近年来,以氮磷为主的农业非点源污染己成为水环境的最大污染源之一。生态沟渠系统是控制农业非点源污染的有效措施,沟渠中上覆水与底泥间隙水间存在着氮磷营养交换,底泥间隙水中的氮磷是沟渠重要的内源污染来源,目前对生态沟渠排水动态条件下底泥间隙水和上覆水中氮磷的输移分布规律鲜有研究;同时,生态排水沟渠中植物、微生物、基质和水力条件等有其各自的作用特点,通过将底泥微生物群落结构、低水坝基质微观形态、水力条件等与生态沟渠中底泥间隙水和上覆水中的氮磷输移分布规律相结合进行研究,有助于揭示生态沟渠对氮磷的拦截效应。本文以天津市津南区小站稻田排水沟渠为研究对象,首先,对2017年6月26日至2017年9月25日水稻生长期间沟渠上覆水和沟渠表层(25cm)及较深层(50cm)土壤间隙水中的氮、磷浓度变化和分布进行了跟踪监测与分析;其次,依据天津小站现场实际情况,通过探究不同植物和基质的氮磷净化效果与吸附性能,于室内构建了组合植物-低水坝的生态排水沟渠中试模型,并以空白土沟(无植物和低水坝)作为对照,在连续进水条件下探究了氮、磷在生态沟渠底泥间隙水和上覆水中的输移分布规律,并观测了生态沟渠中底泥微生物群落结构与低水坝基质微观形态,从微观结构上初步揭示了生态排水沟渠对稻田氮磷的拦截效应;最后,探究了进水流量与污染物浓度对生态沟渠上覆水和底泥间隙水中氮、磷输移分布的影响。研究取得了以下成果:(1)通过对天津小站稻田自然排水沟渠氮、磷的跟踪监测与分析,结果表明:在天津小站水稻生长前期(6月-7月),由于受稻田施肥和排水的影响,沟渠土壤间隙水中会积聚大量的氮、磷,尤其是在沟渠表层土壤(25cm)间隙水中;这些存在于排水沟渠土壤间隙水中的氮、磷会向沟渠上覆水中输移,并成为排水沟渠重要的内源污染源。(2)通过构建组合植物-低水坝的生态排水沟渠中试模型以及对其氮磷拦截效应的试验研究,结果表明:生态沟渠在有效削减底泥间隙水中内源氮的同时,对上覆水中氮也起到了较好的净化效果,一方面,生态沟渠中植物的输氧作用使其具有更高的溶解氧含量,并改善了底泥微环境,使得生态沟渠中底泥微生物的丰度和多样性均高于土沟,尤其是在生物脱氮起核心作用的变形菌门的相对丰度显著提高;另一方面,生态沟渠中低水坝基质具有较大的比表面积和孔隙结构,并附着生长着大量的菌丝体,增强了生态沟渠对水体中污染物的吸附、净化作用。土沟底泥释放的氨氮首先较快进入间隙水中,而后藉由浓度梯度的扩散作用向上覆水输移,而生态沟渠底泥间隙水和上覆水中的氮磷输移分布受植物、微生物等作用影响较大,使得生态沟渠在植物和丰富的微生物活动等共同作用下削弱了这种扩散作用。相较于氨氮,无论土沟还是生态沟渠底泥间隙水与上覆水间硝氮和总氮的浓度梯度扩散作用均相对较弱;然而植物根系会产生酸性物质,这将促进底泥磷释放,使得生态沟渠底泥间隙水中磷素含量升高。(3)通过对生态排水沟渠拦截氮磷的影响因素进行分析,结果表明:在同一进水污染物浓度以及较低流量进水情况下,生态沟渠对总氮、总磷和氨氮的拦截去除效果更好。在高浓度进水情况下生态沟渠上覆水与底泥间隙水间形成了氮、磷浓度梯度,使得上覆水中氮、磷向底泥间隙水中输移,这促进了生态沟渠植物对氮、磷的吸收,因此在较高浓度进水情况下生态沟渠对总氮、总磷的去除效果显著。