模块化3D打印花粉陷阱的研发及其在熊蜂(Bombus terrestris)生态监测中的应用价值

这篇研究通过对比新型JKI花粉陷阱与传统USDA陷阱在熊蜂(Bombus terrestris)监测中的表现，证实JKI设计通过模块化3D打印技术实现24倍更高花粉收集效率(p<0.001)。该创新设计采用漏斗式通道结构，在保持入口直径(6.5/7.2mm)不敏感性的同时，为生态监测、农药风险评估和植物-传粉者互作研究提供了标准化工具。

　　

ABSTRACT

准确采集花粉对理解熊蜂觅食动态、评估环境风险和监测蜂群健康至关重要。本研究比较了新型JKI花粉陷阱与USDA 3D打印陷阱在熊蜂(Bombus terrestris)花粉收集中的效率。田间试验显示，JKI陷阱收集的花粉量显著高于USDA陷阱，统计模型预测其产量高出约24倍(p<0.001)；入口直径对花粉产量无显著影响。JKI陷阱的高效性能及其设计灵活性，使其成为长期生态监测、花卉资源评估和农药风险研究的宝贵工具。

1 Introduction

熊蜂(Bombus spp.)在自然生态系统和农业景观中都是重要的传粉者。然而传粉昆虫面临栖息地破碎化、农药暴露和气候变化等挑战。评估花粉采集模式对理解蜂群健康至关重要。传统采集方法具有侵入性且耗时，自动花粉陷阱提供了有效替代方案。但蜜蜂物种间的行为差异会显著影响陷阱性能，因此需要针对物种优化的设计。

2 Material and Methods

2.1 Trap Design

JKI花粉陷阱采用模块化3D打印设计，核心是可更换的漏斗形通道结构。与USDA陷阱的垂直过滤板设计不同，JKI陷阱通过引导蜜蜂自然行走运动来去除花粉。所有组件使用聚乳酸(PLA)打印，在遮荫条件下未显示机械降解迹象。

2.2 Experimental Design

试验在德国布伦瑞克进行，持续8周。使用5个商业蜂群，每周轮换JKI和USDA陷阱。测试两种入口直径(6.5和7.2mm)，观察时间选择在熊蜂花粉采集高峰期(10:00-14:00 CEST)。

2.3 Pollen Collection

每日收集花粉样品并立即称重，样品冷冻保存以备后续分析。

2.4 Statistical Analysis

采用Tweedie广义线性混合模型(GLMM)分析数据，主要评估陷阱类型和入口直径的影响。

3 Results

3.1 Pollen Collection Efficiency

JKI陷阱的花粉收集效率显著高于USDA陷阱，平均每周产量分别为1.18g和0.08g。统计模型预测JKI陷阱产量高出24倍(p<0.001)。

3.2 Effect of Entrance Diameter

入口直径(6.5 vs. 7.2mm)对花粉产量无显著影响(p=0.54)。

3.3 Statistical Model Summary

GLMM模型显示陷阱类型是花粉收集效率的最显著预测因子，边际R²=0.724，条件R²=0.765。

4 Discussion

JKI陷阱的优异性能归因于其漏斗形插入设计，该设计通过引导运动实现温和的花粉去除。与USDA陷阱的强制刮擦机制相比，JKI设计提高了接受度和产量。入口直径不影响性能的特点增加了设计灵活性。该工具在生态监测、农药风险评估和植物-传粉者互作研究中具有重要应用价值。未来研究应扩展到其他熊蜂物种，并整合花粉组成分析和农药残留检测。

Author Contributions

Richard Odemer负责概念化、方法论、监督等；Marie Geiger负责调查；Lars Geiger负责方法论和调查。