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好氧堆肥化是利用好氧微生物发酵和代谢,使生物质废物不再易腐发臭,进一步生成具有肥力、腐熟稳定的腐殖质,成为相容于植物生长且稳定的土壤调理剂的过程。我国农作物秸秆的年产量约10亿吨,常被用作堆肥过程的调理剂,调节堆体的碳氮比和含水率,提高堆肥效率。然而,秸秆富含木质素、纤维素等难降解有机物,其转化与腐殖化过程已成为制约好氧堆肥化的关键限速步骤。本研究首先从升温和高温阶段的堆肥样品中,分离筛选获得可降解木质纤维素的土著菌株,初步考察所得菌株的生理生化及产酶特性;然后,利用所得降解菌株缺位复配微生物菌剂,研究其降解实际堆肥体系中木质纤维素的可行性,同时,解析其对不同阶段堆体理化性质及微生物群落结构的影响,获得优质菌株;在此基础上,模拟堆肥化的中温和高温阶段,进一步明晰优质菌株降解木质素和纤维素的主要产物及途径;最后,探究外源物质稀土元素对优质菌株降解木质纤维素及堆肥腐殖化进程的影响。研究结果不仅可丰富木质纤维素降解细菌的菌种库资源,还可为好氧堆肥过程中秸秆源木质纤维素的生物转化及降解提供相关理论支撑,推动木质纤维素类有机固体废物堆肥产业的发展,加快堆肥的工程化应用进程,具有较为重要的学术意义和实践价值。主要研究内容和结果如下:（1）木质纤维素降解菌的筛选及特性研究。从实际堆体中分离筛选土著微生物,识别和验证其降解功能和产酶能力,初步获得了与木质纤维素降解相关的菌株,包括ZX5、ZX6、GX2、GX5和GX9。其中,ZX5（B.licheniformis）和GX5（B.thermoruber）具有良好的生长活性,且可分泌较多的木质素降解酶,包括漆酶（Laccase,Lac）、锰过氧化物酶（Manganese peroxidase,Mnp）和木质素过氧化物酶（Lignin peroxidase,Lip）,Lip的酶活最高,ZX5和GX5所产Lip的酶活分别为662.40和629.36 U/L。傅立叶转换红外光谱（Fourier Transform Infrared Spectroscopy,FTIR）分析结果表明,降解前后,玉米秸秆表面的纤维素β-多糖及C-O键发生裂解,同时,与ZX5相比,GX5处理后,木质素中的甲基和亚甲基结构减少。GX5、ZX5、GX5+ZX5处理后,木质素的降解率分别为57.38%、52.46%和39.34%,纤维素的降解率分别为80.26%、76.72%和63.58%,降解速率由高到低的顺序为GX5＞ZX5＞ZX5+GX5。GX5降解木质纤维素的效果较佳。（2）木质纤维素降解菌的复筛及堆肥效果研究。将生长活性较好的菌株ZX5和GX5与GX2、GX9、ZX6进行缺位复配,研究二者对好氧堆肥进程及效果的影响。结果表明,与菌株ZX5相比,当接种物中含有GX5时,堆体高温阶段得以延长,且相关酶的活性增加,其中,纤维素酶（Cellulase,CMCase）、Lip、Mnp和Lac的酶活分别为4.55、1.93、0.94和0.20 U/g,木质素和纤维素的降解率也较高,分别为17.11%和36.70%。微生物群落多样性分析表明,芽孢杆菌属（Bacillus）和嗜热裂孢菌属（Thermobifida）是堆体中的优势细菌,且与CMCase、Lac、Mnp和Lip的酶活及温度显著相关。代谢功能分析发现,接种物中含有GX5时,不仅可调节堆体中的微生物群落结构,还可降低堆体中与人类疾病相关的功能基因丰度,说明该菌株可通过延长堆体的高温持续时间有效杀灭病原菌,有利于堆体无害化。（3）菌株GX5降解木质素的特性及途径研究。不同温度条件下,木质素的降解产物随之发生变化。37oC时,木质素G单体与H单体的生物降解主要通过β-酮己二酸途径实现;55oC时,木质素S单体通过苯甲酸途径降解。55oC时,嗜热短芽芽孢杆菌GX5可分泌Lip、Mnp和Lac等木质素降解酶,这些木质素降解酶吸附至木质素表面,使其粗糙度升高,粒径减小,比表面积增大,与酶的作用位点增多,有利于木质素的降解,降解7 d时,木质素降解率达81.97%。结合原子力显微镜（Atomic Force Microscope,AFM）、核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy,NMR）和傅立叶转换红外光谱分析,采用超高效液相色谱-四极杆-飞行时间质谱仪（Ultra Performance Liquid Chromatography-Quadrupole Time of Flight Mass Spectrometer,UHPLC-Q-TOF/MS）解析木质素的降解过程,认为木质素S单体降解后主要形成苯甲酸类物质,其降解是通过苯甲酸途径实现的,此外,该化合物是腐殖质形成的重要前体物质,有利于含木质素有机废弃物的稳定化及资源化利用,表明该菌株具有良好的应用前景。（4）菌株GX5降解纤维素的特性及途径研究。嗜热短芽芽孢杆菌GX5处理7 d后,纤维素的降解率达59.77%,这与纤维素降解酶酶活的产生有关。扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope,SEM）观察发现,随处理时间延长,纤维素变得疏松多孔,纤维素的原有结构被破坏。傅里叶转换红外光谱分析表明,降解后,代表纤维素分子间氢键的谱带减弱,碳链结构遭到破坏,纤维素的特征峰也有不同程度的减弱。X射线衍射（X-ray diffractometer,XRD）分析发现,降解后纤维素的结晶度升高,从对照组的42.15%升高至67.80%,说明纤维素中的非结晶部分析出,晶格结构被破坏,相应的衍射峰强度降低,纤维素的结构发生变化。采用超高效液相色谱-四极杆-飞行时间质谱仪解析纤维素的降解产物及降解途径,发现经嗜热短芽芽孢杆菌GX5降解后,低分子量的糖类、糖苷类和糖醇类物质的含量增加,有利于堆体腐熟。（5）外源物质稀土元素对GX5降解木质纤维素的影响。当堆肥体系中存在外源物质氯化镧同时接种GX5时,堆体温度可在第3 d升高至70.3oC,且60oC以上维持3 d,与无氯化镧相比,堆体的最高温度较高,说明氯化镧有利于菌株GX5降解堆体中的有机物;高温期间,半纤维素、纤维素和木质素的降解率分别为28.40%、18.40%和10.70%,堆肥结束时,堆体有机质的降解率为19.94%,电导率为2～3 m S/cm,种子发芽指数为221.80%;三维荧光（Three-Dimensional Excitation Emission Matrix Spectra,3D-EEM）分析结果表明,堆肥初始阶段,堆体主要由芳香族蛋白和溶解性微生物代谢产物组成,含量为75.45%,富里酸类物质和腐殖酸类物质含量较少,为24.55%,堆肥结束时,芳香蛋白类物质含量为46.00%,腐殖酸类物质的含量为54.00%,堆体的腐熟程度明显提高。外源物质氯化镧的存在不仅有利于菌株GX5及其他微生物代谢过程的进行,促进木质纤维素的降解转化,也可改善堆体腐殖化,堆肥产品的品质符合我国《有机肥料》（NY/T525-2021）的相关标准。