揭示深层包气带农业流域的硝酸盐污染隐忧：驱动机制与防控策略

本研究针对深层包气带（>80 m）与有限降水区农业非点源（NPS）污染的滞后性难题，通过多同位素（δ15N-NO3、δ18O-NO3等）与MixSIAR模型，量化了苹果园氮盈余（257.88 kg·ha?1）对地表水的暴雨驱动型污染贡献（峰值8.63 mg·L?1），揭示包气带对地下水污染的阻滞作用，为半干旱区精准治污提供科学依据。

　　

在全球农业集约化背景下，氮（N）污染引发的富营养化、饮用水安全危机已成为制约可持续发展的重大环境问题。非点源污染（NPS）因其分散性、滞后性尤为棘手，而深层包气带（vadose zone）与降水稀少区的污染机制更因长期监测困难成为研究盲区。中国黄土高原南部的王东沟流域（vadose zone深达80 m）正是这类典型区域——大规模苹果种植导致氮肥过量施用，但包气带厚度是否真能“屏蔽”污染？暴雨是否会触发隐性污染爆发？这些问题直接关系到半干旱区农业水安全。

为破解这一难题，西北农林科技大学团队联合多机构，采用问卷调研、水化学分析、多同位素（δ¹⁵N-NO₃、δ¹⁸O-NO₃、δ²H-H₂O、δ¹⁸O-H₂O）与贝叶斯模型MixSIAR，历时两年追踪地下水-地表水-降水系统。关键技术包括：同位素指纹溯源、水文分割（base flow分离）、氮平衡模型及暴雨事件高频采样。

研究结果

农业氮平衡与土壤硝酸盐积累
苹果园氮输入超作物需求4倍（87.1%来自化肥），年盈余量达847.4 kg·ha^?1，其中51.1%以NO₃^-形式滞留土壤，19.9%经径流流失。传统农田氮利用率较高，盈余仅1.4倍，凸显经济作物种植的污染风险。

暴雨驱动的氮迁移机制
暴雨期间，地表水NO₃^-浓度飙升至8.63 mg·L^?1（接近WHO限值），降水补给占比骤增至66.2%，肥料与土壤氮贡献率从2%跃升至90%。相反，干旱期地下水补给主导（>80%），其NO₃^-主要源自粪污（>90%），证实包气带对农业氮下渗的阻滞作用。

讨论与意义
该研究首次阐明深层包气带区“暴雨脉冲式污染”特征：平日包气带如同天然屏障，但极端降水可瞬间激活表层氮库，使地表水沦为“污染炸弹”。这一发现颠覆了干旱区污染缓释的传统认知，指出暴雨期是NPS防控关键窗口。论文发表于《Agriculture, Ecosystems & Environment》，为黄土高原等类似区域制定“精准施肥-暴雨预警-包气带监测”三位一体防控策略提供理论支撑，尤其对全球气候变化下极端天气频发区的农业管理具有前瞻意义。