当前世界各国畜禽养殖业均向集约化、规模化飞速发展，导致畜禽粪便排泄物数量大幅度增加。畜禽粪便中含有大量可降解的碳（ C ）、氮 N ）、磷 P ）等成分和 其它微量元素，如果随意弃置在环境中或管理不当，可引起氨挥发、氮淋失和温室气体排放等环境问题。硝酸盐淋失造成的农业面源污染，已经成为危害水生生物和水体质量的主要因素。因此，减少畜禽粪便硝酸盐淋失，维持土壤和水体健康，一直是政府和研究人员的重点关注问题。本论文 选取了北京延庆一奶牛养殖厂附近长期消纳牛粪的玉米地和邻近次生林地， 通过田间调查和和室内培养相结合的方式，利用定量 PCR 和高通量测序技术，分析畜禽粪便还田过程中玉米地土壤硝酸盐和微生物的时空分布特征，以 15 N 同位素示踪畜禽尿液在土壤中的氮素转化过程，同时分析 秸秆添加下畜禽尿液氮转化的微生物机制。论文的主要结果总结如下：
      （1 ）长期施用畜禽粪便的玉米地土壤硝酸盐含量在不同剖面上均显著高于邻近林地土壤，不同季节均存在表层土壤 NO 3 N 向深层土壤迁移的现象。玉米地土壤硝酸盐的 δ 15 N 和 δ 18 O 值范围分别为 +5 ‰ ~ +25 和 5 ‰ ~ +25 ‰ 表明玉米地土壤硝酸盐主要来源于施用的畜禽粪便。 土壤细菌和氮循环相关功能基因拷贝数随着土壤剖面深度而显著降低；利用多因子方差分析发现土地利用方式，季节变化和土壤深度对土壤氨氧化潜势、亚硝酸转化潜势和氮循环相关功能基 因丰度都有显著影响。
      （2 ）通过对玉米地和林地细菌多样性和群落结构的分析，发现玉米地土壤细菌 α 多样性和林地没有显著差异，但不同土壤剖面和季节的玉米地土壤细菌群落结构与林地有显著差异。 玉米地土壤主要细菌类群为 Proteobacteria 门（平均31.8% Chloroflexi 门（平均 14.4% Actinobacteria 门（平均 12.1% Acidobacteria门（平均 11.4%11.4%）和 Bacteroidetes 门（平均 9.2%9.2%）。而林地土壤主要细菌类群为Proteobacteria 门（平均 23.2 %%）、 Actinobacteria 门（平均 18.2%18.2%）、 Acidobacteria 门（平均 17.9%17.9%）和 Chloroflexi 门（平均 12.2 % %）。通过网络分析，发现玉米地细菌共现网络和林地存在显著差异，后者的网络结构更为 紧密 。
      （3 ）以玉米地和林地土壤为研究对象，通过室内培养实验，探讨秸秆添加对畜禽粪尿硝酸盐转化的影响。结果发现秸秆的添加显著增加了玉米地 TN 、 SON和 NO 3 N 含量，且玉米地土壤 N 2 O 和 CO 2 排放量显著高于林地土壤。秸秆添加在整个培养周期内对土壤氨氧化细菌和氨氧化古菌丰度没有显著影响， 但显著增加了土壤反硝化微生物的丰度。通过对不同培养时间土壤细菌多样性进行分析，发现添加秸秆处理土壤细菌 α 多样性显著低于对照；对照处理的细菌群落结构在不同培养时期无显著差异，而添加秸秆的土壤细菌群落结构在不同培养时间内均存在显著差异。通过差异分析，发现林地土壤有 58% 细菌 OTU 对秸秆添加的有富集作用，而在玉米地土壤中仅有 34% 。
      通过以上研究发现畜禽粪便的长期施用引起土壤硝酸盐的累积，同时由于其携带的大量碳氮等养分的输入，对土壤微生物群落有显著影响。秸秆的施用可以促使土壤有效态氮转化为土壤有机氮，而不同肥力的土壤对秸秆调控畜禽粪便氮转化的能力存在显著差异。研究结果 对于 认识畜禽粪便还田 处理对土壤氮循环过程的影响具有积极意义，同时对于农田科学施肥防控氮素损失及农业面源污染提供理论依据。