我国作为农业大国,农作物秸秆资源十分丰富。但是目前秸秆处理技术落后,大量秸秆被直接焚烧或弃置,导致秸秆资源利用效率低下,同时也带来一定的环境污染问题。秸秆好氧发酵生产有机肥料因其操作简单、成本低廉、无二次污染,成为秸秆资源化处理的有效方法。因此,本课题以农作物秸秆为原料,通过好氧发酵,研究了不同污泥接种量、基质目数和通气量对腐殖酸生成以及秸秆有机质降解的影响,获得秸秆好氧发酵生产腐殖酸的优化工艺条件;并通过对不同发酵时间的微生物进行高通量测序,探索了微生物群落结构变化以及KEGG代谢途径差异性,揭示了利用秸秆发酵生产腐殖酸的相关特性;在优化工艺条件下研究了乳糖添加对腐殖酸生成以及发酵腐熟度的影响,以揭示外源添加物对提高秸秆有机质转化效率和腐殖酸产量的调控特性。全文主要开展了以下研究工作:通过单因素实验,分别研究不同污泥接种量(5%、10%、15%、20%、25%)、基质目数(10 mm、5 mm、3 mm、0.75 mm、0.25 mm)和通气量(0.1 L/min、0.3L/min、0.5 L/min、0.7 L/min、0.9 L/min)条件下腐殖酸产量以及TOC、TN、木质纤维素含量等参数变化,获得优化的发酵工艺条件:接种量20%、基质目数3mm、通气量0.3 L/min。在该条件下,腐殖酸产量提高至302.59 mg/g;木质素、纤维素和半纤维素降解率分别达到36.07%、61.38%和17.59%;C/N降至4.64,发酵基质达到腐熟标准。分析了基质不同发酵时间细菌群落结构的变化。结果表明,随着发酵的进行,细菌菌群丰度和多样性不断增加,细菌能较好适应秸秆好氧发酵环境。从属水平分析不同发酵时间细菌菌群丰度变化发现,Pseudoxanthomonas、Blautia、Lactobacillus、Phenylobacterium、Pseudomonas、Rhizobium均为秸秆好氧发酵过程中的优势菌种。根瘤菌(Rhizobium)在整个好氧发酵过程中稳定存在,为氮的固定发挥重要作用;假黄单胞菌属(Pseudoxanthomonas)和氏菌属(Bosea)能分泌纤维素酶降解纤维素,拟杆菌属(Bacteroides)能利用还原糖生成小分子有机酸,为发酵后期腐殖酸形成提供重要的前体物质以及微生物生长提供碳源。对KEGG代谢途径差异性进行了分析,结果表明,细菌群落功能基因表达量较高的代谢途径主要有:氨基酸代谢、能量代谢、辅因子和维生素代谢、脂质代谢、碳水化合物代谢以及外源性物质降解和代谢。秸秆好氧发酵后期,外源性物质降解和代谢显著降低(p<0.01),说明后期主要以合成大分子物质为主。同时,由于发酵后期还原糖、氨基酸和羧酸大量缩合形成腐殖酸,导致碳水化合物代谢、氨基酸代谢和脂质代谢显著降低(p<0.01)。还原糖是腐殖酸形成重要的前体物质,实验研究了不同含量乳糖添加(0、5%、10%、15%和20%)对腐殖酸生成和发酵腐熟度的影响。在乳糖添加量为20%条件下腐殖酸产量最高,为320.69 mg/g,相比对照组提高了41.93%;TOC降解率为63.4%,相比对照组提高了33.82%;种子发芽率为226.69%,相比对照组提高了51.55%,经过29天好氧发酵可达到完全腐熟标准。