本论文的研究区别于以往工程技术研究的思路，以生态热力学为指导，从系统分析的观点出发，着眼于人工湿地污水处理工程的系统生态特征识别，以实现人工湿地污水处理工程的低碳生态热力学核算为目标，建立基于生态热力学的人工湿地污水处理工程低碳生态热力学核算理论方法，并利用生态投入产出分析方法构建区域尺度体现生态要素密度数据支持体系，从而在人工湿地工程的系统体现温室气体排放、系统体现能源消耗、生态经济效益分析、系统能值分析、系统炯值分析、可持续性评估等多个方面开展低碳生态热力学核算与评估。　　 具体研究内容和主要结论如下：　　 (1)针对人工湿地污水处理工程的系统特性，结合生态热力学核算的理论方法和生态投入产出分析方法，构建以人工湿地污水处理工程为研究对象的低碳生态热力学核算方法，并提出相应的应用流程和技术框架。　　 (2)在对相关统计数据进行收集和整理的基础上，基于生态投入产出分析方法，利用区域经济投入产出表，通过模型分析和矩阵代数运算，获得多种区域体现生态要素密度的基础数据，包括体现能密度、体现温室气体排放密度、体现能值密度、体现(火用)值密度等，建立了以北京地区为案例的区域尺度体现生态要素数据支持体系。　　 (3)选取服务于“绿色奥运”的典型人工湿地污水处理工程作为研究案例，首次实现人工湿地工程的低碳系统核算，系统考察了人工湿地工程在建设和运营等生命周期过程中的体现温室气体排放情况。核算结果表明，典型人工湿地工程与两种常规污水处理工程(周期性循环活性污泥污水处理系统和常规活性污泥污水处理系统)相比，同等条件下人工湿地污水处理工程处理等量污水的温室气体排放量可以成倍的降低。人工湿地污水处理工程是一种真正的低碳污水处理系统。　　 (4)区别于以往污水处理工程的末端能源消耗核算，本研究开展了人工湿地污水处理工程的系统体现能核算。结果显示，与典型周期性循环活性污泥污水处理系统和常规活性污泥污水处理系统相比，典型人工湿地工程处理等量污水可以成倍的降低系统的体现能源消耗，即采用人工湿地工程处理污水可以实现能源消耗的减量化。　　 (5)立足于以往的能值研究，本研究构建了一种反映人工湿地工程系统生态特征的新的能值评估体系。该体系考虑了污染物的生态价值，采用了反映当地环境特征的生物物理数据库，并首次在研究中分析了人工湿地工程的系统生态表现对生态经济贴现率的敏感性。典型人工湿地工程的系统能值分析表明，虽然人工湿地工程的前期投入较高，但是，由于相对低的年均生态污水处理效率，使得人工湿地工程在运行过程中能够获得正的生态经济收益。由于较高的年均生态系统服务价值输出和负的年均生态系统服务投入，人工湿地工程生态系统服务净现值较高。与其它两种常规污水处理工程比较，人工湿地工程同样呈现出明显的优势。　　 (6)基于生态热力学的最新进展，本研究构建了适宜于小尺度生态热力学核算的(火用)值(也就是体现宇宙(火用))评估体系，并首次将其应用于以典型人工湿地工程为案例的小尺度生态系统。结果表明，人工湿地污水处理工程的初期建造成本占总成本的绝大部分。在所有年均生态产出中，污水处理占绝对主导地位，其生态价值占总年均生态产出的4/5。人工湿地作为一种生态工程相对于其它的类似工程来说具有系统生态效益的比较优势。　　 (7)基于对人工湿地污水处理工程的全面把握，本研究对人工湿地污水处理工程的可持续性开展了系统性的生态评估，重构了能值产出率、能值负载率、能值可持续发展指标、能值经济净收益率和能值可更新率等指标，并基于所构建的能值指标对人工湿地工程的能值生产和环境负载等系统生态特征进行了分析。与一些传统污水处理系统的对比表明，人工湿地工程建设和运营主要涉及本地的可更新资源，消耗较少的能源，投入的生态成本最低。人工湿地工程可以显著降低污水处理工程对当地环境的压力，显著增加系统生态获益，是一种可持续的生态污水处理工程。