《Journal of Contaminant Hydrology》：Spatiotemporal analysis of land-use changes and water quality in an aquifer in a tropical agricultural region of northwestern Mexico: implications for sustainable groundwater management
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•土地利用与地下水质量综合分析（2013–2022年）。•地下水中检测到较高的总溶解固体（TDS）、电导率（EC）、Na+、Ca2+及粪大肠菌群。•农业扩张加剧了营养盐富集和土壤盐渍化。•自然植被的丧失降低了含水层的缓冲能力。•土地利用变化对地下水质量下降具有显著影响。引言地
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土地利用与地下水质量综合分析（2013–2022年）。
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地下水中检测到较高的总溶解固体（TDS）、电导率（EC）、Na+、Ca2+及粪大肠菌群。
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农业扩张加剧了营养盐富集和土壤盐渍化。
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自然植被的丧失降低了含水层的缓冲能力。
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土地利用变化对地下水质量下降具有显著影响。
引言
地下水是地球上最大的淡水储库，在生态平衡和人类发展中发挥着根本性作用，据估计，家庭消费、农业和工业生产用水需求中有75%–80%由地下水供给（Dhiman等，2026）。然而，人为压力，特别是土地利用和土地覆盖（LULC）变化，已成为水文过程改变的主要驱动因素（Elassal，2026）。城市扩张、森林砍伐和农业集约化改变了入渗和径流过程，可能减少含水层补给（Sharma等，2026），其影响可能超过近年来气候变化的影响（Rico-Firo等，2026）。因此，地下水恶化可能同时反映自然水文地球化学过程和人为压力，需要综合评估以区分地质成因控制因素与人为污染（Iqbal等，2021）。
在经历快速人口增长和农业扩张的热带地区，土地利用和土地覆盖变化尤为值得关注（Mujaheeduddin等，2026）。在灌溉系统中，集约化地下水利用可能导致含水层枯竭，而化肥和农用化学品可通过营养盐和盐分淋溶恶化地下水质量（Sanad等，2026）。硝酸盐污染与农业和农村土地利用、化肥施用、径流、畜牧活动、污水和化粪池渗漏有关（Iqbal等，2023；Iqbal等，2025）。农业和工业活动因此可能增加地下水的脆弱性和饮用水风险（Baloch等，2023；Baloch等，2025），影响生态系统和公共供水（Moon等，2026）。暴露于NO3?、氟化物、砷及其他污染物也可能带来显著的健康风险（Iqbal等，2023；Dilpazeer等，2023；Baloch等，2020；Ili?等，2024；Jat Baloch等，2023）。
地下水脆弱性还包括微生物和病毒污染。来自污水和化粪池系统的病原体可能根据水文地质和物理化学条件，通过饱和与非饱和多孔介质迁移（Baloch等，2026）。其迁移受微生物特性、包气带性质和水文变量的控制（Zhang等，2022a；Zhang等，2022b），而地表–地下相互作用和地下水流可能促进细菌迁移，特别是在降雨之后（Chai等，2024）。
在墨西哥西北部，尤其是干旱和半干旱地区，地下水对家庭、工业和农业用途至关重要（Cruz-González等，2026；Sigala-Meza等，2026）。在西纳罗亚州高产的Mocorito河流域，地下水支撑着区域粮食安全和社会经济稳定（González González等，2026）。然而，集约化农业和城市扩张会改变景观结构、入渗和地下水需求，可能破坏补给–开采平衡。土地利用和土地覆盖变化通过入渗、蒸散发、径流、开采和污染物迁移的相互关联变化影响地下水，而灌溉回归水可能将营养盐、盐分和农用化学品残留带入含水层。
综合研究表明，农业和城市建设用地的变化可能与地下水水地球化学变化同时发生，尽管这些关系在空间上存在变异性，且不一定意味着因果关系（Jat Baloch等，2022a；Jat Baloch等，2022b；Iqbal等，2024）。地下水组成反映了补给、水–岩过程、水文地质特征、土地利用和人为活动之间的相互作用（Iqbal等，2025）。这些相互作用在西纳罗亚州尤为相关，因为该地区集约化灌溉、景观改造和地下水依赖并存。
因此，土地利用特征分析和土地利用评价对于自然资源管理至关重要（Zatarain等，2026）。遥感和地理信息系统（GIS）使得对空间信息进行分析以检测土地覆盖动态（Kumar等，2026a；Kumar等，2026b；Singh等，2026）以及在大范围内评估土地利用和土地覆盖变化成为可能（Chrif El Idrissi等，2026）。卫星影像有助于土地覆盖分类和环境变化检测（Ferreira，2026）。整合地理空间信息和地下水质量信息可以识别脆弱的含水层区域以及土地利用与地下水状况之间的关联，从而支持污染风险评估（Meng等，2024）。基于卫星的指数和预测模型也已应用于农业动态和水胁迫研究（Ali等，2025），而随机森林等机器学习算法提供了有效的土地利用和土地覆盖分类工具（Hussein等，2023；Nigar等，2024）。
拉丁美洲经历了大规模的土地覆盖变化。到2000年，多个地区的森林和热带植被已损失超过原始覆盖面积的50%，在巴西、墨西哥和哥斯达黎加尤为显著（Sanhouse-García等，2017）。在西纳罗亚州，农业、畜牧、水产养殖、工业和旅游等活动导致了景观破碎化和土地利用转变（Rangel-Peraza等，2024），受物理、生物、经济、政治和社会因素的相互作用驱动（Loaiza等，2023）。土地利用和土地覆盖的时空分析为量化这些变化提供了有效框架（Maheshkumar等，2025）。
尽管已有大量土地利用和土地覆盖研究，但连接地表变化与地下水文响应的机制仍缺乏充分的定量分析（Elassal，2026）。植被、农业强度、土壤性质、灌溉和不透水表面的变化可能同时影响补给、开采和污染物迁移。地下水化学组成还反映了矿物风化和溶解、蒸发、离子交换以及人为输入（Iqbal等，2021；Iqbal等，2023；Jat Baloch等，2021；Jat Baloch等，2022a；Jat Baloch等，2022b）。然而，在墨西哥西北部的集约化耕作地区，对土地利用和土地覆盖变化与长期地下水质量行为的综合评估仍十分有限（Dwivedi等，2026）。因此，结合卫星影像、空间与统计分析以及地下水监测，可以识别土地利用转变及其与地下水状况的空间对应关系（Chrif El Idrissi等，2026）。
基于此，本研究评估了MRA在2013至2022年间土地利用和土地覆盖（LULC）变化的时空特征，并将其与长期地下水质量观测数据相整合。主要目标是表征水地球化学和微生物学变异，并评估其与土地利用格局的空间一致性。本研究的创新之处在于将十年的地下水监测与基于卫星的土地利用和土地覆盖动态、机器学习分类、统计分析以及水文地球化学证据（包括吉布斯图）相结合。这种综合方法在不假定土地利用变化与地下水恶化之间存在直接因果关系的前提下，区分了自然控制因素（如水–岩相互作用和蒸发/浓缩）与叠加的人为压力。
章节摘要
研究区域
研究区域为位于墨西哥西北部西纳罗亚州的MRA。该水文地质系统是太平洋沿海平原的一部分，是区域农业生产和其他经济活动的重要地下水来源（Cruz-González等，2026；González González等，2026；Sigala-Meza等，2026；Zatarain等，2026）。
墨西哥共有653个官方认定的含水层，其中许多面临过度开采和供水不足的问题。
水质分析
表1汇总了各监测点地下水的物理化学和微生物学特征，以及相应的WHO饮用水准则和FAO灌溉用水质量阈值。结果表明，MRA地下水质存在显著的空间变异。SP1矿化度最高，其平均TDS（2325.5 mg/L）和EC（3625 μS/cm）超过FAO关于严重灌溉限制的阈值（>2000 mg/L和>3 μS/cm，
讨论
观测到的物理化学和微生物学参数的变异性与一个受自然矿化过程和局部人为压力共同影响的地下水系统一致。在承压含水层系统中，TDS、EC、Na+、Ca2+及其他主要离子的类似变异性也已被报道，其中地下水化学组成反映了水–岩相互作用、蒸发–浓缩、地下水开采、农业集约化和城市扩张的综合影响（
结论
对MRA地下水质和土地利用动态的综合分析表明，监测区域内的环境异质性十分显著。地下水观测数据显示矿化度和硬度升高以及间歇性微生物污染，而土地利用和土地覆盖分析则记录了永久性和雨养农业及水产养殖的扩张和多种自然覆盖类型的收缩。两组数据集共同提供了集约化利用区域压力增加的趋同证据。
CRediT作者贡献声明
Juan G. Loaiza：撰写——初稿撰写、方法学、概念化。Omar Mendoza-Aguilar：软件、形式化分析。Sergio Alberto Monjardin-Armenta：调查研究、数据整理。Yaneth A. Bustos-Terrones：撰写——审阅与编辑、验证。Jesús Gabriel Rangel-Peraza：监督、资金获取。Wenseslao Plata-Rocha：监督、概念化。
伦理审查
所有作者均已阅读、理解并遵守了《作者须知》中关于"作者伦理责任"的声明。
利益冲突声明
作者声明不存在已知的可能影响本文所述工作的竞争性经济利益或个人关系。
致谢
Juan Gabriel Loaiza感谢SECIHTI通过博士后奖学金提供的资金支持，使本研究得以完成。
Juan G. Loaiza|Omar Mendoza-Aguilar|Sergio Alberto Monjardin-Armenta|Yaneth A. Bustos-Terrones|Jesús Gabriel Rangel-Peraza|Wenseslao Plata-Rocha
