农业集约化区域长期灌溉和施肥导致土壤及包气带氮素持续累积，并通过长期迁移过程影响地下水质量。由于深厚包气带具有较强的水分和溶质滞后效应，当前地下水硝酸盐污染往往反映历史农业活动影响，增加了农业面源污染风险识别和地下水监测管理难度。

中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心王仕琴研究组以白洋淀流域平原区为研究对象，结合地下水监测数据、历史农业投入信息、水文地质条件和机器学习方法，揭示了农业遗留效应对地下水硝酸盐污染的长期影响（图1）。研究发现，2000年前后的灌溉量和施氮量仍是当前地下水硝酸盐浓度变化的重要预测因素，表明农业输入与地下水响应之间存在数十年的时间迟滞。同时，研究识别出灌溉量约300 mm/年、施氮量约265 kg N/(ha·年)以及地下水埋深约16 m的非线性响应特征。基于XGBoost-SHAP构建的风险评估方法进一步实现了地下水硝酸盐污染高风险区识别，并将监测点位由278个优化至82个，在减少监测成本的同时保持了对高风险区域和主要水文地质单元的有效覆盖（图2）。

该研究表明，农业区地下水硝酸盐管理不能仅依赖当前农业活动评价，而需要综合考虑历史水肥输入、包气带结构和地下水长期响应过程。相关方法可为农业面源污染风险识别、地下水监测优化及分区管理提供科学依据。相关研究以“Agricultural legacies drive groundwater nitrate contamination: Machine learning and risk-informed monitoring optimization in the Baiyangdian Lake watershed”为题，发表于 Agricultural Water Management。张志雄为论文第一作者，王仕琴研究员为通讯作者。该研究得到国家重点研发计划（2021YFD1700500）、国家自然科学基金（42377080）以及河北省自然科学基金创新研究群体项目（D2021503001）的资助。

图1  历史农业输入、包气带调节与地下水硝酸盐风险监测优化的概念框架

图2  白洋淀流域平原区地下水硝酸盐风险分区（左）与优化监测网络（右）