实现脆弱社区水权：利益相关者过程控制区域浅层地下水硝酸盐污染的有效性研究

本综述深入探讨了农业区浅层饮用水井硝酸盐污染的严峻挑战，评估了以加州中央山谷CV-SALTS为代表的利益相关者协同治理模式的有效性。研究基于GAMA项目长期监测数据，开发了新型数据充分性指标，量化了硝酸盐浓度时空变化的不确定性，揭示了干旱与CAFOs（集中式动物饲养操作）对硝酸盐水平的显著影响。研究强调，高污染区域与环境正义社区高度重叠，现有监测存在严重不足，并提出了整合年度采样、家用井监管及源头削减的政策建议，为实现人类水权（Human Right to Water）提供了关键科学依据与可推广的实践路径。

　　

1 引言

硝酸盐污染已成为全球农业区及弱势社区浅层饮用水井面临的一项紧迫而持久的问题。大规模去除地下水中硝酸盐的可行方案仍然难以实现，这使得基于利益相关者的综合方法受到更多重视，然而此类方法目前开发较少，且其有效性评估更为稀缺。加州中央山谷作为全球最重要的集约化农业区之一，启动了名为CV-SALTS的利益相关者过程，旨在成为控制硝酸盐污染的典范模型。

地下水作为饮用水供应的重要来源，其恢复难度高于地表水，且在水量和水质上均呈下降趋势。工业农业生产大量抽取地下水用于灌溉，导致水位下降，同时施用大量肥料和农药，这些物质可淋溶至水桌。硝酸盐是含水层中最常见的污染物，其升高浓度与多种人类活动相关，其中最重要的包括富氮肥料的应用、畜牧业粪便及社区污水排放。因此，硝酸盐污染已在全球数百个集约化农业区被识别，影响了大多农村、历史上被边缘化社区的饮用水安全，并被公认为一项广泛、持久且紧迫的全球性问题。

长期摄入硝酸盐污染水与多种短期及长期健康后果相关，其中最严重的是高铁血红蛋白血症（即“蓝婴综合征”）。此外，硝酸盐污染还与癌症、生殖发育影响及骨矿化等问题相关。

2 方法与数据

2.1 研究区

中央山谷是大型与小型水系统的拼凑体，为城市、城镇及农村地区供水。城镇多依赖受监管的社区水系统（CWS），而州小型水系统及家用井则由县许可，不受州监管，通常是农村地区家庭及社区的主要水源，但有关这些系统及井的水质或位置的数据稀疏。

本研究聚焦于Modesto与Turlock管理区，这两个区域被CV-SALTS列为优先1级盆地，是硝酸盐水平最高的区域。该区域体现了水系统的拼凑性、未建制及历史上被边缘化的城乡社区的存在。此处长期存在浅层地下水硝酸盐浓度升高的问题，但有关家用井、农业输入或CAFOs位置的信息有限。

2.2 井中硝酸盐浓度数据库

从GAMA数据库中提取了2000年至2023年间Modesto与Turlock优先盆地浅层井的硝酸盐测量数据。仅与上层含水层相关的井被纳入研究，定义为深度小于61米（200英尺）的井，这与CV-SALTS程序的定义一致。最终数据库包含19,322口“上层区域”井及34,627个独特硝酸盐观测值。

2.3 插值与不确定性评估

为理解数据可用性及插值技术对硝酸盐预测的影响，比较了三个插值表面：CVS20、CVS23及VS23。VS23表面由本研究使用经验贝叶斯克里金法（EBK）生成，空间分辨率为240米。结果显示，VS23表面指示804平方公里区域硝酸盐浓度高于MCL，且与弱势社区（DACs）重叠的区域比例较高。

2.4 趋势分析

通过曼-肯德尔趋势检验和泰尔森估计量检验，分析了具有至少3/5/10次重复采样的井的硝酸盐浓度变化趋势。共442口井具有足够数据进行趋势分析，其中近27%的井显示硝酸盐污染在统计上显著增加，靠近CAFOs的井中这一比例升至33%。

2.5 硝酸盐水平的季节与年际变化

按月份和干旱状态对2010–2023期间的所有可用井数据进行分类，发现三月和十一月的平均读数最高，高于12.5 mg/L。严重干旱年份的平均硝酸盐浓度最高且高于MCL，与非干旱年份相比显著高出2.1 mg/L。

2.6 与集中式动物饲养操作（CAFOs）的关系

通过空间与邻近度分析，研究了CAFOs位置与上层井高硝酸盐浓度之间的关系。共绘制了381个CAFOs，总面积48平方公里。结果显示，CAFOs及其附近的井中硝酸盐浓度显著较高，平均浓度是MCL的3-4倍，且影响范围远超出其边界。

2.7 数据充分性指标

开发了一种新的数据充分性指标，基于观测密度、污染物浓度变异性、MCL超标情况及插值准确性，以确定需要优先进行额外监测的区域。应用该指标表明，研究区中32%的单元格具有高硝酸盐浓度和变异性，但数据不足，被确定为最高优先级监测区域。

2.8 推进环境正义目标

每个CV-SALTS优先1级盆地需在2021年3月前协作制定EAP，包括提供瓶装水短期缓解、评估硝酸盐对浅层地下水的影响、减少硝酸盐负荷关键来源及通过地下水与排放监测概述长期解决方案等目标。

3 结果

VS23插值表面显示，804平方公里区域硝酸盐浓度高于MCL，且主要位于研究区西部。与CVS20和CVS23表面相比，VS23包含了117平方公里未被两者识别的超标区域，其中11.2%位于DACs内。靠近CAFOs的井中硝酸盐浓度显著较高，且缺乏足够数据评估其时间变异性。趋势分析表明，多数井的硝酸盐浓度呈增加趋势，季节性及年际变异性显著，严重干旱年份浓度最高。数据充分性指标显示，近一半研究区可能硝酸盐浓度高于MCL，但数据不足以准确表征其变异性。

4 讨论

加州中央山谷的浅层硝酸盐地下水污染与其他集约化农业区类似，是一个持久存在的问题。CV-SALTS过程旨在调查盐与硝酸盐的水质挑战，并制定改进质量与效率的政策与行动建议。然而，尽管已过去18年，解决方案尚未达成一致或实施。本研究揭示了在硝酸浓度高于安全水平的区域存在重大不确定性，且这些区域与脆弱人群高度重叠。

数据稀疏性及CAFOs等关键硝酸盐来源的空间识别不足，导致关于家用井水安全性的大量不确定性。证据表明浓度增加主要影响弱势未建制社区。季节性及干旱状态的波动使硝酸盐浓度在一年中波动至MCL上下，而大多数家用井在十年内仅测试过一次，任何季节性变异性或干旱状态的影响均被忽视。

5 结论

加州虽在2012年首个承认人类水权，并明确延伸至弱势个体、社区及城乡地区，但该权利的实现在其批准十余年后仍显不足，且自利益相关者基础的CV-SALTS过程启动二十年来，对持久广泛的硝酸盐地下水污染的控制进展缓慢。环境正义问题未获得CV-SALTS最初设想中的关注。

研究区中，地下水极可能高于MCL10 mg/L的区域与依赖家用井的弱势区域存在显著重叠。几乎所有被分类为弱势未建制的区域，且最可能依赖家用井的区域，均位于硝酸盐水平不安全的区域。此外，系统性硝酸盐井采样及关键硝酸盐来源空间识别的缺乏，导致研究区大片区域家用井水安全性存在重大不确定性。证据指向浓度增加主要影响弱势未建制社区。

量化基于硝酸盐变异性、MCL超标及观测密度的数据充分性，可支持利益相关者过程优先安排额外监测与风险降低。本研究结果对中央山谷内其他区域及全球其他工业农业区的监管发展具有重要参考价值。