人工湿地因其低成本、低能耗、管理方便、生态效益显著、氮去除效果好等优点,在污水处理这一领域得到了广泛的应用。潜流人工湿地作为人工湿地的类型之一,在我国北方及高寒地区使用比较普遍。在人工湿地系统中,通过植物的吸收、基质填料的吸附以及微生物的降解等联合作用,实现N及有机物的去除。因此,人工湿地废水处理中,基质、溶解氧浓度、水力停留时间（HRT）、水力负荷、植物、温度、pH和碳源等是影响其效果的主要因素。当前的研究中,虽然对其影响因素进行了广泛的研究,但行之有效的湿地模型系统的缺乏和合适的运行条件的选择仍然是限制人工湿地在废水处理中应用的瓶颈。本研究设计了一种新型潜流人工湿地系统,探究了基质类型（天然沸石与生物陶粒）、曝气（间歇曝气与不曝气）及水力停留时间（3 d或6 d）对湿地系统除氮性能及微生物群落的影响。该研究结果不仅为人工湿地系统的除氮机理提供了理论依据,也为该新型潜流人工湿地的实际应用提供了有力的支持。取得的主要研究结果与结论如下:1.在未曝气的情况下,与生物陶粒相比,沸石作为主要基质层的湿地系统具有更高的除氮效果。CW1（天然沸石）与CW2（生物陶粒）出水样品NH₄⁺-N的平均浓度为8.09 mg L^-1、9.41 mg L^-1,且CW1获得更低的出水NO₃^–-N与TN浓度,两个湿地系统DO值基本维持在1.00 mg L^-1以下。CW1收获了较大的植物生物量,比CW2高10 g左右,而且CW1的植物蒸腾速率与净光合速率均大于CW2。CW1根际土壤酶活性更高,具有较强的微生物活性,其中脲酶活性及硝化潜势显著高于CW2。2.曝气显著提高了湿地系统的溶解氧浓度,最高达3.78 mg L^-1,并且NH₄⁺-N的去除效率由64.82%（CW1:天然沸石不曝气）提高到了88.27%（CW3:天然沸石,曝气）,CW4（生物陶粒,曝气）系统NH₄⁺-N与TN的去除效率相比CW2（生物陶粒,不曝气）提高了超过20%,对NO₃^–-N和COD的去除效率提高了10%左右。曝气湿地系统获得了更高的植物生物量且根际土壤酶活性显著高于未曝气的湿地系统,尤其是脱氢酶活性最大提高了近40%。CW3对HN₄⁺-N、NO₃^–-N、TN及COD的去除率分别为88.27%、75.82%、70.30%和62.21%,相比CW4（HN₄⁺-N、NO₃^–-N、TN及COD的去除率分别为88.78%、74.86%、71.02%、64.68）的除氮效果基本一致。曝气处理后,基质类型对湿地除氮效果的影响较小。而曝气处理有助于湿地植物及微生物的生长,并且显著提高了湿地系统的除氮性能。3.无论使用天然沸石还是生物陶粒作为主要基质层,增加HRT到6 d时显著提高了NH₄⁺-N、TN及COD的去除效率,而对NO₃^–-N的去除率及根际土壤酶活性的影响较小。就NH₄⁺-N的去除效率而言,CW5（天然沸石,不曝气,HRT=6 d）比CW1（天然沸石,不曝气,HRT=3 d）提高了约10%,CW6（生物陶粒,不曝气,HRT=6 d）也比CW2（生物陶粒,不曝气,HRT=3 d）提高了超过10%。CW5与CW6的TN去除效率较CW1与CW2分别提高了近20%。CW7（天然沸石,曝气,HRT=6 d）系统对N及COD的去除效率较CW3均有显著性提高。CW8（生物陶粒,曝气,HRT=6 d）湿地系统COD的去除效率较CW5存在显著性提高。CW7与CW8的植物生物量分别比CW3、CW4高约55 g、21 g。研究结果表明,间歇曝气处理与适当延长HRT可有效提高湿地系统的除氮性能。4.基质类型与HRT对湿地系统细菌群落的丰富度和多样性的影响较小,而间歇曝气处理可显著提高湿地系统的微生物丰度与多样性。Proteobacteria是所有处理湿地系统的优势菌。曝气处理的湿地系统,Proteobacteria具有更高的丰度。而曝气处理的湿地系统中,HRT=3 d的湿地系统Alphaproteobacteria、Betaproteobacteria和Gammaproteobacteria的丰度较高;HRT=6 d的湿地系统中Deltaproteobacteria与Actinobacteria具有更高丰度。进行间歇曝气处理的湿地系统,其硝化功能基因amoA,nxrA丰度显著高于未曝气的湿地系统,而反硝化功能基因的绝对丰度变化没有明显趋势。结果表明间歇曝气处理与改变HRT对湿地系统的微生物群落结构具有明显影响,间歇曝气明显提升了湿地系统的硝化性能,且对反硝化性能无明显的抑制现象。表明可通过改变湿地的运行条件提升微生物功能从而实现提高湿地的除氮性能。