生物工程学报

作者：张利萍，常远，胡天乐，马宏芳，苗楠楠，张陇利，魏雨泉，李季

单位：1中国农业大学 资源与环境学院，北京 100193;2中国农业大学 有机循环研究院(苏州)，江苏 苏州 215100;3北京沃土生物科技集团股份有限公司，北京 100080;4北京师范大学 生命科学学院，北京 100875

关键词：电场堆肥;细菌群落结构;共现网络;生物标志物;功能表型

基金：国家自然科学基金(42477352)

为缓解好氧堆肥早期传质受限与局部缺氧导致的升温滞后与高温期不足，厘清电场介入对微生物生态网络与功能表型的影响，本研究设置不同强度(0 V、2 V、5 V)的电场施加于30 L反应器的堆肥过程，结合理化指标、16S rRNA细菌群落结构分析、共现网络与BugBase表型预测，解析电场堆肥下微生物群落组成与功能演替机制。研究结果显示：电场能够显著加速升温并延长高温期，前期电流与温度呈紧密耦合；堆肥时间是细菌群落结构的主要影响因素，但在控制时间后，电场效应依旧显著，且在第7天和第18天形成了显著分化的群落结构。属水平上，电场富集了与电子转移/发酵相关的关键类群，例如假单胞菌属(Pseudomonas)、嗜蛋白质菌属(Proteiniphilum)、拟杆菌属(Bacteroides)、甲烷粒菌属(Methanocorpusculum)、消化球菌属(Peptococcus)等，富集了发酵菌和电活性菌；网络结构由“低聚集、短路径”重组为“高聚集、长路径”，电场改变了优势菌与连接者的模块归属和相对位置，弱电场增强跨模块协同，强电场强化模块分区与枢纽连接。BugBase表型层面呈现阶段性迁移，且5 V电场对细菌表型谱的调控效应更强、更早出现。电场处理组更倾向于富集需氧型、革兰氏阴性、生物膜形成与应激耐受等表型，同时革兰氏阳性表型倾向降低。综上，电场通过改善微尺度传质与电子受体可用性，放大了前期代谢与放热过程，微生物网络结构重组，实现了“加速而不改向”。本研究阐明了电场调控好氧堆肥进程的微生物生态学机制，为通过物理场精准调控菌群功能、定向优化堆肥工艺提供了新的理论与技术路径。

来源：2026年第4期

《生物工程学报》期刊编辑部

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