法主要是在学校周边空地上堆肥处理，这种方法处理不当会导致厨余垃圾腐败、变臭、滋生蚊蝇，造成环境污染、甚至还会传播疾病，不符合绿色校园、可持续校园、生态校园的发展理念。黑水虻作为一种腐生性的昆虫，能够高效的分解禽畜粪便以及生厨余垃圾，如果能用黑水虻处理校园的生厨余垃圾，实现零生厨余校园，能够在一定程度上避免非洲猪瘟的传播。此外，黑水虻自身有巨大的经济价值，能够用于水产饲料，以及提取抗菌肽和甲壳素等产品[5][6]。此外，因此利用黑水虻进行校园生厨余垃圾无害化处理及资源化利用具有重要意义和研究价值。

　　二.建立“零厨余校园”科技创新教育实验室 3.0 的意义与价值

　　国外很多中小学鼓励学生亲自动手参与理工科类实验，而乡村地区的中学学生由于条件的限制，没有机会亲自参与到试验中来，还有部分学生沉迷网络游戏，虽然在农村地区，但是由于父母以及家里张长辈的溺爱，没有亲自动手参与劳动，缺乏对大自然的探索精神，在学校开设一个“零厨余校园”科技创新教育实验室能够帮助学生认识自然、了解自然，存在意义和价值总结如下：

　　1. 培养学校师生的垃圾分类意识、创造勤工俭学机会、对贫困生进行帮扶：

　　通过本项目培养师生的垃圾分类意识及环保意识，通过在黑水虻养殖过程种所产生的的经济效益能为学生创造勤工俭学机会，对学校贫困生进行帮扶;

　　2. 培养学生的综合实践以及科学创新能力：

　　让学生亲自参与处理自己产生的餐厨余垃圾，让学生了解大自然的神奇，同时在这过程中，锻炼了学生的科学创新思维以及培养了学生的综合实践能力;

　　3. 探索建立全国首所零生厨余校园：

　　以湖南省隆回县七江镇中学为试点，探索建立首所零生厨余校园，通过黑水虻预期实现分解处理学校所产生的所有生活以及厨余垃圾，创建绿色校园以及生态校园;

　　4. 一定程度上防止非洲猪瘟病毒的扩散以及传播：

　　通过黑水虻处理餐厨余垃圾在一定程度上能够防止非洲猪瘟病毒的扩散以及传播，因为其它 猪类吃含有非洲猪瘟病毒肉的餐厨余垃圾会造成交叉感染;

　　三.餐厨垃圾分解者黑水虻的介绍

　　黑水虻生长周期以及各阶段的特点 黑水虻是一种双翅目水虻科的腐生性昆虫，原产于美洲，目前广泛分布于全世界各地，近些年传入我国。黑水虻繁殖能力强，每只黑水虻每次可产卵 800 枚左右，整个生命周期包括卵期、幼虫期、蛹期、成虫期四个阶段，约 40 天，卵期约为 3-4 天，幼虫期大约有 18 天左右，经过 4 天左右的蛹期，黑水虻便会羽化成成虫，成虫阶段大约为 10 天，黑水虻在成虫阶段口器退化，不再进食，仅需要水来维持生命，在这期间，其唯一的工作就是交配与产卵。其生命中最长的幼虫阶段是分解有机物的最主要的时期，其幼虫以生活垃圾、餐厨垃圾、动物粪便及动植物尸体为食，是自然界食物链中的重要一环，作餐厨处理的幼虫生长期高达为 18 天，资源分解转化效率高，一公斤黑水虻幼虫一天可以分解 2-3 公斤的有机物废弃物 黑水虻除了在餐厨余分解上有价值之外，它还有很高的经济价值，它的幼虫以及蛹体内有着很高的蛋白质含量以及微量元素，据报道黑水虻的干物质含有 42%的粗蛋白和 35%的脂肪，必需氨基酸含量优于鱼粉，可以作为鸡、鸭、猪等禽类的活体饲料，是一种高蛋白的虫粉，能用于品牌鸡蛋生产以及垂钓饵料等;同时，黑水虻蛹壳可以用来提取珍贵的甲壳素，广泛应用于医药和食品等领域，其幼虫浆能够分理处具有高效杀菌作用的抗菌肽，其粪便也能为植物的有机肥料;与传统腐食类昆虫苍蝇相比，黑水虻习性与苍蝇类似，但苍蝇能分解生厨余垃圾的幼虫阶段时间仅为 6-7 天，而黑水虻幼虫阶段高达 18 天以上，能够分解更多的餐厨余垃圾。黑水虻的生命力极其顽强，能够在缺氧、低温的情况下存活很长时间，在没有食物的情况下能存活数月。此外，黑水虻成虫习惯于栖息在绿色植物周围，没有进入人居环境的习性，不会干扰人类生活;另外由于黑水虻幼虫个体大，有聚集取食的习性，在对食物资源的竞争上相对于家蝇来说有很大的优势，并且其食谱与家蝇重叠大，因此可以占据家蝇繁殖进食场所，从而达到控制家蝇种群的目的;实验证明黑水虻消化道能杀死食物中 90%以上的大肠杆菌，并且被黑水虻处理过的的厨余垃圾不会有腐败变质的现象，从而达到抑制病菌的目的。综上所述，由于黑水虻具有的分解餐厨余周期长、有机物分解速率快、经济价值高、生命力强、取食范围广、环境安全性高等优势，因此是一种用来处理校园生厨余垃圾的理想昆虫。

　　四.黑水虻的养殖以及餐厨垃圾的处理速度研究

　　由于黑水虻的顽强的生命力，因此在需要大量劳动力参与的餐厨垃圾处理的阶段学生可以参与到实验中来，在这一过程中，学生通过亲自喂养黑水虻幼虫，记录黑水虻幼虫分解餐厨余垃圾的速度，锻炼学生的动手以及理论结合实践的能力，同时让学生学习生物课中的物质生物循环等理论，体会到自然界的神奇。本部分内容主要介绍黑水虻养殖过程中的注意事项，以及获得黑水虻对学校餐厨余垃圾的处理速度等数据，以及攻克黑水虻养殖中最难的成虫产卵的问题。

　　(1). 虫卵的孵化

　　取一定数量的黑水虻虫卵，置于条件适宜的孵化箱中孵化(温度控制在 28-30℃)。箱内放置米糠麸与水混合的饲料，饲料含水量在 65%-70%，用此饲料喂养刚孵化的幼虫;

　　(2). 幼虫期

　　孵化后的幼虫，经初始饲料喂养 3-4 天后可以投喂餐厨垃圾，在这期间进行对照实验，计算黑水虻对不同厨余垃圾的分解速度，本实验中，取 500 克黑水虻幼虫，放入 500 克含水量为 70%的米饭和米糠混合物，看其完全分解所需要的时间，经过观察得知，500 克黑水虻幼虫完全分解 500 克米饭和米糠混合物所需的时间为八小时; 黑水虻养殖盒以及黑水虻幼虫

　　(3). 蛹期

　　变蛹初期体呈灰褐色，称为预蛹，仍以餐厨垃圾为食，后期变成黑色后不需喂食。大部分的预蛹收集起来后可以运往周边农户的小型养殖场及鱼塘等，作为动物蛋白质饲料;小部分用于留种，继续发育成成虫; 黑水虻虫蛹以及部分幼虫. 黑水虻成虫孵化室以及本实验中的黑水虻成虫

　　(4).成虫期

　　用于留种的黑水虻蛹要从饲料盒里分离出来，置于纱网饲养室内，室内放置集卵器以及塑料绿植，同时用碘钨灯来补足太阳光，定时给饲养室内喷洒水，待产卵结束后，对卵进行收集，转入孵化箱，准备下一阶段的孵化。 本实验所获得的黑水虻虫卵 。

　　五.结论

　　本文主要说明了目前农村中学餐厨余垃圾处理所面临的问题，通过打造“零厨余校园”科技创新教育实验室，利用学生在科学课上学到的知识，师生一起探索利用腐食性昆虫黑水虻来处理校园餐厨余垃圾，并将其转化成高蛋白饲料，锻炼了学生理论结合实践的能力，同时培养了农村地区中小学学生的科学思维。实验结果发现 500 克的黑水虻幼虫能够在八小时之内分解完成 500 克自身重量的餐厨余垃圾，同时，我们成功得到了黑水虻的幼虫，解决了黑水虻在养殖过程中的最难的问题，为下一步扩大养殖规模，打造全国首所零生厨余校园打下了坚实的基础。