我国畜禽粪污产量巨大且逐年递增,若不合理处置将会带来严重的环境污染问题。厌氧消化可在处理畜禽粪污的同时,回收其中蕴含的生物质能,是一种非常有前景的生物处理技术。然而牛粪中含有大量结构稳定的木质纤维素,水解速率缓慢,甲烷产率较低,限制了传统厌氧消化技术的应用。为了解决这一问题,可在厌氧消化之前增加预处理步骤来加快水解速率,进而提高甲烷产率。本论文采用不同类型的碱（Na OH、KOH和Ca（OH）2）对牛粪进行预处理,研究了各类碱预处理对牛粪性质及后续厌氧消化性能的影响,并通过高通量测序技术进一步分析了各类碱预处理对牛粪厌氧消化性能影响的微生物学机理。本论文的主要结果如下:（1）采用碱预处理可以促进牛粪中非溶解性有机物的水解,从而使溶解性有机物大量溶出,且随着预处理时间的延长,溶解性有机物的浓度逐渐增大。采用Na OH和KOH的预处理效果显著好于Ca（OH）2预处理,而扫描电镜结果进一步证实,Na OH预处理组和KOH预处理组的牛粪表面结构破损更为严重,其中木质纤维素及细胞结构的破坏,促进了溶解性有机物的溶出,有望为后续厌氧消化产甲烷提供充足的底物,提高甲烷产率。此外,Na OH预处理组和KOH预处理组随着碱投加量的提高,牛粪中溶解性有机物浓度增加,综合考虑预处理的效果及经济因素,确定最佳碱投加量为6 mmol OH-/g·VS。而Ca（OH）2预处理组牛粪中溶解性有机物浓度随着碱投加量的提高,并未表现出明显的规律性。（2）牛粪经各类碱预处理后甲烷产率均可显著提高,且甲烷产率:KOH预处理组＞Na OH预处理组＞Ca（OH）2预处理组,这与预处理后溶解性有机物的溶出情况一致。此外,虽然采用Na OH和KOH预处理后的牛粪中溶解性有机物的溶出情况相差不大,但由于Na+对厌氧消化存在抑制作用,使得Na OH预处理组的甲烷产率略低于KOH预处理组。而通过降低水力停留时间（Hydraulic Retention Time,HRT）提高厌氧消化系统的有机负荷并不能提高产甲烷效果,反而由于碱度的增加抑制了产甲烷菌的活性。此外,预处理过程中碱投加量的降低,导致可用于产甲烷的底物减少也会使产甲烷效率降低。（3）与未经过预处理相比,碱预处理后的牛粪作为反应基质的厌氧消化系统中细菌的种群多样性降低。作为水解发酵细菌的Candidatus＿Cloacamonas在空白对照组和Ca（OH）2预处理组的厌氧消化系统中占优势,而经过Na OH和KOH预处理后的系统中Clostridium＿III替代Candidatus＿Cloacamonas成为水解产酸优势菌属,说明Clostridium＿III对碱环境的耐受性更强。此外,古菌的群落结构变化也呈现出相似的现象:空白对照组和Ca（OH）2预处理组的厌氧消化系统中的古菌主要是乙酸营养型产甲烷菌Methanothrix,而Na OH和KOH预处理后的系统中专性氢营养型产甲烷菌Methanobacterium成为优势菌群,进一步说明了碱预处理对厌氧消化性能的影响与底物性质有关,底物性质的改变影响群落结构,进而影响产甲烷代谢过程。此外,HRT的降低也会对古菌群落结构及多样性产生显著影响。