畜牧生产的迅速扩张产生了大量的畜禽粪便[1]。作为病原体、重金属及其他污染物的来源，这些粪便对人类健康和环境质量构成了严重威胁[2][3]。因此，开发高效可靠的粪便管理技术已成为当务之急。
堆肥可以有效降解有机固体废物，并将其转化为高价值的有机肥料，实现卫生处理和资源回收[4]。然而，在中国东北部，漫长的严冬期间气温常低于-20.0°C，这会抑制微生物活性并导致代谢热迅速散失[5]，使得堆肥温度难以达到大多数微生物所需的启动温度（通常为20.0°C）。在这种低温条件下确保堆肥的顺利启动仍是一个紧迫的挑战。现有的解决方法包括使用天然气或沼气加热[6]、电加热[7]以及用稻草保温[8]，但这些方法会消耗额外资源、增加堆肥成本，并可能引发二次污染。
先前的研究表明，接种微生物制剂可以显著缩短堆肥周期并加速其成熟过程[9][10]。复合接种剂包含多种耐环境微生物，它们协同作用将复杂的有机大分子（如脂质、碳水化合物和蛋白质）分解为较小的化合物。接种还能改善堆肥的微环境、增加微生物多样性，并通过群体间的协作加速堆肥过程[11][12]。耐寒微生物接种剂特别适用于低温堆肥，其添加能显著加快低温条件下的启动速度[13]。
除了接种外，各种添加剂还可以作为催化剂或改良剂，通过优化微环境和调节微生物代谢过程来促进堆肥[14]。生物炭具有丰富的官能团、高吸附能力、大量的微孔和较大的比表面积，能有效促进有机底物的生物转化[15]。在无机改良剂中，蒙脱石能显著改善堆肥系统的微生态特性，进一步推动堆肥进程[16]。
低温环境严重抑制了微生物产热，延缓了好氧堆肥的启动，成为寒冷地区有机废物回收的主要技术障碍。基于先前证据（耐寒微生物群落LY3能够在严冬低温下快速启动并维持堆肥过程[视频S1]，本研究在精确控制的实验室条件下探讨了生物炭（BT）和蒙脱石（MT）对低温堆肥启动阶段的影响。尽管已有研究尝试仅通过微生物接种来克服温度限制，但矿物和碳质改良剂的协同作用机制仍不明确。与以往分别研究生物炭或粘土矿物的研究不同，本研究在同一耐寒微生物强化和低温启动条件下直接比较了有机改良剂（生物炭）和无机改良剂（蒙脱石）的效果。通过结构方程建模结合微生物网络和关键物种分析，进一步揭示了BT和MT不同启动机制背后的底物-温度-微生物群落关系。这一设计有助于阐明这两种改良剂在低温堆肥启动过程中的不同作用。本研究系统评估了LY3与BT或MT联合使用的协同效应，以仅接种微生物的对照组（CKT）作为对照。在此关键阶段持续监测温度变化，以阐明这些改良剂如何调节堆肥的启动过程。基于此，本研究将这两种改良剂及耐寒微生物接种剂引入堆肥系统，旨在实现三个具体目标：（i）明确启动过程中有机组分和细菌群落的演替规律；（ii）分析相关代谢功能基因的变化；（iii）揭示关键物种维持细菌群落稳定性的调控机制。
