黑水虻虫粪与土壤可降解地膜及蚯蚓的协同作用：加速地膜降解、改善土壤生态与微生物群落的重构机制

这篇研究揭示了黑水虻虫粪(H. illucens frass)、土壤可降解地膜(SBF)和赤子爱胜蚓(E. fetida)三者的协同作用机制。实验证明虫粪通过改变土壤微生物群落（如富集Bacillaceae和Lichtheimiaceae）使SBF降解率从9.5%提升至62%，蚯蚓通过生物扰动作用加速降解过程。研究证实SBF对蚯蚓无基因毒性，虫粪还能促进蚯蚓生物量增长。该成果为农业废弃物资源化利用和可降解地膜应用提供了重要理论依据。

　　

背景与研究方法
农业可持续发展面临塑料污染和土壤改良双重挑战。土壤可降解地膜(SBF)虽能缓解白色污染，但其降解速率受制于环境因素。黑水虻(Hermetia illucens)虫粪作为新型有机改良剂，富含氮磷等养分(总碳413 g kg^?1，总氮40 g kg^?1)。研究采用意大利Morrovalle农场的黏壤土(黏粒含量34%)，设置9种处理组合，包括单独添加SBF(10 g kg^?1)、虫粪(50 g kg^?1)、赤子爱胜蚓(Eisenia fetida)及其组合，通过44天培养实验监测CO₂释放、蚯蚓生态毒性和微生物组变化。

地膜降解的协同机制
SBF单独处理22天仅降解9.5%，而虫粪处理使降解率跃升至62%，蚯蚓处理达52%。这种增效作用源于双重机制：虫粪通过改变微生物群落结构，显著富集放线菌门(Actinobacteria)和毛霉门(Mucoromycota)，其中芽孢杆菌科(Bacillaceae)相对丰度提升3倍；蚯蚓则通过生物扰动增加土壤通气性，其肠道特有的微生物群落（如变形菌门Proteobacteria）加速聚合物水解。值得注意的是，三者共存时降解率(36%)低于单独作用，暗示可能存在营养竞争。

生态安全性验证
28天暴露实验显示，SBF和虫粪均未导致蚯蚓死亡或逃逸。彗星试验检测DNA损伤指标尾长(tail length)在5-44 μm范围内，组间无显著差异。虫粪处理中蚯蚓生物量降幅最小(-11.67%)，显著优于单独SBF处理(-36.47%)，证实虫粪的养分供给作用。电镜观察发现蚯蚓肠道内容物中SBF碎片表面出现明显侵蚀孔洞，表明其物理破碎作用。

微生物群落重构
16S rDNA测序揭示，虫粪处理使细菌α多样性(Shannon指数)降低15%，但特异性富集了假放线菌属(Pseudactinotalea)和链霉菌属(Streptomyces)。真菌群落中， Lichtheimiaceae在虫粪处理组T0时相对丰度增加2.3倍，该菌属已知具有木质素降解能力。值得注意的是，SBF与虫粪组合显著提升了嗜热真菌属(Thermomyces)的丰度，这类微生物能分泌酯酶加速聚酯类材料水解。

应用前景与局限
研究发现虫粪中几丁质可能作为微生物信号分子，激活bacA基因表达，促进生物膜形成。但田间试验显示高浓度虫粪(>50 g kg^?1)可能产生植物毒性，建议后续研究优化施用比例。当前SBF田间实际用量仅0.063 g kg^?1，实验室剂量(10 g kg^?1)虽证实安全性，仍需长期监测微量塑料累积效应。

这项研究首次系统阐释了昆虫养殖废弃物与可降解农用塑料的协同处理机制，为循环农业提供了创新思路。通过"昆虫-土壤-微生物"三位一体作用，既可加速环境友好型地膜降解，又能改善土壤生态功能，实现农业废弃物资源化利用的双赢。