堆肥是一项环境友好型技术,被广泛应用于有机固体废弃物处理。堆肥过程是把易变质的有机质转化为稳定腐殖类物质的生化过程。在这一过程中,会产生一定量的水溶有机质(DOM)。水溶有机质是堆肥总有机质中最具活性的一部分,是能够被微生物直接吸收利用的一类异质性物质,它们在堆肥碳氮转化和营养运输过程中扮演着重要的角色。堆肥是一个利用微生物活动进行生物降解的过程,微生物活性决定了堆肥进程,而堆肥条件又影响了微生物结构。因此,对堆肥过程的理解,需要把握水溶有机质和微生物结构这两个重点。为此,本论文进行了以下研究。以牛粪和中药渣为原料的120天堆肥过程中,元素分析、光谱学分析(包括紫外-可见光谱,红外吸收光谱和热裂解-气相色谱等)和胶体分析等技术被用于堆肥DOM的研究。结果表明,DOM样品中的脂类组分和糖类组分降解迅速,反映了这两者在有机质转化和微生物活动中扮演着活性成分。相反地,作为堆肥DOM的主要成分,芳香族和含氮化合物在堆肥过程中呈现递增趋势。随着芳香度和腐殖化程度的增加,含氮物质和芳香族化合物数量增多,而其他物质诸如烷烃,醇类和脂肪酸类物质逐渐减少。此外,随着堆肥的进程,DOM表现出更稳定的状态并伴随着小分子质量和小分子粒径物质的累积。DOM是堆肥腐熟度和稳定性的一项重要指标。在堆肥有机质转化及微生物活动中,DOM不同组分所表现出的性质和承担的功能不同。利用分馏法技术(fractionation)把DOM分为疏水性的腐殖酸(HA),富里酸(FA)以及亲水性物质(Hi),分析各组分的元素组成,傅里叶变换红外吸收光谱特性,并利用zeta电位分析仪分析其胶体性质。亲水性物质Hi组分相比于HA和FA组分拥有含量较高的含氮物质,更高的饱和程度,以及更容易被氧化的特性。随着堆肥进程,HA和FA组分的芳香化程度越来越高,而Hi组分保持相对稳定的状态。胶体性质分析显示,DOM各组分的平均粒径随着堆肥时间的进行持续减小,Hi组分的zeta电位持续增加则表明其在阳离子吸附中可能具有潜在的应用价值。在堆肥过程中采用IlluminaMiseq测序平台分析,获得堆肥样品中微生物组成,丰度信息及堆肥不同时间点样品间差异的信息。随着堆肥的进程,堆肥样品中微生物的种类增多,多样性逐渐丰富。拟杆菌,厚壁菌和变形菌是整个堆肥过程中物种相对丰度最高的三个菌门,随着堆肥的进行,厚壁菌门(Firmicutes)和变形菌门(Proteobacteria)微生物逐渐减少,而拟杆菌门(Bacteroidetes)和放线菌门(Actinobacteria)微生物逐渐增多,芽单胞菌门(Gemmatimonadetes),绿弯菌门(Chloroflexi)以及异常球菌-栖热菌门(Deinococcus-Thermus)等物种随着堆肥进入腐熟阶段也逐渐活跃起来。由于堆肥高温期对微生物造成的显著影响,导致第Od和第4d的样品之间,第4d和第30d的样品之间存在较大差异。通过PCA分析可以看出,腐熟期始末即第30d和第120 d的样品之间微生物多样性差异较小。