低温环境严重制约了畜禽粪便好氧堆肥的启动效率和微生物生物转化过程。为克服这一“冷启动”障碍，本研究探讨了一种易得碳源（糖蜜）与功能性微生物接种剂（灰色红链霉菌Streptomyces griseorubensJSD-1 和 硝基愈创木酚类节杆菌Paenarthrobacter nitroguajacolicusLDT1-8）的耦合效应对牛粪堆肥的影响。结果表明，该组合策略显著加快了产热过程，最高温度达62.1°C，并使高温期（>50°C）延长了2天。这种增强的微生物活性加速了有机质的稳定化，处理T7（糖蜜+JSD-1+LDT1-8）中纤维素和半纤维素的降解率分别提高了44.0%和49.3%，胡敏酸含量增加了33.4%。扩增子测序揭示，添加物重塑了微生物群落结构，选择性富集了驱动木质纤维素降解和腐殖化的类群（如放线菌门Actinobacteriota和嗜热真菌属Mycothermus），形成了更稳定、模块化的代谢网络。冗余分析证实，这种定向演替主要受有机质降解和腐殖组分积累驱动。总体而言，糖蜜与微生物接种剂的联合施用通过重塑微生物群落结构，促进了升温、木质纤维素降解和腐殖化过程，为提升低温条件下牛粪堆肥效率提供了一种有效策略。
一、 研究背景、问题与目的
随着畜牧业的集约化发展，大量富含有机质的畜禽粪便亟需高效资源化利用。好氧堆肥因其操作简便、成本低廉且产物具有农用价值，被广泛认为是实现畜禽粪便无害化处理与资源回收的有效策略之一。然而，在高纬度地区及冬季，低温环境严重抑制了堆肥启动效率，导致升温缓慢、高温期难以维持，延长堆肥周期，并可能影响最终产物的卫生标准。此前研究报道，低温条件下堆肥启动阶段可超过25天，高温期（>50°C）持续时间可能减少50%以上，导致病原体灭活不充分和有机质稳定不完全。因此，开发有效策略以提升低温条件下的堆肥性能具有重要的实践意义。
研究人员的前期工作分离出具有强木质纤维素降解能力的菌株Streptomyces griseorubensJSD-1，以及具有强耐冷性的菌株Paenarthrobacter nitroguajacolicusLDT1-8。此外，添加易降解碳源（如糖蜜）是另一种刺激堆肥过程中微生物活性的有效策略。然而，糖蜜与微生物接种剂联合施用对堆肥理化性质、木质纤维素降解及微生物群落演替的综合效应尚不清楚。
为此，本研究在冬季低温条件下进行牛粪好氧堆肥实验，旨在探究糖蜜、微生物接种剂JSD-1、LDT1-8及其组合施用对堆肥过程的影响。研究假设，糖蜜与两种接种剂的联合添加将产生协同作用，显著加速升温、延长高温期、增强木质纤维素降解和腐殖化，最终提升低温条件下的堆肥成熟度。本研究旨在阐明复合添加剂的增效机制，为提升寒冷地区畜禽粪便堆肥效率提供理论依据和技术支持。本研究论文发表于期刊《Microorganisms》。
二、 主要关键技术方法
研究人员设置了包括对照（CK）、单加糖蜜、单加JSD-1或LDT1-8接种剂、以及三者组合（T7）在内的八个处理，在25L堆肥反应器中进行低温好氧堆肥实验。堆肥过程中，系统监测了温度、pH、电导率（EC）、E4/E6比值、发芽指数（GI）、总有机碳（TOC）、总氮（TN）、碳氮比（C/N）、总磷（TP）、总钾（TK）及有机质（OM）等理化指标动态。基于理化性能，选取了CK、T4、T5和T7处理，进一步分析了木质纤维素（纤维素、半纤维素、木质素）和腐殖质组分（胡敏酸HA、富里酸FA、可溶性腐殖质HS）的含量变化。同时，利用高通量测序技术对堆肥样品的微生物群落（细菌16S rRNA基因V3-V4区和真菌ITS区）进行了分析，包括α-和β-多样性、分类学组成、线性判别分析效应量（LEfSe）、微生物共现网络构建，并采用冗余分析（RDA）探究了微生物群落结构与关键环境因子间的关联。
三、 研究结果
3.1. 堆肥过程中理化性质的变化
3.1.1. 温度、pH、EC、E4/E6和GI的变化
添加糖蜜的处理（T1, T4, T5, T7）最高温度均高于对照CK，其中组合处理T7达62.1°C。糖蜜与LDT1-8接种剂组合的处理（T5, T7）将高温期（≥50°C）维持了5天，比CK延长2天。pH值在堆肥初期快速下降，第6天达最低点后逐渐回升。添加糖蜜的处理（T1, T4, T5, T7）的EC值从堆肥开始就高于CK。E4/E6比值在堆肥过程中呈现动态变化，含有JSD-1接种剂处理（T2, T4, T6, T7）的E4/E6值低于CK，表明腐殖化程度更高。所有处理最终产物的GI值均超过70%，达到成熟要求。
3.1.2. 养分含量的变化
C/N比值在所有处理中均快速下降，与CK相比，T4、T5和T7的C/N降低幅度更大，表明糖蜜与微生物接种剂组合添加增强了有机碳矿化，加速了堆肥成熟。TP和TK在堆肥过程中逐渐富集。添加糖蜜的处理（T1, T4, T5, T7）TK水平更高。TP在各处理间无显著差异。添加糖蜜的处理（T1, T4, T5, T7）显示出更大的OM减少，T7实现了最高的OM降解率（3.87%），表明糖蜜与接种剂JSD-1和LDT1-8之间存在协同效应。
3.2. 木质纤维素降解与腐殖化
与CK相比，T4、T5和T7的纤维素降解率分别提高了63.4%、58.6%和44.0%，半纤维素降解率提高了68.1%、64.5%和49.3%。在高温期，木质素的相对比例表现出明显的富集。腐殖质（HS和FA）含量在初期快速增加，随后下降并最终稳定。HA在堆肥过程中逐渐积累。与CK相比，T4、T5和T7组的HA含量更高。
3.3. 堆肥过程中的微生物多样性及生态演替
3.3.1. 细菌和真菌群落的生物多样性
细菌群落的多样性指数呈现先下降后逐渐恢复的模式。与CK处理相比，T4、T5和T7在高温期的细菌多样性显著降低。真菌群落对环境波动响应更明显。修正处理的Shannon和Simpson指数在早期显著低于CK。主坐标分析（PCoA）显示，从第2天起，修正处理与CK之间出现明显分离。
3.3.2. 细菌和真菌群落的分类学组成
在门水平，细菌群落主要由厚壁菌门（Firmicutes, 49.09%）、变形菌门（Proteobacteria, 19.71%）、放线菌门（Actinobacteriota, 15.16%）等主导。在T7处理中，厚壁菌门在第2天迅速富集至81.58%。变形菌门在早期短暂增加，随后在高温条件下下降，冷却期恢复。放线菌门在后期阶段逐渐富集，在T7中其相对丰度在第9天达到30.35%，约为CK（12.40%）的2.5倍。在属水平，T7处理在高温期富集了Limnochordaceae。芽孢杆菌属（Bacillus）在T4、T5和T7处理中保持较高相对丰度。长孢菌属（Longispora）在冷却和成熟阶段持续富集。真菌群落以子囊菌门（Ascomycota）为主。担子菌门（Basidiomycota）在T4、T5和T7的多个阶段显著富集。在属水平，曲霉属（Aspergillus）和嗜热真菌属（Mycothermus）是优势类群。
3.3.3. LEfSe分析与微生物相关性网络
LEfSe分析鉴定出226个细菌和159个真菌差异类群，表明添加糖蜜和微生物接种剂显著改变了微生物群落组成。在CK处理中，关键细菌生物标志物包括拟杆菌门和变形菌门相关类群。T4处理中，与Limnochorda和奇异球菌门（Deinococcota）相关的类群显著富集。T5处理中，细小单胞菌属（Pusillimonas）和鞘脂杆菌目（Sphingobacteriales）富集。T7处理以芽孢杆菌相关类群（如堆肥芽孢杆菌属Compostibacillus和嗜碱芽孢杆菌科Caldalkalibacillaceae）的富集为特征。共现网络分析显示，与CK相比，修正处理的网络密度和平均度更高，模块性增加。在网络中心节点上，各处理差异明显。
3.4. 微生物群落与环境参数间的关联
冗余分析（RDA）揭示了堆肥过程中微生物群落组成与环境变量间的清晰关联。前两轴（RDA1和RDA2）累计贡献了细菌群落总变异的78.97%至88.92%，以及真菌群落总变异的72.82%至82.4%。腐殖质组分（HA、FA、HS）与木质纤维素组分（HEM、LIG）共同构成了影响微生物演替的主要环境梯度。在细菌群落中，芽孢杆菌属等嗜热类群与温度和腐殖质组分呈正相关。Limnochordaceae、长孢菌属和S0134_terrestrial_group与GI、TP、TK和木质素呈正相关。在真菌群落中，嗜热真菌属与纤维素、半纤维素和有机质呈正相关。曲霉属与木质素、胡敏酸和发芽指数呈强相关。在组合添加处理中，腐殖质组分与曲霉属、微囊菌属（Microascus）和克恩菌属（Kernia）等真菌之间的关系变得更加显著。
四、 讨论与结论总结
讨论部分总结：本研究结果表明，糖蜜与功能性微生物接种剂（JSD-1和LDT1-8）的联合施用，通过提供易得碳源和引入特定功能微生物，有效重塑了堆肥微生物群落的结构和功能网络。这种组合策略不仅加速了堆肥启动和高温期维持，还通过选择性富集具有木质纤维素降解和腐殖化驱动功能的微生物类群（如放线菌门、芽孢杆菌属、嗜热真菌属等），显著促进了有机质的转化与稳定。微生物共现网络分析显示，修正处理形成了更紧密、模块化的互作网络，表明微生物间的代谢合作与底物交换增强，从而提升了有机质转化的整体效率。冗余分析进一步明确了有机质降解和腐殖组分积累是驱动微生物定向演替的关键环境因子。然而，基于扩增子测序的研究在功能推断上存在局限性，未来需借助宏基因组或宏转录组学等手段进一步验证其功能机制。此外，该组合策略在大规模应用中的经济可行性及长期稳定性仍需进一步评估。
研究结论翻译：
本研究以牛粪为主要底物，研究了在低温条件下糖蜜、灰色红链霉菌JSD-1、硝基愈创木酚类节杆菌LDT1-8及其组合对好氧堆肥的影响。结果表明，糖蜜与微生物接种剂的联合添加显著改善了升温性能和堆肥成熟度。特别是组合处理（T7）表现出更快的温度提升、更长的耐热期以及更高效的有机质降解，同时养分质量得到改善。在木质纤维素降解方面，该复合启动剂增强了纤维素和半纤维素的分解。T7处理还促进了FA向HA的转化，从而优化了腐殖化过程。微生物群落分析表明，尽管联合添加在高温期略微降低了微生物多样性，但选择性富集了关键功能类群。在细菌中，放线菌门、芽孢杆菌属、长孢菌属和Limnochordaceae被显著富集；而在真菌群落中，担子菌门以及嗜热真菌属和克恩菌属等嗜热属的相对丰度增加。冗余分析表明，FA、HS、HA和HEM是驱动细菌群落演替的主要因素，而木质素、总磷、C/N比和腐殖质组分是塑造真菌群落结构的关键环境变量。本研究表明，易得碳源与功能性微生物接种剂的协同耦合可以重塑微生物生态演替，加速木质纤维素降解和腐殖化。
这些发现为提升寒冷地区堆肥效率提供了一种实用的微生物调控策略。未来研究应侧重于优化添加剂剂量，并在寒冷地区的田间规模条件下评估该策略。整合多组学方法将进一步阐明微生物演替和木质纤维素转化的功能机制。此外，经济可行性及所得堆肥产品的长期稳定性值得进一步研究，以支持实际应用。
