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堆肥化用于处理农业废物已经得到了广泛的应用，但由于堆肥化过程中氮素的损失会产生臭气并导致堆肥产品质量下降，研究堆肥过程中氮素的转移转化规律具有重要的实际意义。反硝化作用也称硝酸盐呼吸，是在缺氧条件下，反硝化细菌通过一系列的酶催化还原反应将氮氧化合物NO3-，NO2-还原成气态氮（NO、N2O、N2），在氮素循环过程中起着重要的作用。在农业废物好氧堆肥过程中，将反硝化作用作为切入点，通过对堆肥体系中环境因子的检测以及利用分子生物学的方法对反硝化细菌进行研究，分析他们的多样性及与环境因子之间存在的关系，可以为减少氮素损失、堆肥工艺的优化提供理论指导。参与反硝化过程的四种反硝化基因分别为Nar、Nir、Nor、Nos，每种基因分别编码对应的一种还原酶：硝酸盐还原酶、亚硝酸还原酶、一氧化氮还原酶和氧化亚氮还原酶。其中亚硝酸还原酶（Nir）将NO2-还原成NO的过程是反硝化过程中第一个产生气体的关键步骤，亚硝酸还原酶有2种不同的结构形态：其中一种酶由含铜基(Cu-nir)的nirK基因编码，另一种由含有亚铁血红素c和d1(cd1-nir)的nirS基因编码。本研究模拟农业废物好氧堆肥过程，采用稻草秸秆等原料，使用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳（PCR-DGGE）技术研究了堆肥化过程中反硝化细菌nirK和nirS基因的种群动态变化特征。反硝化细菌nirK和nirS基因在整个堆肥进程中均有存在，克隆测序和系统发育树构建结果表明，nirK基因主要集中于Alcaligenaceae、Phyllobacteriaceae、Bradyrhizobiaceae、Rhizobiaceae、Rhodobacteraceae和Brucellaceae6个属。nirS基因主要属于Pseudomonadaceae和Rhodocyclaceae这两大属。两种反硝化还原酶基因的DGGE图谱显示，nirK和nirS基因的多样性指数在堆肥的不同时期数值都不同，多样性指数在堆肥升温期和高温期达到最大，在第15天降到最低值。15d后，两种基因的多样性指数缓慢增加，堆肥后期，多样性指数趋于稳定。在堆肥期间的不同时间进行取样，对pH、堆体温度、NH4+-N、NO3--N环境因子进行监测。结果表明，堆肥期间出现了62℃的高温，且高温期持续了8d，满足了达到堆肥腐熟的条件和卫生学指标；此次堆肥过程pH整体在7.15~9.45之间波动，至堆肥完成时呈碱性，有利于微生物有效的发挥作用；在堆肥前期NH4+-N含量迅速上升，在第5天时含量至最高2122.20mg kg-1（干样计算），之后其含量呈持续降低；而NO3--N的含量在堆肥才开始不久时有明显的增加，3d~12d之间渐渐呈下降趋势，其含量整体都处于一个相对低的水平，但在堆肥中后期时，其含量又慢慢增加，一直到堆肥完成时，其含量为1401mg kg-1（以干样计）。从以上各个环境因子的监测情况来看，我们在实验室成功地模拟了农业废物好氧堆肥的全过程。对反硝化细菌nirK和nirS基因DGGE图谱去除背景噪音后进行条带匹配分析，以条带在不同泳道中亮度峰值的百分含量构建反硝化细菌nirK和nirS基因的物种组成矩阵。将监测得到的堆体温度、pH、含水率、铵态氮、硝态氮等4个过程因子进行标准化后构造环境因子矩阵，以去除因子量纲不同对后续多元分析的干扰。使用Canoco4.5软件对获得的反硝化细菌nirK和nirS基因种群数据与堆肥过程因子进行冗余分析。结果显示，这些过程因子分别解释了81.1%和70.2%的nirK和nirS种群的变化。nirK和nirS基因种群组成的动态变化均与堆体温度、pH显著相关。堆体温度单独解释了14.4%（P=0.002）的反硝化细菌nirK基因种群，pH解释了19.6%（P=0.004）。堆体温度和pH分别解释了16.4%（P=0.002）和7.9%（P=0.04）的反硝化细菌nirS基因物种组成。