我国秸秆沼气工程在快速发展的同时也面临着一些问题,缺乏高效可行的预处理技术是其中之一。生物预处理的特点更符合生态文明建设的需求,具备降解木质纤维素能力的微生物被不断的挖掘以用于预处理提升沼气产量。但厌氧消化中微生物受生物预处理影响波动情况以及和产气量的关系还有待进一步探究,这正是本文所要阐述的。设立批次试验对预处理时间进行优化以获得生物预处理更佳的效果,以未处理为对照,分别设定2 d、4 d、6 d、8 d和10 d五个不同的预处理时间。结果显示预处理的时间与木质纤维素降解率和挥发性脂肪酸积累量显著相关。预处理6 d甲酸和乙酸的积累量最高,分别为139.3 mg/L和971.5 mg/L,相比于未处理,沼气和甲烷的总产量分别提升了51.04%和43.09%。选取预处理6 d作为处理并放大反应体系进行优化,在产气量差异最显著的产气高峰期和稳定期进行取样,分析微生物的动态变化。利用高通量测序并基于16S rRNA基因注释获得微生物群落结构和活性微生物群落的多样性和物种丰度。基于DNA的微生物群落结构显示,预处理和未处理两时期丰度占比最高菌属均是Ruminofilibacter(7.12%)。基于RNA的活性微生物群落显示,预处理两时期占比最高的菌属是Methanosaeta(10.82%)。在未处理产气高峰期,Methanosarcina(5.21%)是丰度最高的产甲烷古菌。利用宏转录组对产气高峰期预处理样本和未处理样本进行注释,并基于KEGG数据库分析两个样本在微生物功能基因表达和代谢通路上的差异。预处理样本在能量代谢中的甲烷代谢为13.55%,显著高于未处理样本的9.04%。而未处理样本中氮代谢的相对丰度为1.58%,显著高于预处理的0.85%。通过注释KO的相对表达量发现,相对于未处理样本,预处理样本表达量显著上调的KO共有11个,其中与产甲烷代谢相关的KO为7个,这些酶参与到甲烷代谢的各个途径中,分别是初始底物转化和甲烷合成的关键基因。预处理发酵天数对厌氧消化产气量具有显著的影响。预处理进料后厌氧消化连续稳定的运行源于其微生物群落结构的稳定。底物组分的改变对活性微生物群落产生了显著的影响,其中更偏爱这种变化的产甲烷古菌丰度显著提升成为优势菌属,更强的底物捕获能力和甲烷转化能力以及独有的代谢途经显著的提升了产甲烷效率,最终使得预处理显著提升了甲烷产量。