Denna artikel är återpublicerad från The Midwest Center for Investigative Reporting och publicerades tillsammans med USA IDAG. Läs originalartikeln.
Beläget i hjärtat av Amerikas brödkorg, Champaign County, Illinois, hjälper det till att föda landets efterfrågan på majs och sojabönor samtidigt som det underblåser en av de mer lömska effekterna av klimatförändringarna – avrinning av gödselmedel.
Varje år applicerar bönder tonvis av kvävegödsel på de stora grödor som täcker Champaigns platta landskap.
När regn transporterar oanvänt gödselmedel in i den närliggande Spoon River, stimulerar det giftig algtillväxt nedströms.
Överskottet av näringsämnen flyter med vattnet från Spoon in i en serie större floder tills de dumpas i Mexikanska golfen, vilket ger bränsle till en massiv död zon där inget liv kan överleva.
Miljöförödelsen – ökande blommor och en konsekvent växande död zon – har dokumenterats väl i decennier.
Men förändringar i hur regnet faller, som förklarats i ett år långt USA TODAY undersökningar, har lagt grunden för att saker och ting ska bli mycket värre, tror många forskare nu. Den värmande planeten ger mer nederbörd totalt sett, och mer skyfall i synnerhet, till samma regioner i USA som odlar en majoritet av USA:s gödselberoende grödor.
Champaign County, som har en av landets största kväveöverskottsmängder, är noll för denna påverkan.
USA IDAG och Undersök Mellanvästern analyserade vårnederbördsdata och kvävenivåer mellan 2014 och 2020 i Spoon River. Analysen fann att de typer av extrema nederbördshändelser som gjorts vanligare av en värmande planet orsakar tre gånger så mycket gödselmedelsavrinning än andra regnhändelser och bidrar till en överdriven andel av det i vattendragen.
Medierna valde Champaign County på grund av dess höga nivåer av kväveöverskott för majsgrödor – nummer tre i landet – och för att det är en av relativt få platser där US Geological Survey spårar kvävekoncentrationen i vattendelare under en flerårsperiod.
Nitrogen in the Spoon spetsade 42 gånger under dessa sju fjädrar som den federala regeringen spårade det. Trettiosex av spikarna kom efter en nederbörd, när gödselmedlet fäster på jordpartiklarna och glider iväg från åkrar och ut i floden.
Men ibland kom regnet så snabbt och kraftigt att tiotusentals kilo kvävegödsel rann i floden och fick nivåerna i höjden.
De tre tyngsta stormarna dumpade en tredjedel av allt kväve under denna tidsperiod i Spoon River.
Fynden speglar en större studie utförd av flera forskare som fann att kraftigt regn över Mississippifloden också bidrog till en tredjedel av kvävet som spolades ut till Mexikanska golfen. Detta kraftiga regn sker på bara nio dagar per år.
Bland de mest slående konsekvenserna av avrinning av gödselmedel sträcker sig Gulfens döda zon över kusterna i Louisiana och Texas och har gjort cirka 6 330 kvadratkilometer vatten obeboeliga, enligt nya mätningar av National Oceanic and Atmospheric Administration.
Den flytande algblomningen har expanderat och minskat under de senaste 35 åren men överträffar konsekvent det mål som satts upp av US Environmental Protection Agencys Hypoxia Task Force. Det nuvarande femårsgenomsnittet är nästan tre gånger högre än målet.
Men det är inte bara Mexikanska golfen. Avrinning av gödningsmedel orsakar förödelse i floder och sjöar över hela landet. Det förorenar dricksvattnet, skadar vattenlivet och gör både människor och husdjur sjuka. Det har decimerat manatee-befolkningen i Florida och förorenat Chesapeake Bay i nordost.
Vissa typer av algblomningar, som cyanobakterier, orsakar luftvägsinfektioner, gastrointestinala blödningar och kräkningar och är ansvariga för minst 321 akutbesök i USA enbart mellan 2017 och 2019, enligt en studie från Centers for Disease Control and Prevention. Över hela världen förgiftas cirka 60 000 människor årligen av algblomning.
Blommar också släpper ut metan, en växthusgas som förvärrar den globala uppvärmningen. EPA fann nyligen att utsläppen från blomningar kan öka med 30 till 90 procent under nästa århundrade.
Det är en förödande återkopplingsslinga. Algblomning bidrar till den globala uppvärmningen, vilket ökar nederbörden, vilket sedan förvärrar avrinning av gödningsmedel.
I Illinois har antalet dagar med minst två tum nederbörd ökat med cirka 40 procent under det senaste århundradet, enligt statens klimatbedömning 2021. Och våren – när många bönder använder gödselmedel – förväntas se några av de största vinsterna i nederbörd i slutet av detta århundrade, sa bedömningen.
Samtidigt har bönderna använt allt mer konstgödsel. Bara mellan 1960 och 1980 tredubblades dess användning på landets bästa grödor - från 7,5 ton årligen till 23,7 miljoner ton. Dessa nivåer har svävat runt höjdpunkten sedan dess.
Multiplicera vad som händer i Champaign County med hundratals jordbrukssamhällen över hela USA – och i synnerhet i Mississippi River Basin.
En av de "starkaste signalerna" om klimatförändringar är ökningen av nederbördsintensiteten, säger Trent Ford, Illinois statsklimatolog. Och en av dess största utmaningar är ökningen av avrinning av gödselmedel, sa han.
Trots problemen finns det lite statlig reglering av spridning och hantering av gödselmedel. Till skillnad från bekämpningsmedel kan bönder använda så mycket gödningsmedel de vill och får inga böter eller straff för att överskrida säkra mängder.
Att reglera användningen av kemiska gödselmedel och gödsel skulle vara svårt, säger Richard Cruse, professor i agronomi vid Iowa State University. "Du skulle behöva polisera praktiskt taget varje tunnland som odlas", sa han.
Statliga försök att göra just det har konsekvent motarbetats av jordbruksgrupper som American Farm Bureau Federation.
Samtidigt har frivilliga åtgärder för att minska avrinning – som att plantera täckgrödor – varit långsamma med att få fäste.
I Illinois planterade bönder totalt 1,4 miljoner tunnland täckgrödor under 2019, men det kommer att ta ytterligare 20,7 miljoner tunnland i kombination med andra förvaltningsmetoder för att nå EPA:s långsiktiga mål för minskning av näringsämnen, enligt statens tvååriga rapport .
"De är inte i den storleksordning som vi behöver se för att faktiskt få en förändring", säger Catie Gregg, en jordbruksspecialist på Illinois ideella Prairie Rivers Network. "Då kompliceras detta ytterligare av klimatförändringarna."
Mer gödningsmedel, fler problem
I slutet av juni såg lantbrukaren Ann Swanson i Champaign County på när de samlande regnmolnen förmörkade himlen.
Hon förbannade.
Swanson, som driver en 10 tunnland ekologisk gård som odlar tomater, paprika och squash, visste att det inkommande regnet innebar en katastrof för hennes grödor.
Den överraskning som föll över stora delar av centrala Illinois den veckan skapade tornados och satte ett abrupt slut på utomhusevenemang. Det dränkte också huvudstadsområdet Champaign-Urbana med 5,1 tum regn.
Ann Swanson, chef för Hendrick House Farms i ett fält som normalt skulle ha växter överallt. Översvämningar tidigare under säsongen skadade skörden. Foto av Darrell Hoemann, Investigate Midwest.
Det är en halv tum över områdets genomsnittliga nederbördsmängd för hela månaden, enligt Illinois State Water Survey vid University of Illinois i Urbana-Champaign.
Regnfallet fick de flesta av Swansons 2 000 tomater att utveckla bakteriefläckar, vilket avslutade säsongen tidigt.
"Du förväntar dig inte så mycket regn efter juni," sa Swanson. "Det var verkligen en besvikelse."
Swanson befinner sig inte i Spoon Rivers vattendelare, så allt överskott av gödselmedel från hennes gård rinner istället ut i Kaskaskia River. Men Swanson använder en mängd jordbruksmetoder för att säkerställa att näringsämnen stannar i hennes jord.
I början av varje säsong, säger Swanson, tar hon prover på sin jord för att se hur mycket näringsämnen den redan har och anpassar sin användning av gödningsmedel därefter. Istället för att dumpa allt i början av växtsäsongen applicerar hon det lite i taget när hennes grödor växer.
Om väderprognosen visar kraftig nederbörd kommer hon att vänta till torrare förhållanden så att grödorna kan få i sig mest näring.
"Det är precis därför som 'sidedressing' i allmänhet är effektivare, eftersom du skedmatar grödan under hela växtsäsongen, i motsats till att sätta på den här enorma klumpen i början av säsongen eller innan säsongen ens börjar," sa Kelsey Griesheim, doktorandforskare vid institutionen för naturvetenskap och miljöresurser vid University of Illinois.
Swanson använder också täckgrödor. Planterad under lågsäsong när fälten vanligtvis är kala, kan täckgrödor förbättra jordens struktur, vilket gör den mer som en "svamp", sa Gregg. Svampen suger upp överflödigt vatten och näringsämnen och förbättrar även jordens allmänna hälsa.
"Med täckskörd", sa Swanson, "vill jag vara säker på att jag sätter tillbaka dessa näringsämnen i jorden så att jag inte ständigt tömmer dem på näringsämnen år efter år."
Hälsopeppar på Hendrick House Farms. Översvämningar tidigare under säsongen skadade skörden. Foto av Darrell Hoemann, Investigate Midwest
Men Swanson är ett undantag.
Många bönder applicerar över gödningsmedel som en skydd mot kraftigt regn, säger Cruse, professor vid Iowa State University. Det är ett billigt sätt att få ut det mesta av varje skörd, sa han, men det kan förvärra avrinningsproblemet.
"Det är som en försäkring," sa Cruse. "Gödselkostnader, men att inte ha tillräckligt med ute för att optimera din avkastning, kostar ännu mer."
Enbart majsgrödor i Champaign County hade i genomsnitt 31 miljoner pund mer kväve än de behövde varje år under årtiondet som slutade 2019, enligt data sammanställda av forskare från Iowa State University.
Det är landets tredje högsta kväveöverskottsmängd för majs, som är en av de mest gödselberoende av alla grödor.
Giftigt och kostsamt
Cirka 550 mil norr om Champaign County känner Erika Balza till de giftiga och kostsamma konsekvenserna av okontrollerad gödselavrinning.
När tvåbarnsmamman flyttade in i sin nya mans hus på landsbygden i Kewaunee County, Wisconsin, utanför Green Bay, för nästan ett decennium sedan, minns hon att han varnade dem att inte dricka vattnet.
"Du kan duscha med den, du kan tvätta med den, köra diskmaskinen, men du kan inte dricka vattnet här," minns hon att han sa.
Anledningen:Gödsel som används som gödningsmedel på närliggande åkrar sipprar in i hennes familjs brunn efter det regnar, sa Balza. Vattnet har testat positivt för koliforma bakterier flera gånger.
Det är en särskilt farlig situation för Balza på grund av hennes nedsatta immunförsvar från stadium fyra metastaserad bröstcancer.
Men det är inte det enda problemet.
En dag 2016, sa Balza, startade hon sin diskmaskin innan hon gick upp för att sova. När hon vred på kranen för att borsta tänderna rann vattnet ut brunt och luktade gödsel. Testning avslöjade ko- och E. Coli-bakterier.
Wisconsin Department of Natural Resources och en donation från en bonde täckte kostnaden för mer än $13 000 för att installera en ny brunn för att rinna vatten till hennes hus. Men Balza var själv tvungen att köpa en ny diskmaskin för 700 dollar efter att incidenten förstörde den gamla.
Dessa burkar innehåller brunt vatten som tagits från en kran i Kewaunee County som forskare kopplade till spridning av gödsel på en närliggande åker 2016. Jorden från åkern och vattnet från hemmet delade samma signaturer för fekala föroreningar. Foto med tillstånd från Kewaunee County Land and Water Conservation Department
Även med den nya brunnen, sa hon, visar hennes vatten fortfarande tecken på koliforma och E. coli-bakterier, såväl som höga nivåer av nitrater.
Balza sa att det finns en brist på tillsyn för bönder som applicerar gödsel.
"Han gick därifrån med ett slag på handleden", sa hon om bonden som hon tror var ansvarig för avrinningen.
Samhällets vattenreningsanläggningar är lika utsatta som enskilda brunnar.
Bara en halvtimmes bilresa öster om Champaign i det närliggande grevskapet Vermilion, renar Aqua Illinois ytvattenreningsverk dricksvattnet från Lake Vermilion som serveras till cirka 38 000 människor.
Nitrater i utbudet är ett säsongsproblem, sa fabrikens chef, David Cronk.
På våren – när vissa bönder använder gödningsmedel och en tid på året som förväntas se en av de största ökningarna av nederbörd på grund av klimatförändringar – kan nitratkoncentrationen vara 12 till 13 milligram per liter innan vattnet behandlas, sa han . Den federala gränsen är 10 mg/L.
På 1990-talet, när nitratnivåerna bröt mot den federala gränsen, fick invånarna vatten på flaska, sa Cronk. Så år 2000 installerades en jonbytarenhet för 4 miljoner dollar för att filtrera vattnet.
Cronk sa att hans anläggning arbetar med bönder så att de använder de bästa metoderna för att säkerställa att nitrater inte kommer ut i vattnet.
"Det är ditt främsta försvar, ärligt talat. Vi är sista försvaret, sa Cronk. "Vi gör ditt vatten säkert att dricka här. Men vad gör det för resten av Mississippi River Basin? Det pågår fortfarande där.”
Ett annat problem som samhällen över hela landet möter från avrinning är giftiga algblomningar i sjöar och dammar.
T.J. McCloud och Chris Hoffman, förbereder en bentonitleralösning för att behandla en damm i Arlington Heights, Illinois. Foto av Ignacio Calderon, Investigate Midwest
Ava Boswell, miljöservicechef på McCloud Aquatics, ett sjöförvaltningsföretag baserat i norra Illinois, sa att cyanobakterier, en typ av giftiga alger, har blivit vanligare i vissa jordbruksområden eller områden med mycket stadsutveckling i Illinois.
Även om vanliga grönalger var vanligare av företaget än cyanobakterier, kan grönalger också beröva fisken syre om sjön eller dammen inte behandlas, sa hon.
Även om den minskade vattenkvaliteten de har sett kan bero på en generell ökning av algblomningen, sa Boswell att det också kan tillskrivas ökad testfrekvens.
'Svag, ofokuserad och underfinansierad'
Försök att reglera gödseltillförsel och avrinning har mötts av hårt motstånd från jordbruksindustrin.
Den utmaningen försvåras, ironiskt nog, av 1972 års Clean Water Act. Även om jordbruk länge har identifierats som en stor källa till vattenförorening, undantar landets landmärkeslag uttryckligen utsläppen från reglering.
Som ett resultat av detta har ansträngningarna att ta itu med det varit "svaga, ofokuserade och underfinansierade", skrev en forskare från Vanderbilt University vid namn J.B. Ruhl år 2000, och intensiv lobbying från bondgårdsgrupper har hindrat bestämmelser med tänder från att antas.
Det var vad som hände 2014 när Obama-administrationen försökte definiera mer allmänt vilka vatten som skyddades av handlingen i ett drag som bönderna kallade ett övergrepp. De fruktade att regeringen skulle försöka reglera deras bevattningsdiken, dammar och till och med vattenpölar.
American Farm Bureau Federation svarade med att lansera en #DitchtheRule kampanj som inramade ansträngningen som ett ”landgrepp”.
Statliga gårdsbyråer och andra grupper som representerar bönder gick också med i aktionen, enligt Center for Responsive Politics. Under 2015 spenderade American Farm Bureau Federation 2,8 miljoner dollar på lobbyverksamhet på frågor som inkluderade regler för rent vatten.
EPA slog tillbaka med sin egen kampanj kallad #DitchtheMyth för att bekämpa vad den kallade "desinformation". Andra taktiker som den använde, fann Government Accountability Office senare, bröt mot en lag mot hemlig propaganda.
Till slut bröt regeln.
Några år före den striden, 2011, hade EPA varnat för att hälften av de amerikanska vattendragen hade medelhöga till höga nivåer av kväve och att överträdelserna av nitratdricksvatten hade fördubblats under de föregående åtta åren.
Byrån utfärdade denna varning i det som kallas "Stoner-memo", och den föreslog att stater skulle minska dessa nivåer genom att fokusera på flera områden, inklusive användning av jordbruksgödsel.
Men ett decennium senare är Illinois och dess intressenter fortfarande i färd med att implementera en plan för att minska avrinning.
"Du försöker påverka förändringar på cirka 22 miljoner hektar odlingsmark som drivs av cirka 72 000 oberoende bönder, och det är ett stort lyft", säger Trevor Sample, som koordinerar Illinois Nutrient Loss Reduction Strategy Implementation för statens EPA.
Statens EPA är en av flera partners i det pågående arbetet med att minska avrinning. Andra inkluderar delstatsdepartementet för jordbruk och Illinois Farm Bureau.
Grupperna tog Stoner-memo till sitt hjärta, sa Lauren Lurkins, Illinois Farm Bureaus chef för miljöpolitik. "Nu är vi mitt i genomförandet av vår strategi för en mycket komplex miljöutmaning."
Charles Meier, en republikansk lagstiftare, sa att majoriteten av bönderna redan gör sitt bästa för att lämna miljön bättre för nästa generation.
"En bonde vill inte betala för gödselmedel som kommer att sluta tvätta och läcka ner i vattnet heller", sa han. "Vi vill behålla gödselmedel i jorden."
Att vidta åtgärder
Det finns tecken på att vissa statliga program vinner dragkraft.
I Illinois erbjuder programmet Fall Covers for Spring Savings en försäkringsrabatt på 5 USD för varje inskriven täckningsgröda. Under odlingssäsongen 2019-20 hade staten finansiering för 50 000 hektar.
Tilldelningen fylldes bara en vecka efter öppnandet.
Förra säsongen uppfylldes tilldelningen på 12 timmar, med ytterligare 130 050 hektar som hade begärts, enligt statens tvååriga rapport. Nu kommer programmet att fördubbla sitt tunnland, enligt statens EPA.
Utöver att hålla i gödselmedel, kan täckgrödor förbättra hur mycket mat en gård producerar. Gårdar som använde täckgrödor i minst fem år i rad kunde förvänta sig en ökning på tre procent av majsproduktionen och omkring fem procents ökning av sojabönsproduktionen, enligt Sustainable Agriculture Research and Education, ett program som stöds av det amerikanska jordbruksdepartementet.
Ann Williams, en demokratisk delstatsrepresentant i Illinois och ordförande för statens energi- och miljökommitté, sa att många inom jordbrukssamhället anpassar sig när de ser dessa fördelar.
"Oavsett klimatpåverkan har det fördelar för deras avkastning, för deras vinster," sa hon. "Det är då du verkligen kan framföra ett riktigt starkt argument för att implementering inte bara är i samhällets och världens bästa intresse, utan i ditt eget ekonomiska intresse."
Men att implementera alla nödvändiga förvaltningsmetoder inom jordbruket kan vara dyrt – cirka 789 miljoner dollar per år för att minska kväve och fosfor i långsiktiga mål, enligt statens tvååriga rapport.
"Verkligheten är att att ta itu med och mildra skadorna från klimatkrisen kommer att kräva långsiktiga aggressiva och uthålliga åtgärder på alla nivåer av regeringen," sa Williams. "Jag tror att det kommer att kräva en kombination av utbildning (och) mer resurser som allokeras till jordbrukssamhället."
Tiden att agera är nu, sa Prairie Rivers Networks Gregg, annars blir det ännu svårare att anpassa sig.
"När vi ser att vädret förändras, blir det svårare att ta sig dit vi vill," sa hon. "Det finns verkligen ingen perfekt tid att prova något nytt, men det här är något som blir värre."
