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水体富营养化是世界面临的重要环境问题之一,其主要原因是水体中营养盐（如氮和磷）的过量输入,农业源是重要的营养盐来源。目前农业面源已成为我国水污染的主要来源,农业面源污染的防控已成为改善水环境质量的重点。东北地区是我国重要的粮食生产基地,灌溉农业规模大,集约化程度高,农业面源污染严重。排水渠系是农业退水和面源污染物输出的通道,是农业面源污染“中途拦截”的主要场所,生态沟渠技术、生态型湿地处理技术均具有较高的氮磷去除效果和较好的景观效应。我国东北三江平原地下水中铁离子浓度较高,地下水是水田灌溉的主要水源。水中的亚铁离子(Fe2+)不仅可以作为电子供体促进反硝化过程的进行,还可以促进磷酸盐的沉积和沉淀,能同步去除水中的硝酸盐和磷酸盐。因此,本研究针对三江平原大规模农田化过程的农业面源污染防治的国家重大需求,以农田排水沟渠为研究对象,研究三江平原沟渠水中氮磷的动态分布及输出负荷,探究铁输入对沟渠水中的氮磷去效果及影响因素,研发中途拦截的强化措施,为区域农业面源污染防治提供科技支撑。通过系统的研究,取得以下主要结论:（1）三江平原沟渠水中总氮（TN）和铵态氮（NH4+-N）具有明显的季节变化,而硝态氮（NO3--N）和总磷（TP）的季节变化较小,NH4+-N浓度范围在0.05-3.01 mg/L,NO3--N浓度范围在0.19-2.36 mg/L,TN浓度范围在0.41-8.86 mg/L,TP浓度范围在0.01-1.02 mg/L。在空间上,随着沟渠规模增加,NH4+-N、NO3--N、TN和TP浓度呈现降低的趋势。除NH4+-N外,三江平原地表水灌区侧渗输出的TN和TP负荷均高于三江平原地下水灌区;人工排水和暴雨径流输出的NH4+-N、TN和TP负荷均高于三江平原地下水灌区。（2）添加Fe2+能不同程度的促进生态沟渠中氮磷的去除,其中NH4+-N去除率在62.54%-88.66%之间,NO3--N去除率在72.94%-99.61%之间,TP去除率在57.69%-88.68%之间。添加10 mg/L Fe2+对氮的去除率最高（NH4+-N为88.66%,NO3--N为97.69%）,添加5 mg/L的Fe2+对TP的去除率最高（88.68%）。添加不同浓度的Fe2+后,生态沟渠中厚壁菌门（Firmicutes）、肉杆菌科（Carnobacteriaceae）和毛球菌属（Trichococcus）的丰度显著（p＜0.05）高于对照组,毛球菌属（Trichococcus）细菌出现明显的富集,毛球菌属（Trichococcus）可以将三价铁离子(Fe3+)还原为Fe2+,并继续为硝酸盐提供电子,表明毛球菌属（Trichococcus）参与了氮的生物降解。（3）碳源添加能显著提高污染物的去除率。在Fe2+浓度5 mg/L的生态沟渠中,不同浓度碳源均能提高NH4+-N和TP的去除率,能显著（p＜0.05）提高NO3--N和TN的去除率,C/N比为6时,生态沟渠中NH4+-N、NO3--N、TN和TP的综合去除率最佳,72 h的去除率均超过80.56%。碳源添加提高了生态沟渠中毛球菌属（Trichococcus）和甲苯单胞菌属（Toluenemonas）细菌的丰度,降低了假单胞菌属（Pseudomonas）和嗜酸菌（Acidovorax）的相对丰度。（4）投加的不同种类铁基质（铁矿石、海绵铁和铁屑）均能显著提高生态沟渠水中的NO3--N、TN和TP的去除效率。而且可以在缩短水力停留时间（HRT）的基础上提高氮磷去除率,其中NO3--N最高提高了31.31%的去除率;TN最高提高了25.17%的去除率;TP最高提高了34.64%的去除率。海绵铁的添加有利于富集脱氯单胞菌（Dechlorococcus）,而脱氯单胞菌（Dechlorococcus）不仅具有自养反硝化的能力,也具有磷酸盐积累的能力。综合去除效率和经济成本,海绵铁和铁屑均可作为生态沟渠的基质填料。不同质量比的铁屑和海绵铁均能够降低装置中的氮磷浓度,其中铁屑与砾石以基质坝的形式放入沟渠中,且基质中铁屑和砾石的质量比为1比5时的NH4+-N去除率最高,海绵铁与砾石质量比为1比5时的NO3--N、TN和TP的去除率最高。不同质量比的铁屑和海绵铁的24h的NO3--N去除率范围在65.60%-90.69%之间。（5）农林废弃物作为外加固体碳源,能够缓释碳源,且其分解消耗装置中的DO,造成厌氧环境,在缓释碳源的同时也可作为微生物的载体,添加不同农林废弃物（天然玉米芯和天然水稻秸秆,碱改性玉米芯和碱改性水稻秸秆以及玉米芯生物炭和水稻秸秆生物炭）能够强化铁添加去除沟渠中氮的去除效果,提高NH4+-N、NO3--N和TN的去除效率。固体碳源对生态沟渠中TP的去除效率无显著提高,TP的去除主要是以与Fe3+共沉淀及基质吸附为主。综合去除效率来看,碱改性水稻秸秆是最佳的外加固体碳源,其在HRT在8 h时通过设置基质坝,基质坝中填充碱改性水稻秸秆+砾石,其去NO3--N除率高达76.65%,显著缩短了HRT,提高了去除效率。综上所述,三江平原部分沟渠中的氮磷浓度超过了地表水环境质量Ⅳ类水的标准,地表水灌区的侧渗输出会提高三江平原沟渠水中的氮磷浓度,影响铁输入对沟渠水中氮磷去除效果的主要因素为铁的浓度和C/N;可同时去除氮磷的最佳Fe2+浓度为5 mg/L,最佳C/N为6。铁基质（海绵铁和铁屑）和农林废弃物（碱改性水稻秸秆）在生态沟渠的应用提高了氮磷的去除效率,缩短了处理时间,两种措施均可作为切实可行的强化技术措施。提出了利用现有的曝气沉沙池、生态基质坝、生态田埂、“S”型网格、“阶梯式”排水和微型湿地等技术,通过添加零价铁和固体碳源来强化沟渠水中氮磷去除效果的技术模式。研究成果可为三江平原稻田退水中的农业面源污染的防治提供理论和技术支撑,对于保障水体生态安全、提高环境质量具有极其重要的意义。