水污染和全球气候变暖是当今社会面临的两大环境问题,污水排放量的增加与大气中温室气体浓度的升高密切相关。人工湿地因其建设运营成本低、操作简单等优点,被广泛应用于养殖废水、生活污水、富营养化水体等方面的治理,但由于传统人工湿地溶解氧（DO）分布不均、扩散速率慢,导致脱氮效率不高、氧化亚氮（N2O）排放量大等问题。生物炭因具有结构性能好、比表面积大等优点,被作为填料改良剂,用于强化湿地污染物去除、改善微生物种群结构、调控N2O排放。但是,由于湿地特殊的内部环境导致微生物种类繁多、氮素转化过程复杂,生物炭对人工湿地中N2O产排途径的影响及微生物的响应机制尚不明晰。本文通过构建生物炭与砾石体积比为0%、10%、20%、30%和40%的微型曝气潜流人工湿地系统（分别命名为CW0、BW10、BW20、BW30和BW40）,研究生物炭投加对曝气湿地污染物去除及N2O释放的影响;采用化学抑制法和同位素特征值法量化N2O的产生途径;运用Illumina Miseq高通量测序及实时荧光定量PCR（q-PCR）技术,从微生物学角度解析生物炭对湿地中N2O排放的作用机制,为生物炭在人工湿地工程中的应用提供理论依据及技术支持。主要研究结果如下:（1）生物炭投加可以显著提高湿地中曝气段的DO浓度;而生物炭湿地出水DO较对照湿地略有降低,但差异不显著（p>0.05）。生物炭的投加显著降低了湿地出水p H值,但不同生物炭投加量对p H值的影响不显著（p>0.05）。湿地系统出水Cond随生物炭投加比例的增加而显著降低（p<0.05）。（2）生物炭投加可以提升湿地系统的COD去除效果,但不同投加量的影响不显著（p>0.05）;而TP、NH4+-N和TN去除率随生物炭的投加显著提高,10%、20%、30%和40%的生物炭投加使TP的去除率较对照湿地分别提高了2.04%、0.77%、2.78%和4.27%,NH4+–N的平均去除率分别提高了3.49%、4.34%、9.0%和9.45%,TN去除率分别提高了5.22%、6.63%、10.03%和12.10%。（3）湿地系统曝气阶段N2O释放速率均显著高于停曝阶段。随着生物炭投加比例的增大,曝气段N2O释放通量逐渐降低,但停曝段无显著变化。生物炭投加显著减少了湿地系统N2O的排放总量,10%、20%、30%和40%的生物炭投加较对照湿地分别实现21.95%、25.12%、33.37%和38.60%的N2O减排。（4）对照湿地中硝化过程与反硝化过程的N2O排放贡献相当,分别为5.97mg/m~2和6.94 mg/m~2,而生物炭湿地中硝化过程的N2O排放量（3.72 mg/m~2）大于反硝化过程的排放（1.96 mg/m~2）。生物炭投加有效降低了硝化过程和反硝化过程的N2O排放量,30%的生物炭投加使得两个过程的N2O减排比例分别为35.75%和71.75%。（5）曝气湿地系统中N2O主要产生于曝气阶段的同步硝化和反硝化,且NH2OH氧化和NO2-还原均是N2O产排的重要途径,与之相比,停曝阶段N2O的产生量小,且主要由NO2-还原产生。虽然在反应初期,AOB反硝化对N2O产生具有一定贡献,但是在反应中期和后期,湿地N2O主要来自于NH2OH氧化和NO2-异养还原。生物炭投加通过减少了NH2OH氧化和NO2-还原过程中N2O排放量,实现系统N2O减排。（6）湿地系统中的优势菌门主要为放线菌门（Actinobacteria）、变形菌门（Proteobacteria）、绿弯菌门（Chloroflexi）、谐境菌门（Modulibacteria）、拟杆菌门（Bacteroidetes）、Patescibacteria、酸杆菌门（Acidobacteria）、螺旋体门（Spirochaetes）、嗜热丝菌门（Caldiserica）和厚壁菌门（Firmicutes）。随生物炭投加比例增大,硝化细菌的物种丰富度和多样性逐渐增加,而反硝化细菌群落的丰富度和多样性则降低。生物炭投加显著改变了脱氮功能菌的结构,改善了湿地内部脱氮环节,有助于实现N2O减排。（7）湿地系统中amo A、nirS和nosZ的基因拷贝数随生物炭投加比例的增加而显著增加,而nar G的拷贝数则随着生物炭投加比例增加而显著降低（p<0.05）。功能基因研究结果表明,一方面由于生物炭的投加提高了湿地系统的同步硝化和反硝化速率,可能使NO2-直接异养还原,未导致NO3-积累,表现出nar G的较低丰度;另一方面,生物炭促进了NH2OH氧化过程、NO2-和N2O还原过程,减少了N2O排放。