基質負荷對秸稈與污泥厭氧消化微生物群落結構的影響

李慧莉，楊子顯，陳志強,2,3，劉鵬程

(1.蘭州理工大學 土木工程學院，蘭州 730050； 2.哈爾濱工業大學 環境學院，哈爾濱 150090；3.城市水資源與水環境國家重點實驗室(哈爾濱工業大學)，哈爾濱 150090)

中國是一個農業大國，是世界上秸稈資源量最為豐富的國家之一[1-2].同時，隨著城市化進程的加快，污水處理能力快速提高，污泥量也同步大幅增加[3].如何將秸稈、污泥資源化利用是一個嚴峻而緊迫的環境問題.厭氧消化是指在厭氧條件下，通過產酸菌、產甲烷菌等多種微生物將糖類、脂類等有機物通過體內微生物一系列的復雜生物化學反應最終產生甲烷、氫氣、二氧化碳，為自身新陳代謝提供能量的過程[4].由于中國污泥中的有機物、脂肪和蛋白質含量低于發達國家，通過添加秸稈來補充碳源，并和污泥共同進行厭氧消化，生產沼氣，從而達到污泥、秸稈資源化利用的目的.

自然界大部分的微生物在實驗室條件下具有低培養性[5]，利用分子生物學技術不必在實驗室條件下培養微生物，而直接通過研究環境微生物中的遺傳物質來達到研究目的.國內外學者利用分子生物學技術對污泥、秸稈、餐廚垃圾、豬糞等常見厭氧消化底物的優勢菌屬和生物群落做了廣泛深入的研究.穆維娜[6]研究了秸稈藍藻厭氧發酵過程中不同階段的優勢菌屬，主要含有6個門的細菌，分別為厚壁菌門、變形菌門、擬桿菌門、綠彎菌門、螺旋體門、綠菌門.不同產氣發酵階段的優勢菌所屬門不同.趙一全等[7]研究了玉米秸稈厭氧發酵過程中添加氮素對微生物群落和沼氣產量的影響，結果表明：處理體系中Clostridium，Methanoculleus，Sphaerochaeta和Ruminofilibacter等菌屬的豐度在產氣高峰時期提升，在能量代謝中與甲烷代謝相關的基因豐度有所提升.Li等[8]研究了將剩余污泥、豬糞和餐廚垃圾以1∶3∶2的比例混合后進行厭氧發酵，結果表明效果優于用單一基質為底物的厭氧發酵過程，Methanosaeta是主要以單一底物為基質的產甲烷菌屬，Methanosarcina則在以混合底物為基質的厭氧過程中占據產甲烷菌屬的優勢地位.Xiao等[9]研究了用廢舊菌基為底物的厭氧消化過程，結果表明，Proteobacteria在不同發酵階段占據優勢種群地位，Crenarchaeota在古菌中占比較高.古菌相對豐度最高的屬是Methanothermobacter和Methanobacterium.Liu等[10]在一種組合的以玉米秸稈為底物的三級厭氧消化反應器中發現氫營養型產甲烷菌Methanobacteriaceae和多功能產甲烷菌Methanosarcinaceae占據優勢地位，并且具有產乙酸功能的Ruminococcaceae和Syntrophomonadaceae種群富集在該反應器中.目前以單一底物、秸稈混合餐廚垃圾、秸稈混合豬糞的厭氧消化研究較多，但以秸稈污泥為混合底物進行微生物群落分析缺乏相應的研究.本研究利用高通量測序技術，研究秸稈污泥厭氧消化中的微生物群落結構分布特征，對比在高低兩種不同基質負荷條件下的微生物種群分布狀況，以期促進秸稈污泥厭氧消化工藝的應用與發展.

1 實 驗

1.1 實驗材料

本實驗所用玉米秸稈收集于哈爾濱市呼蘭區某農田.秸稈先用鍘刀切成4～5 cm的小段，然后用小型粉碎機將秸稈小段研磨成秸稈顆粒，之后再將秸稈顆粒通過30目篩備用.實驗所用市政污泥來自哈爾濱文昌二沉池的回流污泥(理化性質見表1)，取后靜置3 d，然后倒出上清液，裝于塑料桶內，放在-4 ℃的冰箱中備用.實驗中秸稈需進行預處理，將通過篩網的秸稈顆粒浸泡于質量分數為2%的NaOH溶液中，放入超聲裝置中超聲60 min.然后放于設定溫度為55 ℃的恒溫水浴箱中1 d.預處理后的秸稈和污泥以TS比為1∶2混合作為底物[11].

表1 原玉米秸稈與市政污泥的理化性質

1.2 實驗裝置

實驗裝置為1個容量為5 L的圓柱形有機玻璃反應器，反應器上方裝有pH檢測器、ORP檢測器、溫度檢測記探頭、進料口，并有一通氣口，通氣口上方連接一氣袋，用來收集厭氧反應所產生的氣體，整個反應器的四周纏有加熱絲裝置，用加熱裝置使加熱絲溫度維持在35 ℃左右.出料口在筒體的下方，反應器上方裝有一個固定好的攪拌槳裝置，并讓攪拌槳伸入反應器，保證各組分混合均勻.反應器為半連續流反應器，不需要接種.在高基質負荷條件下，每日通過蠕動泵進出料500 mL，在低基質負荷條件下，每日通過蠕動泵進出料300 mL，消化時間均為30 d.

1.3 實驗方法

前期實驗分別在TS負荷為10，12，16，20，24，28，32 g/(L·d)進行.實驗結果表明，在負荷為20 g/(L·d)時甲烷產量最大，當負荷超過20 g/(L·d)時，反應器極易產生酸化，使反應器失穩.低負荷是日常正常維持反應器中微生物活性的最低負荷量，當負荷低于12 g/(L·d)時，日產氣波動較為劇烈.故最終選取低負荷為12 g/(L·d)，高負荷為20 g/(L·d)[11].實驗采用溫度為(35±1)℃.每5 d取樣測試常規理化指標，在反應的第0天，第5天，第10天，第20天，第30天取樣進行16S rDNA測序，實驗周期均為30 d.G1、G2、G3、G4、G5分別代表高負荷基質條件下的第0天、第5天、第10天、第20天、第30天取樣編號，C1、C2、C3、C4、C5分別代表低負荷基質條件下的第0天、第5天、第10天、第20天、第30天取樣編號.

1.4 理化指標分析方法

pH采用pH計(HANNA)測定.樣品以9 000 r/min離心20 min后，取上清液過 0.45 μm 濾膜后測量氨氮.TS、VS采用重量法測定.氣體體積采用抽氣法測定，具體檢測的氣體成分為CH4、CO2，氣體成分含量采用氣相色譜法(Agileat)測定.

1.5 Ⅰllumina HiSeq PE250高通量測序分析

1.5.1 樣品DNA提取

樣品DNA提取采用Tiangen soil gene extraction kit(DP336)試劑盒，按照其說明書進行DNA提取.然后利用Thermo NanoDrop 2000紫外微量分光光度計和1%瓊脂糖凝膠電泳進行總DNA質檢.

1.5.2 采用的特異性引物

16S rDNA擴增選擇區域為V3-V4區，使用的通用引物為341F(5′-CCTACGGGRSGCAGCAG-3′)和806R(5′-GGACTACVVGGGTATCTAATC-3′).在通用引物的5'端加上適合Illumina Miseq PE250測序的Index序列和接頭序列，完成特異性引物的設計.

1.5.3 PCR擴增和產物純化

以稀釋后的基因組DNA為模板，使用KAPA HiFi Hotstart ReadyMix PCR kit高保真酶進行PCR，確保擴增的準確性和高效性.用2%瓊脂糖凝膠電泳檢測PCR產物，并用AxyPrep DNA凝膠回收試劑盒(AXYGEN公司)切膠回收PCR產物. 回收后，利用Thermo NanoDrop 2000紫外微量分光光度計和2%瓊脂糖凝膠電泳進行文庫質檢.

1.5.4 Illumina 測序

樣品送上海銳翌生物科技有限公司，使用Illumina Miseq PE250進行上機測序.對原始數據進行QC后，用Usearch軟件對數據進行去嵌合體和聚類分析.Usearch聚類時，先將Reads按照豐度從大到小排序，通過97%相似度進行聚類，得到OTU，每個OTU可代表一個物種.統計每個樣品匹配到OTU的Reads數，為避免因樣品測序數據大小不同造成分析的偏差，在測序深度足夠的情況下，依據匹配到OTU的最小序列數進行隨機抽平處理，進行Alpha多樣性分析.從每個OTU中分別提取一條Read作為代表序列，將該代表序列與RDP數據庫比對，對每個OTU進行物種分類，得到物種豐度表，進行后續分析.

2 結果與討論

2.1 厭氧消化性能參數

由于秸稈具有較高的碳氮比，作為單一發酵物質，易出現發酵時間過長、降解率低的現象.郝鑫等[12]研究了秸稈和餐廚垃圾不同配合比條件下對產氣性能的影響，結果表明,餐廚垃圾和秸稈以1∶1的質量比進行厭氧發酵時，產氣量最高，為347 mL/g VS.Pei等[13]研究表明，餐廚垃圾與秸稈的質量比為3∶1時，共消化產氣效果最好，甲烷產量比秸稈單獨消化提高了70%.王曉嬌等[14]研究了不同種類的糞便(牛糞、豬糞、雞糞)與小麥秸稈混合發酵的特性，結果表明，3種原料混合發酵的累計產氣量均高于單一原料發酵.蛋白質和脂肪在餐廚垃圾中的含量較高，污泥中含有厭氧過程所需營養元素，但其碳氮比較低.糞便中有機質含量較高，產氣速度快但含有厭氧發酵抑制因子.綜合比較發現，以多種混合底物為基質的厭氧發酵體系較以單一底物為基質的厭氧體系具有更強的發酵潛力，多種底物的聯合厭氧發酵可以彌補單一底物在營養物質組成上的劣勢，從而優化營養物質組成的配比，進行更為平衡可控的厭氧發酵進程.

表2 不同負荷下的理化性質

2.2 微生物群落多樣性分析

在OTU為97%的相似性水平下，對厭氧消化過程中微生物群落多樣性進行分析比較.Chao指數用來估計樣品所含OTU的總數.由表3數據可知，測序數據量較為合理，測序條數很好的覆蓋到樣品中的大部分微生物，測序結果較為可靠.

Shannon指數用來估算微生物群落多樣性的高低，Shannon值越大，多樣性越高.由表3可知，兩種負荷的基質條件下，Shannon值都較大且較為接近，說明了在兩種條件下，生物群落的多樣性都較為豐富，且微生物群落的組成也較為相似，整體微生物種群在實驗階段，未發生巨大的波動，說明反應器運行狀況較為平穩.

Simpson 指數體現了優勢物種生物量占群落生物總量的比重，該指數越大表明優勢菌群生物量占總生物量比重越大，反之則表示優勢菌群生物量占總生物量比重越小[15].由表3可知，高負荷基質條件下的Simpson指數值更為接近，都在0.06左右，而低負荷基質條件下的Simpson指數值較高負荷條件更為分散，最小為0.05，最大為0.08，說明在整個高負荷基質體系下優勢種群的穩定性較低負荷體系下更高.但總體來看，在兩種基質條件下，優勢種群在整個群落中都基本占據了比較大的優勢地位，且優勢程度也較為類似，說明兩種條件下反應器中優勢種群的優勢地位維持程度良好.

2.3 微生物群落結構分布特征

本研究中共檢測到的前20個門中，古菌群落在高負荷基質條件下在整個微生物群落中平均占據8.43%，包括2個門，分別是占據0.18%泉古菌門(Crenarchaeota)、占據8.25%廣古菌門(Euryarchaeota)，細菌在整個微生物群落中平均占據91.57%.古菌群落在低負荷基質條件下在整個微生物群落中平均占據5.65%，包括2個門，分別是占據0.40%泉古菌門(Crenarchaeota)、占據5.25%廣古菌門(Euryarchaeota)，細菌在整個微生物群落中平均占據94.35%.測序結果表明,秸稈污泥厭氧消化微生物中細菌群落比古菌群落更加豐富多樣，這與Sundberg等[16]研究的厭氧發酵微生物群落中各種群占比的結果類似.

表3 C組和G組的相關測序指數

高負荷基質條件下，由圖1可知，在門分類水平上，相對豐度大于5%的優勢菌有：51.06%的擬桿菌門(Bacteroidetes)、11.65%的厚壁菌門(Firmicutes)、8.25%的廣古菌門(Euryarchaeota)、8.24%的Cloacimonetes、6.02%的互養菌門(Synergistetes)、5.69%的綠彎菌門(Chloroflexi)、5.21%的變形菌門(Proteobacteria).低負荷基質條件下，占比最高的是相對豐度為50.78%的擬桿菌門，其次是7.67%的Cloacimonetes、6.46%的互養菌門(Synergistetes)、6.33%的厚壁菌門(Firmicutes)等，低負荷與高負荷基質條件下菌群類型基本一致，只是各種群相對豐度有所不同.在高負荷基質條件下，相對豐度最高的是擬桿菌門和厚壁菌門，兩者常見于各類厭氧發酵裝置中，其中部分擬桿菌具有降解纖維素的能力[17].擬桿菌門(Bacteroidetes)己被證明是厭氧環境中有降解大分子碳水化合物的產酸微生物群落[18].厚壁菌門能夠產生降解復雜有機物的纖維素酶、蛋白酶和各種胞外水解酶[19].Klock 等[20]做了青貯飼用甜菜厭氧發酵過程中的微生物群落結構分析，發現厚壁菌門(Firmicutes)、δ-變形菌門(Delta-Proteobacteria)和擬桿菌門(Bacteroidetes)為最優勢的種群.李雪[21]研究了青貯秸稈、水稻秸稈、干玉稈和煙草秸稈厭氧發酵中優勢菌群的狀況，結果表明，4種秸稈共有的優勢菌群(基于門分類)為厚壁菌門、擬桿菌門、綠彎菌門、甲烷八疊球菌門.上述研究及實驗結果表明，在富含纖維素成分的厭氧底物發酵過程中，擬桿菌門和厚壁菌門的微生物群落發揮著十分重要的作用.

圖1 C組和G組在不同階段的門水平上的微生物群落分布

在本實驗中，擬桿菌門占比較高，由于擬桿菌門是厭氧環境中主要的產酸微生物群落，且有一部分擬桿菌門能夠分解纖維素，說明在整個厭氧反應體系中，水解產酸代謝活動較為旺盛，整個反應體系運行狀況良好.與此同時，擬桿菌門和厚壁菌門，兩者常見于健康人體的胃腸道細菌中，占比多于90%[22].在本實驗中，對每日進料的秸稈污泥也做了高通量測序分析，結果表明，基質中的主要優勢菌群也為擬桿菌門和厚壁菌門，故分析擬桿菌門占比較高的另一個原因有可能是市政剩余污泥中含有大量來自人體消化道的擬桿菌門群落.

由圖2可知，擬桿菌綱(Bacteroidia)在高、低兩種負荷條件下的相對豐度都較高，分別為50.25%，45.69%.甲烷微菌綱(Methanomicrobia)在低負荷基質條件下的相對豐度變化不大，均在8%左右，而在高負荷基質條件下的相對豐度波動較大，最低為G2的1.2%，最高則為G4的21%.有可能是由于高負荷的基質擾動了甲烷微菌綱正常的生長代謝，造成了一定的波動.其余菌群在兩種條件下相對豐度總體變化不大.

圖2 C組和G組在不同階段的綱水平上的微生物群落分布

圖3為屬分類水平上細菌群落結構狀況，相較于門和綱分類水平看，各菌群在兩種條件下的相對豐度都有不同的表現，各菌群的相對豐度都處在一個動態的變化之中.在高負荷基質條件下，CandidatusCloacamonas、Thermovirga、Methanothrix這3種屬細菌的相對豐度占據了比較大的優勢.戚緒亮[23]的研究表明，在利用EGSB反應器進行皮革廢水甲烷化的過程中，CandidatusCloacamonas具有厭氧產氫的功能且含量最高.Thermovirga是屬于梭菌綱(Clostridia)互營單胞菌科下的一種菌.Methanothrix的波動較大，為乙酸型產甲烷古菌.在低負荷基質條件下，當CandidatusCloacamonas的相對豐度較高時，Methanothrix的相對豐度則較低(C1、C2樣)，而當Methanothrix的相對豐度較高時，CandidatusCloacamonas的相對豐度則有所降低，兩者相對豐度變化的可能原因是對有關底物存在著一定的競爭關系.在低負荷基質條件下，Gp18的相對豐度較高負荷條件下略高.其余菌群的相對豐度都較低，在測序結果中，還包含著大量的其他種類的細菌，雖不屬于優勢菌種，但也是秸稈污泥厭氧發酵微生物群落的重要組成部分.

在高低兩種負荷基質條件下，產甲烷古菌的相對豐度發生了明顯變化，在高負荷條件下比低負荷條件高約2.78%.在低負荷基質條件下，由于每日輸入反應器的秸稈污泥量較少，整個微生物群落處于饑餓狀態，且由于產甲烷古菌的相對豐度較不產甲烷菌處于劣勢，其對物質、能量的競爭攝取能力也不如不產甲烷菌強勢，所以，在低負荷條件下，產甲烷古菌的相對豐度較高負荷條件較低.在高負荷條件下，甲烷產量比低負荷條件下高出近1倍，說明產甲烷古菌相對豐度的變化會導致產甲烷量的變化.這種變化是一種直接的影響，因為產甲烷古菌在整個厭氧消化體系中扮演著消費者的角色，其要利用不產甲烷菌在水解酸化階段產生的各種代謝中間產物來代謝生產甲烷，產甲烷古菌在整個微生物群落中相對豐度的增加，說明了產甲烷古菌的代謝活動更為旺盛，所以，在高負荷條件下的甲烷產量更高.進一步說明了產甲烷古菌的相對豐度和產氣量存在著一定的正相關關系.

2.4 微生物的系統進化關系

在分子進化研究中有必要進一步研究系統內部各微生物種群的進化關系，通過系統進化關系推斷揭示某一分類水平OTUs 序列間堿基的差異，結合各個OTUs 序列所代表的物種注釋信息，進而構建物種進化樹，便可了解生物進化歷史和機制.微生物之間在系統進化樹中的枝長越短表明微生物之間的系統發育越近.分支的顏色表示對應的不同門分類水平.

高負荷條件下，系統進化樹主要分為3大分支.第1大主分支主要由變形菌門(Proteobacteria)、綠彎菌門(Chloroflexi)酸桿菌門(Acidobacteria)、疣微菌門(Verrucomicrobia)等組成，第2大主分支由厚壁菌門(Firmicutes)、梭桿菌門(Fusobacteria)、纖維桿菌門(Fibrobacteres)、柔膜菌門(Tenericutes)組成，第3大分支主要由廣古菌門(Euryarchaeota)、擬桿菌門(Bacteroidetes)、放線菌門(Actinobacteria)等組成.在低負荷基質條件下，系統進化樹主要分為3大分支.第1大主分支由變形菌門(Proteobacteria)和酸桿菌門(Acidobacteria)組成，第2大主分支由厚壁菌門(Firmicutes)，纖維桿菌門(Fibrobacteres),互養菌門(Synergistetes)組成，第3大分支由其余菌群組成，包括廣古菌門(Euryarchaeota)、擬桿菌門(Bacteroidetes)、綠彎菌門(Chloroflexi)等.2種條件下的微生物系統進化不盡相同，說明微生物群落在不同基質負荷條件下的進化關系存在一定的差異，微生物種群在面對不同的營養負荷類型時，存在一定的群落差異.

根據圖4中各微生物群落進化樹枝長的長短情況來看，Firmicutes、Fibrobacteres、Synergistetes間枝長較短，且屬于同一分枝，說明它們之間的親緣關系較近.Euryarchaeota的枝長與其他菌的枝長相比較長，從系統發育上來講Euryarchaeota與其他菌的親緣關系較遠.但是Pacearchaeota中的AR13，Parcubacteria中的某些未被分類的菌群，這些未被分類的菌群與Euryarchaeota中的產甲烷菌系統發育較近，親緣關系較接近，因此，可推斷出這些未被分類的菌群中有些菌群可能與產甲烷相關.這些未被分類的菌群是否具有產甲烷的潛力，還需要進一步深入研究.

圖4 C組的系統進化樹

在兩種負荷基質條件下，如圖4,5所示,均檢測到12種產甲烷菌屬，包括甲烷食甲基菌屬(Methanomethylovorans)、甲烷八疊球菌屬(Methanosarcina)、甲烷發菌屬(Methanothrix)、甲烷螺菌(Methanospirillum)、甲烷囊菌屬(Methanoculleus)、甲烷粒菌屬(Methanocorpusculum)、甲烷泡菌屬(Methanofollis)、mathanoregula、甲烷繩菌屬(Methanolinea)、Methanomassiliicoccus、甲烷桿菌屬(Methanobacterium)、甲烷短桿菌(Methanobrevibacter).其中Methanomethylovorans、Methanomassiliicoccus屬于甲基營養型產甲烷菌.甲基營養型產甲烷菌能利用甲基類化合物(如甲醇)、甲胺類化合物(如甲胺、二甲胺、三甲胺)和甲基硫化合物(如甲硫醇、二甲基硫)進行產 CH4生長[24].Methanospirillum、Methanoculleus、Methanocorpusculum、Methanofollis、Methanolinea、Methanobrevibacter屬于氫營養型產甲烷菌，氫營養型產甲烷古菌利用 H2、甲酸鹽等電子供體還原 CO2產生 CH4[24].Methanothrix是專性乙酸營養型產甲烷古菌，乙酸營養型產甲烷古菌只利用乙酸產生CH4和CO2[24].Methanosarcina代謝類型多樣，包括氫營養型、甲基營養型和乙酸型產甲烷菌；Methanobacterium中有些屬于氫營養型產甲烷菌，有些屬于甲基營養型產甲烷菌.孔德望等[25]研究了豬糞厭氧發酵消化液回流體系微生物群落結構特征，結果表明，該體系中微生物以梭菌屬和甲烷八疊球菌屬為優勢菌屬，產氣率隨其相對豐度的增大而升高，而與甲烷短桿菌屬和甲烷球菌屬的相對豐度變化呈負相關.張蕾等[26]研究了規模化秸稈沼氣發酵反應器中的微生物群落特征，得出秸稈沼氣反應器中，產甲烷古菌種類較少，大部分屬于氫營養型甲烷菌，甲烷鬃菌屬(Methanosaeta)為優勢種群.說明在不同底物條件下，各厭氧反應器中的產甲烷優勢菌屬也不盡相同.相較于以其他基質為底物的厭氧消化過程中產甲烷菌屬代謝類型單一的特點，秸稈污泥厭氧消化過程中產甲烷菌屬代謝類型較為多樣.

圖5 G組的系統進化樹

檢測到的12種產甲烷菌屬絕大部分屬于廣古菌門，其代謝類型豐富多樣，包括甲基營養型、氫營養型、專性乙酸營養型，可利用甲基類化合物、甲胺類化合物、甲基硫化物、乙酸、H2、甲酸鹽等電子供體還原 CO2產甲烷.在高基質負荷狀態下，為不產甲烷菌、產甲烷菌提供了更高的物質、能量基礎(基質負荷提高了66.7%)，充分發揮了兩者相互協同產甲烷的潛能，且厚壁菌門、廣古菌門的相對豐度也較低基質負荷有了一定的提高，進一步促進了基質轉甲烷過程，使得產氣量增加了95.2%，說明了提高基質負荷有利于厭氧消化過程的產氣.

實驗結果說明在秸稈污泥厭氧發酵體系下，產甲烷古菌種類較為豐富，3種營養類型的產甲烷古菌都能在體系中檢出.由于基質中市政污泥的成分較為復雜，有機物種類含量豐富，為產甲烷古菌的生長代謝提供了廣泛的物質基礎，各產甲烷古菌利用不同的底物發酵中間產物來進行產甲烷.與此同時，厭氧消化的物料成分復雜，參與厭氧消化的微生物群落多變，產甲烷古菌的生長條件比較苛刻，容易受到環境因子(如pH、O2、溫度和銨)的干擾[27].在一個穩定的厭氧消化系統中，產甲烷古菌和不產甲烷菌擁有一種動態平衡的關系，即兩者相互聯系、相互依賴、相互影響、相互制約.不產甲烷菌為產甲烷古菌提供生長和行使功能必要的基質，后者又為前者解除生化反應的反饋抑制，對發酵系統中有機物的降解起著質子調節、電子調節和營養調節的作用[28].綜合整個實驗結果來看，秸稈污泥厭氧共消化體系中微生物的代謝途徑較為豐富，各種微生物群落生長代謝相互依存、相互平衡，具有一定的抗沖擊負荷，建立了較為平衡的穩態緩沖體系.

3 結 論

1)以秸稈污泥為基質的厭氧消化體系中，基質負荷提高66.7%，產氣量增加了95.2%，說明了在適當的范圍內，提高基質負荷有利于厭氧消化過程的產氣即基質轉甲烷過程.

2)隨著基質負荷的提高，厚壁菌門、廣古菌門的相對豐度也隨之增加，兩者增強了厭氧消化的程度.相較于以其他底物為基質的厭氧消化過程中擬桿菌門相對豐度占比不高的狀況，在秸稈污泥厭氧消化體系中，不同基質負荷條件下擬桿菌門的細菌都是相對豐度占比最高的菌屬，以其他基質為底物的厭氧消化過程中的優勢菌群如厚壁菌門、變形菌門則為次優勢菌屬，這可能與擬桿菌門中的一些細菌具有能降解纖維素的能力有關.

3)秸稈污泥厭氧消化體系中，細菌較古菌具有更高的豐度，相較于以其他底物為基質的厭氧消化過程中古菌代謝類型較為單一的狀況，以秸稈污泥為底物的厭氧消化反應中古菌群落代謝類型多樣，分屬氫營養型、甲基營養型、乙酸營養型，表明各種微生物群落生長代謝相互依存、相互平衡，具有一定的抗沖擊負荷，建立了較為平衡的穩態緩沖體系.