生物滞留系统是一种常用的雨水低影响开发设施,具有通过植物、土壤和微生物的耦合作用来控制雨水径流和净化水质的潜能,能有效地减少城市发展对城市水文系统的影响。在去除雨水径流污染物的过程中,伴随着各种物理生物化学反应。本论文从生物滞留系统土壤、植物、微生物三方面出发,采用室内模拟柱进行实验,探究了土壤质地、压实、有机质含量和植物种类对生物滞留系统水文性能和水质净化的影响,通过¹⁵N同位素示踪技术,量化了土壤无机颗粒、土壤微生物和植物脱氮的贡献度,通过qPCR技术分析了土壤层脱氮功能基因特征。1、实验以六种土壤质地的生物滞留系统模拟柱为研究对象。结果表明:生物滞留系统水文性能受土壤质地的影响,土壤层含砂量高导水性强而持水性弱。土壤层含砂量低的系统去除TN、TP、COD的效果更好。雨水进入系统开始时硝化反应强于反硝化反应,13h左右反硝化速率最大。表层土壤去除污染物的效率高于底层土壤,均出现磷浸出现象。在脱氮过程中,土壤、微生物和植物脱氮的能力大小依次为:土壤吸附>微生物同化>植物吸收。土壤质地影响土壤吸附和微生物同化量,进而影响土壤脱氮的贡献度,土壤层含砂量低的系统去除率高于含砂量高的系统。2、实验以三种压实状态、两种有机质含量的土壤层和种植两种植物种类的生物滞留系统模拟柱为研究对象。结果表明:生物滞留系统水文性能受土壤植物种类、压实和有机质的影响,浅根植物、土壤压实、低有机质含量均不利于生物滞留系统的入渗。压实土壤不利于TN、TP、COD的去除,尤其是TP的去除,不利于硝化反应,虽有利于反硝化反应,但可能由于硝化反应不足导致NO₃^--N来源不足,且表层压实比深层压实更难脱氮。除NO₃^--N外,黄杨（灌木类）比麦冬（草本类）去除污染物效果更好。添加有机质对氮、磷去除有一定效果,不过添加过量有机质或能浸出营养物的有机质会成为新的污染源。在脱氮过程中,土壤、微生物和植物对脱氮的能力大小顺序依次为:土壤吸附>微生物同化>植物吸收。土壤脱氮作用受压实、压实位置、植物种类和有机质含量影响,植物根系处于压实区不利于脱氮,种植灌木类植物和富含有机质的土壤均有利于脱氮。3、分析了两次实验生物滞留系统中土壤层的不同性质和植物种类对脱氮的影响。结果表明:除个别压实组之外,土壤的细菌总数（16S rRNA）、硝化细菌（amoA、nxrB）、反硝化细菌（narG、nirK、qnorB、nosZ）和DNRA细菌（nrfA）随着土壤深度的加深而减少。由于雨水径流携带的营养盐和污染物大量积聚在土壤表层,导致深层土壤氮源、碳源不充足,从而限制了细菌群落的生长。低含砂量土壤硝化基因丰度减少,反硝化、DNRA基因丰度增大;压实土壤硝化基因丰度减少,反硝化、DNRA基因丰度增大,且压实部分的临近位置也会受影响;有机质含量高的土壤硝化、反硝化、DNRA基因丰度均增大;种植黄杨的土壤较种植麦冬的土壤硝化基因丰度增大,反硝化、DNRA基因丰度略减少。深层土壤中DO含量少、氮源不充足,不能充分发生硝化反应。表层土壤中DO含量高,但由于土壤中的厌氧微区等因素导致反硝化反应能够在土壤表层发生且速率高于深层土壤。DNRA细菌更适宜在还原性强的土壤环境中生存。植物根系所带来的硝化能力的增强超过反硝化的不利作用,为深层土壤反硝化提供更多硝氮来源,土壤中腐败的根系带来有机质的积累,产生更多厌氧微区和营养物质,促进了反硝化反应,增加深层土壤的反硝化能力。