1. 引言
农作物秸秆是农业生产中产量最大的副产品之一，但其处理问题长期困扰农业可持续发展[1]。传统焚烧或还田方式易引发环境污染、病虫害滋生等问题。近年来，生物降解技术因其生态友好性备受关注[2]，例如蚯蚓–微生物耦合系统已被证明可有效分解秸秆。然而，蛴螬作为地下害虫的代表，其食性与分解能力尚未被充分挖掘[3] [4]。蛴螬是金龟子的幼虫，为多汁软体动物，脂肪和蛋白质含量达51%，此外，还含有钙、钾、铁、锌、铝等多种微量元素以及动物生长必需的16种氨基酸，每100 g干品含氨基酸高达874.9 mg，其各种营养成分居各类饲料之首。据测定，1 kg蛴螬的营养价值相当于25 kg麦麸、20 kg混合饲料和1000 kg青饲料的营养价值，被誉为“蛋白质饲料宝库”[5]。蛴螬是饲养家禽及鱼、龟、黄鳝、罗非鱼、牛蛙、娃娃鱼、蝎子、蜈蚣、蛇等特种养殖不可多得的极好饲料[6] [7]。用蛴螬配合饲料喂幼禽，其成活率可达95%以上，喂产蛋鸡产蛋量可提高20%，用蛴螬喂养全蝎等野生药用动物，其繁殖率提高2倍[8] [9]。同时，蛴螬在中药里被誉为具有破瘀、散结、止痛和解毒多重功效的良药。临床上，它常被用于治疗血瘀经闭、癓瘕、折伤瘀痛、痛风、破伤风、喉痹、痈疽以及丹毒等多种病症，疗效显著。蛴螬实物照片见图1。
Figure 1. Physical photo of the grub
图1. 蛴螬实物照片
蛴螬虽然身价不凡，但饲养极为简单，只要容器内壁光滑能防逃即可。成本低、经济效益高，10 m内立体生产每月可出200~400 kg。饲养蛴螬不受地区气候条件限制(在5℃不会冻死)。只要掌握正确的饲养方法，其成功率达90%。本研究旨在探究蛴螬对秸秆的降解潜力及其在农业废弃物资源化中的可行性。
2. 材料与方法
2.1. 实验设计
首先用秸秆粉碎机将秸秆切成1~3厘米的碎段(过细可能影响透气性)，然后对切断的秸秆边喷水边翻堆，确保均匀湿润。若秸秆过干，可浸泡后沥干调节水分60%~70%，最后采用微生物菌剂(如EM菌、酵母菌、纤维素分解菌)或者农家材料(如5%麸皮 + 1%红糖，促进微生物繁殖)进行发酵。发酵过程为(1) 将粉碎秸秆与发酵剂混合均匀(按产品说明比例)。(2) 堆成高1~1.5米的梯形堆，覆盖塑料膜保温保湿。(3) 每隔3~5天翻堆1次(升温至50~60℃后降温表示完成，约15~20天)，备用。
设置对照组(玉米和小麦秸秆)与实验组(玉米和小麦秸秆 + 蛴螬)，每组重复3次。秸秆选用玉米、小麦等常见作物，经粉碎后调整碳氮比至25:1。蛴螬选取华北大黑鳃金龟幼虫，密度为每公斤秸秆50头。
2.2. 测定指标
降解率：通过质量损失法计算秸秆分解速率。
分解率(%) = (1 − 剩余干重/初始干重) × 100%
酶活性分析：测定蛴螬肠道内纤维素酶、半纤维素酶和木质素过氧化物酶活性，进行蛴螬肠道微生物的分析，以更全面地研究秸秆降解机制。
土壤改良效应：处理后秸秆残体有机质、蛴螬代谢后的秸秆残体对土壤有机质、全氮、有效磷和微生物多样性微生物群落分析。
2.3. 生态风险评估
(1) 风险识别
明确蛴螬代谢产物的主要成分(如有机酸、酶类、氮磷代谢物等)，结合文献和实验分析其化学性质，评估蛴螬代谢产物对土壤生态系统的潜在影响。
暴露途径：评估代谢产物通过土壤–植物–微生物–地下水等多介质的迁移路径。
受体分析：土壤微生物群落(细菌、真菌、线虫)、植物根系、地下水生物等。
(2) 暴露–效应评估
剂量–响应关系：通过实验室模拟(如微宇宙实验)测定代谢产物对关键物种(如蚯蚓、固氮菌)的半数致死浓度(LC50)或生态阈值。
长期累积效应：分析代谢产物在土壤中的半衰期及降解产物毒性。
(3) 风险表征
采用商值法(HQ)或概率模型，量化风险等级(低/中/高)，结合不确定性分析(如蒙特卡洛模拟)。
3. 结果与讨论
3.1. 蛴螬对秸秆的降解效率
蛴螬对不同类型秸秆的降解效率见表1和图2。
实验表明，蛴螬在7天、15天和30天内对玉米秸秆降解率分别是18.5%、32.7%和42.3和%，显著高于对照组(自然降解率分别是3.2%、7.1%和12.1%)，蛴螬在7天、15天和30天内对小麦秸秆降解率分别是16.9%、30.4%和39.8%，显著高于对照组(自然降解率分别是2.8%、6.5%和11.6%)，且玉米秸秆因纤维素含量更高，降解率略高于小麦秸秆。
Table 1. Degradation efficiency of different types of straw by grubs
表1. 蛴螬对不同类型秸秆的降解效率
处理组 |
秸秆类型 |
第7天降解率(%) |
第15天降解率(%) |
第30天降解率(%) |
对照组 |
玉米秸秆 |
3.2 ± 0.5 |
7.1 ± 0.8 |
12.1 ± 1.2 |
蛴螬处理组 |
玉米秸秆 |
18.5 ± 2.1 |
32.7 ± 3.0 |
42.3 ± 3.5 |
对照组 |
小麦秸秆 |
2.8 ± 0.4 |
6.5 ± 0.7 |
11.6 ± 1.0 |
蛴螬处理组 |
小麦秸秆 |
16.9 ± 1.8 |
30.4 ± 2.6 |
39.8 ± 3.2 |
Figure 2. Degradation efficiency of different types of straw by grubs
图2. 蛴螬对不同类型秸秆的降解效率
3.2. 酶活性
酶活性数据是衡量蛴螬肠道内特定酶(如纤维素酶、半纤维素酶等)对秸秆中复杂有机物分解能力的指标，通过特异性抑制剂(如EDTA抑制金属酶)阻断某类酶活性，观察降解率下降比例。蛴螬肠道酶活性检测分析结果数据见表2。蛴螬肠道分泌的纤维素酶、半纤维素酶和木质素过氧化物酶的活性分别为达35.2、22.7和5.1 U/mg，降解贡献度分别为68.5%，26.3%和5.2%，这表明纤维素酶是主要降解驱动因子，是主要贡献者，说明蛴螬具备高效分解纤维素的生理基础并且肠道酶系协同作用于秸秆分解。根据实验数据推算，纤维素酶活性每增加1 U/mg，降解率提升约1.8%。
Table 2. Results of enzyme activity detection and analysis in the gut of grubs
表2. 蛴螬肠道酶活性检测分析结果数据
酶类型 |
酶活性(U/mg) |
降解率贡献度(%) |
纤维素酶 |
35.2 ± 2.8 |
68.5 |
半纤维素酶 |
22.7 ± 1.9 |
26.3 |
木质素过氧化物酶 |
5.1 ± 0.6 |
5.2 |
3.3. 降解产物对土壤改良效应
蛴螬代谢后的秸秆残体对土壤有机质、全氮、有效磷和微生物多样性指数见表3。表3可以看出，蛴螬代谢后的秸秆残体对土壤有机质含量提升至28.6 g/kg，且富含氮、磷等养分，全氮和有效磷的含量分别为1.52 g/kg和34.7 mg/kg，可直接作为有机肥还田。此外，微生物多样性指数增大到3.8。蛴螬生物量增长显著(平均增重1.2倍)每吨秸秆可产出蛴螬生物量约20 kg (干重)，粗蛋白含量达45%~50%，符合饲料行业标准(GB/T 5915-2020)。可作为高蛋白饲料原料，实现“秸秆–蛴螬–饲料”的循环利用。
Table 3. Organic matter, total nitrogen, available phosphorus, and microbial diversity index of straw residues after metabolism by grubs
表3. 蛴螬代谢后的秸秆残体有机质、全氮、有效磷和微生物多样性指数
指标 |
处理前土壤 |
蛴螬处理组秸秆残体 + 土壤 |
对照组秸秆 + 土壤 |
有机质含量(g/kg) |
12.4 ± 1.1 |
28.6 ± 2.3 |
18.9 ± 1.5 |
全氮含量(g/kg) |
0.85 ± 0.1 |
1.52 ± 0.2 |
1.08 ± 0.1 |
有效磷(mg/kg) |
15.3 ± 1.8 |
34.7 ± 3.1 |
21.5 ± 2.0 |
微生物多样性指数 |
2.1 ± 0.3 |
3.8 ± 0.4 |
2.6 ± 0.2 |
注：数据为处理后30天测定值，微生物多样性采用Shannon指数评估。
3.4. 生态风险与调控策略
尽管蛴螬具有降解优势，但其作为害虫可能威胁作物根系。可以通过以下措施控制风险：
(1) 源头控制
生物调控：天敌引入：投放蛴螬天敌(如寄生蜂、昆虫病原线虫)等生物防治手段，抑制蛴螬过度繁殖。降低种群密度，减少代谢产物释放。
植物源抑制剂：种植驱虫植物(如万寿菊、薄荷)，或施用植物提取物(如苦参碱)干扰蛴螬代谢。
实施步骤：
田间试验设计：设置对照组与处理组(天敌释放区、植物抑制剂区)，监测蛴螬数量及土壤代谢物浓度。封闭式设施：采用防逃逸养殖池或立体养殖箱(如聚乙烯材质)，底部设置防渗层(厚度 ≥ 0.5 mm)，防止蛴螬逃逸至农田。
效果评估：每季度采样，通过qPCR检测微生物多样性变化，HPLC分析代谢产物残留。
(2) 过程阻断
土壤改良：生物炭吸附：生物炭 + 微生物修复联合技术，实验室数据显示代谢产物降解率可达70%以上。施加5%~10%生物炭(比表面积 ≥ 300 m2/g)，吸附代谢产物并促进降解。
微生物修复：接种降解菌(如假单胞菌属)，优化其生存条件(C/N比、湿度)。联合昆虫病原真菌(如绿僵菌)进行种群调控，避免化学农药污染。
实施步骤：实验室筛选高效降解菌株，通过扩繁后与生物炭混合施用。
田间监测：定期测定土壤酶活性(脲酶、脱氢酶)及代谢产物降解率。
(3) 分区管理
按蛴螬生长周期(幼虫–蛹–成虫)分区养殖，成虫区设置产卵隔离网，避免成虫逃逸及过度繁殖。
(4) 受体保护
生态缓冲带：在风险区周边种植耐污染植物(如柳树、向日葵)，形成物理–生物屏障。
实施步骤：根系分泌物分析：验证植物对代谢产物的富集或转化能力。
4. 结论与展望
(1) 蛴螬在秸秆降解中具有显著效果展现出“变害为宝”的颠覆性潜力，首次将传统害虫蛴螬转化为秸秆降解的“生物工具”。
(2) 技术核心在于高效酶系驱动与资源化产物的多元输出，其代谢产物兼具土壤改良与饲料开价值。未来需进一步优化降解条件(如温湿度、秸秆预处理工艺)，并评估长期应用的生态安全性。
(3) 结合微生物协同技术，蛴螬或将成为秸秆资源化领域的新型生物工具，推动农业废弃物处理向高效、低碳方向转型。
(4) 实验周期较短，需验证长期应用对土壤微生物组的动态影响，规模化养殖的经济效益需进一步核算。