全球范围内，地下水污染问题日益严重，硝酸盐污染对环境和人类健康构成了重大威胁（Chen et al., 2022; He et al., 2022; Kuang et al., 2024; Mao et al., 2023; Rohde, 2024）。地下水中的硝酸盐来源于多种途径，大致可分为自然来源和人为来源（He et al., 2022）。主要自然来源包括土壤氮循环和大气沉降，其浓度通常不超过2.5 mg/L（以NO3-N计）（Panno et al., 2006; Widory et al., 2005）。然而，人为来源，如农业活动（合成肥料和牲畜粪便）、工业废水（工业废弃物和垃圾填埋场）以及生活污水，往往是导致硝酸盐浓度升高的主要原因（Matiatos, 2016; Pasten-Zapata et al., 2014; Richa et al., 2022; Wang et al., 2020）。用作饮用水的地下水中高浓度的硝酸盐会带来严重的健康风险，包括甲状腺功能障碍、高铁血红蛋白血症，以及由亚硝酸盐形成的致癌N-亚硝胺增加的癌症风险（Ahada and Suthar, 2018; Ceballos et al., 2021; Gao et al., 2020）。受硝酸盐污染的地下水排放还会导致富营养化和全球变暖（Gooddy et al., 2016; Mao et al., 2023）。监管机构（欧盟、世界卫生组织和美国环境保护署）已将硝酸盐浓度阈值定为50 mg/L，而中国的限制标准为20 mg/L（以NO3?-N计）。由于中国地下水中的硝酸盐普遍超标（Liu et al., 2025; Ma et al., 2012; Zhou et al., 2024），准确追踪来源对于有效控制和去除硝酸盐至关重要。
由于地下水硝酸盐在地区范围内的广泛超标，确定其来源是一个相当大的挑战。多种因素，包括生物地球化学转化、由水文地质条件驱动的地下水混合过程以及多样的来源贡献，进一步增加了硝酸盐来源识别的复杂性（Mao et al., 2023; Richa et al., 2022）。在地下环境中，硝酸盐会经历各种微生物和物理化学过程，导致反硝化或硝化（Blarasin et al., 2021; Torres-Martinez et al., 2020）。这些转化过程掩盖了原始的硝酸盐特征，使得准确的来源追踪更加困难。此外，含水层系统在区域尺度上表现出较大的变异性，不同的补给路径和流动路径促进了不同来源水的混合，进一步掩盖了特定来源的特征（Nikolenko et al., 2018; Niu et al., 2022）。此外，由于组成相似，来源信号往往重叠。例如，合成肥料和粪便展现出重叠的δ15N/δ15O-NO3-值，而生活污水和垃圾填埋场渗滤液则具有较高的BOD和相似的Cl?/Br?比例（Antonio Torres-Martinez et al., 2021a; Ren et al., 2022）。尽管有很多研究，但在复杂的水文地质条件下，对硝酸盐来源贡献及其空间分布进行准确和定量的评估仍然有限。这一知识空白阻碍了制定针对当地情况的地下水管理策略的发展，而这些策略对于有效控制硝酸盐污染至关重要。
已经开发出了多种方法来追踪地下水中的硝酸盐来源。广泛应用了依赖于不同来源特征的水化学指标和双重硝酸盐同位素（Antonio Torres-Martinez et al., 2021a; Ogrinc et al., 2019; Ren et al., 2022; Richa et al., 2022）。然而，这些方法无法定量评估来源贡献。因此，引入了正矩阵分解（PMF）和绝对主成分得分-多元线性回归（APCS-MLR）等受体模型。PMF通过最小化残差误差将观测数据矩阵分解为非负因子贡献和来源特征，而APCS-MLR则利用主成分分析提取来源特征，随后通过多元线性回归估计其贡献（Li et al., 2021; Zanotti et al., 2019; Zhang, H. et al., 2020a）。为了克服化学特征重叠和受体模型输出缺乏概率解释的局限性，基于稳定同位素的混合模型（如MixSIAR模型）得到了越来越多的应用，因为它们能够提供概率估计并纳入先验信息（Antonio Torres-Martinez et al., 2021a; He et al., 2022; Zhang, M. et al., 2018）。然而，鉴于地下水中的硝酸盐污染复杂性，依赖单一追踪方法通常是不足的。实际上，需要多种证据相结合的方法才能准确追踪地下水中的硝酸盐来源。
尽管上述方法为硝酸盐来源追踪提供了有效途径，但独特的水文地质条件仍对准确识别和量化地下水中的硝酸盐来源构成了重大挑战。作为中国广泛分布的水文地质单元，山前冲积扇通常具有异质的沉积物组成和高渗透性，有利于地下水快速循环和深层地下水位（Lancia et al., 2021; Liu et al., 2023）。在这种地貌特征下，传统上认为深层地下水不易受到污染的假设并未得到一致验证（Martinelli et al., 2018; Widory et al., 2005）。此外，这些含水层中的高溶解氧条件倾向于抑制反硝化过程，从而限制了硝酸盐的天然衰减（Markovic et al., 2022）。在中国，这些冲积扇通常与丰富的水资源相关联，吸引了大量的工业和农业活动（Lancia et al., 2021; Wu and Sun, 2016）。结合其高渗透性和复杂的土地利用模式，地下水污染容易发生且难以修复，因为污染物会迅速扩散到高渗透性的含水层中。因此，准确追踪山前冲积扇中的硝酸盐来源并实施源控制措施对于保护地下水资源至关重要。
本研究聚焦于华北平原一个山前冲积扇区域的地下水。该研究区域的地下水是农业生产、工业应用和家庭供水的主要来源（Liu et al., 2023; Sun et al., 2010）。然而，作为一个人口密集且人类活动影响显著的地区，目前缺乏对该地区地下水中硝酸盐污染的空间分布和来源的研究。因此，本研究的目标是：（1）评估山前冲积扇中硝酸盐浓度及相关水质参数；（2）研究硝酸盐的空间分布并识别转化过程；（3）识别潜在的硝酸盐来源并量化不同污染源的相对贡献。研究结果将为复杂山前冲积扇含水层中硝酸盐来源追踪提供宝贵见解，并为这些地区的有效地下水污染管理提供建议。
