集约化的农业生产带来了点源-面源的复合污染，造成水体污染与温室效应。本研究以亚热带典型丘陵地区金井流域为示范点，以甘薯加工废水为切入点，通过生物能多级转化技术，对甘薯废水中的碳、氮资源进行资源与能源的回收利用开发微生物肥料与生物质气体，并开展了微生物肥料对土壤氮素迁移转化的生物调控机制研究，一方面构建出甘薯加工废水梯级资源化处理技术体系，降低处理能耗，实现甘薯加工废水处理的净产出;另一方面通过农业系统中碳氮元素的高效循环利用，实现了土壤的修复与保育、面源污染的控制和温室气体的减排。论文取得了以下成果:　　(1)以甘薯淀粉废水为原料，通过微生物发酵技术开发出多粘类芽孢杆菌叶面肥，具有发酵工艺简单（pH6.5、温度29.0℃和转速为250r/min）、肥料营养元素丰富安全和生产成本低廉的特点。茶园应用结果显示:多粘类芽孢杆菌可显著提高茶树产量、水浸出物含量和茶多酚含量，分别提高16.7％，6.3％和10.4％，成为有机茶生产的环境友好型肥料。　　(2)在流域农业废弃物循环利用方面，以甘薯加工废水和稻草秸秆为原料，通过液体-半固体联合发酵技术开发绿色木霉菌根施肥，既实现废弃物中碳、氮资源的循环利用（可为流域内茶园提供2.4t C ha-1和58.7kgN ha-1），促进茶树增产（产量增加16.2％～62.2％），又可实现N2O减排与氮素淋失消减。在统一施氮水平(225kg N ha-1yr-1)上与尿素相比，绿色木霉菌肥处理的茶园土壤N2O的排放通量为3.07～9.82g N ha-1d-1，减少33.3％～71.8％;绿色木霉菌肥处理的茶园土壤氮素淋失总量为12.35kg N ha-1yr-1，减少44.7％。　　(3)改进型ABR反应器的COD去除率可达76.2～94.1％，氢气和甲烷的产量分别可达0.70～1.331/m3*d和0.60～1.13m3/m3*d;若将ABR运行水温由常规35℃调整为29.6℃（环境温度条件下的ABR最高运行效率），全年尺度上处理1m3的甘薯加工废水的处理成本由0.8元/m3降低到0.2元/m3。此外厌氧出水土地消纳处理技术可行，可显著增加蔬菜产量和降低N2O排放通量，提高了厌氧技术在亚热带地区的实用性。　　(4)微生物肥料（木霉菌）与氮肥混施可以显著提高作物产量，分别增产21.9％、8.1％并使N2O累积排放通量减少51.4～67.5％。此外微生物肥料促进植物对氮素的吸收，相对提高19.3％和27.3％并减少土壤氮素残留总量，分别降低20.2％和67.3％，可显著降低氮素淋失风险。通过氮素迁移转化通量核算和分子生物学解析相结合的方式，获得了微生物肥料对土壤氮素生物调控机理的初步结论:首先，微生物肥料的生物活性促进了植物对氮素的吸收，降低土壤氮底物浓度，其次微生物肥料促进反硝化过程特别是nosZ基因表达的激增，强化氧化亚氮的还原降低其排放，实现氮素污染的过程控制！