世界地下水中的硝酸盐问题不会很快消失，即使农民明天就停止使用氮肥。中国科学院和一支国际合作团队的赵文、贾晓旭及其同事在《自然·通讯》上发表的一项新研究，首次对潜伏在包气带（地表和地下水位之间的非饱和土壤和沉积物层）中的”遗留氮”储存库进行了全球综合估算。
这个数字令人震惊：截至2020年，全球包气带已累积了4037太克氮，约相当于40亿吨氮基化肥。这个在数十年集约农业过程中积累起来的储存库，正缓慢但不可阻挡地向地下水中迁移。到2020年，全球已有10%的陆地面积超过了世界卫生组织规定的每升11.3毫克硝酸盐氮的安全饮用水限值。
即使在最乐观的情景下，立即将氮盈余降至零，4%的受影响地区预计在2100年之后仍将高于世卫组织限值。
包气带”电池”
其机制十分直接。几十年来，农民施用的氮肥远远超过作物的吸收能力。以硝酸盐（NO3-）形式存在的过剩氮具有高度水溶性，会通过土壤剖面向下淋溶。在包气带，在中国华北平原或美国高平原等地区可延伸至数十米深的非饱和层，中，反硝化作用非常有限。该区域主要为好氧环境（充满氧气），反硝化细菌所需有机碳随深度急剧下降。
因此，包气带就像一个正在充电的电池。每年过量施肥都会为储存库增加更多硝酸盐。但与电池不同的是，它不会快速放电。穿过厚包气带的迁移时间可能长达数十年到数百年。农民在1990年代施用的硝酸盐可能要到2030年代才能到达地下水位。今天施用的硝酸盐将在本世纪下半叶才到达地下水位。
赵及其同事使用了一个0.5度分辨率的全球模型来模拟1961年至2100年的硝酸盐动态，整合了施肥量、作物吸收、气候、土壤性质和水文地质数据。目前包气带储存库的4037太克估算值，远高于Ascott等人（2017年）对2000年605至1814太克的先前估算，这既反映了到2020年的进一步累积，也反映了对深部包气带过程更精细的建模。
以世纪为衡量单位的治理问题
该论文最重要的发现是，当前的水质治理框架针对的是错误的时间尺度。农业政策以5至10年为周期运作，而地下水硝酸盐的响应时间尺度为30至100年甚至更长。
“年氮盈余，施用的氮与作物吸收的氮之间的差额，是环境影响的标准指标，”作者指出。”但它无法告诉您任何关于已在迁移中、无论明年采取何种措施都将到达地下水的硝酸盐的信息。”
该研究提出了四种管理原型，从”无需额外行动”（包气带储存库小、自然冲刷就足够的地区）到”多代修复”（受影响极为严重、只有经过数十年持续管理才能恢复地下水安全的地区）。该原型框架旨在帮助政策制定者根据其所在地区问题的实际严重程度和时间尺度来匹配干预强度。
拟议的具体干预措施包括：精准施肥以减少持续盈余、覆盖作物以捕捉生长季节之间的残留氮、受控含水层补给以刺激深层沉积物中的反硝化作用，以及在人类时间尺度内无法修复的情况下，改用替代饮用水源。
全球热点区域
受影响最严重的地区均具备厚包气带、高历史氮负荷和慢地下水补给这三个特点。华北平原是全球受影响最严重的地区之一，数十年来在深层土壤和深水层之上集约使用化肥。印度的印度河-恒河平原是另一个优先区域，约5亿人口依赖地下水，且硝酸盐中位浓度正在上升。在北美，高平原（奥加拉拉含水层区域）、加利福尼亚州中央谷地和俄勒冈州威拉米特谷均有记录的遗留硝酸盐问题。中欧和东欧部分地区，特别是德国下莱茵湾，也面临类似挑战。
在中国，周等人（2024年）的一项独立研究发现，地下水硝酸盐中位浓度从1990年的3.84 mg/L上升到2020年的6.94 mg/L，北方（8.54 mg/L）远高于南方（7.15 mg/L）。这一增长中有很大一部分来自几十年前作为化肥施用的硝酸盐。
核心结论
该论文向农业政策传达了一个令人不安的信息：硝酸盐问题不会通过明年的法规或下一部农业法案得到解决。将在2050年至2100年间污染地下水的硝酸盐，大部分已经存在于土壤中。唯一的问题是，当前的盈余削减努力能否防止情况对下一代人变得更加糟糕。
主动监测包气带，在硝酸盐到达水井之前进行钻探取芯和传感器安装以跟踪其运移，是切实可行的建议。等到硝酸盐出现在饮用水井中时，污染在几十年前就已经根植于系统之中。行动的最佳时机是过去。其次好的时机是现在。
来源：
Zhao W, Jia X, Niu L, Hu W, Yang T, Turkeltaub T, Binley A, Xia Y, Wei X, Li Y, Shao M, Liao X. “The long tail of nitrate pollution in groundwater challenges governance of global water quality.” Nature Communications (2026). DOI: 10.1038/s41467-026-75014-8
婷 翻译