昆虫学在可持续发展科学中的关键作用：从农业革新到生态保护的多维贡献

　　本文系统阐述了昆虫学如何通过IPM(Integrated Pest Management)和SPM(Sustainable Pest Management)等创新策略应对全球昆虫种群衰退危机，重点解析了农业害虫防控技术革新（如Bt作物、RNAi技术）带来的农药减量成效（如亚利桑那棉田杀虫剂使用量100倍降低），并探讨了黑水虻(Hermetia illucens)生物转化有机废弃物、蜣螂温室气体减排等非农领域突破，为构建兼顾生态保护与粮食安全的可持续发展路径提供了科学范式。

　　

研究背景与问题

当全球昆虫种群以每年1-2%的速率持续衰退（部分类群甚至更高），人类正面临一场悄然的生态危机。作为地球上物种最丰富的动物类群，昆虫维系着 pollination（传粉）、nutrient cycling（营养循环）等关键生态功能，其衰退直接威胁到农业产出与生态系统稳定性。van Klink等2020年的研究显示，这种衰退呈现全球化趋势（图1），而工业化农业被确认为主要驱动因素之一。如何在保障粮食安全（预计2050年需求增长35-56%）的同时实现生态保护，成为横亘在可持续发展道路上的核心矛盾。

研究方法与技术

研究团队通过多学科交叉方法展开攻关：1) 基于亚利桑那棉花IPM项目29年农药使用数据库（Ellsworth & Fournier 2024），量化新型害虫管理技术（如靶向RNA干扰、转基因Bt作物）的环境效益；2) 采用生命周期评估法对比传统畜牧业与黑水虻(H. illucens)养殖的 resource use efficiency（资源利用效率）；3) 通过meta分析整合蜣螂对 cattle farming（畜牧业）温室气体排放的影响数据（Slade et al. 2016）；4) 构建 stakeholder-driven（利益相关者驱动）的可持续农业评价体系（如Field to Market的8项环境指标）。

主要研究结果

1. 农业害虫管理的技术革新

亚利桑那棉花IPM项目通过迭代优化，将 carbamate（氨基甲酸酯类）等杀虫剂使用量从1995年每公顷10次喷洒降至2020年不足0.1次（图2），活性成分用量减少至<100g/ha（图3）。这种"精准防控"模式在保护传粉昆虫的同时维持了作物产量，被证实可在全球多种作物体系复制（Pecenka et al. 2021）。

2. 从IPM到SPM的范式升级

加州提出的可持续害虫管理(SPM)框架（图4）在传统IPM基础上纳入 three pillars of sustainability（三大可持续支柱）：human health & social equity（健康与社会公平）、environmental protections（环境保护）和 economic vitality（经济活力）。该框架要求决策时同步评估 climate effects（气候效应）、soil health（土壤健康）等11类变量，推动 pest management（害虫治理）向 holistic（全系统）模式转型。

3. 昆虫资源的循环利用

黑水虻幼虫可将 food waste（餐厨垃圾）转化为蛋白质含量达43-51%的饲料，其 water footprint（水足迹）仅为大豆生产的1/6（Mohan et al. 2022）。研究证实该技术能闭环处理 livestock manure（畜禽粪便）等有机废弃物，减少 landfill（填埋）产生的甲烷排放。

4. 非农领域的生态服务

蜣螂通过 burying dung（埋藏粪便）使 cattle farming（畜牧业）温室气体排放降低12%（Slade et al. 2016）；白蚁(termite)群落则通过 soil modification（土壤改良）显著提升碳封存能力（Myer et al. 2021）。

研究结论与意义

该研究证实昆虫学在实现联合国可持续发展目标(SDGs)中具有不可替代的价值：1) 农业领域通过SPM框架平衡 production efficiency（生产效率）与 ecological impact（生态影响），为全球粮食安全提供可持续解决方案；2) 昆虫资源化利用创造了 waste-to-protein（废弃物转蛋白）的新循环经济模式；3) 昆虫作为 bioindicator（生物指示物）为环境评估提供灵敏指标。作者呼吁 entomologists（昆虫学家）通过 science communication（科学传播）、policy advocacy（政策倡导）等途径（见Box 1 & 2）加速成果转化，应对 Anthropocene（人类世）的生态挑战。论文发表于《American Entomologist》，为跨学科可持续发展研究提供了范式参考。