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硝酸盐(NO3-)是水环境中最为普遍的一种污染物质。随着社会经济的发展，人类活动的加剧，水环境中NO3-的浓度在持续不断的升高。NO3-的生理毒性主要体现在对生物体内氧传输色素功能的妨碍。世界卫生组织(WHO)、中国政府及其他各国政府均对饮用水中的NO3-的浓度做出规定，中国国家饮用水标准中规定NO3-的浓度不得大于50mg/L（约10mgN/L）。自然界中氮循环过程正受到人类活动的剧烈影响。人类活动的一个重要表现体现在土地利用方式的改变上，因此，研究土地利用对不同水体中NO3-迁移转化的影响是目前研究的热点之一。
本论文以水文学、水文地质学及水文地球化学的基本理论的为依据，综合运用同位素技术、环境示踪剂技术、GIS空间分析技术及多元统计学方法，通过现场考察取样结合室内实验室分析，对不同水体（包括土壤水、地表水及地下水）中氮循环过程在污染源类型、污染负荷强度以及污染历史等方面与土地利用之间的关系进行了研究。主要结论如下:
通过对比农业梨园种植区和森林杉树种植区两种土地利用条件下土壤水中NO3-的浓度变化与氮负荷量的差别，发现土地利用在污染源类型、污染负荷强度两方面直接作用与土壤水中NO3-的迁移转化过程，同时通过改变水循环过程中蒸发与下渗环节进一步影响NO3-在土壤水中的浓度分布。
以太子河为研究对象对流域内土地利用对地表水NO3-的影响进行了研究。太子河流域的水化学形成作用受太子河土地利用和当地的地质条件控制。化学计量平衡法计算结果表明，在太子河上游，水化学形成作用主要以碳酸岩溶解为主，人类活动次之。进入中下游，人类活动对水化学组成影响加大，在流域出口附近，人类活动对水化学形成的影响的已经超过碳酸岩溶解和其他过程，成为控制当地水化学组成的第一作用。16个支流子流域的土地利用组成与其子流域出口断面处TN浓度之间多元回归结果表明太子河流域土地利用与河流中N污染关系密切，河流中NO3-的主要来源为农业旱地的耕作和城市工业废水及生活污水的排放。
以三江平原为研究对象考察了土地利用与地下水中NO3-污染之间的关系。三江平原自1954年以来，土地利用变化剧烈，大规模农业开发造成当地湿地大幅度减少，耕地面积急剧增加。如何在土地利用变化条件下确认土地利用与地下水中NO3-污染之间的关系成为亟待解决的问题。本文利用地下水滞留时间确定了地下水补给时刻水井影响范围内的土地利用，以采样时土地利用和补给时刻土地利用作为自变量分别对地下水NO3-浓度进行逐步回归和主成分回归分析。逐步回顾结果表明，采样时土地利用类型与地下水NO3-浓度没有直接的相关关系;地下水NO3-浓度与补给时间的土地利用密切相关，回归分析的决定系数为0.7，即补给时间的土地利用能解释地下水NO3-浓度变化的70％。逐步回归确认了4种显著相关的土地利用类型，分别为旱地(DRY)、水域(WAT)、草地(GRS)和森林(FOR)，标准回归系数表明，旱地是左右地下水NO3-浓度的主要因素，氮同位素分析结果进一步表明，农业堆肥及牲畜粪便是地下水NO3-的主要来源。主成分回归确认了三江平原土地利用变化的三个主要过程，分别为:湿地开垦为旱田及居工地的农业开发过程、水域开垦为水田的农业开发过程以及湿地向草地的自然退化过程。其中，第一个过程对当地地下水NO3-污染起到了至关重要的作用。