安全、清洁的水是生活的基本需求之一，但随着污染在世界各地蔓延，这种资源正在减少。纵观历史，社会一直被迫循环使用不同质量的水，需要创新的处理技术。在19世纪的美国，处理废水的主要方法是使用粪池、干式污水收集和私人地窖将其与淡水分离。这些方法在人口密度高的地区是无效的，所以集中的下水道系统
在全国广泛发展。然而，在没有适当处理的情况下重复使用这些废水会引起健康和环境问题。

如今，美国的大部分废水都是由中央处理厂处理的，这可能会带来很高的能源成本，并从当地系统中排走水。随着人口的持续增长，对水的需求也在增加。bob体育登录研究人员正在寻找大规模回收人类活动产生的废水的方法。

密歇根州立大学生物系统和农业工程副教授Steve Safferman (BOB体育密歇根州立大学)，在过去十年一直致力于利用土壤等自然资源，以符合成本效益和能源效益的方法来净化水。bob体育下载ios

“当我醒过来的时候密歇根州立大学大约10年前，我的第一个项目是与几家主要的食品加工商合作，他们的废水影响地下水，”萨弗曼说。“水被排放到土壤中，穿过土壤，然后未经处理就进入地下水。”

过量的金属含量在管道系统中造成问题，并即将成为人类健康问题的风口。在某些情况下，污染的来源并不是废水。是土壤。

“这是一个非常复杂的情况，因为这些金属实际上并不存在于废水中，”Safferman说。“它们在土壤里。当你在土壤中注入大量的水时，它会引起反应，使这些金属调动起来。它们可以溶于水。人们对如何在不影响地下水的情况下最大限度地成功处理废水的管理策略没有很好的理解。我们围绕这些挑战建立了一个研bob体育登录究项目，今天我们仍在努力。”

确定土壤可以过滤的废水的正确数量而不污染地下水已成为最终目标。该小组还没有从过去的项目中找到具有科学依据的结论性操作策略。

在进行实验室测试时，Safferman的团队一直试图利用现场数据确定他所说的“规定性数字”。这将使研究人员能够遵循土壤可以有效过滤多少bob体育登录水和有机物质的基本轮廓。

同时还实现了实时土壤监测。在他的实验室里，萨弗曼设置了装满土壤的柱子，每根直径18英寸用传感器。这种受控的环境被证明是一个很好的预测，当土壤不能充分处理废水时，所以设备被带到现场。

传感器由太阳能电池板供电，通过无线电发射机工作，然后将信息发送到计算机，向研究人员显示水量、温度和其他土壤状况。bob体育登录坐在他的密歇根州立大学在办公室里，萨弗曼可以观察数百英里外的现场情况。

一些食品加工者已经采用了这种技术，除了规定的工作量之外，现在还使用双重方法来确定可以添加到土壤中的最大水量。这确保了有利于地下水污染的条件被避免。

“问题是每种土壤都是不同的，”Safferman说。“废水则不同。每个区域都必须根据变量进行定制。这就是为什么它如此重要。我认为最重要的是，我们可以更有战略地利用我们的土壤，更有环保意识，更可持续，更经济。战略管理使废水成为灌溉重要商品的资源，并取代来自不可再生资源的营养物质。但我们必须做对，否则我们会制造更大的问题。当我们考虑使用土壤过滤水时，我们意识到，如果设计正确，这是一种非常有效的老技术。”

通过清洁水增进健康

2000年9月，世界各国领导人齐聚纽约，讨论如何作出全球承诺，解决各自国家面临的一些最持久的问题。这次峰会促成了千年发展目标(MDGs)的制定，这是一份到2015年完成的优先事项清单，如将贫困人口减少一半和减少艾滋病毒/艾滋病的传播。虽然已经达到甚至超过了一些目标，但在水质和卫生方面仍有大量工作要做。琼·罗斯，霍默·诺林水研究主席bob体育登录密歇根州立大学，这是不可接受的。

罗斯说:“每个国家都应该将无法获得清洁饮用水和卫生设施的人数减少一半。”“在饮用水方面，取得了进展，实现了千年发展目标。但是，在卫生方面，进展甚微。最近我在印度的一个公共卫生研究所做讲座，窗外就是一个露天排便区。我们需要尽快解决这个问题。众所周知，如果没有卫生设施，不仅肠道疾病很普遍，还会导致营养不良。”

罗斯领导的一个研究小组与联合国教育、科学及文化组织合作，希望通过全球水病原体项目(GWPP)解决水安全问题。bob体育登录

这项国际倡议正在建立一个公共数据库，大约有150位作者提供了贡献。1983年出版的《卫生与疾病:排泄物和废水管理的健康方面》在30多年来一直是该领域的金标准，而新项目将为科学和工程界提供最新信息。Rose认为，2017年结束的GWPP将为政策制定者在起草未来计划时做出基于风险和经济效益的决策提供必要的证据。

“在世界上一些地方，他们甚至没有下水道，”罗斯说。“如果他们这样做了，可能就没有废水处理了。现在我们开始讨论所谓的资源回收，也就是从废水中获取能量、水和营养物质。例如，我们对水的处理水平非常高，并将其用作饮用水，这是一个日益增长的趋势，进一步表明需要机智。”

罗斯指出，人口增长，加上一些地区基础设施的缺乏，是导致水、土壤和环境退化的主要因素——不仅在世界上不发达的地区，在密歇根州也是如此。通过分析从圣克莱尔湖两个地点采集的沉积物核心样本，一个关于废物管理不善的故事展开了。

在美国国家科学基金会的资助下，研究人员已经能够在当前条件下查看100多年前的核心样本。bob体育登录大多数主要工业里程碑之间变得清晰可见。

通过检查每个样本中的微生物污染物，罗斯和她的同事可以将它们与污染进入该地区的时间点相匹配。大部分污染是由于未经处理的废物被倾倒到水道中造成的。由于工业化程度和人口密度的不同，这两个地区的样本采集差异很大。

无论是通过像GWPP这样的全球合作，在适当的卫生技术方面进行教育和创新，还是在五大湖提供安全的饮用水和娱乐用水，罗斯坚持认为，了解所有研究要素是如何相互作用的，对找到答案至关重要。bob体育登录

罗斯说:“我们在土地上的所作所为是污染物的来源，所以我们需要更好地管理土地。”“我们知道，世界上一些地方的土壤养分正在枯竭。如果我们没有营养和水，我们就不会有可以生长任何东西的土壤。它的理念是全面思考人类、废物、能源、水和土壤的循环，以及所有这些如何共同创造一个可持续的未来。”

气候智能型农业bob体育合法吗

为了在2012年全球水倡议中引起轰动，密歇根州立大学聘用了16名新教员，他们被认为是能够解决地球上一些主要水资源挑战的领导者。

第一个增加的工作人员是地质科学系教授布鲁诺·巴索(Bruno Basso)，他带来了建设弹性自然资源的多方面方法。bob体育下载ios他接受过作物和土壤科学的培训，密切监测天气、土壤和土地管理之间的相互作用，重点关注可持续农业。bob体育合法吗利用尖端技术和美国农业部国家粮食和农业研究所490万美元的拨款，Basso和一组研究人员bob体育合法吗密歇根州立大学bob体育登录研究人员正在改变美国大型农场的运作方式。

“我一直认为研究植物如何利用水和土壤是极其重要的，”巴索说。“我们如何利用这个系统，在同样的水和营养物质的情况下获得最高的产量?通过研究与农业相关的天气、土壤和管理的结合，我很快就认识到，有必要采取一种综合的方法。bob体育合法吗这些组件从来都不是单独工作的。”

Basso利用各种工具促进长期可行性，包括土地利用可持续性系统方法(SALUS)模型。伪造的密歇根州立大学，该程序模拟了作物、土壤、水和养分在空间和时间上的状况。根据美国环境保护署(Environmental Protection Agency)的数据，美国有超过4亿英亩的土地用于农业，土壤的多样性很大。SALUS允许种植者通过在每个田地区域应用适当的实践来更有效地管理他们的作物。该模型还可以模拟不同天气模式下多年的情况，并预测对产量、土壤和环境的影响。

一架无人机(UAV)，通常被称为无人机，帮助巴索和他的团队通过三个附加传感器收集作物的数据，这些传感器可以观察植物的营养成分、温度和大小。集成SALUS和无人机数据，Basso能够执行他所谓的“精准农业”——在正确的地点和时间，以正确的方式做正确的事情。bob体育合法吗

巴索说:“在我的研究中，在水和土壤的情况下，最大限度地减少硝bob体育登录酸盐的淋滤，这有助于土壤和地下水污染中营养物质的损失。”“这一切都是为了找到一个门槛，使农场的收入增加，而不增加对环境的负面影响。另一种定义方式是气候智能型农业，我们正在建设健康的土壤，增加有机物质，使农业可持续发展，bob体育合法吗同时更有效地利用水等资源。”

除了基于技术的研究，巴索还认识到社会因素对可持续发展和自然资源管理的重要性。在美国和国外，如果没有对当地经营农场的个人进行适当的教育和培训，研究人员开发的创新技术可能会变得毫无用处。bob体育登录

巴索说:“在这个国家，当农民做决定时，他们有培训和许多资源可供选择，以做出最好的决定——互联网、电视、广播和杂志——但这对他们来说仍然很困难。”“在其他国家，如果你不通过教育让当地人参与进来，你就不会产生任何可持续的影响。社会科学和生物物理科学之间有很强的联系。我们总是会考虑到这一点。”