农业国的麻烦:农业径流污染美国农村的自来水
2017年8月
克雷格·考克斯，农业和自然资源高级副总裁
堪萨斯州美丽草原(Pretty Prairie)的672名居民。在农民合作社(Farmer’s Co-op)谷物升降机半径4英里的范围内，种植着超过1.2万英亩的冬小麦、玉米、大豆和高粱。每年，这些作物被喷洒数十万磅化肥——这是造成该镇自来水污染的主要原因，该镇的自来水中一种被怀疑会致癌的化学物质的含量是全国最高的。
现在的问题是硝酸盐，一种来自商业肥料和粪肥的化学物质。20多年来，美丽草原自来水中的硝酸盐含量超过了环境保护署的法定限值。2014年和2015年，这一水平是法定上限的两倍。
1962年，为防止空气污染而设定的浓度上限为百万分之10蓝色婴儿综合征这是一种潜在的致命疾病，如果婴儿摄入过多硝酸盐，就会缺氧。但最新的科学表明，这并不是唯一的担忧，法律限制至少是宽松了两倍。
委员会的研究国家癌症研究所研究发现，饮用含5 ppm硝酸盐的水会增加结肠癌、肾癌、卵巢癌和膀胱癌的风险。在美丽的大草原，有6个月以下婴儿的父母、哺乳期妇女或孕妇可以免费获得瓶装水，但这对保护其他居民免受可能在数年或数十年内都不会出现的癌症的伤害毫无作用。
硝酸盐污染，也可能来自化粪池系统，困扰着美国农村的城镇和城市。这只是工业化农业对自来水造成的威胁之一:
- 肥料和粪肥中也含有磷，磷会引发湖泊和其他饮用水源中的藻类大量繁殖。一种叫做蓝藻的藻类会产生毒素，最终会进入饮用水中。
- 当公用事业单位用氯来处理水以去除藻类、粪便细菌和其他农业污染物时，会产生一种叫做氯的化学副产品三卤甲烷或TTHMs，与癌症和生殖伤害有关。
- 联邦政策在防止农业污染进入自来水方面做得很少。清除这些污染物所需的昂贵处理可能会使小型农村社区破产。
近年来，城市饮用水问题引起了人们的广泛关注。但EWG的自来水数据库该机构收集了全国近5万家公用事业公司的污染物检测结果，结果显示，美国农村地区的人正首当其冲地承受着未经控制的农业污染带来的健康风险和经济成本。
美丽草原位于里诺县，那里还有8个小镇的硝酸盐含量达到或超过5ppm的致癌风险水平。在全国范围内，97%的公共饮用水系统的硝酸盐含量达到或高于这一水平，为2.5万人或更少的人提供饮用水。
就像美丽的草原一样，这1683个社区被数百万英亩的农田包围着，这些农田每年都在施用富氮肥料和粪肥。2014年和2015年，463个社区的平均硝酸盐污染水平达到或超过7.5 ppm，远远高于美国国家癌症研究所(National Cancer Institute)研究认为会增加癌症风险的硝酸盐水平，118个社区的污染水平达到或超过美国环保署(EPA)的法定上限。
农业污染造成的健康风险和经济损失，首当其冲的是美国农村居民。
硝酸盐含量在5 ppm或以上的社区中，有三分之二位于农业大生意的10个州。1几乎四分之三的社区的饮用水达到或超过法定上限，仅在五个州发现——亚利桑那州、加利福尼亚州、堪萨斯州、俄克拉何马州和德克萨斯州。即使粗略地看一下上面的地图，也会发现这些社区集中在美国一些农业最密集的县。
数百万从自家井中取水的美国农村居民可能面临更大的风险。1991年到2004年间，美国地质调查局已测试的私人住宅井硝酸。在以农业为主的地区，至少7%的测试井的硝酸盐含量超过了法定限量。在密集耕种的土地上，四分之一的浅井受到了超过法定上限的污染。
去除硝酸盐的成本可能会很高
85%或更多的硝酸盐含量较高的社区没有清除污染物的处理系统。
去年，环境保护署命令“美丽草原”建造一个新的水处理系统，以降低硝酸盐水平。该系统可能耗资240万美元——远远超过城镇每人3000美元。85%或更多的硝酸盐含量较高的社区没有适当的处理系统来清除污染物。像美丽的大草原一样，许多人有着长期的污染问题，但由于治疗费用高昂而犹豫不决。
离子交换和反渗透系统是从饮用水中提取硝酸盐最常用的技术。离子交换系统将水通过树脂去除硝酸盐。在反渗透系统中，加压水通过一层膜，去除硝酸盐和其他污染物。
处理费用将根据不同的公用事业和污染问题而有所不同。但2012年的一系列成本报告来自加州大学戴维斯分校流域科学中心的数据可以用来做粗略估计。一个人口不到5000人的社区每年要花费19.5万美元到110万美元来建造和运行一个离子交换系统。而反渗透系统则更为昂贵，每年的费用从110万美元到400万美元不等。
硝酸盐只是冰山一角
下雨时，保护不善的农田的径流不仅携带氮，而且还携带磷和有机物，如粪肥、泥土和作物残留物进入溪流。肥料中的磷会引发藻类的大量繁殖，使溪流中的有机物数量成倍增加。
这让水务公司陷入了困境。饮用被粪便细菌或病原体污染的水会使人生病，并可能导致潜在的致命疾病，如痢疾和霍乱。为了在短期内保护人们，公用事业公司必须用氯或其他化学物质对水进行消毒。但这些化学物质与水中的藻类和其他有机物发生反应，产生其他对健康有长期危害的化学物质——被称为三卤甲烷(TTHMs)的消毒副产品。
饮用受TTHMs污染的自来水会增加患膀胱癌的风险在人类身上。在动物研究中，tthm也与肝、肾和肠道肿瘤有关。研究表明，thms还会增加怀孕期间出现问题的风险，包括流产、心血管缺陷、神经管缺陷和出生体重低。
美国环保署已经对饮用水中的三甲基硫辛定了80 ppb的法定上限。这一限制是基于在消毒后从饮用水中去除三thm的技术可行性，并没有考虑它们的长期毒性。在2010年,加州科学家估计暴露在0.8 ppm的空气中tthm的含量——比联邦法定标准低100倍——将造成百万分之一的癌症风险。
大多数自来水中thm含量高的社区依赖地表水供应，而地表水更容易受到农田径流的污染。自来水数据库显示，1647个社区的供水供应，为440万人服务，被thms污染的数量至少是加州百万分之一癌症风险水平的75倍。在2014年至2015年间，这些社区中有411个社区的thms含量达到或超过了EPA的法定上限。
与硝酸盐一样，thm的高污染集中在主要的农业州。大约56%的TTHM浓度在60微克/立方米到法律规定的80微克/立方米之间的社区位于10个州。2五个州——加利福尼亚州、路易斯安那州、密苏里州、俄克拉何马州和德克萨斯州——覆盖了近三分之二的thm污染超标社区。其中三个州的硝酸盐污染也在全国前10名之列。
预防是使thms和其他有毒消毒副产品远离饮用水的关键。一旦tthm形成，将其从饮用水中去除是一件复杂而昂贵的事情。此外，消毒通常是水处理的最后一步，这使得tthm一旦形成就更难去除。不同的消毒过程可以降低thm水平，但也会产生其他类似的有毒副产品，甚至会增加管道中铅的浸出。
公用事业公司可以使用强化混凝、颗粒活性炭或纳滤技术在消毒前去除水中的藻类和其他来源的有机物。在自来水数据库中，EWG只有一半多一点的高thm小社区的现有处理系统的数据。但在我们掌握信息的国家中，只有大约八分之一的国家拥有专门针对thm和其他消毒副产品的治疗系统。
趁现在还不太晚就行动吧
对于美丽的大草原和其他污染水平极高的社区来说，避免这个问题可能为时已晚。昂贵的新处理设施可能是唯一的选择，因为这些水源污染太严重。
但是，超过80%的硝酸盐水平升高的社区仍然低于法定限量的75%。现在采取积极的行动减少污染，清理美国农村居民饮用水所依赖的河流、小溪和含水层，可以保护家庭，避免潜在的严重成本。简单而熟悉的保护措施，如果应用在正确的地方，往往可以显著改善水质。
的爱荷华州营养减少策略例如，确定了三种能够有效地将硝酸盐从水供应中去除的保护措施。最重要的是在商业作物收获后，让农田覆盖上草或覆盖作物。改善肥料管理，减少土壤侵蚀和径流的做法，也是减少硝酸盐污染和防止thms进入饮用水的有效方法。
州和县可以也应该独立行动。但即将出台的联邦农业法案是一个绝好的机会，可以帮助当地社区确保干净、安全的饮用水，首先将硝酸盐和其他污染物排除在水中。
需要关注保护实践
显然，有一个巨大的机会来更紧密地关注这些联邦计划，以阻止美丽草原面临的那种危机。
联邦农场计划付钱给农民，让他们采取有助于保持自来水清洁的保护措施。EWG的保护数据库提供了有史以来第一次详细了解在全国每个县，农民被支付的费用是什么。数据显示，在受威胁最严重的地区，保护饮用水所需的实践投资严重不足。
例如，几乎40%的受硝酸盐污染的社区都在联邦政府没有承包的县环境保护管理程序CSP支付覆盖作物的种植费用。其中近一半的社区位于没有CSP合同的县，这些县向农民支付费用，让他们实施控制侵蚀和径流的措施，近三分之一的社区位于没有CSP合同帮助农民改善肥料管理的县。
联邦环境质量奖励计划，或EQIP，遵循相同的模式。近40%的硝酸盐水平升高的社区位于EQIP合同均不支持种植覆盖作物的县。近三分之一的县没有EQIP支持侵蚀和径流控制实践，超过三分之一的县没有EQIP支持管理氮磷肥的使用。
看看硝酸盐超标的社区，更明显的是缺乏对农民通过CSP和EQIP实施污染预防措施的支持。显然，有一个巨大的机会，可以更紧密地集中这些联邦计划，以防止美丽草原面临的那种危机。相反，我们似乎几乎完全依赖处理来清洁饮用水，而不是将污染物从水里排除。
志愿项目是不够的
农业法案保护计划需要更多资金，可以发挥重要作用。但我们无法为农村社区购买清洁饮用水。
让纳税人为农民成为好邻居所应做的一切买单是不公平的，而且无论如何也没有足够的税收可用。更重要的是，如果农民自愿实施保护措施，他们也可以自愿停止使用这种做法。作为一个结果,保护实践来来往往，结果我们花了数十亿美元，却碌碌无为。
但是，期望农民和土地所有者加大保护环境的努力，以换取他们获得的慷慨的农业和保险补贴，这是非常公平的。根据国会预算办公室(Congressional Budget Office)的数据，仅2016年一年，这些补贴总计145亿美元，预计未来五年还将增加643亿美元。
加强保护契约
的在1985年的农业法案中，农民和纳税人签订了保护协议在减少最脆弱农田径流和保护湿地方面取得了显著进展。现在是时候要求所有受补贴的种植者和他们耕种的土地达到常识性的、易于实施的保护标准，以减少受污染的径流。农业部也已经过了确保这些要求得到满足的时间。
一份新的、更强有力的保护协议将对纳税人更公平，为有保护意识的农民创造公平的竞争环境，并为建立更有效的保护产权打下基础。
2018年《农业法案保护契约》必须包括一个交换条件：为了继续享受农业计划福利和作物保险费补贴，农民和土地所有者计划并在所有每年耕种的农田上全面实施经批准的保护制度。
契约还必须确保保护系统:
- 在所有每年种植的农田上，使土壤侵蚀率不大于水土流失容忍水平。
- 防止短暂的沟壑侵蚀。
- 在年耕农田和间断性或多年生水道之间建立并维持至少50英尺的多年生植被。
农民和土地所有人也要在农渔法制定后的5年内制定批准的保护制度计划，并在制定后的10年内全面实施批准制度。
国会还应每年拨出3亿美元——仅为农业和作物保险补贴资金的0.02%——用于资助技术援助、现状审查和全面实施新协议所需的其他任务。美国农业部应被要求每年对不少于5%的作为交换条件的农产品的遵守情况进行审查。
农业保护与环境分析师wiicitra Mahotama;Soren Rundquist，空间分析主任;经济学高级分析师Anne Weir Schechinger也对这份报告做出了贡献。
1亚利桑那州、加利福尼亚州、伊利诺伊州、堪萨斯州、内布拉斯加州、俄克拉荷马州、宾夕法尼亚州、华盛顿州、威斯康星州和德克萨斯州。
2加利福尼亚州，佛罗里达州，堪萨斯州，路易斯安那州，密苏里州，纽约州，北卡罗来纳州，俄亥俄州，俄克拉何马州和德克萨斯州。