《Environmental Research》：Composite microbial inoculants regulate community assembly to reduce nitrogen loss during biodrying-composting process
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摘要复合微生物接种剂能够提升堆肥效率并减少氮损失，但其在生物干燥-堆肥过程中的作用机制，尤其是群落构建与功能调控机制仍不清晰。本研究探讨了自行研发的WH2接种剂与三种市售接种剂（VJ、VT1000、SKH）在生物干燥-堆肥过程中的效果对比。虽然所有接种剂都能改善群落构建与堆肥效率
摘要
复合微生物接种剂能够提升堆肥效率并减少氮损失，但其在生物干燥-堆肥过程中的作用机制，尤其是群落构建与功能调控机制仍不清晰。本研究探讨了自行研发的WH2接种剂与三种市售接种剂（VJ、VT1000、SKH）在生物干燥-堆肥过程中的效果对比。虽然所有接种剂都能改善群落构建与堆肥效率，但WH2的表现更为优异：与对照组相比，它使总氮损失减少了19%，这一效果优于VJ（0.9%）和VT1000（6.7%），仅略逊于SKH（19.3%）。同时，WH2还实现了最高的除水率（60.57%）、挥发性固体降解率（37.67%）以及种子发芽率（110.77%）。从机制层面来看，中性群落模型分析表明，WH2中的随机群落过程占据主导地位，占比达80%。值得注意的是，WH2能持续富集对不同阶段分解复杂有机物至关重要的关键菌属，如乳杆菌属、芽孢杆菌属和糖单胞菌属。NCM模型和PICRUSt2分析进一步显示，WH2有助于促进固氮细菌的迁移，且其nirS基因的相对丰度低于其他组，这说明其反硝化潜力较低。这些结果凸显了WH2在调控群落结构方面的优势，表明其通过影响随机群落构建及关键物种的作用，提升了生物干燥-堆肥效率并减少了氮损失，为厨房垃圾的处理提供了良好的微生物解决方案。
引言
城市固体废物中厨房垃圾的比例正在不断上升。厨房垃圾中含有大量油脂、盐分和水分，这给其收集、运输及后续处理带来了诸多难题（Su等人，2023）。不当处理会带来严重的环境风险，但其高含量的有机物（蛋白质、脂肪、碳水化合物和纤维）却具有资源回收的价值（Su等人，2022；Zubair等人，2023），因为这些物质可以转化为有机肥料或生物燃料（Chu等人，2024；Srivastava等人，2021）。传统的处理技术，如厌氧消化和生物饲料生产，在脱水和减少氮损失方面仍存在局限（Cheng等人，2025）。堆肥是一种广泛应用于有机废物处理的工艺，而生物干燥则是一种利用嗜热好氧微生物通过代谢产生的热量来分解有机物并去除水分的技术，已被证明是处理高含水率有机废物的有效预处理方法（Xu等人，2024）。然而，关于将生物干燥与堆肥技术结合使用的研究还很少。
微生物是加速堆肥过程的关键因素（Xu等人，2019）。本地微生物的数量较少且降解能力较弱，往往会影响堆肥的效率与质量。引入天然的微生物群落可以加快温度上升速度，促进有机物降解，提升堆肥的成熟度，从而缩短堆肥周期并提高堆肥质量（Gou等人，2017；Song等人，2016；Tu等人，2019）。在生物干燥过程中，高温会改变微生物群落的结构，降低微生物多样性（Yu等人，2023）。因此，在这一阶段进行有针对性的微生物接种对于提高脱水和减容效率非常重要。目前大多数研究都集中在提升处理效率上，而接种剂发挥作用背后的微生物机制仍不明确。
在堆肥过程中，氮会以NH?和N?O的形式流失，这不仅会降低肥料的效力，还会造成污染（Hoang等人，2022）。为了实现可持续处理，人们广泛采用了生物炭、沸石等吸附剂以及微生物接种剂来提升堆肥效率并减少氮排放（Xiong等人，2023）。先前的研究表明，使用巨芽孢杆菌或React3芽孢杆菌作为接种剂可以减少NH?的排放并有助于保留氮元素（Guo等人，2020；Bang等人，2024）。由于功能互补和协同作用，复合微生物接种剂通常比单一菌株具有更高的氮保留能力（Cao等人，2024；Li等人，2025）。与传统堆肥相比，生物干燥-堆肥工艺通过延长的嗜热阶段和缩短的稳定期，可以缩短堆肥周期，形成不同的氮转化路径和微生物群落构建机制。不过，目前仍缺乏关于复合微生物接种剂在生物干燥-堆肥过程中如何调控微生物群落构建和氮转化的系统性研究。
因此，本研究旨在探讨四种不同的复合微生物接种剂在厨房垃圾生物干燥-堆肥过程中的处理效果及氮保留能力，并从细菌群落构建和潜在固氮功能的角度深入分析其作用机制。除了监测物理化学性质和氮化合物的变化外，还运用中性群落模型分析了细菌群落的分布与演替情况，同时进一步分析了氮相关功能基因的变化，以此阐明接种剂对氮循环的影响。这些研究结果有望为利用微生物接种剂提高厨房垃圾的资源利用效率提供新的思路和方法。
章节节选
实验材料
本研究所用的厨房垃圾采集自中国农业大学有机回收研究所的食堂，木屑则购自汉博环保科技有限公司。实验中，将厨房垃圾与木屑按湿重比7:1混合，共放置10天，前4天进行辅助热生物干燥处理，后6天进行堆肥处理。初始时，这些混合物的
物理化学特性与成熟度指标
所有接种组均加速了温度上升速度，第1天就已进入嗜热阶段（温度超过55℃），其最高温度也高于对照组（见补充材料图S1a）。其中A2组的最高温度达到64.7℃，嗜热阶段持续时间最长，为5天。较长的嗜热阶段以及适宜的湿度有利于微生物分解有机物并降低其毒性（Khalid等人，2018；Youssef等人，2016）。所有组的含水量均有所下降（见补充材料，
结论
本研究表明，自行研发的复合微生物接种剂WH2在提升厨房垃圾生物干燥-堆肥效率方面优于市售同类产品。与三种市售接种剂相比，WH2在除水、挥发性固体降解以及氮保留能力方面都具有更出色的表现，其优势源于独特的微生物调控策略：该策略能够优先促进随机性群落构建，从而实现关键功能菌的定向且持续的富集
作者贡献说明
刘英杰：论文撰写——审阅与编辑、原始稿撰写、可视化分析、验证、方法设计、研究实施、数据整理。李 Ji：项目监督、资源协调、项目管理、资金筹集。丁国春：项目监督、软件使用、资源协调、概念构思。王波：项目监督、资源协调、项目管理、资金筹集。魏玉全：论文撰写——审阅与编辑、资源协调、项目管理、资金筹集、概念构思。徐志：论文撰写——审阅
利益冲突声明
? 作者声明不存在任何可能影响本文研究结果的已知利益冲突或个人关系。
致谢
本研究得到了中国国家重点研发计划（编号：2024YFD1700700）、国家自然科学基金（编号：42477352）以及中国农业大学的2115人才发展计划的资助。
刘英杰|李海民|李婉婷|陈艳婷|康子桐|徐志|魏玉全|王波|丁国春|李 Ji
中国农业大学资源与环境科学学院，北京100193，中国
