本文从影响人工湿地去污效果的重要限制性因子--溶解氧着手,以复合垂直流人工湿地(IVCW)为研究对象,系统研究了IVCW系统中氧状态的时空变化规律与净化特性,探讨了溶解氧调控措施(曝气、植物复氧、间歇进水)对IVCW系统去污效能的影响及相关作用机理。主要结论如下:　　 (1)IVCW独特的下行流-上行流(“U”型)复合水体流态及间歇式进水方式形成了系统特有的氧化还原特征,具有明显的时空变化规律,夏季时沿水流方向依次形成好氧Ⅰ区-缺氧、厌氧区-好氧Ⅱ区(O-A-O)三个功能区,而冬季时仅形成好氧Ⅰ区-缺氧、厌氧区(O-A)两个功能区。不同功能区对污染物具有不同的净化作用,其中好氧Ⅰ区是污染物去除的主要区域,承担了大部分有机物、氨氮的去除,夏季时功能区内BOD5、CODCr、NH4+-N的去除率分别达到43.0％、48.4％、54.1％；缺氧、厌氧区主要是进行反硝化反应和有机物的厌氧分解；好氧Ⅱ区则主要是去除厌氧分解后的有机物以及进一步脱氮。基质氧化还原电位(Eh)与深度(h)之间存在如下关系:Eh=0.187h2.24.557h+747.73(夏季)和Eh=0.203h2-26.113h+676.97(冬季)；在两池总深度120cm中,夏季时好氧区范围(以深度计)为33cm,冬季更减少到17cm。可见,IVCW中好氧区域偏小,系统去污效能受到抑制,改善湿地内的氧环境状况成为关键所在。　　 (2)构建了一种间歇曝气型IVCM水处理系统,对曝气位置(S)、曝气速率(Q气)、曝气机运行/停止时间(tR/tS)、开始曝气时刻(T)进行L9(34)正交试验,综合考虑总净化效率,各因素的影响力依次为:(tR/tS)>S>Q气>T；低能耗、高去污效果的最优运行条件为:S为下行池底部,Q气=0.25 m3·h-1,tR/ts=8h:16h,T为8:00 am(进水时刻)。本系统充分IVCW特有的通气管与排空管进行氧调控,改善湿地内的微生物环境,强化湿地去污效能,吨水运行费用仅增加0.07～0.14元,在人工湿地的工程应用中(如养殖废水处理)具有一定的可行性。　　 (3)研究了氧调控下IVCW中氧状态变化规律及长期净化效果,结果表明,曝气IVCW中氧状态改善明显,一年四季中都表现为O-A-O氧环境特征,有机物降解和硝化能力显著增强,尤其是冬、春季时BOD5、NH4+-N去除率分别提高了13.2％、15.1％,从某种程度上说明曝气可完全补偿冬季低温以及植物枯萎对BOD5、NH4+-N去除的影响。夏、秋季时,曝气IVCW对TN的去除影响较小,但冬季时对TN的平均去除率达到58.5％,较不曝气时提高了7.1％；并且采用8h:16h的间歇停曝方式,出水中NO3--N浓度没有明显增加；另外,曝气对TP去除影响不明显(P>0.05),但曝气提高了TSS的去除(P<0.05)。氧调控下IVCW中缺氧区范围(以深度计)从85～104 cm缩小为51～66 cm,缺氧区与好氧区范围之间的比值从2.4～6.5降至0.74～1.2,表明曝气优化了好氧区与缺氧区的范围；同时,湿地内沿程污染物浓度变化表明,曝气主要是增强了好氧Ⅰ区的净化能力,冬季时该功能区(以0～50 cm计)内CODCr、TN、NH4+-N的去除率较不曝气系统分别提高了约12.5％、10.7％、23.8％。　　 (4)分别从基质酶活、微生物群落结构及污染物去除因果模型三方面探讨了氧调控下IVCW的净化机理。结果表明,曝气增强了脱氢酶、脲酶的活性,而对磷酸酶的活性影响不大。氧调控下微生物群落向基质纵深发展,群落的生物量与活性显著提高；表征好氧微生物的特征PLFA的含量显著增加,如18:1ω9t、18:1ω9e、16:1ω9等；PLFA总不饱和度水平显著升高,表征革兰氏阴性细菌成为曝气IVCW基质微生物群落的优势种群,微生物群落的多样性显著降低；曝气改变了微生物群落的结构,使其具有更高的活性和专一性,能降解基质中一些复杂底物(如藻毒素、DBP等),提高了特征污染物的去除效果。污染物去除因果模型的路径分析表明,曝气对污染物的去除有直接和间接双重作用,一方面通过提高基质中氧而直接促进TSS、CODCr、BOD5、TN、NH4+-N、NO3--N的去除,但对NO3--N的去除有一定的抑制作用；另一方面通过提高微生物的数量而间接促进CODCr、BOD5、TN的去除。