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不同来源的硝酸盐具有特定的氮、氧同位素组成，测试水中硝酸盐氮和氧同位素组成是研究地下水中硝酸盐氮污染来源最直接和有效的方法。北京平原区地下水硝酸盐氮污染形势严峻。防治北京平原区地下水硝酸盐氮污染，是确保首都供水安全，缓解首都水资源紧张局面的重要措施。查明硝酸盐氮污染成因和来源，是防治和缓解北京地下水硝酸盐氮污染首要解决的两个关键问题。本论文紧紧围绕这两个关键问题，进行了广泛的资料收集、现场调查和取样。样品采自于平原区浅部和深部含水层。在实验室内建立了水中硝酸盐氮氧同位素分析测试方法，测试了地下水样品硝酸根氮和氧同位素。本论文首次系统地应用硝酸盐氮和氧同位素方法，对北京平原区地下水和地表水中硝酸盐氮污染源进行研究。通过已有资料的综合分析，及测试的硝酸盐氮和氧同位素数据，获得了许多新的认识和结果，为有效防治北京平原区地下水硝酸盐氮污染提供了重要的依据。
通过对北京平原区13个区县741个地下水样硝酸盐氮浓度统计分析，发现北京平原区地下水硝酸盐氮污染主要集中在150m以上的第四系浅层地下水，150m以下的深层地下水相对较轻。其中，577个浅层地下水数据中，23.3％超过世界卫生组织规定的饮用水中硝酸盐氮含量限定标准10mg/l；164个深层地下水数据中，超标的仅占5％。
应用地理信息系统软件(MapInfo)将北京平原区地下水硝酸盐氮浓度数据和采用CorelDraw绘图软件处理过的与地下水污染相关的因素图件耦合研究发现，北京平原区地下水硝酸盐氮污染区域呈“四角”分布，即主要分布于密怀顺地区，平谷区，昌平区北部，城区及城区西南部地区，并与北京五大水系河流形成的冲洪积扇顶部的富水含水层分布直接相关。北京市逐年增大的排污量，冲洪积扇顶部地带特殊的水文地质条件和水源地集中分布、长期超采是北京平原区地下水硝酸盐氮污染程度逐渐加重的三个根本原因。
为了分析水样中硝酸盐氮污染来源，本次研究依据相关的文献资料，应用阴、阳离子交换树脂法，建立了硝酸盐氮和氧同位素测试的前处理方法。应用联机在线法测试硝酸盐氮同位素值和燃烧管法测试硝酸盐氧同位素值，整个过程可行，数据结果可靠。联机在线测试硝酸盐氮同位素值比燃烧管法具有如下两方面的优势，(1)需要的样品量少，仅需要4mg～6mg硝酸银，即1.5mg～2mg的硝酸根；(2)测试过程简便，数据精度高。本次研究用国际原子能机构的标样(IAEA：N3,4.61±0.19‰)标定整个实验过程。实际测出的IAEA：N3标样的δ15N-NO3-值为4.40±-0.06‰，准确度和重现性接近甚至明显好于国外已有的测试结果。
本论文还对硝酸盐氮和氧同位素测试的样品保存方法进行了研究，结果表明向样品中加入氯仿和冷藏是硝酸盐氮和氧同位素测试样品的两种有效保存方法，其中，前者在野外取样时，更为简便。
在京密引水渠及邻近的几大湖泊采样，测试硝酸盐氮和氧同位素，表明硝酸根氮同位素值的变化范围是+9.97‰～+18.25‰，说明硝酸盐氮主要来源于人和动物粪便及污水有关的硝酸盐;硝酸根氧同位素值的变化范围为+3.69‰～+20.91‰，偏高的氧同位素值主要受源于硝酸盐化肥和大气降水的硝酸盐影响。湖泊水中的硝酸盐氮和氧同位素值表明存在明显的反硝化迹象。
本次研究根据北京平原区地下水硝酸盐氮污染状况，测试分析了59个地下水样的硝酸盐氮同位素值，变化范围是-5.10‰～+22.91‰，平均为+8.22‰。氮同位素值空间分布具有明显的规律性：密怀顺地区硝酸盐氮同位素值几乎全部小于+8‰，近郊区的丰台区、海淀区和朝阳区则几乎全部大于+8‰，通州区的2个氮同位素值全小于零；远郊区县基岩地下水硝酸盐氮同位素值几乎全部小于+8‰，近郊区县的则全部大于+8‰，反映不同区域的硝酸盐氮来源存在较明显的差异。42个硝酸盐氧同位素值变化范围为-8.24‰～+10.93‰，平均为-3.00‰。在昌平区北部从山前到平原存在明显的地下水硝酸盐氮和氧同位素值同步升高的趋势，说明有明显的反硝化反应发生。
根据测试的地下水硝酸盐氮和氧同位素值分布范围研究发现，城区和近郊区地下水硝酸盐来源主要与人和动物粪便及污水源的硝酸盐有关，通州区主要与合成化肥相联系，密怀顺地区则主要与土壤有机氮相关，昌平区和房山区等其它区县地下水硝酸盐来源则表现出土壤有机氮和动物粪便及污水源的双重特征。相比而言，深层地下水受源于人和动物粪便及污水的硝酸盐影响较小。