近年来,河流湖泊水体富营养化现象日益严重。一旦水体生态系统遭到破坏,河流湖泊就会丧失生态稳定性和生物多样性,自净能力下降,水质和生态环境便会恶化。沉水植物作为河流湖泊生态系统的重要组成部分,对水-沉积物界面氮磷的迁移转化起到了调控作用。其中,沉水植物种类是影响调控作用的关键因素。本课题依托于国家重大水专项“海河干流水环境质量改善关键技术与综合示范”课题。以天津城建大学海泰南北河道作为中试试验现场,选取了适合天津本地环境生长的金鱼藻、狐尾藻和篦齿眼子菜,利用自行设计的沉床进行了为期3个月的围隔试验,考察了不同种类沉水植物的生长情况及其对围隔沉积物中不同形态氮磷含量的影响。在此基础上,通过构建多介质(包括大气、水、植物和沉积物)氮迁移模型,分析了狐尾藻净化水中氮素的作用机制。主要结论如下:1.围隔试验环境条件适合狐尾藻和篦齿眼子菜的生长,试验开始和结束时生物量增幅分别为170%和253%,而金鱼藻受到营养浓度的限制,试验15天后便快速死亡。生长期间,狐尾藻和篦齿眼子菜的日平均累积固氮量变化区间分别为23.3~42.1 mg/(m2·d)和17.2~33.2 mg/(m2·d),日平均累积固磷量变化区间分别为4.3~5.0 mg/(m2·d)和3.2~9.9 mg/(m2·d)。沉水植物自身的固氮固磷量作用可作为是水体氮磷去除的一个重要途径,通过收割沉水植物从系统中脱除。2.试验结束时,沉积物的总氮和总磷浓度都有所升高。沉积物、金鱼藻、狐尾藻和篦齿眼子菜围隔中沉积物的总氮浓度分别升高了10.8%、15.1%、31.3%和18.0%,总磷浓度分别升高了5.3%、6.0%、15.4%和11.5%。植物围隔沉积物中氮磷浓度要高于沉积物围隔,并且狐尾藻围隔的增幅最大,说明沉水植物有利于氮磷元素从水相向沉积相的转移。3.植物组围隔沉积物中离子交换态氮最容易被利用。植物根系生长初期能促进微生物繁殖,沉积物中有机氮经过氨化作用变成无机氮,从而增加弱酸可浸取态氮的浓度,生长旺盛期植物会快速吸收利用弱酸可浸取态氮。植物根系也会从沉积物中优先利用交换态磷,并促进了上覆水中碳酸钙和磷酸盐共沉淀作用。4.建立了模拟围隔的多介质氮迁移模型,并且以狐尾藻围隔为例进行了数值模拟,结果表明模型能很好预测水体有机氮和硝氮的变化趋势,R2数分别为0.9025和0.9403。有机氮浓度对有机氮的初始浓度值N10和有机氮氨化速率k1两个参数很敏感;硝氮对N10、硝氮初始浓度N30和硝氮净传质速率k6敏感。