地下环境氮污染对生态环境安全和人体健康构成了潜在的危险,一直是环境和水文地质领域研究的热点和难点问题。本文以关中盆地为典型研究区,以包气带和浅层地下水为研究对象,以“三氮”的迁移转化为主线,以资料收集、原位试验、室内实验、理论分析和数值模拟为手段,开展了地下环境氮污染机理和水质安全评价研究,取得如下主要研究成果：(1)研究区包气带和浅层地下水中“三氮”普遍存在,硝态氮的含量明显高于铵态氮和亚硝态氮的含量。在浅层地下水中硝态氮污染程度相对较重,呈面状分布,而铵态氮和亚硝态氮污染较轻,以点状存在。人类活动释放的氮负荷直接影响地下环境的氮污染程度,包气带岩性、厚度、地层结构和含水层的水力传输性能及其环境要素决定地下环境中“三氮”的存在形态和迁移转化规律。(2)在系统分析氮化物行为特征的基础上,研究了铵态氮吸附/解吸的动力学过程。通过铵态氮等温吸附/解吸实验表明,黄土等温吸附/解吸方程符合Langmuir模型,解吸滞后性最强；粉质粘土和粉砂等温吸附/解吸模式符合Henry模型,解吸滞后性较强；而细砂等温吸附方程符合Langmuir模型,等温解吸模式符合Henry模型,解吸滞后性最弱。这些结论与前人的成果具有一致性,也充分表明了黄土包气带对铵态氮迁移的阻滞能力强,粉质粘土和粉砂包气带次之,细砂包气带的阻滞能力最弱。(3)硝化/反硝化作用实验表明,铵态氮硝化动力学过程划分为缓慢阶段、快速阶段和衰减阶段,硝态氮反硝化过程包含反硝化阶段和弱硝化阶段,反硝化率为22.13%-70.23%,即在包气带原生环境(缺少人为添加营养液)中,硝态氮不能完全生物降解,使大部分硝态氮流失进入地下水中,为地下水硝态氮污染提供了物源。(4)通过混合实验和密封浸泡实验初步证明,混合稀释作用并不降低硝态氮的总量；化学还原和生物反硝化是硝态氮总量减少的重要途径,其中以化学还原为主,生物反硝化为辅。硝态氮的自然转化率为25.7-39.9%,即含水层的自净能力较差,因此造成了硝态氮的积累。亚铁盐的添加强化了还原环境,使含水层中硝态氮的转化率提高2倍以上,这一研究可为地下水氮污染防治提供理论基础和技术支持。(5)通过原位试验,对“三氮”在黄土和砂性包气带中迁移转化规律进行了对比研究。利用包气带水分和溶质运移模型,得出植物根系吸收作用明显降低氮化物的残留值和最大迁移距离；玉米根系吸收作用强于小麦根系,二者的吸氮量占施氮量的41.3%；通过黄土、粉砂和细砂包气带输入浅层地下水的氮化物以硝态氮为主,硝态氮通量为铵态氮和亚硝态氮通量的104倍以上。依据质量守恒定律,建立了含水层硝态氮年积累估算的数学模型,确定了影响硝态氮年积累的阈值,研究成果补充完善了含水层中氮化物环境行为与归趋理论。(6)利用健康风险评价的理论和方法,开展了研究区浅层地下水氮污染健康风险评价,评价结果表明：浅层地下水中硝态氮对人体健康的慢性毒害指数较高,高风险区占研究区面积的78.2%,主要分布在农业活动强烈的灌区和人口居住密集、工业相对发达的城镇区；硝态氮含量在12.6-20mg/L间的地下水对人体健康也是高风险的,即传统意义上可以饮用的三类水对人体健康并不都是安全的。在重点城郊区(西安地区),开展了地下水质健康风险综合评价,指出硝态氮为地下水中应优先治理的物质。在此基础上,提出了基于健康风险的地下水质安全管理程序和保障措施,为地下水资源管理和保护提供了技术支持。