研究表明，人为成因活性氮排放约27%进入内陆水域，其中硝酸根约占30%，这导致硝酸根（NO3-）成为内陆水质恶化的一大元凶，甚至是全球2/3以上河口和海湾富营养化和死亡区（Dead zones）的主要诱因。此外，饮用高NO3-的水会通过干扰血红蛋白结合氧气的能力而诱发高铁血红蛋白血症，威胁水生生物和人类健康。因此，河流NO3-管控一直是全球水环境和健康保护的要务，关系到联合国可持续发展目标（SDG6. 清洁水目标）。此前，学界已经揭示农业面源和大气沉降是河流NO3-的主要来源，河内微生物硝化生成的二次NO3-被长期忽略，传统同位素解析模型因未校正NO3-微生物生成和消耗过程的氮氧同位素分馏，其主要来源诊断和源贡献分析结果存在不确定性，难以支撑精准NO3-减排和污染治理。
天津大学地球系统科学学院刘学炎教授团队通过构建欧洲、亚洲、北美洲3200余个河流采样点的NO3-氮氧同位素（d15N, d18O, D17O）观测数据集，建立耦合河流NO3-内外源同位素端元数据集与去向过程（反硝化、生物同化、传输入海）分馏效应值的三维同位素质量平衡模拟，量化了三大污染区大气沉降、农业面源、废水、河流微生物硝化四类NO3-来源的相对贡献、浓度和通量贡献（图1）。发现：
（1）大气沉降NO3-直接贡献仅占5±3%，农业面源NO3-平均贡献30±9%，远低于已有估算（60%）；
（2）废水其实是污染区河流NO3-的最大贡献者（占37±8%）；
（3）长期未被考虑或量化的河流硝化作用贡献高达28±7%，填补了过去对面源贡献的高估；
（4）57%的河流NO3-被河内生物消耗，仅43%最终输送至海洋。
图1. 欧洲、亚洲和北美洲河流硝酸根（r-NO3-）来源与去向的平均占比及总通量
这些发现重塑了污染区河流NO3-的收支认知，明确了仅管控农田氮淋溶可能无法有效削减河流NO3-负荷，未来需要升级全域污水处理设施、整治污水管网渗漏溢流、调控铵污染和微生物硝化。本研究于2026年9月在AGU旗下期刊《Global Biogeochemical Cycles》发表论文，天津大学刘学炎教授为第一作者和通讯作者、天津大学宋韦教授为共同第一作者、北京市水科院郭浩然博士、天津大学童银栋教授和刘丛强教授参与了研究。该研究获得国家自然科学基金项目（42221001, 42125301, 42322301）等资助。
论文信息：Xue-Yan Liu*, Wei Song, Hao-Ran Guo, Yin-Dong Tong, Cong-Qiang Liu (2026). Natural isotope constraints on river nitrate sources in polluted regions. Global Biogeochemical Cycles, 40, e2026GB009230.https://doi.org/10.1029/2026GB009230.
