氮营养盐超标严重影响我国河流水环境,已经逐渐成为我国河流主要水污染问题。我国北方海河流域子牙河水系呈现出典型的非常规水源补给特征,接纳沿途达标或未达标的生活污水与工业废水,其氮营养盐污染尤其是氨氮污染最为严重。塘-湿地处理系统以其处理效果良好,基建投资和日常运行费用较低,易于管理维护等特点,在河流生态治理工程中应用广泛。本研究选取海河流域典型高氨氮河流牛尾河旁路塘-湿地系统作为研究对象,运用塘-湿地组合处理系统,探讨其对非常规补给水中氮磷营养盐净化效果,分析湿地水体氮素赋存形态、空间分布特征及其迁移转化过程。通过监测不同时期水质变化情况,分析湿地系统氮磷去除效果及对各形态氮素影响因素,计算表层沉积物氮转化速率和对氨氮吸附-解吸特性,针对垂直层面无机氮分布特征对无机氮扩散通量及年污染负荷贡献量进行估算。本文得出如下结论:（1）调试启动期对牛尾河水各项氮磷指标去除效果较差,TN、NO₃^--N和NO₂^--N平均去除率分别为20.4%、80.4%和8.8%,NH₃-N上升51.0%;TP和SRP去除率分别为8.7%和3.2%;COD和TOC去除率分别为19.3%和4.9%。稳定运行期对牛尾河水各项氮磷指标去除效果较好,优于同期河流自净效果,TN、NH₃-N、NO₃^--N和NO₂^--N平均去除率分别为35.0%、41.9%、93.5%和52.9%;TP和SRP去除率分别为24.4%和30.4%;COD和TOC去除率分别为55.6%和31.7%。表层沉积物与水体不同形态氮素相关性分析说明沉积物中氮的赋存形态受到水和沉积物共同影响。（2）表层沉积物整体氨化速率（AR）均大于潜在硝化速率（PNR）,AR约为PNR的16倍,其中二级人工湿地4-3点是典型的氨氮积累点,AR和PNR会受到沉积物各理化指标影响,具有明显的空间差异性。表层沉积物对NH₃-N的吸附过程分为快速吸附阶段（0⁶0min）和吸附平衡阶段（60⁴80min）,NH₃-N吸附动力学过程可用修正的Elovich模型较好拟合。等温吸附过程可以通过Langmuir模型进行较好的拟合,吸附-解吸平衡浓度范围为5.21¹2.98 mg·L^-1,本底吸附量范围为67.27²42.84 mg·kg^-1。表层沉积物解吸实验在解吸进行到12小时后才逐渐达到平衡状态,解吸平衡量范围为32.49⁵7.44 mg·kg^-1,解吸量会受到沉积物NH₃-N和C/N的影响。（3）上覆水中无机氮浓度随深度增加变化较小,但在孔隙水中波动较大,在垂直尺度上各采样点在水-沉积物界面附近达到峰值;在空间尺度上,上覆水和孔隙水NH₃-N呈现上游污染程度高于下游的特征,上覆水和孔隙水NO₃^--N浓度与NH₃-N相反,NO₂^--N整体含量较低。塘-湿地系统水-沉积物界面无机氮扩散通量和年污染负荷贡献量存在明显空间差异性,NH₃-N、NO₃^--N和NO₂^--N在整个流程呈现从沉积物向上覆水释放的趋势,沉积物表现为各无机氮的“源”,各级湿地扩散通量和年污染负荷贡献量大小顺序存在差异,都存在不同程度的氮污染物释放风险,内源污染负荷不容忽视。