实验室以流域环境与生态过程的演化机理及调控为研究重点，注重基础研究与应用基础研究，已形成了环境科学、环境化学、生态学、地学等多学科交叉的优势和特点。

主要研究方向为：

（1）水环境过程

从微观尺度研究污染物在水－颗粒物/沉积物/生物等不同类型水环境界面上的吸附、转化过程和机制，探讨水－沙相互作用和水环境条件对污染物迁移转化的影响机理；研究污染物在生物体内分布、结合形态以及与生物大分子的相互作用，探讨其对水生生物的毒性及生物效应；从流域尺度研究重要水系污染形成过程和污染特征，揭示水环境质量的时空演变过程，并对其发展趋势进行预测。

（2）水生态与水系健康

阐明水生生物对水文过程的响应及空间关联，从微观机理和宏观尺度揭示流域生态系统生态需水动力机制，构建多要素作用下的流域水生态过程效应模型；开发基于水生态格局优化的生态节水技术，建立生产、生活及生态需水协调的水资源高效配置模式；辨识水生态系统网络格局，构建水系健康评价指标体系和方法，形成流域水系网络安全调控理论和模式。

（3）生态模拟与城市生态

识别城市生态系统瓶颈要素，模拟不同尺度、不同类型生态系统动态过程，建立动态数值模拟模型，揭示城市系统演化机理和规律；核算城市物质代谢通量及其生态效率，构建城市物质代谢的动态模拟模型，建立城市物质循环过程管理理论与方法体系；研究城市生态系统长期演变规律、功能变化的立体观测手段和动态评价方法，提出城市生态规划与调控模型和关键技术。

（4）流域综合管理

从保护、发挥流域生态系统整体服务功能的角度，开展重大工程建设的生态效应及生态风险研究，提出提高流域生态承载力的途径和模式；对流域环境问题和保护目标进行综合评价，探讨流域环境管理、生态价值评估与补偿机制及相应环境经济政策；研发流域生态系统监测与网络化信息管理方法，构建多流域水资源、水环境、水生态安全调控模式以及流域综合管理、决策支持信息系统。