近年来,农业非点源污染日益严重,对水体质量和生态系统产生重要威胁。沟渠系统中氮、磷的迁移转化是农业非点源污染控制和管理的关键。因此,探讨生态沟渠中氮、磷的迁移转化规律、分析生态沟渠脱氮除磷的显著影响因子,对有效控制和拦截农业氮、磷污染具有重要的理论和现实意义。在国内外研究的基础上,本文设计了一种阶梯式潜流透水坝生态沟渠,并依此搭建中试反应沟渠模型装置,通过植物筛选试验和填料筛选试验确定了沟渠中所需植物和填料。首先,对比分析了空白沟渠、植物沟渠以及带有潜流透水坝的填料生态沟渠对氮、磷污染物的截留效应;其次,通过动静态试验就生态沟渠在水生生物-水力协同下对农田排水中氮磷的截留去除机理进行研究,探讨不同进水浓度、进水流量和水位等环境因子对生态沟渠脱氮除磷的影响;然后,采用正交试验,以氮素的去除效果为考察指标,分析了生态沟渠进水氮素浓度、悬浮颗粒浓度、进水流量、水位4个影响因子对沟渠中氮素去除的影响,寻求沟渠除氮的显著影响因子及优选条件;最后,利用三维水质数学模型软件EFDC构建了实验室植物生态沟渠装置的计算模型,实现了动静态条件下氮、磷营养物质的输移模拟,并将模拟值与实测值进行对比,验证模型的可靠性。结果表明,生态沟渠对氮、磷污染物具有一定的截留效应,不同断面的总氮、总磷浓度随水力停留时间的增加而下降,且带有潜流透水坝的沟渠对氮、磷污染物的拦截效果明显优于空白沟渠和植物沟渠。生态沟渠中氮素主要以氨氮和硝态氮形式存在,两者浓度沿生态沟渠水流方向整体上呈下降趋势。在本试验过程中,生态沟渠水位对总氮去除率的影响最为显著,各因素的影响程度由大到小顺序为:沟渠水位>进水氮素浓度>SS浓度>进水流量,生态沟渠除氮的最优水平为高浓度进水,低SS浓度,中水位及低流量。EFDC模型模拟结果与实测数据拟合较好,各水质指标误差精度基本都在15%以内,模型可信度较高。