在水环境中,氮是引起水体富营养化的主要元素之一,在水生生态系统营养循环中占有重要地位。近几十年来,由于人类活动变得频繁,自然界原有的氮循环体系受到严重破坏,原有的氮循环平衡被打破。目前我国许多内陆湖泊、河流等生态湿地都面临着严重的氮素污染威胁,氮素过量输入水体的问题亟待解决。由于水体中氮素的分布特征和迁移转化过程是控制水环境氮污染的基础,近年来已成为水环境管理领域的研究热点之一。宁夏第三排水沟是宁夏银北灌区沟道最长,负担排水面积最大的沟道。是黄河从宁夏入内蒙前的最后一条入黄排水沟,其水质直接影响黄河宁夏段的出境水质。本研究以宁夏第三排水沟为研究对象,分析氮素时空分布特征;基于氮氧双同位素阐明氮素来源;通过高通量测序分析微生物驱动的氮循环过程对氮素时空分布的影响;并利用氮交换通量模拟实验揭示底泥-上覆水界面氮交换的主要影响因素。为第三排水沟的氮污染控制和水质保持提供理论依据,为宁夏入黄排水沟的水质管理提供参考。本文的主要研究结果如下:（1）第三排水沟的氮素具有明显的时空分布特征。全年平均氨氮浓度为1.20mg/L,低于Ⅳ类水质所规定的1.5 mg/L。全年平均总氮浓度为4.06 mg/L,全年平均亚硝氮浓度为0.11 mg/L,全年平均硝氮浓度为1.018mg/L。第三排水沟氮素浓度存在明显季节差异,冬季显著高于春秋两季,而夏季明显低于春秋两季。第三排水沟氮素浓度存在明显空间差异,整体表现为惠农区＞贺兰县＞平罗县。主要支流中,三二支沟和十二分沟氮素浓度含量相对较高,典农河氮素浓度相对较低。第三排水沟各形态氮素与化学需氧量、高锰酸盐指数和总磷等主要指标之间存在明显正相关。（2）同位素分析氨氮和硝氮来源表明,冬季第三排水沟水体δ15N-NH4+值范围在-1.08‰～22.25‰之间;夏季氨氮浓度低于 δ15N-NH4+检出限。δ15N-NO3-值范围在-10.16‰～17.44‰之间,冬季平均值为4.52‰,夏季平均值为-7.20‰,呈现出显著的季节变化特征。δ18O-NO3-值变化范围在2.08‰～13.93‰之间,夏季的平均值为12.39‰,冬季的平均值为7.79‰,夏季的δ18O-NO3值相对较高。基于SIAR混合模型计算硝酸盐来源的贡献率得出,冬季时粪便和污水的贡献率为61.6%,土壤氮源的贡献率为13.1%～19.8%,化肥的贡献率占9.8%～16.1%,大气沉降的贡献率占2.4%～8.2%;夏季时粪便和污水贡献率达到92.4%,而土壤氮源、化肥和大气沉降的贡献率均低于3%。粪便及生活污水为第三排水沟水体硝酸盐主要污染源,且夏季贡献率高于冬季。在第三排水沟干流采样点中,冬夏两季贺兰县,平罗县和惠农区的硝酸盐来源均无明显差异。粪便和生活污水的输入是造成第三排水沟冬季氨氮浓度较高的主要原因,也是第三排水沟硝氮的主要来源,对第三排水沟氮素的时空分布影响较大。（3）功能微生物作用对第三排水沟的氮素分布具有较大的影响。在属水平上,冬季AOA主要类群有奇古菌门下的Nitrososphaera,AOB的主要类群有亚硝化螺菌属（Nitrosospira）和亚硝化单胞菌属（Nitrosomonas）。夏季AOA主要类群有奇古菌门下的Nitrososphaera和nitrosospumilus,AOB的主要类群有亚硝化螺菌属（Nitrosospira）和亚硝化单胞菌属（Nitrosomonas）。第三排水沟水体冬季AOA的amoA基因拷贝数为2.9×104～6.6×104 copies/L,夏季AOA的amoA基因拷贝数为2.9×104～6.1×104 copies/L;冬季 AOB 的 amoA 基因拷贝数为2.5×104～3.1×105 copies/L,夏季 AOB的amoA基因拷贝数为1.01×106～8.68×106 copies/L。夏季时AOB的丰度明显上升。在夏季时,AOA和AOB相对丰度前30的物种中,大部分与总氮和氨氮呈明显负相关性,优势菌群亚硝化螺菌属（Nitrosospira）和亚硝化单胞菌属（Nitrosomonas）与总氮和氨氮呈明显正相关。第三排水沟干流的硝化作用由亚硝化螺菌属（Nitrosospira）主导,而十二分沟处水中的硝化作用由亚硝化单胞菌属（Nitrosomonas）主导。夏季时第三排水沟干流中亚硝化螺菌属（Nitrosospira）的硝化作用使氨氮浓度降低。（4）第三排水沟底泥-水界面氨氮交换通量为-30～378 mg/（m2·d）;硝氮交换通量为-109～3 mg/（m2·d）;总氮交换通量为-110～571 mg/（m2·d）。氨氮交换通量的影响因素为区域＞温度＞溶氧＞pH;氨氮迁移转化方向为底泥释放到水体;贺兰河段交换通量明显小于其余河段;交换通量随着温度上升而明显增加;当溶氧含量为12mg/L时,交换通量相比其余两个梯度有所降低。硝氮的影响因素为温度＞区域＞溶氧＞pH;水体中的硝态氮被底泥吸收;温度达到12℃时交换通量最低,pH和溶氧的升高都会导致交换通量增加。总氮的影响因素为区域＞温度＞pH＞溶氧;绝大多数情况下氮素由底泥释放到水体;总氮的交换通量从上游贺兰到下游惠农段有明显增加的趋势;5～12℃时交换通量变化不大,而温度升高到20℃后提升明显。温度的变化影响着底泥中氨氮和总氮的释放过程,而底泥中氨氮和总氮的释放对第三排水沟氮素时空分布影响较大。