人工湿地污水处理系统具有基础建设投资低、运行管理简单且具有生态景观效应等诸多优点,在流域污染综合整治中发挥着显著的技术优势和宽广的应用前景。然而,人工湿地的水质净化效果受温度影响较大,在冬季低温条件下,其净化效果大幅度降低,甚至因为大部分挺水植物的枯萎和腐烂导致污染物浓度增加,这成为限制人工湿地应用推广一大难题。本论文基于植物在人工湿地中的重要作用,研究寒热适应性不同的湿地植物,提出通过科学配置季节性植物,将耐寒沉水植物(菹草)和喜温挺水植物(芦苇)在湿地中进行搭配这一水质净化强化措施。考察了菹草的冬季去污能力,并分别研究了菹草和芦苇对污水环境的胁迫耐受性能,探讨了季节性植物搭配的可行性；进而以连续流方式运行一年,详细研究了在四季轮回过程中,季节性植物搭配湿地中植物恢复演替、交替发挥优势净化作用对水质变化的影响,并深入探讨了其微观变化机理,为人工湿地常年稳定运行提供理论依据。取得的主要研究结论如下：(1)在冬季低温条件下,菹草由于耐寒特性,生长良好,菹草湿地系统DO较空白组DO提高52.13%,菹草湿地对COD、NH4+-N、TN、TP的去除效率分别为86.59%、87.32%、46.86%、76.27%,明显高于无植物湿地以及芦苇、苦草湿地系统。菹草湿地使得COD、NH4+-N、TP在周期(9天)内能较快的降至地表三类水标准范围内。这为菹草应用于人工湿地冬季净化污水提供了直接有力的证据。(2)菹草对氨氮的耐受阈值为4mg/L。较高浓度的氨氮(≥4 mg/L)导致菹草活性氧代谢失衡,膜质过氧化水平不断加强,但是仅在一定程度上影响膜通透性和光合作用,表观上没有改变,植物继续生长。本论文的季节性植物搭配人工湿地进水为4-5mg/L,为模拟污水处理厂一级A出水,在菹草的适应范围内,具有可行性。根据菹草植物特性,如若进水氨氮浓度过高,也将根据实际情况采取措施,避免损伤菹草。(3)沉水植物强烈光合作用能够提升水体碱度,对芦苇造成胁迫。随着水体pH值从7.5升至10.5,芦苇生长速度下降,同化吸收作用受限,导致TN的去除效率的降低。系统环境在pH值不大于8.5时,对污染物有较好的去除效果。因此,在工程应用中,芦苇湿地的进水pH要控制在合理范围内。菹草与芦苇搭配种植的方案具有可行性,仅当夏季光合作用特别强烈时,应做好pH预警,水体碱度过大时,要采取适当措施予以调整。(4)动态流植物搭配人工湿地运行效果表明,菹草和芦苇交替发挥生长优势作用,夏季,实验组一级湿地即菹草湿地贡献率明显下降,低于对照组一级湿地的贡献率。冬季,菹草湿地发挥优势,污染物去除贡献率达到全年最高水平,对照组贡献率全年最低。这与植物的生长发育历期相一致,也与湿地基质中微生物数量变化相一致。另外,在冬季,实验组两级湿地对COD、NH4+-N和TP的总去除效果较好,去除率分别为42.08%、70.14%和67.95%,与对照组相比有明显提高,菹草湿地在冬季的季节优势突出,能够弥补芦苇湿地冬季净化效果差的缺点。纵观一年四季两组湿地出水中污染物浓度水平,可以发现,实验组实现了对氨氮的长期稳定去除,全年平均氨氮去除率为70.15%,高于对照组的61.40%,两种植物搭配为污染物的稳定去除提供保证,能够实现一年四季对污水的净化。(5)试验结果表明,菹草湿地即实验组一级湿地中全菌数量在冬季达到最大值,对照组一级湿地全菌数量夏季最高,与湿地污染物去除效果相一致,说明随季节变化,植物生长状态改变影响了微生物的活动,菹草在冬季通过氧传质作用以及根系分泌物等作用,提高了微生物的数量,进而影响污染物去除。菹草的富氧作用显著提高了湿地中氨氧化细菌(AOB)的数量,在春秋冬季实现了氨氮的高效率去除。植物对反硝化细菌的影响不明显,这与一年四季不同湿地组对TN去除率差异不大的现象一致。