美国大约有一半人口的饮用水取自潜水井，有些州尤其要靠这种地下水源。例如，美国地质调查报告说，密西西比州93%的人口、内布拉斯加州82%的人口要靠地下水源作饮用水。

总的说来，威胁饮用水安全的污染程度还须加以限制。最近，联邦政府和各州政府都逐步加强了饮用水的监测工作。美国农业部农业研究所也很关心饮用水的污染问题，因为某些农业习惯和农用药剂都可能污染地下水。农业研究所在全国14个主要研究点的科学家正在研究潜在污染和怎样防止污染的问题。

美国各地都面临各种各样的威胁。例如，加利福尼亚州的某些土壤含有天然盐，包括含硼、硒的天然盐，这些盐可能被灌溉水带入地下水或者地表水中。美国东部和中西部降雨较多，所以土壤不存在硒和硼的问题，但土壤仍可能含残留农药或因施肥而提高硝酸盐水平。

马里兰州贝尔兹维尔市农业研究所戴维 · A · 法雷尔（David A. Farrell）说：“我们需要加强关于天然盐、施肥、施农药和怎样使进入地下水的污染物减至最低限度的研究。”法雷尔是全国水质研究计划的领导人和开展地下水研究的坦率建议者。他说：“我们今天面临的最大挑战不是开发新的饮用水源，而是保持已有水源的纯净。”

土壤、化学药品、天气结合形成的复杂问题

美国70，000种土壤抑制根区潜在污染物质的能力是各不相同的。例如，粘土比砂土更有助于阻止水和化学药品的移动，而砂土则有利于水和化学药品的移动。土壤的其它许多理化性质也能迅速影响水溶性化学药品的移动，这些性质包括土壤现有有机质含量、温度、含水量和酸度。

在种植粮食和生产其它农产品中使用了许多不同的农用药剂配方。然而，每个配方在不同土壤中的表现行为是不同的，只有少数配方才会成为地下水的威胁。怎样找出不同数量的配方与降雨季节分布的互相关系是一个很复杂的问题。

实际上，要绘制农村每块农田的地图和监测每块农田所施农用药剂的移动是不现实的。这需要比过去任何时候实行的任何研究计划付出更大的努力和更多的费用。一种杀虫剂的专门土壤分析差不多要花158美元，而美国需要取样的耕地约有40，000万英亩。

电子计算机可为过去几十年收集的零碎数据提供组织手段，填补田间实际数据的空白，在管理条件范围内预测特定土壤上可能出现的特定化学药品。其成功率取决于计算机信息成分的质量和科学家系统开发计算机先进技术的能力。

农业研究所最有潜在用途的最新计算机程序之一是农业管理系统地下水负荷效应。该程序的开发者是佐治亚州蒂弗顿市农业研究所东南流域研究站试验室水力工程师小瓦尔特 · G · 尼塞尔（Walter G. Knisel Jr. ）和土壤学家拉尔夫 · A · 伦纳德（R. A. Leonard）。

最近，他们在蒂弗顿市附近的一些田里试验了地下水负荷效应程序，观察了大田玉米播种日期怎样影响杀虫剂的淋洗或下渗移动。

通过50年气候资料整理，农业管理系统地下水负荷效应程序选择4月15日（而不是3月15日或4月1日）至少可以预示地下水给水的凶兆，这是因为4月15日后的降雨不大可能把用在玉米上的化学药品带到根区之下。尼塞尔说，佐治亚州种植季节长，农民可以在不严重影响产量的情况下灵活选择播种日期。在实行间种和复种的地方也许需要调整农业工作。

在威斯康星州的另一个试验中，农业管理系统地下水负荷效应程序表明马铃薯使用涕天威（内吸性杀虫、杀蛹剂）的最安全时间是马铃薯出土后30天。这个时间和现行指南规定的时间是一致的，该指南规定杀虫剂应在种植后3 ~ 6周施用。

国际商用电子计算机和兼容制电子计算机农业管理系统地下水负荷效应程序已在政府机构，例如美国农业部土壤保护局和美国环保局以及一些农业化学公司内使用。

农业研究所和州研究人员于1987年开始进行的合作研究，将对一些现代电子计算机模拟的准确度进行检查。科学家希望在研究过程中获得四种农用杀虫剂对明尼苏达州和中西部其它各州地下水潜在污染的新数据。领导圣保罗市农业研究所水土管理：研究试验室研究工作的威廉 · C · 科斯基尼（William C. Kosklnen）企图试验科内尔大学科学家研制的电子计算机模型。这种名叫LEACHM（淋洗评价和化学模拟）的模型绘制了预测供水潜在危险的杀虫剂淋洗图，这种图考虑了降雨、土壤、农民保护土壤的耕作法、时间选择和杀虫剂施用量以及其它习惯（例如轮作制）的差别。

为了试验这个系统，去年5月科斯基尼和明尼苏达州大学科学家们在明尼苏达州三个不同地区的玉米小区施用了三种通用除莠剂和一种杀虫剂。第一个施用地点是中部砂土平原；第二个施用地点是中南地区发现的典型粉砂壤土；第三个施用地点是东南部下伏石灰岩的薄土层，这个充满石灰岩洞穴的地区特别容易受到快速渗水的影响，因此易受污染。

科斯基尼说：“我们认为LEACHM模型可以在广泛的地理区和中西部的种植习惯中应用。我们应为农民提供改变耕作法的实际选择权，这不仅可在控制土壤侵蚀的同时获得高产，而且可以保护地下水。”

科罗拉多州柯林斯堡市糖甜菜生产研究所作物研究试验室植物生理学家爱德华 · E · 施韦策（Edward E. Schweizer）正在独立进行研究，科斯基尼也正在用同一模型试图查明化学药品移动怎样受到灌溉的影响。

根区遗留的肥料污染物

虽然氮气是大气的主要组分，但大多数作物必须从土壤矿物质形态氮（铵和硝酸盐）摄取所需的氮素。植物可利用的矿物质形态氮来源于土壤有机质分解、细菌大气固氮、植物残渣和动物废物再循环、土壤矿物风化和肥料等。

柯林斯堡市农业研究所土壤植物养分研究室领导人罗纳德 · 福勒特（Ronald Follett）说：“因为氮肥可能是一定土壤、施氮、植物氮吸收、水管理和天气结合下的地下水污染源，所以我们必须查明氮肥是怎样保留在作物可利用又不使它渗入其供水的作物根区内的。”

福勒特研究小组正在调查影响土壤 - 作物系统氮素转化的生化因素。因为硝酸盐易溶于水，不易被土粒吸附，所以硝酸盐可在任何时候通过过量水向下移动，并可在非作物生长需要的土壤剖面内自由移动。因此大量硝酸盐被淋洗到地下水中，使人畜水用户处于危险之中。卫生当局认为饮用水的硝酸盐含量超过10 ppm时，对人类就不安全了。

某些土壤微生物可把硝酸盐转化成氮气（反硝化作用），然后无害地逸入大气中。土壤学家韦恩 · 冈泽（Wayne Guenzi）和化学家阿尔文 · 莫热（Arvin Mosier）正在柯林斯堡市进行研究，以确定根区下哪些土层存在可能把硝酸盐转化成氮的化学、微生物条件。

迄今为止，这项研究尚无确定的结果。在根区以下采集的土样和试验室提供的无氧空气表明某些土样的气体产物不固定，而另一些土样的气体产物则不变，这种巨大的变化性似乎与季节、土壤性质的差异有关，硝酸盐有时甚至在无人类干扰或农业干扰的情况下也能在土壤中集结。例如，在内布拉斯加州西南部和中部的深部黄土地幔内发现了大量地质氮。要评价某些堆积物，例如覆盖在高原区蓄水层上面的肥料、污水和工业废物对地下水产生的影响是很难的。

农业研究所科学家们与美国农业部其它研究机构的科学家合作证实了内布拉斯加州霍尔县农民在氮肥施用量减少约1/3或80磅/英亩时，仍获得了同样的玉米产量。这种节约仅仅是按现行施肥指南和正在使用的灌溉用水计划程序达到的。

较早期的研究工作已证明当携带硝酸盐的水通过根区时硝酸盐浓度可能减小。但这个过程很复杂，而且还没有完全查明。为了取得田间实际数据，农业研究所微生物学家蒂莫西 · 帕金（Timothy Parkin）与马里兰州大学Wye研究教育中心联合，正在分析靠近马里兰州切萨皮克湾东岸三个农田现场试验井采取的水样。每个农田现场毗连三种地面缓冲带：草原、森林和沼泽。

帕金指出硝酸盐的减少可能与几种自然作用有关：可以直接从根系土壤中提取的硝酸盐可能被植物根围生活的微生物转化成气体，或被非耕地的深部排水所稀释。初步采样表明这些自然净化作用可能为查明浅层地下水的硝酸盐污染提供希望。

农业研究所正在其它地方进行地下水防污法的研究：

1.亚利桑那州菲尼克斯市。美国水资源保护试验室科学家正在研究水下渗运动的预测方法。初步研究工作表明以往有关水在某些土壤和耕地中运动的假设是错误的。更深入的研究将表明，为了把进入地下水的农用药剂减至最少，需要怎样改变现行耕作习惯。

2.加利福尼亚州河滨市。美国盐浓度试验室科学家论证了怎样通过循环完善水的利用，因而现在有可能把用过的水重新用作灌溉，第二次用于更耐盐的作物。这种策略集中在土壤中发现的天然盐，因而必须把最后的含盐灌溉水转移到蒸发池内，使盐沉淀，防止盐进入地下水，加利福尼亚州弗雷斯诺市水管理站的农业研究所科学家也对循环水发生了兴趣，并对发展更有效的灌溉系统进行了探索。

3.科罗拉多州阿克罗市。中部大平原研究站科学家正在研究不同耕作习惯和降雨怎样影响除莠剂在土壤中的移动，他们还研制了快速检测浓度小于1 ppm的选择性杀虫剂的廉价化验剂。

4.伊利诺斯州皮奥里亚市。北部地区研究中心研究人员为了发展和进一步证实用于防治杂草同时又保护地下水的缓释放除莠剂的潜力，正在农业研究所的其它农田用淀粉工具进行工作。

5.路易斯安那州巴顿 · 鲁格市水土研究所，研究人员正在研究杀虫剂在农业生态系统中的持久性、分解和移动。

6.马里兰州贝尔兹维尔市贝尔兹维尔农业研究中心。一个地下水科研项目，包括杀虫剂在接触任何地表供水或地下供水之前将其分解成无害化合物的方法化学家菲利普 · C · 卡尼（Philip C. Kearney）最近发现某些细菌能产生分解杀虫剂的酶，他领导的生化组的科学家已分离出与降解大量杀虫剂有关的三个重要酶基因。

贝尔兹维尔市科学家考查了保护耕作习惯的广泛新兴趣，即使这些农业习惯对杀虫剂淋洗能产生任何影响，1986年开始的大田研究将对免耕和传统耕作（犁壁耕地）试验点的土壤、地下水杀虫剂水平进行比较。据土壤学家查尔斯 · S. 赫林（Charles S. Helling）说，贝尔兹维尔市设置的一百多口井将为试验田下的浅层地下水采样提供好机会。

7.密西西比州斯通维尔市南部杂草试验室。在这里执行的方案中，土壤学家例如西德尼 · S · 哈珀（Si-dney S. Harper）和托马斯 · B · 穆尔曼（Thomas B. Moorman）将集中在保护耕地的其它未知因素上。他们正在注意观察这种农业习惯是否能使土壤化学、微生物学和土壤保水特性产生变化，这种变化又可能反过来改变土粒吸持或土粒释放杀虫剂的速度。

8.内布拉斯加州林肯市水土保持研究所。科学家正在研究氮素矿化过程，以便能实行精确的作物施肥。林肯市农业研究所土壤学家詹姆斯 · S · 谢珀斯（James S. Schepers）说：“我们能够研究出快速检测植物氮素需要的可靠方法。那时，如果需要的氮素量较多，就可以把氮肥混在第二次灌溉水中，避免播种时施肥过多的弊病。”

9.俄亥俄州伍斯特市应用研究所。现代喷雾技术不一定是最适合环境的杀虫剂施用法。由于有些新的施药方法只能使小于5%的杀虫剂到达目标、所以伍斯特市科学家正在发展喷雾概念，研制能使杀虫剂粘附在目标上的添加剂。因为结果（淋洗到地下水的杀虫剂不多）减少了药剂浪费，所以更不用说成本的优势。

10.俄克拉何马州杜兰特市水质研究所。科学家正在努力寻找预测农用药剂对环境影响的较好方法。土壤学家塞缪尔 · 史密斯（Samuel J. Smith）说，农业研究所根据在南部平原区不同流域经营的试验场地下水和地表水污染物评价了各种栽培耕作习惯。

11.宾夕法尼亚州大学园东北流域研究试验室。科学家正在研究地表水和地下水的保护方法。

［Agricultural Research，1988年2月]