作为世界上最大的农业生产国之一，中国每年产生约10亿吨农作物秸秆，占全球秸秆产量的20-30%（Chen等人，2023年；Li等人，2025年）。尽管产量巨大，但仍有超过三分之一的秸秆被不当处理或露天焚烧，导致生物量资源的巨大损失和严重的环境后果（Mao等人，2022年）。堆肥作为一种环保技术，可以有效将秸秆废弃物转化为资源并产生腐殖质（Du等人，2025a）。然而，传统的秸秆堆肥通常需要60-90天才能成熟，主要是由于木质纤维素的降解速度较慢（Zhao等人，2025年）。因此，解决促进秸秆堆肥中木质纤维素降解和加速堆肥腐殖化过程这一重要科学问题至关重要（Zhan等人，2025年）。
在好氧堆肥过程中，原材料中的大分子有机物在加热和嗜热阶段逐渐分解为较小的分子，而腐殖质主要在冷却和成熟阶段合成（Wang等人，2026年）。多酚-蛋白质理论是堆肥过程中腐殖质形成的主要机制之一（Zhao等人，2024b）。根据这一理论，来自木质素降解和微生物代谢的多酚化合物被氧化成反应性的醌中间体，随后与氨基化合物缩合形成腐殖质（Tao等人，2025年）。因此，木质素的降解对于提供腐殖质形成的关键前体至关重要。然而，木质纤维素具有由纤维素、半纤维素和木质素组成的高度顽固的结构。纤维素微纤丝嵌入半纤维素基质中，并进一步被木质素包裹，形成了限制微生物接触的复杂芳香网络（Xiao等人，2025年）。在堆肥过程中，木质纤维素的降解主要依赖于微生物分泌的胞外木质纤维素酶的协同作用（Zhan等人，2025年）。关键的木质素降解酶，如漆酶、木质素过氧化物酶和锰过氧化物酶，有助于木质素结构的氧化断裂（Wu等人，2024年）。然而，木质素本身的抗性仍然是限制木质纤维素高效转化和随后腐殖化的主要瓶颈。因此，开发有效的策略来增强木质素的降解对于改善堆肥过程中的腐殖质形成具有根本性意义。
常见的木质纤维素水解增强技术包括预处理和接种功能性微生物制剂（Liu等人，2020年；Zhai等人，2022年）。预处理涉及物理或化学破坏木质纤维素结构以增强水解，方法包括高温水热处理、强氧化剂处理、碱处理、酸处理以及使用表面活性剂（Gupta等人，2026年；Qin等人，2026年）。然而，这些预处理方法通常伴随着较高的成本和潜在的环境风险。生物接种可以使用具有木质纤维素降解能力的微生物菌群或单一微生物来实现（Liu等人，2025年；Wu等人，2024年），这是一种更便宜且更可持续的预处理方法。基于木质纤维素的选择性，微生物接种可以在堆肥过程中产生多种降解木质纤维素的酶。Xu等人从秸秆堆肥中分离出木质纤维素降解微生物，并将其重新引入堆肥中以增强木质纤维素的降解（Xu等人，2024年）。Wang等人通过接种嗜热真菌Aspergillus fumigatus Z5和细菌Geobacillus提高了秸秆堆肥中纤维素和半纤维素的降解速率（Wang等人，2022年）。然而，传统的微生物接种存在缺点，如由于养分匮乏和与堆肥中本土微生物群体的竞争而导致的功能有限。Zhang等人还观察到，用Bacillus作为先锋物种接种堆肥改变了微生物群落结构，从而影响了木质纤维素的降解（Zhang等人，2021b）。这表明，用功能性微生物制剂接种堆肥并未充分发挥其原始功能。因此，需要一种更好的处理方法，能够在不增加堆肥成本的情况下提高功能性微生物制剂在堆肥中的性能，从而加速堆肥过程。
因此，本研究利用功能性微生物菌株发酵并培养含有高浓度木质纤维素降解酶的酶溶液，然后将其添加到堆肥中，以增强木质纤维素的降解。本研究的目标是：（1）研究添加功能性酶溶液对秸秆堆肥过程中木质纤维素降解的影响；（2）分析木质素结构和键合键的变化；（3）阐明腐殖酸的结构变化；（4）明确添加功能性酶溶液增强木质纤维素水解和腐殖质形成的机制。
