黄土高原不饱和区深厚,土地利用方式发生巨大变化,显著影响土壤水和氮素运移过程,进而导致土壤水和氮素来源存在差异。前期研究仅聚焦于水分亏缺和硝态氮（NO3--N）累积现象,深剖面土壤水和氮素来源示踪方面研究相对薄弱,难以满足植被与水资源可持续管理的决策需要。为此,本研究以陕北黄土区为研究区域,采集降水和不同土地利用方式下0～20 m深剖面土壤样品,分析土壤含水率、稳定和放射性同位素,探讨深剖面土壤水分特征、来源和补给机制;分析硝酸根（NO3-）和氮氧同位素,探讨深剖面土壤NO3--N分布特征、来源和地下水潜在污染风险;结合经典统计学和小波分析法,甄别土壤水和氮素运移的主控因子。主要研究结果如下:1.土地利用变化对深剖面土壤水分特征和来源具有显著影响。与农地和草地相比,灌木地和林地的土壤水分含量较低,出现土壤水分亏缺,且存在不同程度的土壤干燥化现象,这主要与根系的过度吸水有关。活塞流主导土壤水运动过程。雨季的极端降水是深层土壤水的主要来源,且不同样地可被不同强度的降水补给。具体而言,草地和农地可能被小降水事件补给;而林地和灌木地则主要受夏秋暴雨补给。与农地和草地相比,灌木地和林地的蒸发作用较低,降水补偿较高,土壤水主要由同位素贫化的雨水补给。然而,灌木地和林地的补给速率较低,甚至几乎为零,这主要归因于根系吸水作用,即蒸腾作用。2.不同土地利用方式下深剖面土壤氮素特征和来源存在明显差异。土壤NO3--N剖面均呈抛物线型,可反映氮肥施用历史。最大累积量剖面随土地利用变化而改变,但均未超过10 m,贡献率介于20～30%。氮肥是土壤NO3-的主要来源（30～66%）,说明硝化过程主导土壤氮循环过程。根据同位素质量平衡模型,峰值深度之上、附近和之下的NO3-分别来自大气NO3-、合成氮肥以及土壤有机氮和粪肥。有限的反硝化作用可使土壤NO3-在深剖面长期存在,不断向下淋溶至地下水。补给速率主导NO3-运移过程。土壤NO3-的估计停留时间约为270～620年。深厚黄土层中的“氮肥炸弹”长期威胁土壤和地下水环境,在调整施肥策略时应被充分考虑。3.深剖面土壤水和氮素运移的单一和复合影响因素各不相同。深层土壤水分变异性较大,多集中在大尺度和中尺度。与气象因素相比,土壤水运移与土壤性质关系密切。具体而言,砂粒和磁化率是最主要的单一影响因素,其联合作用也与土壤水分的相干性较强,多集中在大尺度。磁化率与容重在3～13 m相干性较强,显著影响土壤水运移过程。深层土壤NO3-的变异性较强,特别是6 m以下。具体而言,土壤有机碳和p H是最主要的单一影响因素。土壤含水率-p H-土壤有机碳的联合效应对土壤NO3-的影响较为显著,也多集中在大尺度。土壤含水率显著影响氮素运移过程,p H和有机碳显著影响氮素转化过程。本研究分析陕北黄土区深剖面土壤水和氮素来源及其对土地利用变化的响应,发现林地和灌木地存在土壤水分亏缺,仅受夏秋暴雨补给,但由于根系吸水作用较强,补给速率偏低;不同样地土壤NO3--N均呈抛物线型,氮肥是土壤NO3-的主要来源,且土壤NO3-可在深剖面中长期存在;砂粒和磁化率显著影响土壤水运移,而土壤有机碳和p H显著影响土壤NO3-运移。研究结果对优化土地利用结构、保护土壤水和地下水资源具有重要意义。