中国是水产养殖大国,水产养殖产量居世界第一位,并且依然保持较高的增长速率。水产养殖业是一个高投入高污染的产业,为追求其高效收益,高蛋白水产饲料的投入量不断增加,然而饲料中所含的氮素只有小部分被鱼同化,剩余氮元素则转入鱼类排泄物中随废水排入周围环境,从而造成富营养污染。鱼菜共生系统作为新型的循环水养殖模式,生态环保优势明显,通过产出鱼、菜两种作物提高氮素回收率,并且可以通过自身净化水体减少废水排放,节约用水。现如今对鱼菜共生系统中氮素的研究较少,关于氮素在系统中的沿程转化研究尚存在不足之处。本项目通过构建实验室规模的鱼菜共生系统,研究了系统运行过程中氮素的迁移转化规律及氮素利用效率,以及关键工况参数（温度、pH、溶解氧浓度）变化对其的影响,并且通过测定系统中温室气体氧化亚氮（N₂O）的释放,明确了N₂O的产生途径及各工况条件下的释放规律,进而提出了增加系统经济效益的优化方法及减少N₂O排放的优化措施,并取得如下主要结论:（1）鱼菜共生系统水体中的氮元素主要以无机氮形式存在,正常条件下氨氮（TAN）、亚硝氮（NO₂^--N）浓度均维持在较低水平（TAN<2.0mg/L,NO₂^--N<1.0 mg/L）,硝氮（NO₃^--N）作为硝化作用的终产物随着鱼饲料的投入浓度逐渐增加。植物吸收及反硝化作用均消耗系统水体中NO₃^--N,植物吸收NO₃^--N将其转化成自身生物量;反硝化作用通过还原NO₃^--N生成N₂O和N2气体将氮素转移释放至空气中。正常情况下氮元素利用效率（鱼、菜积累量）为40%左右。（2）温度、pH、溶解氧（DO）浓度等基本工况条件的改变对鱼菜共生系统的氮素迁移转化及氮素利用效率有重要的影响。温度影响系统中TAN浓度,TAN浓度在秋季高于夏季;同时通过影响植物生长影响系统产量及NO₃^--N浓度,氮素利用效率未受显著性影响,分别为夏季43.8%,秋季44.6%。pH对系统中TAN浓度及氮素利用效率影响较大,pH 6.0下喂食量增加导致TAN浓度无法及时转化,氮素利用效率随着pH的上升而降低:pH 6.0,50.9%;pH 7.5,47.3%;pH 9.0,44.7%;减弱曝气通过影响DO浓度影响NO₃^--N浓度,且间歇曝气会降低系统氮素利用效率15.5%,半曝气无此影响。（3）通过15N同位素示踪技术发现,系统中有75.2-78.5%的温室气体N₂O来自于反硝化过程,且菜池为N₂O的主要释放源（90%）;qPCR结果显示,不合适的反硝化作用条件将导致N₂O释放量增加,NO₃^--N浓度会显著影响N₂O的释放量。温度、pH、DO浓度等基本工况因素对鱼菜共生系统中N₂O的释放均有影响:温度影响N₂O的绝对释放量值,但不显著影响系统中N₂O释放转化率,夏季1.55%,秋季1.33%;N₂O的释放量及转化率均随着pH的上升而降低,pH 9.0条件下N₂O释放量不受NO₃^--N浓度影响;减弱曝气可明显降低N₂O的释放量,间歇曝气和半曝气可以分别减排48.7%及32.4%的N₂O。（4）利用已知结论,采取合理的系统优化措施,通过影响系统中氮素迁移转化提高了系统氮素利用效率及实现了 N₂O释放减量。添加市售硝化细菌以增加硝化细菌数量,及采用填料级配分层提高基质富氧能力以增加硝化细菌活性均可以提高系统中NO₃^--N的生成速率,进而促进植物生长,两种方法分别提高氮素利用率8.8%及16.0%;通过菜池增加曝气抑制反硝化作用,及添加可生物降解材料聚乳酸（PLA）优化反硝化条件均通过降低系统内NO₃^--N浓度,从而减少了 N₂O释放,基质曝气降低了 17.5%的反硝化作用对N₂O释放的贡献量,PLA添加增加了 14.0%的反硝化作用对N₂O释放的贡献量。以上研究成果为深入掌握鱼菜共生系统内氮素迁移转化规律,认识鱼菜共生系统中N₂O的释放规律及机理提供了理论依据。同时,实验过程中有针对性地优化系统设计与运行,提高了系统的氮利用效率并减少了水产养殖过程对周围环境的影响,对推进鱼菜共生系统的可持续发展具有重要的现实意义。