三江平原大规模水田化后的灌区生态环境变化已引起了越来越多的关注。高强度的湿地垦殖使区域生态景观与水文格局发生了巨大改变，新时期如何协调区域大规模水田开发与湿地保护和水环境保护的矛盾、如何进行湿地和农田景观的合理布局已成为区域可持续发展的重要议题。本文以三江平原水田排水为研究对象，通过人工湿地生态治理效能和机理的研究，提出区域农业开发和生态环境协调发展的对策。为考察人工湿地对灌区水田排水的净化效果，筛选适用于三江平原气候条件的植物、基质以及运行参数，研发提高人工湿地净化效果的强化措施，本研究构建了不同植物、不同基质的水平潜流人工湿地系统，对人工湿地的净化效果、影响因素以及湿地内部各种水质指标的空间交化进行了系统研究，在此基础上对湿地植物的生长特性、氮磷吸收能力以及氮磷的吸收作用进行考察，并以桶栽水培实验为基础，对湿地系统中氮磷的迁移转化途径进行了探讨。　　 人工湿地污染物的去除效能的模拟实验表明，间歇运行模式下，采用人工湿地净化水田排水，以炉渣为基质的芦苇人工湿地系统的净化效能要显著高于其他人工湿地；针对不同的氮磷浓度梯度，当水力停留时间为3-9天时，以炉渣为基质的小叶章和芦苇湿地对进水氮(10-60 mg/L)磷(2-10 mg/L)的去除率可达65％和90%以上，去除负荷基本在1.5g·m-3·d-1和2.5g·m-3·d-1以上。小叶章和芦苇对人工湿地系统TN的去除贡献率最高可达14.65%和61.71%，对TP去除的贡献率最高可达11.7%和12.91%；芦苇植株内N、P平均浓度分别为29.2mg·g-1和3.41mg·g-1。连续运行模式下，当运行时间为36h时，以炉渣为基质的芦苇人工湿地TN和TP的出水浓度基本可控制在7.8mg/L和0.2mg/L以下，净化效率在80%以上。外源碳输入有利于异养反硝化微生物活性增强，增加TN和NO3-N去除效率，并在C/N＝5达到最大值，但由于碳源的分解消耗氧气，限制硝化作用，致使NH4-N去除效率下降。　　 人工湿地氮磷净化机理的研究表明，TN污染负荷较低的情况下，TP污染负荷的变化对TN去除负荷的影响不显著；但在TN污染负荷较高的情况下，TP污染负荷的变化对TN去除负荷的影响显著。植物的生长特性、生物周期，基质的水通量、湿地的TN停留时间均对人工湿地TN去除负荷产生影响，在不同的污染负荷以及植物的生长期，TN去除负荷的控制因素不同；由于氨态氮和硝态氮不同的净化机理，在各个湿地系统中，均表现出对硝态氮的净化效率低于氨态氮；在湿地水体内NH4-N硝化作用的影响下，湿地系统的pH值表现了有规律的变化，可以以pH值交化的拐点作为氨氧化反应的终结。对各类污染物的去除作用首先表现为湿地前端(下行池)对悬浮态物质的过滤、截留作用，然后才表现出植物的吸收和微生物的矿化分解作用，氮素各种形态在床体3/4处基本达到出水浓度，而磷素则在床体1/2处达到出水浓度。pH值和ORP沿湿地水流方向逐渐升高。　　 2种湿地植物的生长特性及氮磷吸收能力的试验结果表明，芦苇表现出较高的相对生长率，为0.042 d-1；小叶章的相对生长率则较低，为0.011 d-1；在整个实验周期，芦苇的生长期要长于小叶章，芦苇的地上生物量(1.28kgDW/m2)，氮磷吸收量(分别为9.5g/m2和0.7g/m2)分别是小叶章的1.2倍、2.9倍和2.3倍；植物的不同部位对营养元素的吸收能力不同，氮、磷在植物不同器官中的含量遵循叶＞茎的规律。在植物根系的作用下，人工湿地上层氮磷净化能力大于下层，同时湿地床体上层的pH值小于下层，表现出对弱碱性进水的良好缓冲能力。进行湿地植物的收割可以去除人工湿地中部分营养物质，延长人工湿地的使用期限。收割期与植物种类相关，在本实验条件下，小叶章的收割期在9月初，芦苇的收割期在10月初。由于人工湿地系统上部水面受植物根系影响，从水面到床体底部，水体ORP依次降低，还原性依次增强。　　 人工湿地氮磷净化途径试验表明：氮素净化过程中，以微生物的硝化反硝化为主，贡献率基本上在60%以上；磷素净化过程中，短期内土壤的物理化学吸附起主要作用贡献率在50%以上。由于随着停留时间的延长而导致的碳源供应不足，微生物群落变化，同时植物生物量变大的影响，氮素净化过程中随着氮磷浓度的提高，植物的贡献率上升，微生物的作用下降。磷素净化过程中，氮素浓度升高，土壤、植物贡献率升高，微生物作用下降；氮素净化过程中，磷素浓度升高，植物的贡献率上升，表明磷素是植物吸收的限制因素。　　 最后，应用水文水利学的方法，得到三江平原重点自然保护区湿地生态补水量及水质要求，结合灌区排水水量、水质的月平均变化，并根据人工湿地系统对于主要污染物的净化能力，确定了灌区排水水田和人工湿地占地面积，并以洪河保护区为例，绘制了水田排水区和水田退水处理区的布局分布图。