随着人类活动的加强,地表水和地下水中的氮污染不断加剧,对人体健康和生态环境造成严重危害。潜流带是“位于河流河床之下并延伸至岸边地带的水分饱和的沉积物层”,在河流生态系统中发挥着重要的作用。目前碳-氮循环间的联系受到越来越多的关注,研究氮在潜流带的迁移转化规律,以及有机碳对氮循环的影响,对于潜流带的开发利用,地表水和地下水氮污染的防治与修复具有重要意义。本文在野外调查采样和测试分析的基础上,设计室内土柱试验,模拟地表水与地下水通过潜流带介质的交互作用,在此过程中研究不同种类的天然有机碳对氮迁移转化的影响;运用水文地球化学模拟软件PHREEQC建立潜流带硝态氮的1D反应运移模型,对试验结果进行拟合分析。主要研究结果如下:1.地表水-地下水交互模拟试验结果表明:1)天然有机碳的添加、以及地下水补给地表水的过程均能促进硝态氮的截留,其中反硝化作用是脱氮的主要机制,同时也伴随着异化还原成铵过程,这可能导致地下水氨氮污染,因此需进一步研究如何削弱异化还原作用而强化反硝化作用。2)天然有机碳的添加,使得pH、DO浓度迅速降低,DOC浓度迅速升高,从而促进反硝化和异化还原成铵作用,最终影响潜流带氮循环过程,其主要影响因素为DO、DOC,其次为pH,且作用效果随有机碳含量的增加而增强,凋落叶组对硝态氮的去除率高达70%;混合组约50%;淤泥组约20%。试验中以pH=6.5~7.5,DO<4mg/L,DOC浓度较高时的反应条件最为适宜。3)天然有机碳源的DOC释放效率随时间逐渐减缓,最终沉积物层不再作为碳源而存在。凋落叶作为有机碳源,对DOC的释放和pH、DO的消耗更为强烈迅速;而淤泥中有机质的作用缓慢且具有明显的滞后效应。淤泥沉积物对异化还原过程的促进作用较反硝化过程更为强烈。4)在地下水补给地表水过程中,地表水与地下水的交互混合使得DO含量降低,从而促进潜流带介质对硝态氮的截留,作用效果受NO3-和DO浓度、有机碳含量和质量(C/N)的共同影响:有机碳充足的条件下,地表水与地下水的交互作用能够进一步促进DO的消耗和沉积物层DOC的再次释放,并调节pH至反应适宜条件。2.硝态氮反应运移模拟结果表明:1)天然有机碳在向下淋滤的过程中,影响了潜流带介质的有机碳含量、容重、孔隙度等土壤性质,从而导致对流作用和弥散作用的变化,主要表现为平均孔隙水流速(u)和水动力弥散系数(D)均明显增加。2)天然有机碳的添加,对硝态氮的运移和反应均产生显著影响,试验初始阶段,潜流带中硝态氮含量较低,反硝化作用较弱。随着时间的推移,有机碳源不断释放DOC,与地表水中高浓度的NO3-随水流一起向下运移,使得反硝化速率在第6-8天迅速加强。