针对我国沼气工程中单一秸秆发酵产气效率低且不稳定、易酸化等问题,以农业废弃物中产生量较大的牛粪、玉米秸秆、小麦秸秆、水稻秸秆为厌氧发酵原料,发酵体系含固率为10%、发酵温度为35℃条件下,分别进行单一与混合厌氧发酵45天。分析了牛粪分别与三种秸秆混合厌氧发酵的产甲烷特性及发酵过程中的差异,并根据试验结果进行了经济效益分析,以期为实际沼气工程的运行提供理论参考。对秸秆单一发酵及牛粪分别与三种秸秆发酵过程中各处理甲烷产量、pH、NH4+-N、VFAs浓度等理化指标进行分析,并研究了各处理动力学模型特征。结果表明,单一秸秆发酵体系中添加牛粪可有效缩短发酵体系的延滞期、提高甲烷产量,并可增大体系缓冲能力,防止出现酸败现象;牛粪分别与玉米、小麦、水稻三种秸秆混合厌氧发酵体系的最佳粪秆比分别为2:1,1:1,3:1,累积甲烷产量分别为272.99 mL/g VS,153.22mL/g VS,167.73 mL/g VS;牛粪与玉米秸秆2:1发酵体系具有最大甲烷生产速率及最佳pH稳定性,牛粪与水稻秸秆3:1发酵体系具有最短延滞期,牛粪与小麦秸秆混合发酵体系中NH4+-N浓度随牛粪比例增加而增加;各混合体系中增大牛粪比例可增大pH值、VFAs积累速度以及水解速率,有助于增加体系缓冲能力。应用高通量测序技术对最佳粪杆比处理不同发酵时间体系内微生物群落结构特征进行分析测定,并研究了处理内、处理间微生物群落结构差异。结果表明,最佳粪杆比下牛粪分别与三种秸秆混合发酵在发酵过程中微生物优势菌群相同,但牛粪与玉米秸秆、牛粪与水稻秸秆混合发酵体系微生物群落结构更为相似。其中各处理门分类水平下细菌优势菌群为Bacteroidetes,Firmicutes,古菌优势菌群为Euryarchaeota;属分类水平下细菌优势菌群为Petrimonas,Longilinea,Ruminofilibacter,Sedimentibacter,古菌优势菌群为Methanosarcina,Methanosaeta。另外,牛粪与小麦秸秆1:1处理中WS6菌群有较高丰度且高于其他二者。拟将试验结果应用于中型沼气工程,使用净现值、内部收益率、动态投资回收期对其进行经济效益评估。结果表明,在牛粪与作物秸秆发酵体系中,最佳经济效益分别为牛粪与玉米秸秆粪秆比为2:1方案(净现值$ 374 792)、牛粪与小麦秸秆粪秆比为3:1方案(净现值$ 260 147)、牛粪与水稻秸秆粪秆比为3:1(净现值$359 420)。牛粪与小麦秸秆粪秆比1:1时对风险的抵抗能力最差,牛粪与玉米秸秆厌氧共发酵粪秆比2:1时敏感性最低,对风险抵抗能力最强。