氮的过量输入会导致河流、海洋和湖泊富营养化,对水生动物以及饮用水安全产生危害。近年来,以沉水植物为核心的水生态净化技术在水质净化和水环境管理中发挥着巨大的作用。本文在天津市典型二级河道水质监测基础上,在实验室模拟条件下研究了沉水植物对水相氮素的净化作用,并将建立的以沉水植物为核心的水生态动力学模型对实验室数据进行了拟合,主要结论如下:水质监测结果显示,非雨季时,纪庄子河和四化河水质变化趋势较为一致,两条河道中氮磷均以溶解态为主(在总氮和总磷中占比分别为93.8～95.7%和39.7～54.9%、74.13%～84.13%和42.28%～44.89%);雨季时,两条河道水质变化趋势一致且幅度较大(颗粒态氮在总氮中占比分别为16.83%～85.81%、12.34%～72.10%)。两条河流的水质情况在10月23日监测结束时较4月24日监测开始时均由明显好转,纪庄子河和四化河的总氮、氨氮、总磷、CODcr、DO分别从劣Ⅴ、Ⅲ、劣Ⅴ、Ⅳ类、劣Ⅴ类和劣Ⅴ、Ⅲ、Ⅲ、劣Ⅴ、Ⅳ类分别提升为Ⅳ、Ⅱ、I、I、Ⅲ类和Ⅳ、Ⅲ、Ⅰ、Ⅱ、Ⅱ水质,其中纪庄子河的总磷浓度的提升幅度最大,提升了四个等级。实验室模拟结果表明,在外源氮输入量恒定的情况下,菹草能加速系统对外源氮的消减。系统稳定时,对照组总氮、氨氮和硝氮的去除率分别为7.2%、31.6%和6.6%;植物组的去除率分别21.9%、56.6%和28.2%,增幅分别为14.7%、25.0%和21.6%,其中植物吸收和加速微生物脱氮是菹草促进系统脱氮的两个主要途径。实验期间,植物组和对照组沉积物中可转化态氮含量整体呈下降趋势,与此同时,非转化态氮的含量上升,其中,植物组的上升幅度是对照组的1.9倍,说明菹草能够降低内源沉积物氮的释放风险。建立了以沉水植物为核心的河道氮迁移模型,并用实验室模拟结果对模型进行了验证。结果显示,该模型能够很好的拟合水相氨氮和硝氮的变化规律,模型预测值与实测值之间的相关系数分别为0.86和0.96;对有机氮的拟合效果较差(相关系数=0.69)。有机氮、氨氮和硝氮都对水相反硝化速率常数、水相-沉积物相之间氨氮净传质速率、植物比死亡率、平流输入有机氮浓度四个参数比较敏感。此外,有机氮对水相-沉积物相之间硝氮净传质速率比较敏感;氨氮对水相有机氮氨化速率常数、水相氨氮硝化速率常数和水相-沉积物相之间硝氮净传质速率比较敏感。