根据环境工作小组的一项调查，在明尼苏达州几乎所有的农业县，粪肥和商业肥料的组合很可能会向农田中注入过多的氮或磷，威胁饮用水，并污染该州标志性的湖泊和河流。188金宝搏总部
这个问题是由于该州畜牧业和农作物生产的过度扩张和集约化造成的。自1991年以来，明尼苏达州大型集中动物饲养机构(CAFOs)的数量增加了两倍。与此同时，由于玉米种植面积增加了近150万英亩，化肥销售增加了三分之一以上。
每年，该州各种规模的饲养场生产近5000万吨富含氮和磷的肥料，与每年施用的300多万吨商业肥料中的化学成分相同。氮和磷是作物必需的养分，但当它们从地里流失时，就会污染饮用水源和其他水体。
利用先进的地理空间技术，EWG模拟和绘制了明尼苏达州可能从附近的牛、猪或家禽饲养场获得肥料的每一块农田，以估计每个县的肥料施用量。然后我们把这些量添加到该县出售的化肥中的氮和磷中。
结果是这对该州的水质来说是个坏消息．
- 在明尼苏达州72个农业县中，有69个县的粪肥和化肥中的氮含量超过了明尼苏达污染控制署(MPCA)和明尼苏达大学的建议。在13个县，来自这两种来源的氮超过推荐量的一半以上。(表1)。过量的氮是导致饮用水中硝酸盐污染的主要原因，而硝酸盐污染与癌症发病率升高有关。
- 在9个县，粪便磷污染问题备受关注。这九个县占了近150万英亩土地的一半以上，在这些土地上，施用粪肥每英亩至少能比作物所需的磷多出10磅。(表2)。其中4个县也在13个氮超标县之列。湖泊和河流的磷污染会导致藻类大量繁殖，不仅丑陋，还会产生对人类和动物健康有害的有毒细菌。
水污染日益严重
全州范围内的氮和磷超标正在造成危害。
- EWG早期的调查发现1995年至2018年期间，明尼苏达州63%的硝酸盐水平升高的公共供水设施的污染加剧。
- 在索克人河流域在美国，MPCA已经将9个湖泊和4条河流列为“受损”区域，原因是细菌、营养过剩(主要是磷)和藻类大量繁殖。
- 在评估了该州所有主要的分水岭之后，MPCA估计56%的地表水不符合基本水质标准，农作物和牲畜生产等非点源污染占该州水污染总量的85%。
自1991年以来，明尼苏达州大型cafo的数量从468家增加到1497家。(图1)。在这些新业务中，86%是饲养生猪，尽管其他动物的数量也在增长。这些业务也在不断扩大:1991年以来建立的67家CAFOs中，有8家拥有超过8000头奶牛，而1991年只有一家。
这种非同寻常的扩张引起了人们对对环境安全的粪便处理的关注。大型CAFOS仅占该州饲养业务的4%，但它们产生了近三分之一的粪便。中等规模的饲养场占所有饲养场的18%，还占明尼苏达州每年农田肥料的43%。
如今，明尼苏达州有23,725个各种规模的饲养场。这些工厂集中在明尼苏达州南部和中部的县，有120万头奶牛、160万头肉牛、1090万头猪、6600万只火鸡和鸡。据估计，这些饲养场每年产生4900万吨粪便，相当于9500万人的排泄物，是该州人口的17倍。
EWG根据与饲养场的距离和作物生长所需的推荐氮量，模拟了哪些农田可以安全地接受肥料。含氮量以MPCA为基础的指导方针和明尼苏达大学的肥料建议．
图3:粪便如何从饲养场转移到农田
来源:EWG通过明尼苏达州污染控制署，美国农业部农业保护规划框架数据库，中西部计划服务，明尼苏达大学推广和明尼苏达农业部。
在牲畜密集的地区，如果要安全使用附近饲养场产生的所有粪便，而不超载氮，几乎每一块农田都是需要的。在一些偏僻的地区，在合理的距离内根本无法处理太多的粪便。EWG的模拟可能低估了这种超载的风险，因为我们假设牛或猪饲养场5英里内和家禽饲养场25英里内的每一块农田都可以使用粪便。
此外，研究表明，在粪便储存和施用过程中被认为流失到大气中的氮，最终又重新沉积在附近的土地上，增加了潜在的超载。
饲养场的集中几乎没有留下空间来适应年复一年的种植模式变化和肥料组成的波动。它还增加了磷过量的风险。
肥料只是故事的一半
你可能会认为，在牲畜密集的县，化肥的销量会很低，因为在这些县，单靠粪肥就可以满足氮肥的需求。相反，我们发现肥料生产和肥料销售之间几乎没有关系。上面的表1列出了13个县是氮素超标的热点地区，这些县出售的肥料和肥料中的氮素超过作物推荐量的50%以上。
化肥在一个县销售并不一定意味着它在那里使用:一个县可能有邻县一半的作物面积，但销售的化肥却是邻县的两倍。为了解决这个问题，我们对明尼苏达州主要作物产区的县的化肥销售进行了分组，然后根据化肥需求将这些地区销售数据分配给各县。
下面的互动地图显示了我们模拟的氮超载区域。
这并不奇怪，我们确定的县正在处理硝酸盐超负荷的问题。几十年来，明尼苏达州西南部地区一直在与硝酸盐污染的水作斗争。2014年，MPCA宣布该地区的大多数水体没有达到支持水生生物和娱乐的标准，阿德里安镇已经被迫关闭了一家水处理厂，因为硝酸盐含量超过了美国环境保护局的法律限制。根据数据，在明尼苏达州最远的西南角，洛克县的水系统的平均硝酸盐浓度从1995年到2018年惊人地增加了890%EWG的计算．
该州大部分的CAFO增长都发生在明尼苏达州中南部的马丁县，明尼苏达州2020年营养受损水体名单上有15个湖泊。其中包括巴德湖，它是费尔蒙特镇的饮用水源。
在莫里森和威诺纳县的乡镇，明尼苏达州农业部发现超过40%的私人水井样本中硝酸盐含量超过了联邦健康标准每立方升10微克。许多高风险县位于该州的脆弱地区，那里的喀斯特基岩或沙质土壤使污染物很容易到达地下水。
磷的问题
肥料的一个固有问题是氮和磷相对于作物需求的不平衡。当施用有机肥以满足作物的推荐氮量时，磷往往被过量施用。这种营养不平衡在家禽和牛粪中更为严重。明尼苏达大学分校州当用火鸡粪便来满足玉米的推荐氮量时，玉米获得的磷是所需磷量的五倍多。
施用超过作物生长所需的磷会导致土壤中磷的积累，并大大增加污染的风险。在陡峭的田地或靠近湖泊和溪流的地方，这种风险会升高。南达科他州的长期研究显示在不到10年的时间里，为满足作物推荐氮量而施用牛粪显著提高了土壤磷水平。每英亩八磅的磷可以增加土壤中的磷含量为百万分之一，这很快就会给年复一年地施肥的农田带来问题。
在明尼苏达州，土壤磷含量超过150 ppm(或接近水体的75 ppm)触发动作这就要求农民通过施肥来降低磷的含量。其他州，如印第安纳州这表明，一旦土壤磷含量超过百万分之50，就会引起人们的担忧。
我们的模拟发现，在明尼苏达州超过260万英亩的作物土地上，也就是57%的接受了粪肥的土地上，施用磷的数量多于去除磷的数量。在近150万英亩土地上，每英亩土地的超额产量超过了10磅。在59万英亩，也就是14%的施过肥的土地上，每英亩多余的肥料超过25磅。
如表2所示，在每英亩磷过量超过10磅的施过肥的土地中，有9个县的磷含量下降了一半以上。这9个县都位于明尼苏达州的中部和东南部，都有高密度的家禽和奶牛场。
在莫里森、斯特恩斯、托德和威诺娜这四个县，仅粪肥产生的磷就超过了作物的总需氧量。更糟糕的是，这些县还额外出售了数吨磷肥。除了表2(水獭尾巴)中的一个县以外，所有县的肥料加肥料磷都超过了作物的需求，范围从90%到作物所需磷的两倍多。
来限制肥料对磷的污染，农民应施肥以满足作物的磷，而不是氮的要求。但是由于肥料中氮的含量要比磷的含量高得多，因此需要更多的土地来适当地施用肥料来吸收磷。这可能是饲养猪所需面积的两倍，而饲养火鸡所需面积是五倍。在肥料已经饱和的地区，这些额外的土地是不可能可用的。
磷污染是湖泊藻类生长的主要原因。在索克人河流域为了解决细菌、营养过剩(主要是磷)和讨厌的藻类大量繁殖的问题，MPCA设定了一个总最大日负荷(TMDL)。位于索克河流域的Osakis湖是一个游人众多的休闲区域，被确定为改善水质的优先湖泊。
藻华不仅难看，还可能产生对人类和动物健康都有害的有毒蓝藻细菌。2015年，在离奥萨基斯湖不远的地方，一个在亨利湖游泳的孩子被送进了医院曝光后蓝绿藻。此前，红石湖附近的两只狗因接触蓝藻而死亡。
这些例子都在明尼苏达州中部，但藻类在该州所有农田和牲畜密集的地区都很常见。下面的互动地图显示了我们模拟的磷超载区域。
粪便过多与公共卫生
水资源的污染对明尼苏达州的饮用水和公众健康构成了真正的威胁。畜牧业的发展和巩固加剧了这一威胁。在施用任何肥料之前，准确计算肥料中氮和磷的含量，将改善土壤健康，保护饮用水，改善明尼苏达州的湖泊、河流和溪流，同时为农民节省数百万美元的商业肥料成本。然而，数据强烈表明，这种情况并没有发生——尤其是在牲畜密集的地区。
明尼苏达州农业部的一项调查揭示了几乎四分之三的农民不知道他们的粪便含有多少氮，这是良好的粪便和肥料管理的基本要求。同样的调查显示，近三分之二的农民在秋天施肥，这种做法增加了风险氮肥和磷的流失，特别是生猪和大型奶牛场产生的液体肥料。同时，可以减少粪便污染的保护措施，例如覆盖作物，都被严重地未充分利用。
对明尼苏达州的景观处理粪便和肥料负荷的能力进行全面评估，对于确保当前和未来的居民有干净的水是至关重要的。这种评估必须决定在哪里建立新的或扩大的饲养场，并制定肥料和肥料管理的标准，特别是在牲畜密集的地区。
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