我国是农业大国,每年产生的农业废物越来越多,所以很有必要对农业废物的处理及资源化利用进行深入研究。传统的堆肥化方法堆制周期较长,有效促进堆肥化过程中有机质（OM）降解对提高堆肥效率具有十分重要的意义。此外,堆肥化过程中部分氮元素会以NH₃、N₂O、NO_x及N₂等形式损失掉,从而造成环境污染并降低堆肥肥效。因此,有效降低堆肥化过程中的氮素损失对提高堆肥化产品的质量也具有十分重要的意义。为了解决上述问题,本文在农业废物堆肥化体系中添加不同浓度的银纳米材料（AgNPs）和不同类型的铁氧化物纳米材料（FeONPs）,系统地研究它们对OM降解和氮素生物转化的影响。此外,由于堆肥化过程中不同的理化参数对微生物丰度、群落结构的影响程度不同,且不同的微生物类群具有不同的细胞生化代谢特性,它们对相同理化参数的响应也不一样。因此本研究还采用多元统计分析方法研究不同的微生物种群丰度和堆肥体系环境因子之间的关系,从中确定能够显著影响微生物丰度变化的因子,并通过偏冗余分析剔除其他显著因子的影响,计算单个显著因子的单独解释量。这些将为进一步调控优化堆肥化过程中的工艺以及提高堆肥化效率提供良好的理论指导。本论文的具体研究内容及成果包括以下几个方面:（1）在农业废物堆肥化体系中添加较低浓度的AgNPs（2 mg/kg）,以研究其对堆肥化过程中有机质降解和氮素转化的影响。实验设置两组处理,其中空白对照标记为Pile 1;AgNPs处理组标记为Pile 2。研究结果表明在堆肥化过程结束时,Pile 2中的OM损失（57.96%）小于Pile 1（61.66%）,而Pile 1和Pile 2中TOC的降解率分别为初始TOC含量的27.22%和30.1%。Pile 1和Pile 2中WSC的最终含量分别为25642.75 mg/kg干重堆肥和23559.27 mg/kg干重堆肥。因此可以得出此浓度AgNPs存在下,农业废物堆肥化过程OM的降解受到了抑制,而TOC和WSC的矿化则得到了促进。此外,该浓度AgNPs的添加能够减少TN损失,但是却会增加矿物质N的损失,这主要是由于AgNPs处理组的微生物对矿物质N的固持作用,即将矿物质N转化为有机N强于对照组。（2）进一步研究不同添加量的AgNPs调控下堆肥化过程中氮素转化途径及机制,并研究了氮素转化功能酶活性和功能基因丰度及群落多样性的变化。实验设置五组处理,即Pile 1⁵,其中AgNPs添加量分别为0、2、10、20、30 mg/kg堆肥。由于Pile 5中的温度没有满足堆肥要求,因此没有分析该处理中的其他参数。实验结果表明,AgNPs添加量为10 mg/kg堆肥的Pile 3中的矿物质N（6.58g/kg干重堆肥）比其他处理组更高,且其TN损失（47.07%）是所有处理组中最低的。酶活性分析表明,AgNPs具有不同程度的抑制作用。功能基因的定量PCR（qPCR）结果表明在Pile 3中,10 mg/kg堆肥AgNPs的添加对氨单加氧酶编码基因（amoA）、亚硝酸盐氧化还原酶编码基因（nxrA）和Cu-亚硝酸盐还原酶编码基因（nirK）具有最为显著的抑制作用,而相较于对照组,其对膜结合硝酸盐还原酶编码基因（narG）、cd₁-亚硝酸盐还原酶编码基因（nirS）和一氧化二氮还原酶编码基因（nosZ）具有促进作用。皮尔森相关性分析结果表明,在Pile 3中,TN损失与细菌amoA基因丰度之间的关系最为显著,呈负相关。因此,本研究另外还对细菌amoA基因进行了高通量测序分析,结果表明在AgNPs添加量为10mg/kg的处理组堆肥化过程中,氨氧化细菌（AOB）的优势菌科为亚硝化单胞菌科（Nitrosomonadaceae）,且与堆肥第1天相比,OTUs数量在堆肥化过程开始后有所减少。综上所述,AgNPs添加量为10 mg/kg时可以显著降低TN的损失并保留更多的矿物质氮,从而提高堆肥产品的氮素利用效率。（3）不同添加量AgNPs调控下农业废物堆肥化过程中微生物群落丰度和环境变量的多元关系。手动选择结果表明,16S rDNA丰度变化的驱动因子是NO₃^--N,硝化菌丰度变化的驱动因子为pH,而显著影响反硝化菌丰度变化的因素是NO₃^--N和TN。偏RDA进一步揭示NO₃^--N对16S rDNA丰度变化的单独解释量为28.8%（P=0.012）,而pH对硝化菌变化的单独解释量为61.8%（P=0.002）,NO₃^--N和TN对反硝化菌变化的单独解释量分别为34.2%（P=0.002）和9.2%（P=0.026）。实际上,这并不意味着其他环境变量没有影响,因为这些微生物丰度变化中的一部分是由显著性变量和其他非显著性变量的协同作用所引起的。RDA排序图显示,不同的基因与环境参数之间存在着不同的关系。（4）FeONPs调控下农业废物堆肥化过程中OM降解和酶活性的变化。该部分向堆肥体系中分别添加Fe₂O₃ NPs和Fe₃O₄ NPs,添加量为10 mg/kg堆肥。结果表明FeONPs尤其是Fe₂O₃ NPs的添加能够有效促进并加速OM降解以及提高酶活性。RDA和皮尔森相关性分析结果表明虽然酶活性与环境变量之间的关系在不同的处理之间存在差异,但是温度是所有堆肥化处理中同时对DHA和UA的变化影响最为显著的因子（P<0.05）。与DHA相比,UA与环境变量之间的关系更为紧密。种子萌发实验表明,FeONPs尤其是Fe₂O₃ NPs的添加能够促进种子的萌发和幼苗的生长。因此,在堆肥化体系中添加FeONPs特别是Fe₂O₃ NPs是一种有效的方法,可以促进并加速堆肥化过程中OM降解和提高酶活性,并提高最终堆肥产品的质量。（5）进一步研究FeONPs调控对堆肥化过程中氮素保存和微生物群落演替的影响。结果发现FeONPs特别是Fe₂O₃ NPs的添加能够显著降低堆肥化过程中TN的损失并提高矿物质N的保留,且通过抑制NH₄⁺-N的氧化使得FeONPs处理组中能够保留更多的NH₄⁺-N,从而提高堆肥产品氮素利用效率。qPCR结果表明FeONPs处理组中的氨氧化细菌（Ammonia-oxidizing bacteria,AOB）和古菌（Ammonia-oxidizing archaea,AOA）的数量比对照组更低,其中Fe₂O₃ NPs处理组最低。皮尔森相关性分析结果表明AOB在硝化过程中起主导作用,且AOB的减少比AOA的减少对削弱NH₄⁺-N氧化、保留更多NH₄⁺-N和矿物质N、减少TN损失的贡献更大。此外,Fe₂O₃ NPs的添加显著增加了16S rRNA基因的平均丰度（P<0.05）,而Fe₃O₄ NPs的影响并不显著。所有样品的细菌群落在门分类水平上的组成按照不同堆肥阶段分为了3个不同的类群,即1d、5d和17⁶0d,而不是根据不同处理聚类,这说明细菌群落在门分类水平上的组成并没有随着FeONPs的添加而发生显著变化。厚壁菌门（Firmicutes）、放线菌门（Actinobacteria）和变形杆菌门（Proteobacteria）是所有处理中3个最具优势的门类。总的来说,本研究提供了一种有效减少堆肥化过程中TN损失以及提高矿物质N储量的方法,并对AOB和AOA在氮素转化中的作用有了更加深刻的认识。（6）考察FeONPs调控下堆肥化过程中不同的微生物种群丰度（细菌、真菌、放线菌）的变化及与堆肥基质参数之间的多元关系。实验设置3个处理:T-control为空白对照组,不添加任何FeONPs,T-nanohematite和T-nanomagnetite分别添加Fe₂O₃ NPs和Fe₃O₄ NPs,添加量为10 mg/kg堆肥。实验结果表明Fe₂O₃ NPs的添加更有利于增加细菌和真菌的丰度,而Fe₃O₄ NPs的添加更有利于增加放线菌的丰度。RDA分析结果表明温度是所有处理中对微生物丰度变化影响最为显著的因子。PLS-PM结果进一步表明在T-control和T-nanomagnetite中,由于温度的直接和间接效应均为正面效应,其总效应有所增加。在T-nanohematite中,由于其直接效应是正面的,而间接效应是负面的,所以其总效应显著降低。偏RDA表明细菌、真菌和放线菌与堆肥参数之间存在不同的关系,总体而言,放线菌对堆肥参数的变化比细菌和真菌更为敏感。