本发明涉及一种复合垂直流人工湿地系统，所述人工湿地系统包括至少三级串联并逐级水平降低的第一垂直流处理池、第二垂直流处理池和第三垂直流处理池，所述第一垂直流处理池与第二垂直流处理池的底部相连通，所述第二垂直流处理池上部的出水口与所述第三垂直流处理池上部的入水口相连通；其中，每个垂直流处理池均包括距离地表0～20cm的生态滤层、位于所述生态滤层下方的吸附层及底部碎石层，所述生态滤层包括园林废弃物堆肥产品、当地土壤或客土以及水生植物的混合物。本发明可以有效地解决湿地基质表层堵塞问题，滞留并分解污水中的颗粒状有机物污染物，显著增加湿地系统中氨化细菌、硝化细菌、反硝化细菌及脲酶的数量及活性。