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氮元素是堆肥微环境中的主要元素之一,它是合成核酸和蛋白质所必须的元素,堆肥产品中氮元素的含量直接决定了堆肥产品品质。抗生素和重金属在饲料中的过量添加使畜禽粪便中残留了大量的抗生素和重金属,它们的存在可能会影响好氧堆肥体系中的氮素转化过程,但仍缺乏相关的研究。氮素转化还与氮素转化功能基因的丰度密切相关,却很少有文献结合氮素转化功能基因从分子微生物层面系统地解析好氧堆肥体系的氮素转化过程。抗生素的广泛使用还造成了新型污染物—抗生素抗性基因（ARGs）的产生,堆肥物料中抗生素和重金属的存在可能会影响堆肥过程ARGs的迁移转化,目前有关抗生素和重金属共存环境下ARGs的迁移转化机制仍不清晰。本论文开展抗生素和重金属残留猪粪堆肥过程中氮素转化功能基因及ARGs变化的相关研究,以揭示抗生素和重金属复合污染环境下猪粪堆肥过程中氮素转化及ARGs赋存的生物学机制。针对抗生素和重金属残留猪粪堆肥过程NH3和N2O释放及ARGs扩散的问题,提出草木灰、粉煤灰及臭氧等调控方法,并阐明其削减机制。论文首先研究了抗生素残留对猪粪堆肥过程氮素转化及ARGs的影响。研究发现猪粪中单独存在5 mg kg-1DW（干物质）磺胺甲恶唑、单独存在5 mg kg-1DW诺氟沙星、同时存在5 mg kg-1DW磺胺甲恶唑和5 mg kg-1DW诺氟沙星时,堆肥过程均可顺利完成。磺胺甲恶唑和诺氟沙星均提高了堆肥前13天的NO2--N含量,降低第2天硝化功能基因amo A和nxr A的丰度,提高第21天反硝化功能基因nos Z/nir K比值。磺胺甲恶唑和诺氟沙星单独存在会增加NH3累积释放量,这归因于amo A的降低;磺胺甲恶唑和诺氟沙星同时存在降低了NH3累积释放量,这与物料中较低的NH4+-N含量及p H值有关。堆肥过程出现了两个N2O释放峰期,磺胺甲恶唑单独存在会显著增加堆肥前期N2O释放速率,这与nxr A的降低有关;磺胺甲恶唑和诺氟沙星都会降低降温期N2O释放速率,且磺胺甲恶唑和诺氟沙星同时存在的处理中N2O释放速率最低,这与nos Z/nir K比值增加有关。磺胺甲恶唑和诺氟沙星会增加堆肥体系中ARGs和可移动遗传元件（MGEs）的丰度,而且磺胺甲恶唑和诺氟沙星同时存在的处理中ARGs和MGEs的丰度高于磺胺甲恶唑和单独诺氟沙星单独存在的处理。抗生素单独存在环境下ARGs的变化与堆肥物料的理化特性及MGEs呈显著正相关,说明抗生素对ARGs的影响是通过改变堆肥的理化特性和影响ARGs的水平转移。猪粪中经常会出现抗生素和重金属共存的现象,因此在研究抗生素存在对猪粪堆肥过程氮素转化及ARGs影响的基础上,进一步研究抗生素和重金属残留对猪粪堆肥过程氮素转化及ARGs的影响。当猪粪中单独存在5 mg kg-1DW磺胺甲恶唑、单独存在2000 mg kg-1DW铜、同时存在5 mg kg-1DW磺胺甲恶唑和2000 mg kg-1DW铜时,均会在堆肥前13天内降低NO3--N含量、提高NO2--N含量、降低amo A、hao和nxr A的丰度,提高堆肥第2天反硝化功能基因nar G的丰度及堆肥第21天时nos Z/nir K比值。磺胺甲恶唑单独存在、铜单独存在、磺胺甲恶唑和铜同时存在均增加了NH3累积释放量,且磺胺甲恶唑和铜同时存在的处理中NH3累积释放量最高,这与amo A基因受到抑制有关。堆肥过程出现了两个N2O释放峰期,铜单独存在、磺胺甲恶唑和铜同时存在增加了第一个峰期内N2O的释放速率,这归因于物料中nar G的增加;但会降低第二个峰期内N2O的释放速率,这与nos Z/nir K比值的增加有关。磺胺甲恶唑和铜均会提高ARGs和MGEs的总丰度,且磺胺甲恶唑和铜同时存在的处理中ARGs和MGEs的丰度最高。铜单独存在、磺胺甲恶唑和铜同时存在还会增加重金属抗性基因（MRGs）的相对丰度。抗生素和重金属共存环境下影响ARGs的主要因素有宿主细菌、水平基因转移和重金属产生的共选择压力。研究粉煤灰和草木灰对猪粪堆肥过程氮素转化以及ARGs影响,考察臭氧对堆肥产品中ARGs的削减效能。结果表明投加占猪粪重量10%的草木灰和10%的粉煤灰会提高物料p H值,降低可生物利用态铜和NH4+-N含量。草木灰还提高了堆肥前期物料中hao的丰度和NO2--N含量,降低nos Z/nir K比值,降低堆肥降温期及腐熟期物料中hao的丰度和NO2--N含量。粉煤灰降低了整个堆肥过程中amo A和hao的丰度和NO2--N含量,提高堆肥第5天nos Z/nir K比值。草木灰降低了NH4+-N含量进而降低NH3累积释放量;粉煤灰会降低amo A、提高p H从而导致NH3累积释放量增加。堆肥过程出现了两个N2O释放峰期,草木灰提高了第一个释放峰期内的N2O释放速率,降低了第二个释放峰期内的N2O释放速率,粉煤灰同时降低了两个释放峰期内的N2O释放速率,这均与hao、nos Z/nir K和NO2--N有关。粉煤灰和草木灰均会降低物料中ARGs、MGEs及MRGs的总丰度,对ARGs的削减主要通过降低可生物利用态重金属对ARGs产生的共选择性、减少ARGs的水平转移、降低ARGs潜在宿主细菌的丰度。针对堆肥产品中ARGs大量残留的问题,采用臭氧技术进一步削减堆肥产品中的ARGs。发现臭氧可以降低堆肥产品中总ARGs、总MGEs、胞内ARGs及胞内MGEs的绝对丰度。胞内tet Q和tet W丰度的降低与胞内16S r RNA的降低有关,其他ARGs的变化则与MGEs的丰度有关,而且ARGs潜在宿主细菌丰度的降低也有助于胞内ARGs的去除。