食物垃圾对全球可持续发展构成了严峻挑战。据统计，2022年全球每年产生约10.5亿吨食物垃圾，其中磷的损失尤为严重，占全球目标摄入量的69%（Beuving等人，2024年；Liu等人，2016年；UNEP，2024年）。然而，主流技术（如焚烧、厌氧消化和好氧堆肥）的一个主要局限性是它们并非以回收营养物质为主要目的。这对磷来说尤其成问题。例如，在焚烧过程中，磷大多转化为非磷灰石无机磷酸盐，这些磷酸盐的生物活性较低（Peng等人，2024年）。同时，厌氧消化和好氧堆肥的产物主要用于农业用地，但它们的磷利用效率通常较低（Bo等人，2025年；Liu等人，2023年）。鉴于磷酸盐矿资源的日益枯竭以及磷在全球粮食安全中的重要作用，开发能够从食物垃圾中高效、有针对性地回收磷的替代技术已成为废物资源回收研究的紧迫任务（Coudard等人，2024年；Yuan等人，2025年；Zou等人，2022年）。在这些技术中，利用黑水虻幼虫（BSFL；Hermetia illucens）转化食物垃圾已成为从食物垃圾中回收磷的一种特别有吸引力的策略（Li等人，2026年）。近年来，使用BSFL的生物转化技术因其在减少废物和回收营养物质（通过生产基于昆虫的蛋白质和生物柴油）方面的能力而受到广泛关注（Cheng等人，2026年；Quan等人，2024年；Zheng等人，2012年）。BSFL处理还被证明可以减少温室气体排放并降低废物管理的环境足迹（Bai等人，2023年）。更重要的是，与传统基于生物废物的有机肥料相比，BSFL可以将磷转化为高价值的含磷产品，如昆虫生物质和基于粪便的有机肥料，从而促进更高效和可持续的磷循环。
然而，磷的浓度和形式对BSFL转化食物垃圾效率的影响程度仍不清楚。根据我们的不完全统计，食物垃圾中的磷浓度差异很大，范围从1.93到19.10 g/kg干物质（DM）（表S1）。除了浓度外，食物垃圾中的磷还以多种化学形式存在，包括无机和有机形式（Tuszynska等人，2021年）。尽管磷的浓度和形式存在显著差异，但迄今为止还没有研究系统地探讨它们对BSFL转化食物垃圾的影响。这一知识空白限制了针对富含磷的异质废物流优化基于BSFL的技术。相比之下，磷的可用性和形式对其他生物（如Macadamia integrifolia（Zhao等人，2021年）、水蚤（Schultz等人，2024年）和猪（Heyer等人，2015年）的生长和生理表现的影响已有大量文献记载，其中磷对其生长和生理表现有显著影响。此外，微生物是BSFL转化食物垃圾的关键参与者。这些微生物的活性和效率受到磷浓度和形式的强烈影响。这种现象在土壤和水生生态系统中广泛观察到。例如，在河流环境中，Cytophagaceae科和Fluvicola属细菌的丰度在磷浓度超过70 μg/L的地点显著高于低于40 μg/L的地点（LeBrun等人，2018年）。同样，在农业土壤中，磷肥施用导致以磷酸盐溶解能力著称的Massilia属细菌的丰度降低（Samaddar等人，2019年）。因此，这些发现表明，研究磷对BSFL转化系统的影响需要综合考虑宿主幼虫和相关微生物群落。
从另一个角度来看，BSFL粪便中的磷浓度和化学形式（即生物转化后的残留底物）是其下游应用潜力的关键决定因素。首先，磷的可用性直接影响作物产量。一项全球元分析报告了可用磷（AvP）与作物产量之间存在中等正相关（R2 = 0.25），有机改良剂使产量分别提高了36.4%（生物炭）、26.3%（粪肥）、27.5%（堆肥）和10.2%（秸秆）（Islam等人，2026年）。其次，提高磷的可用性可以大幅减少对矿物磷肥的需求。Li等人（2024年）证明，将土壤Olsen-P含量提高到10–15 mg/kg足以实现目标作物产量，从而减少肥料使用。同样，Liu等人（2022年）通过玉米-大豆间作增加了土壤中的AvP，显著减少了磷肥投入。除了产量效益外，足够的AvP还被证明可以增强作物的抗病性和耐逆性（Sharma等人，2025年）。因此，阐明不同磷浓度和形式如何影响BSFL粪便中的磷形式，并提高其可用性，对于扩展这种残留底物的农艺和环境应用至关重要。
因此，迫切需要系统地研究BSFL对不同磷浓度和形式的响应，以明确其对幼虫发育、微生物群落结构以及整体磷回收效率和形式变化的影响。基于上述背景，本研究旨在：（1）探讨磷浓度和化学形式对BSFL生长表现的影响，包括生物量积累和生物转化效率；（2）评估残留底物中磷的可用性（磷的形式）；（3）阐明BSFL生物转化系统中由磷浓度和形式驱动的磷溶解机制。本研究的结果有望为通过BSFL生物转化从多种含磷生物废物中提高磷回收率和可用性提供坚实的理论框架和可行策略。
