肥料过载

肥料和肥料淹没了明尼苏达州的土地和水

几乎所有明尼苏达的农场县,粪便加商业肥料的组合可能会加载过多的氮气或磷,或者均在田间,威胁饮用水,污染国家的偶然的标志性湖泊和河流,根据环境工作组调查。

这个问题源于该州畜牧业和农作物生产的过度扩张和集约化。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,化肥销量增加了三分之一以上。

每年,该州各种规模的饲养场都会产生近5000万吨的粪便,富含氮和磷,这些化学物质与每年施用的300多万吨商业肥料中所含的化学物质相同。氮和磷是作物必需的营养物质,但当它们从农田中流失时,会污染饮用水源和其他水体。

使用先进的地理空间技术,ewg模拟和映射了明尼苏达州的每种作物领域,可能会从附近的牛,猪或家禽饲料中接受粪便,以估计在每个县中应用的粪肥量。然后我们将这些量加入到县中销售的肥料中的氮和磷。

结果是这对该州的水质来说是个坏消息

  • 在明尼苏达州的72个农业县的69个中,来自肥料中的粪便中的氮气与肥料中的氮气相结合超过了明尼苏达污染管制局或MPCA和明尼苏达大学的建议。在13个县,来自两个来源的氮超过了一半以上的建议。(表1.)这种过量的氮是饮用水中硝酸盐污染的主要原因,与癌症升高有关。
  • 在9个县中,粪便磷污染受到高度关注。这九个县占了近150万英亩土地的一半以上,在这些土地上,施用肥料每英亩至少比作物需要多增加10磅的磷(表2)这些县中的四个县也是氮过量最多的13个县之一。湖泊和河流中的磷污染会引发藻类水华,这种水华不仅难看,而且会产生有害人畜健康的有毒细菌。

水污染日益严重

全州范围内氮和磷的超载正在造成损害。

  • EWG早些时候的调查建立在1995年至2018年期间,明尼苏达州63%的硝酸盐水平升高的公共自来水公司的污染恶化。
  • 索克河流域美国MPCA已将9个湖泊和4条河流列为“受损”,原因是细菌、过量的营养物质(主要是磷)和藻类大量繁殖。
  • 在评估了该州所有主要流域后,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全国水污染的85%。

自1991年以来,明尼苏达州大型咖啡馆的数量已经从468家增加到1497家(图1)。在新的咖啡馆中,86%是用来喂猪的,尽管其他所有动物的数量也在增长。这些经营规模也越来越大:自1991年以来建造的67家奶牛咖啡馆中有8家拥有8000多头牛,而1991年只有一家这样的规模。

这种非同寻常的扩张引发了人们对粪便无害环境处理的担忧。大型咖啡馆仅占该州饲养业的4%,但它们生产的肥料几乎占三分之一。中型饲养场占所有作业的18%,每年还贡献出明尼苏达州农田中43%的肥料。

如今,明尼苏达州有各种大小的23725个饲养场。这些农场遍布明尼苏达州南部和中部的县,饲养着120万头奶牛,160万头肉牛,1090万头猪,以及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9500万人产生的粪便,是该州人口的17倍。

EWG根据离饲料场的距离和种植作物的推荐氮量,模拟了哪些田地可以安全地接受肥料。施氮量以MPCA为基础指导方针以及明尼苏达大学肥料学院建议

图3:粪便如何从饲养场转移到农田

资料来源: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。

在具有浓度浓度的牲畜的区域中,如果附近的饲料产生的所有粪便安全地使用,则需要几乎需要每种裁剪场,而不会使氮气过度加载。在一些孤立的地区,粪便太多了处理合理的距离。EWG的模拟可能低估了这种过载的风险,因为我们假设在牛或猪饲料的5英里范围内的每一个领域,并且可以使用25英里的家禽饲料造成粪便。

此外,研究表明,在粪肥储存和施用过程中,很多被认为流失到大气中的氮最终会重新沉积在附近的土地上,增加了潜在的超载。

饲料场的浓度几乎没有或几乎没有空间来适应每年的种植模式和肥料成分的变化。它也增加了磷场超载的风险。

粪肥只是故事的一半

你可能会认为,在牲畜密集的县,肥料销售会很低,在那里,单靠粪肥就可以满足氮肥的需求。相反,我们发现产生的粪便和出售的肥料之间几乎没有什么关系。上面的表1列出了13个氮超载的热点县,从粪便中获得的氮与该县销售的化肥中的氮的结合超过了建议种植作物的50%以上。

在一个县销售的肥料并不一定意味着它在当地被使用:一个县可能有邻近县一半的作物面积,但卖出的肥料是邻近县的两倍。为了解释这一点,我们将明尼苏达州主要作物区的各个县的化肥销售分组,然后根据化肥需求将这些地区的销售数据分配到各个县。

下面的交互式地图显示了我们的模拟识别出的氮超载区域。

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我们发现的县都在处理硝酸盐过载的问题,这并不奇怪。明尼苏达州西南部已经与硝酸盐污染的水源斗争了几十年。2014年,MPCA宣布该地区大多数水体不符合支持水生生物和娱乐的标准,而阿德里安镇已被迫在硝酸盐水平超过美国环境保护局的法律限制后关闭水处理厂。据在明尼苏达州最远的西南角,岩石县的水系统的平均硝酸盐浓度从1995年到2018年增加了惊人的890%EWG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,那里有明尼苏达州2020年营养受损水体名单上的15个湖泊。这份名单包括布德湖,它是费尔蒙特镇的饮用水源。

明尼苏达州农业部建立超过40%的私人水井的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,岩溶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与作物需求之间的不平衡。当施肥以满足作物对氮的推荐量时,往往会过量施用磷。这种营养不平衡对家禽和牛粪更严重。明尼苏达大学拓展部当土耳其粪便适用于玉米的氮素推荐时,作物得到了所需磷的量超过五倍。

施用比不断增长的作物需求的含磷可以导致土壤中的积聚,大大增加了污染的风险。这种风险在陡峭的领域或更接近湖泊和溪流的风险。南达科他州的长期研究显示在不到10年的时间里,施用牛粪以满足作物的氮肥需求,显著提高了土壤磷水平。八磅一英亩的多余磷可以增加土壤中的磷含量降低了百万分之一,也就是百万分之一,这很快就会给连年施肥的农田带来问题。

在明尼苏达州,土壤磷水平高于150 ppm(或水体附近的75 ppm)触发动作这就要求农民减少施肥后的磷含量。其他的州,比如印第安纳州,使得该级别甚至更低,表明土壤磷是一次级别通过50 ppm的关注。

我们的模拟发现,在明尼苏达州超过260万英亩的农作物上,即57%的接受肥料的农田上,施磷量大于去除量。在将近150万英亩的土地上,每英亩超过10磅。在59万英亩的土地上,即14%的施肥田,多余的部分超过了25磅一英亩。

如表2所示,在每英亩磷超标超过10磅的耕地中,9个县有超过一半的土地出现了下降。所有9个县都位于明尼苏达州中部和东南部,并且都有高密度的家禽和奶制品经营。

在四个县 - 莫里森,斯特森,托德和Winona - 来自粪肥的磷量超过总作物要求。复合问题是在这些同样的县中销售的额外磷肥的吨。粪便加肥磷在表2(OTTER TAIN)中的所有县(Otter Teat)中的所有县都超过了作物要求,并且从作物所需的磷中的两倍到90%。

限制粪便中磷的污染,农民应该施用粪便以满足磷,而不是氮,对作物的要求。但由于粪肥比磷具有更多的氮,因此需要更多的英亩来以适当的磷来施用粪便。这可能是猪的两倍,而火鸡粪肥的五倍。在已经饱和粪便的地区,这一额外土地不太可能。

磷污染是湖泊藻类生长的主要驱动力。在索克河流域,在明尼苏达州中部的核心中,MPCA设定了总日每天负荷,或TMDL,以解决细菌,过量的营养素(主要是磷)和滋扰藻类绽放。大阪湖是一家位于Sauk River Hatershed的娱乐区,被确定为水质改善的优先湖。

藻类水华不仅难看,而且有可能产生有毒蓝藻,对人类和动物健康都有害。2015年,在离奥萨基斯湖不远的地方,一名在亨利湖游泳的儿童住院治疗曝光后蓝绿藻。此前,红石湖附近的两只狗因接触蓝藻而死亡。

这些例子都发生在明尼苏达州中部,但藻类泛滥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的模拟发现的磷超载的区域。

探索地图

粪便超载与公共卫生

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种威胁。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,数据有力地表明,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透露几乎四分之三的农民不知道他们的粪便中含有多少氮,这是良好的粪便和肥料管理的基本要求。同一项调查显示,几乎三分之二的农民在秋季施用肥料,这种做法增加了风险肥料田中氮和磷的流失,特别是生猪和大型奶牛生产的液体肥料。与此同时,可以减少粪便污染的保护措施,比如覆盖作物,都是严重不足的。

全面评估明尼苏达景观以处理其粪肥和肥料负荷的能力至关重要,以确保当前和未来的居民有清水。该评估必须推动关于现场新的或扩展饲料的地方的决定,并设定肥料和粪便管理标准,特别是在具有密集牲畜的地区。

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