典型山地农业区浅层地下水硝酸盐来源及转化过程解析

范祖金，魏 兴，周育琳，陈蒙恩，申纪伟，李佳文

重庆三峡学院土木工程学院，重庆 404100

地下水作为主要淡水资源，是人类生活和工农业生产用水的重要来源，对维持社会经济可持续发展起关键性作用[1].近年来，随着城镇化进程的不断推进和社会经济的快速发展，地下水氮污染已成为全球面临的主要水环境问题之一[2].硝酸盐作为地下水无机氮的主要赋存形式，其含量过高会造成水体富营养化并严重威胁饮用水安全，人体长期摄入过量硝酸盐会引发高铁血红蛋白症、食管癌和胃癌等疾病[3-4].此外，地下水中硝酸盐来源广泛和转化过程复杂，污染具有隐蔽性和难以恢复性[5-6]，一旦受到污染，其治理难度和成本较大.因此，准确识别地下水硝酸盐来源及转化过程，是有效防治硝酸盐污染的前提.

在以往地下水硝酸盐来源识别的研究中，多是在分析水化学特征基础上，结合土地利用类型进行分析[7-8]，但受硝酸盐来源多样性及转化过程复杂性影响，其结果存在较大的不确定性[9].随着同位素技术的发展，硝酸盐氮氧同位素(δ15N-NO3-和δ18O-NO3-)在示踪地下水硝酸盐来源及转化过程中逐渐得到应用[10]，如Li 等[11]通过分析δ15N-NO3-和δ18O-NO3-值发现，稻草返田区域地下水硝酸盐主要来源于尿素、土壤氮和污水粪肥；王开然等[12]利用δ15N-NO3-和δ18O-NO3-确定了桂林岩溶水硝酸盐主要来源于家畜粪便和生活污水，转化过程以硝化作用为主.由于以上方法不能对各硝酸盐来源进行量化，且不同硝酸盐源的同位素值存在重叠，增大了识别难度.为此，有研究者在利用δ15N-NO3-和δ18O-NO3-的基础上，结合IsoSource、SIAR 和MixSIAR 等模型对各硝酸盐源贡献率进行计算.其中，MixSIAR 模型考虑了先验信息的不确定性，并融合了贝叶斯混合模型最新成果，定量结果更为准确[13-14].Torres-Martínez 等[15]利 用 δ15N-NO3-、δ18O-NO3-结合MixSIAR 模型，对拉古内拉畜农业集约区地下水硝酸盐来源进行识别，发现动物粪便(占48%)和城市污水(占43%)是地下水硝酸盐主要来源；裴东艳等[16]利用MixSIAR 模型计算出黄河上游清水河灌溉季硝酸盐主要来源于土壤有机氮(占24.8%)、化学氮肥(占24.5%)和畜禽养殖(占22.8%)，非灌溉季硝酸盐主要来源于生活污水(占26.7%)、畜禽养殖(占23.4%)和土壤有机氮(占20.4%).因此，相关模型的引入对准确识别地下水硝酸盐来源至关重要.

目前，重庆市地下水硝酸盐来源识别的研究主要集中在岩溶地下水系统[17-18]，而关于山地农业区的研究较少.重庆市万州区是“成渝地区双城经济圈建设”在渝东北地区的经济主战场，是以山地农业经济为主的农业大区，随着区域经济的快速发展，农业活动、工业废水和生活污水等已成为地下水硝酸盐潜在来源.基于此，以该区浅层地下水为研究对象，综合利用水化学方法和环境同位素技术，解析不同土地利用类型影响下的浅层地下水硝酸盐来源及转化过程，并借助MixSIAR 模型对不同硝酸盐源贡献率进行计算，以期为山地农业区地下水硝酸盐污染防治提供参考和科学依据.

1 材料与方法

1.1 研究区概况

重庆市万州区地处长江中上游结合部，位于107°52′22″E～108°53′52″E、30°23′50″N～31°00′18″N，高程为106～1 762 m，总面积为3 456.38 km².区内山脉多呈东北-西南走向且平行延伸，长江自西南-东北走向贯穿全区，长江以西地势北高南低，长江以东地势北低南高，地形以低山、丘陵和山间平地为主，约占全区面积的50%，零星分布有平坝和台地.区内地质构造由东北部大巴山、东南部川鄂湘黔和中西部川东褶皱带组成，出露岩层以侏罗系为主，三叠系次之.其中，侏罗系上统和中统地层岩性主要为砂岩、页岩和泥岩等，侏罗系下统和三叠系上统地层岩性主要为砂岩、页岩和薄煤层等；三叠系中统地层岩性主要为灰岩、页岩和泥岩等，三叠系下统地层岩性主要为灰岩、砾岩和页岩等.该区属湿润亚热带季风气候，多年平均气温为17.9 ℃，多年平均降雨量为1 179 mm，多年平均蒸发量为691 mm.

研究区土地利用类型包括耕地、林地、建设用地、草地和水域(见图1).耕地和林地分别占全区面积的49.95%和32.58%；建设用地主要沿长江两岸分布，占8.78%；草地和水域面积占比较小，分别为6.44%和2.24%.区内浅层地下水以三叠系和侏罗系地层中的裂隙水为主，埋深一般为2～6 m，主要接受降雨入渗、田间水入渗和河道水渗漏等补给；浅层地下水整体流向与地形坡降趋势基本一致，西部总体由西北向东南径流，东部总体由东南向西北径流；浅层地下水主要排泄方式为人工开采、泉水溢出以及向下游侧向径流等.

图1 研究区土地利用类型及浅层地下水采样点分布示意Fig.1 Distribution of land use types and shallow groundwater sampling sites in the study area

1.2 样品采集与测试

2021 年10 月，对研究区主要土地利用类型的浅层地下水进行采集(见图1).在耕地、林地和建设用地分别采集离子测试水样35、12 和9 组，同位素测试水样11、4 和5 组，水样采自民用井或天然溢出泉.样品采集使用500 mL 聚乙烯塑料瓶，密封采用Parafilm封口膜.采样前用去离子水清洗采样瓶3 次，然后再用待取水样润洗3 次，所有水样经0.45 μm 微孔滤膜过滤.用于阴离子测试的水样过滤后直接密封保存；用于阳离子测试的水样添加高纯硝酸酸化至pH≤2后密封保存；同位素水样采集约在水面下0.5 m 处进行.采样完成后用GPS 记录采样点经纬度和高程，并尽快将水样送回实验室内置于4 ℃冰箱中保存.

现场使用pH 检测计(pH818，江苏布鲁克电子有限公司)、溶解性总固体计(AR8011，江苏布鲁克电子有限公司)和氧化还原电位计(AZ8552，深圳市浚海中仪科技有限公司)，对水样的pH、溶解性总固体(TDS)浓度和氧化还原电位(ORP)进行测定.水样分析在国土资源部地下水矿泉水及环境检测中心完成，阳离子使用电感耦合等离子体发射光谱仪(iCAP6300)测定，除HCO3-浓度采用酸碱滴定法测定外，其余阴离子浓度使用离子色谱仪(ICS1100)测定，并对测定结果进行阴阳离子平衡检验，保证误差在±5%以内.水样氧同位素(δ18O-H2O)采用液态水同位素分析仪(L2130i)进行测定；δ15N-NO3-、δ18O-NO3-采用气体同位素质谱仪(MAT235 Plus)进行测定.同位素值测定结果以千分偏差形式表示：

式中，Rsample为样品中重同位素与轻同位素比值，Rstandard为标准样品中重同位素与轻同位素比值.

1.3 稳定同位素源解析模型

利用MixSIAR 模型对各硝酸盐源贡献率进行计算.该模型通过定义k个来源n个混合物的j个同位素，并考虑同位素分馏作用的影响，对各来源贡献率的概率分布进行估算：

式中：Xij为混合物i的j同位素值(i=1,2,···,N；j=1,2,···,J)，‰；Pk为源k的贡献率(k=1,2,···,K)；Sjk为源k的j同位素值，与平均值μjk和方差ωjk2呈正态分布；Cjk为源k在j同位素上的分馏因子；λjk和τjk2分别为分馏因子的平均值和标准偏差；ɛjk为残留误差，平均值为0；σj2为标准偏差.

2 结果与分析

2.1 水化学基本特征

研究区耕地、林地和建设用地浅层地下水水化学参数(见表1)显示：pH 变化范围分别为5.94～8.46、7.39～9.62 和7.10～8.71，平均值分别为7.47、8.22 和7.79；TDS 浓度变化范围分别为40.49～551.60、39.39～450.80和71.96～465.20 mg/L，平均值分别为325.47、217.60和287.00 mg/L，均属于弱碱性淡水；ORP 变化范围分别为137.00～248.00、117.00～218.00 和145.00～218.00mV，平均值分别为164.00、169.00 和179.00 mV，均处于氧化环境.

表1 研究区浅层地下水化学参数统计Table 1 Statistical summary of chemical parameters of shallow groundwater in the study area

耕地、林地和建设用地浅层地下水阴离子浓度表现为HCO3->SO42->Cl->NO3-，耕地和建设用地浅层地下水阳离子浓度均表现为Ca2+>Na+>Mg2+>K+，林地浅层地下水阳离子浓度表现为Ca2+>Mg2+>Na+>K+，阴阳离子均以HCO3-和Ca2+为主.研究区浅层地下水NO3--N 浓度平均值显著高于NO2--N 和NH4+-N，说明硝酸盐是无机氮的主要赋存形式；相较于林地和建设用地浅层地下水，耕地浅层地下水NO3--N 浓度平均值较高，表明耕地频繁的农业活动加剧了硝酸盐输入.由浅层地下水Piper 图(见图2)可知，耕地浅层地下水水化学类型具有HCO3-Ca 型向Cl-Ca 型的演化趋势，这与浅层地下水中Cl-浓度占比增大有关，而Cl-具有物理、化学和生物惰性，其浓度主要通过水体混合作用改变，表明耕地浅层地下水中Cl-来源受到了人类活动影响[19-20].

图2 研究区浅层地下水Piper 图Fig.2 Piper diagram demonstrating the hydrochemistry of shallow groundwater in the study area

采用舒卡列夫法划分浅层地下水水化学类型，耕地浅层地下水水化学类型共10 种(见图3)，以HCO3-Ca型为主；林地水化学类型共5 种，以HCO3-Ca 型和HCO3·SO4-Ca 型为主；建设用地水化学类型共3 种，以HCO3-Ca 型为主.土地利用类型可直接反映人类活动对浅层地下水化学组分的影响[21]，耕地浅层地下水水化学类型最为复杂，说明其化学组分受到农业活动影响；林地浅层地下水类型较复杂，这与林地部分区域以种植果树为主有关；由于建设用地具有大面积的不透水地面，浅层地下水处于相对封闭的环境，化学组分不易受到影响，使得其水化学类型简单.

图3 研究区浅层地下水水化学类型空间分布Fig.3 Spatial distribution of hydrochemical types of shallow groundwater in the study area

2.2 硝酸盐及氮氧同位素空间分布特征

耕地、林地和建设用地浅层地下水NO3--N 浓度的变化范围分别为0.39～33.03、0.37～6.57 和0.38～3.82 mg/L(见 图4)，NO3--N 浓度的平均值表现为耕地(4.29 mg/L)>建设用地(1.41 mg/L)>林地(1.34 mg/L).浅层地下水NO3--N 浓度的高值点主要集中在耕地，表明耕地浅层地下水硝酸盐来源受农业活动影响显著.其中，耕地水样G20(白土镇)、G31(新乡镇)和G40(弹子镇)的NO3--N 浓度分别为33.03、14.03 和10.52 mg/L，超过世界卫生组织(WHO)规定的硝酸盐饮用水标准限值(10 mg/L)[22].林地和建设用地浅层地下水虽未出现硝酸盐超标现象，但水样G6、G36、G11、G29 和G56 具有较高NO3--N 浓度，说明其浅层地下水硝酸盐来源可能受到了人类活动影响.

图4 研究区浅层地下水硝酸盐及氮氧同位素空间分布Fig.4 Spatial distribution of nitrate and δ15N-NO3- and δ18O-NO3- of shallow groundwater in the study area

耕地、林地和建设用地浅层地下水δ15N-NO3-值变化范围分别为1.9‰～21.9‰、0.5‰～7.8‰和0.3‰～10.9‰，平均值表现为耕地(8.2‰)>建设用地(6.3‰)>林地(3.2‰)；δ18O-NO3-值变化范围分别为0.2‰～10.6‰、-6.6‰～28.6‰和-6.8‰～5.6‰，平均值表现为林地(5.8‰)>耕地(3.7‰)>建设用地(0.4‰).其中，耕地和建设用地浅层地下水δ15N-NO3-值变化范围大于δ18O-NO3-，而林地浅层地下水δ18O-NO3-值变化范围大于δ15N-NO3-，表明耕地和建设用地浅层地下水硝酸盐可能主要来源于铵态氮肥、土壤有机氮和污水粪肥等，林地浅层地下水硝酸盐可能主要来源于土壤有机氮、化学肥料和大气降水等[23-24].

2.3 硝酸盐来源及转化过程

2.3.1 硝酸盐来源识别

水环境中Cl-相对稳定且几乎不受物理、化学和生物过程影响，其主要来源包括农业活动、工业废水和生活污水等，因此在识别水体污染来源方面可作为理想指示剂[25-26].利用[NO3-]/[Cl-]值与[Cl-]关系可初步判断地下水硝酸盐来源，高[NO3-]/[Cl-]值(>1)和低Cl-浓度(<0.1 mmol/L)，表示硝酸盐来源以农业活动为主；低[NO3-]/[Cl-]值(<0.1)和高Cl-浓度(>0.5 mmol/L)，表示硝酸盐来源以污水粪肥为主[27-28].由研究区浅层地下水[NO3-]/[Cl-]与[Cl-]值关系〔见图5(a)〕可知，绝大部分水样具有中等大小的[NO3-]/[Cl-]值和Cl-浓度，说明浅层地下水硝酸盐是多种源的混合.

图5 研究区浅层地下水[NO3-]/[Cl-]值与[Cl-]关系和硝酸盐氮氧同位素值分布Fig.5 The relationship between [NO3-]/[Cl-] and [Cl-] and the distribution of nitrate nitrogen and oxygen isotopes in shallow groundwater of the study area

地下水中硝酸盐主要来源包括大气降水、硝态氮肥、铵态氮肥、土壤有机氮和污水粪肥等[29]，不同硝酸盐源的δ15N-NO3-和δ18O-NO3-值具有特定范围.例如，大气降水δ15N-NO3-、δ18O-NO3-值分别为-13‰～13‰和25‰～75‰，硝态氮肥δ15N-NO3-、δ18O-NO3-值分别为-5‰～5‰和17‰～25‰，铵态氮肥δ15N-NO3-、δ18O-NO3-值分别为-10‰～5‰和-15‰～15‰，土壤有机氮δ15N-NO3-、δ18O-NO3-值分别为2‰～8‰和-15‰～15‰，污水粪肥δ15N-NO3-、δ18O-NO3-值分别为4‰～25‰和-15‰～15‰[30-33].因此，利用δ15N-NO3-和δ18O-NO3-特征值可对地下水硝酸盐来源进行定性识别.由研究区浅层地下水δ15N-NO3-和δ18O-NO3-值分布特征〔见图5(b)〕可知，耕地水样δ15N-NO3-和δ18O-NO3-值主要分布在铵态氮肥、土壤有机氮和污水粪肥值域范围内，表明浅层地下水硝酸盐来源以铵态氮肥、土壤有机氮和污水粪肥为主；林地水样δ15N-NO3-和δ18O-NO3-值在大气降水、铵态氮肥、土壤有机氮和污水粪肥值域范围内均有分布，表明大气降水、铵态氮肥、土壤有机氮和污水粪肥对浅层地下水硝酸盐均有一定贡献；建设用地水样δ15N-NO3-和δ18O-NO3-值主要分布在铵态氮肥和污水粪肥值域范围内，表明浅层地下水硝酸盐来源以铵态氮肥和污水粪肥为主.

2.3.2 硝酸盐转化过程分析

地下水δ15N-NO3-、δ18O-NO3-值组成不仅受硝酸盐源控制，还受水生系统中生物化学过程影响，从而引起同位素分馏使δ15N-NO3-和δ18O-NO3-值发生改变，如反硝化作用、硝化作用、固氮作用、挥发作用和扩散作用[34].其中，固氮作用、挥发作用和扩散作用不会引起显著的分馏效应，对δ15N-NO3-值和δ18O-NO3-值影响较小[35]，故本研究只对硝酸盐转化过程中的反硝化作用和硝化作用进行分析.

反硝化作用发生过程中，硝酸盐中的氮经生物化学过程被还原为氮气，残余硝酸盐δ15N-NO3-和δ18O-NO3-会同时发生分馏富集，且遵循瑞利分馏规律[36].因此，利用瑞利方程判断地下水中是否发生反硝化作用：

式中：ɛ为分馏系数，‰；δ15N0和δ18O0分别为硝酸盐氮氧同位素的最初组成值，‰.

若δ15N-NO3-、δ18O-NO3-值与ln[NO3--N]均呈显著负线性相关，则可基本判断地下水中存在反硝化作用.由研究区浅层地下水δ15N-NO3-、δ18O-NO3-值与ln[NO3--N]的关系〔见图6(a)(b)〕可知，耕地水样δ15N-NO3-和δ18O-NO3-分馏系数分别为-0.89‰和0.68‰，δ15N-NO3-与ln[NO3--N]存在一定负线性相关，但与Aravena 等[37]研究发现反硝化作用引起的同位素分馏系数(-40‰～-5‰)有较大差异，且耕地浅层地下水处于氧化环境，不利于反硝化作用发生，因此耕地浅层地下水中发生反硝化作用可能性较小；林地和建设用地水样δ15N-NO3-和δ18O-NO3-与ln[NO3--N]均表现为显著正线性相关，说明林地和建设用地浅层地下水中未发生反硝化作用.此外，有研究表明，若水体中发生反硝化作用，残余硝酸盐δ15N-NO3-与δ18O-NO3-值会以1.3∶1～2.1∶1 比例富集[38].研究区3种区域的浅层地下水δ15N-NO3-/δ18O-NO3-值均小于1.3〔见图6(c)〕，进一步证明浅层地下水中基本不存在反硝化作用.

图6 研究区浅层地下水δ15N-NO3-与ln[NO3--N]、δ18O-NO3-与ln[NO3--N]、δ15N-NO3-与δ18O-NO3-的关系Fig.6 The relationships between δ15N-NO3- and ln[NO3--N],δ18O-NO3- and ln[NO3--N],and δ15N-NO3- and δ18O-NO3- of shallow groundwater of the study ar ea

理论上，硝化作用产生的硝酸盐中有2/3 的氧原子来自水，1/3 的氧原子来自水中溶解的氧[39].耕地、林地和建设用地水样δ18O-H2O 值变化范围分别为-8.4‰～-6.0‰、-11.1‰～-6.6‰和-8.8‰～-7.1‰；大气中δ18O-O2理论值为23.5‰[19].通 过δ18O-NO3-=2/3δ18O-H2O+1/3δ18O-O2计算可知，耕地、林地和建设用地浅层地下水δ18O-NO3-理论值分别为2.3‰～3.8‰、0.4‰～3.4‰和2.0‰～3.1‰；若浅层地下水中存在硝化作用过程，δ18O-NO3-实测值应在理论值范围内，而3 种区域的浅层地下水δ18O-NO3-实测值分别为-0.2‰～10.6‰、-6.6‰～28.6‰和-6.8‰～5.6‰，实测值变化范围大于理论值，这与研究区属于湿润亚热带季风气候有关，较适宜的温度会通过多种途径促进硝化作用[40]，使δ18O-NO3-值变化范围更大.此外，有研究表明，硝化作用并不完全按照2∶1 比例利用水和氧气中的氧原子[41]，因此部分浅层地下水δ18O-NO3-实测值会偏离理论值.Xue 等[42]研究发现，硝化作用形成的δ18O-NO3-值一般在-10‰～10‰之间，研究区绝大部分水样的δ18O-NO3-值实测值在该范围内，说明浅层地下水硝酸盐转化过程以硝化作用为主.

2.4 硝酸盐来源定量计算

由2.3.1 节分析结果可知，研究区浅层地下水硝酸盐主要来源于土壤有机氮、污水粪肥、化学肥料和大气降水，各硝酸盐源初始δ15N-NO3-、δ18O-NO3-的平均值和标准差见表2.由于浅层地下水中基本不存在反硝化作用，在利用MixSAIR 模型计算硝酸盐源贡献率时假设分馏因子Cjk=0.

表2 不同硝酸盐源初始δ15N-NO3-、δ18O-NO3-的平均值和标准差Table 2 Mean and standard deviation of initial δ15N-NO3- and δ18O-NO3- from different sources of nitrate

基于MixSAIR 模型的硝酸盐源解析结果显示，不同硝酸盐源对3 种区域的浅层地下水贡献率存在一定差异(见图7).其中，耕地浅层地下水各硝酸盐源贡献率表现为化学肥料(占36.3%)>污水粪肥(占35.4%)>土壤有机氮(占24.7%)>大气降水(占3.6%)；林地浅层地下水各硝酸盐源贡献率表现为大气降水(占35.3%)>化学肥料(占31.3%)>土壤有机氮(占22.1%)>污水粪肥(占11.3%)；建设用地浅层地下水各硝酸盐源贡献率表现为化学肥料(占46.0%)>污水粪肥(占32.2%)>土壤有机氮(占15.2%)>大气降水(占6.5%)，MixSAIR 模型计算结果与2.3.1 节的分析结果基本一致.

图7 研究区浅层地下水各硝酸盐源贡献率Fig.7 The contributions of difference sources to shallow groundwater nitrate in the study area

在耕地浅层地下水硝酸盐来源中，化学肥料、污水粪肥和土壤有机氮贡献率较大，化学肥料过量施用和污水粪肥不合理排放会导致土壤有机氮浓度显著增大[44]，有机氮经大气降水和灌溉水淋溶进入浅层地下水，在硝化作用下转化为硝酸盐.林地浅层地下水硝酸盐来源以大气降水、化学肥料和土壤有机氮为主，其次还受到一定程度的污水粪肥影响，相较于耕地和建设用地，林地浅层地下水硝酸盐来源受人类活动影响较小，其补给来源以大气降水为主[45]，使得大气降水对林地浅层地下水硝酸盐贡献率最大，而化学肥料也有较大贡献率，这是由于部分林地以种植果树为主，化学肥料的过量施用会加剧对浅层地下水硝酸盐的输入.建设用地浅层地下水硝酸盐主要来源于化学肥料和污水粪肥，其中化学肥料来源贡献率显著高于耕地和林地，结合浅层地下水流向可知，浅层地下水总体由耕地和林地向建设用地径流，来源于化学肥料的硝酸盐在浅层地下水中逐渐富集，使得化学肥料对建设用地浅层地下水中硝酸盐贡献率增大；此外，污水粪肥对建设用地浅层地下水硝酸盐也有较大贡献，这与污水粪肥不合理排放等有关[46].整体上，研究区浅层地下水硝酸盐来源以化学肥料和污水粪肥为主，为保护和改善浅层地下水水质，应控制农业种植过程中化学肥料的过量施用，提高化学肥料的使用效率，同时加大农村和城镇污水粪肥排放管理力度.

3 结论

a) 研究区浅层地下水属于弱碱性淡水，阴阳离子分别以HCO3-和Ca2+为主，水化学类型以HCO3-Ca 型为主；硝酸盐是浅层地下水无机氮的主要赋存形式，不同区域的浅层地下水硝酸盐含量表现为耕地>建设用地>林地，耕地水样G20、G31 和G40 硝酸盐含量超过世界卫生组织规定的饮用水标准限值.

b) 研究区浅层地下 水δ15N-NO3-和δ18O-NO3-特征值显示，耕地浅层地下水中硝酸盐主要来源于铵态氮肥、土壤有机氮和污水粪肥；大气降水、铵态氮肥、土壤有机氮和污水粪肥对林地浅层地下水硝酸盐均有一定贡献；建设用地浅层地下水硝酸盐来源以铵态氮肥和污水粪肥为主.浅层地下水环境同位素值关系表明，不同区域的浅层地下水硝酸盐转化过程均以硝化作用为主，基本不存在反硝化作用.

c) MixSAIR 模型计算结果显示，耕地浅层地下水各硝酸盐源贡献率表现为化学肥料(占36.3%)>污水粪肥(占35.4%)>土壤有机氮(占24.7%)>大气降水(占3.6%)；林地浅层地下水各硝酸盐源贡献率表现为大气降水(占35.3%)>化学肥料(占31.3%)>土壤有机氮(占22.1%)>污水粪肥(占11.3%)；建设用地浅层地下水各硝酸盐源贡献率表现为化学肥料(占46.0%)>污水粪肥(占32.2%)>土壤有机氮(占15.2%)>大气降水(占6.5%).整体上，研究区浅层地下水硝酸盐来源以化学肥料和污水粪肥为主，与农业种植过程中化学肥料的过量施用，以及农村和城镇污水粪肥不合理排放有关.