方法和详细结果：在农村，饮用水的硝酸盐污染越来越严重

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通过Anne Schechinger，经济学高级分析师

2020年6月24日星期三

2019年，重温农业国的麻烦［1］环境工作小组报告称，饮用188金宝搏总部水的硝酸盐污染在11个州非常严重——加利福尼亚州、伊利诺伊州、爱荷华州、堪萨斯州、马里兰州、明尼苏达州、内布拉斯加州、俄克拉何马州、宾夕法尼亚州、德克萨斯州和威斯康星州。2020年3月，我们发现明尼苏达州有20多万人饮用的水中硝酸盐污染在1995年至2018年期间恶化。[2]现在，EWG的新研究表明，在过去15年里，其他10个州的社区饮用水中的硝酸盐含量也在增加。

在2003年至2017年期间，检测发现4037个社区供水系统的自来水中的化学物质含量升高，这些供水系统为加利福尼亚、伊利诺伊、爱荷华州、堪萨斯州、马里兰州、内布拉斯加州、俄克拉荷马州、宾夕法尼亚州、德克萨斯州和威斯康星州近4550万居民提供服务。52%或2111个社区的污染情况正在恶化。

这种日益严重的污染不仅影响地下水系统。地下水和地表水系统的污染都在恶化。尽管没有足够的数据来评估私人水井中的硝酸盐水平是否随着时间的推移而恶化，但家庭用于饮用的水井中的硝酸盐水平很可能正在上升，因为他们通常从与地下水社区供水系统相同的水源取水。

硝酸盐是肥料和粪肥的化学成分。它通过从农田流出并渗入地下水，进入地下水和地表饮用水源。

饮用含硝酸盐的水会对健康造成严重后果。根据《联邦清洁水法》，饮用水中硝酸盐（以氮计）的法定限值为10毫克/升，或mg/L。1962年设定该限值是为了防止所谓的蓝婴综合征，这是一种可能致命的疾病，如果婴儿摄入过多硝酸盐，会导致婴儿缺氧。[3]但是新的研究表明，5毫克/升硝酸盐甚至降低的饮用水与较高的结肠直肠癌和不良出生因的风险相关，例如神经管孕育缺陷。[4]

我们是如何进行这项研究的

饮用水硝酸盐测试的数据来自10个州的政府机构，这些机构记录了公共供水系统所需测试的数据。例如，我们收到爱荷华州的数据来自爱荷华州自然资源部，而加州的数据来自加利福尼亚州水资源管理委员会。通过公共记录要求，我们收到了2003年至2017年在每个州的每个社区供水系统中进行的所有成品水硝酸盐测试，除了俄克拉荷马州，我们只收到了2007年至2017年的硝酸盐测试。许多测试结果可以在EWG的自来水数据库中找到。[5]我们选择2003年作为对其中九个州进行分析的最早日期，因为所有州的硝酸盐测试数据都可以追溯到2003年。

我们分析了截至2019年4月环境保护局认为活跃的所有社区供水系统的数据，并在2003年至2017年期间对9个州进行了至少一次硝酸盐测试，对俄克拉荷马州进行了2007年至2017年的测试。我们分析的硝酸盐测试中，加州、伊利诺斯州、爱荷华州、堪萨斯州、马里兰州、宾夕法尼亚州、德克萨斯州和威斯康星州的环境保护局安全饮用水信息系统污染代码为1040，但内布拉斯加州和俄克拉何马州的污染代码为1038。[6]数据集包括使用地下水或地表水作为主要饮用水来源的系统。

公共供水系统分为社区供水系统和非社区供水系统。社区供水系统通常全年为城镇居民服务——它们是大多数人认为的市政系统或供水设施。非社区系统为教堂和学校等场所提供自己的饮用水来源，而且服务的人口要少得多，通常只在一年的部分时间供应。在这个分析中，我们只研究了社区供水系统，因为它们比非社区供水系统服务的人多得多。

然后，我们将测试硝酸盐含量的活跃社区水系统列表缩小到硝酸盐含量高的社区水系统。如果系统在2003年至2017年期间的任何时候至少进行过一次试验，且试验浓度为3 mg/L或以上，则认为该系统的硝酸盐含量较高。选择3 mg/L的水平代表硝酸盐含量升高，因为环境保护局认为饮用水所用地下水中的3 mg/L表明污染高于自然发生的水平。[7]

在一些分析中，我们还研究了有多少系统至少进行了一次5或10 mg/L或以上的测试，因为10 mg/L是公共饮用水中硝酸盐的法定限量，5 mg/L与负面健康结果相关。我们进行了所有高于100 mg/L的异常高硝酸盐测试，因为我们认为这些是错误的，而不是实际的测试结果。

一旦我们建立了硝酸盐含量高的社区水系统组——至少有一次硝酸盐测试达到或超过3 mg/L的群体——我们分析了他们的硝酸盐测试在2003年至2017年间（2007年至2017年在俄克拉荷马州）是增加、减少还是保持不变。这是通过评估硝酸盐测试是否与年份相关来完成的。

对于每个社区水系统，相关系数，或R计算硝酸盐含量，以确定硝酸盐含量与年份之间是正相关还是负相关。相关系数描述了两个变量之间的关系：正R接近+1的值表明，年份与硝酸盐增加有很强的关系，反之则为负R接近-1的值表明年份与硝酸盐的减少有很强的关系。

一项研究表明，在那些具有正相关关系的社区水系统中，硝酸盐水平有所增加R值高于零。硝酸盐水平在具有负相关性的系统中减少了R值低于零。一些系统具有零相关性，这意味着它们的硝酸盐水平既没有增加也不会随着时间的推移而降低。摘要报告重点关注所有具有正相关的系统。

在找到硝酸盐浓度升高的每个系统的相关系数后，我们计算了T和P每个系统的值。[8]这些指标决定硝酸盐随时间的增加或减少是否具有统计学意义。如果每个系统的相关性具有统计学意义，那就意味着硝酸盐的增加或减少不是随机的。[9]我们在95%的置信水平上评估了统计显著性（p<0.05）。

除了研究2003年至2017年间每个社区水系统的硝酸盐水平是增加还是减少外，我们还研究了所有高架系统的总体年硝酸盐平均值是否随时间而上升。（报告为“未检测”的测试结果的值为零。）我们通过计算2003年至2017年间各州硝酸盐含量升高的所有系统的年度测试平均值，然后计算硝酸盐平均值每年的增长率来实现这一点。所有年份的平均增长率提供了每个州所有高架系统的年平均增长率，即一年内硝酸盐平均增长率的平均值。这段时间内硝酸盐平均年增长率的总和给出了2003年至2017年各州硝酸盐水平的总体增长率。

在2003年至2017年间，小型社区供水系统的污染更可能恶化。为了弄清楚硝酸盐含量随时间增加的更多系统是小系统还是大系统，根据每个系统服务的水用户数量将系统划分为EPA指定的规模类别。［10］非常小的社区供水系统服务501人或更少；小型系统服务于501至3300之间；介于3301和10000之间的中型系统；10001到100000之间的大型系统；超大型系统服务于超过100000人。

农村地区的人们也更有可能经历硝酸盐污染恶化。为了确定这一点，我们将每个社区系统的位置放在2010年美国人口普查局指定的市区地图上。人口普查将一个“城市地区”作为两件事之一，“含有50,000人和城市集群（UCS）的城市化区域（UAS），其中包含至少2,500人。”[11]如果社区供水系统位于美国人口普查局指定的城市地区，则被视为城市供水系统，如果不是，则被视为农村供水系统。

详细的结果

从2003年到2013年，14276个社区供水系统为加利福尼亚州、伊利诺伊州、爱荷华州、堪萨斯州、马里兰州、内布拉斯加州、俄克拉何马州、宾夕法尼亚州、德克萨斯州和威斯康星州的大约1.04亿人供水，至少对他们的饮用水进行了一次硝酸盐检测。(该系统的人口为104395379，但社区供水系统的人口可能不精确。)在这些人中，28%的人至少进行了一次3毫克/升或以上的测试;19%的人至少进行过一次5毫克/升或以上的测试;7%的人至少做过一次10毫克/升或以上的测试(表1)。

表1.通过状态下至少1或高于3,5或10 mg / L的活性社区水系统的百分比

对于含有至少一个试验或超过3mg / L，52％或2,111个群落水系统的系统，随着时间的推移增加了硝酸盐水平。加州，堪萨斯州和德克萨斯州的群体比例最高，硝酸盐污染以57％（表2）。

表2。社区水系统至少有一次试验达到或超过3 mg/L，硝酸盐随时间增加或减少，按州划分

在硝酸盐污染水平不断上升的系统中，45%的数据具有统计学意义。然而，在47%的硝酸盐水平随时间下降的系统中，只有41%显著下降。在55%的系统中，加州的系统污染增加的百分比是最高的，这在统计上是显著的(表3)。

表3。至少有一次试验达到或超过3 mg/L且硝酸盐含量在统计上显著增加或减少（按州划分）的社区水系统

图1提供了2003年至2017年期间各州硝酸盐污染水平升高的所有系统的年平均值(至少有一次测试的硝酸盐浓度为3 mg/L或以上)，且随着时间的推移硝酸盐含量不断恶化。俄克拉荷马州的年硝酸盐平均值仅在2007年至2017年之间。

图1. 2003年至2017年间，硝酸盐的平均每年硝酸盐，2003年至2017年之间，州

在观察硝酸盐恶化社区的平均硝酸盐水平时，威斯康辛州在2003年至2017年期间的硝酸盐水平增幅最大，为46%。堪萨斯州的增长率在那些年里是最低的，但它的硝酸盐平均值在那段时间里还是增长了17%(表4)。

表4。2003年至2017年间，硝酸盐增加的社区水系统的硝酸盐平均增长率（按州）

硝酸盐污染更有可能在居住在农村地区的人们变得更糟。Nebraska以86％的人在农村地区增加硝酸盐系统的百分比最高（表5）。

表5.硝酸盐群落水系统的增加，位于农村与城市地区的硝酸盐群落水系统