全氟辛酸（PFOA）是一种典型的全氟化合物，由于其碳-氟键的稳定性，具有广泛的工业和日常应用。然而，PFOA在土壤和水等环境中持续存在并积累，对生态系统和人类健康构成威胁（Zhu等人，2024年）。值得注意的是，PFOA经常在有机废物中被检测到，如畜禽粪便和农业秸秆中，这进一步拓宽了其通过有机废物回收的环境扩散途径，使得在堆肥过程中对其进行原位处理变得紧迫且至关重要。现有的降解方法，包括高级氧化、光催化和微生物降解，都存在显著局限性。高级氧化和光催化能耗高且容易产生二次污染，而微生物降解对PFOA的稳定结构效果不佳，限制了现有修复方法的整体效果（Leung等人，2022年）。
好氧堆肥是一种经济高效且环保的有机废物回收技术，在此过程中，微生物的代谢活动起着核心作用（Li等人，2024年）。腐殖质作为堆肥过程的典型产物，因其芳香结构和丰富的功能基团而被视为堆肥成熟度的关键指标。此外，它通过多种途径参与难降解污染物的转化，如络合和活性氧物种的催化。值得注意的是，好氧堆肥可以去除污染物，如PFOA（Rahman等人，2025年）。这一特性表明，在堆肥系统中，腐殖质形成与污染物降解之间存在潜在的耦合关系，为PFOA的原位降解提供了可能性。通过调节堆肥堆中微生物的协同代谢活动，可以实现PFOA的有效降解。
然而，在自然堆肥系统中，堆肥堆的微环境异质性主要表现为物理化学因素的随机分布梯度，缺乏功能导向的氧化还原微环境差异，导致微生物群落结构松散，功能协同作用较弱（Van Houte等人，2020年）。这种随机的微环境异质性无法为参与腐殖质合成或PFOA降解的功能性微生物提供稳定的生态位，从而难以形成有针对性的功能微生物聚集体，限制了这两个过程的协同促进。这一限制减缓了腐殖质的形成速度，阻碍了有效降解PFOA的功能性微生物群落和代谢途径的形成，进而阻碍了“有机物腐殖化-PFOA降解”的同步进展。这一障碍已成为提高堆肥技术环境性能的主要瓶颈。为克服这一限制，将电场辅助调节引入了好氧堆肥系统。施加外部电场力可以显著提高堆肥堆的细胞外电子传递效率。这一策略促进了离子迁移和活性氧物种（如·OH和O₂）的差异生成。这些过程在阴极和阳极形成了不同的微环境，其中阴极区域形成了弱还原性环境。这种环境条件有利于腐殖质合成微生物群落的定殖和代谢，为有机物的转化提供了必要的支持（Xing等人，2024年）。值得注意的是，阳极区域表现出强烈的氧化特性。此外，具有高效电子传递能力的功能性微生物群落（如Paracoccus）可以在阳极区域富集，促进PFOA中碳-氟键的氧化断裂（Gomri等人，2024年）。这种富集为PFOA降解和腐殖质积累的协同推进奠定了基础。然而，电场驱动的好氧堆肥中阴极-阳极区域微环境如何差异调节功能性微生物的代谢网络，从而驱动PFOA降解和腐殖质形成，其耦合机制仍不清楚。
因此，为了阐明电场强度驱动的好氧堆肥过程中阴极-阳极区域微环境差异对功能过程的调节作用，本研究建立了具有不同电场强度梯度的堆肥系统。本研究的具体目标是：（1）确定电场对阴极和阳极区域腐殖质积累和PFOA降解的差异影响；（2）分析特定区域功能性微生物群落的结构和网络特征；（3）阐明“氧化-还原微环境差异”如何提高堆肥堆的电子传递效率；（4）阐明阳极-阴极差异如何驱动PFOA降解和腐殖质积累的协同效应。本研究为开发有机废物回收和难降解污染物去除的微环境调控协同技术提供了理论基础，对固体废物的无害处理和环境领域的污染修复也具有重要的指导意义。
