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磷峰值

描述人類為開採工業和商業原材料達到最高磷產率的時間點

磷峰值[2]（英语：Peak phosphorus）描述人类为开采工业和商业原材料达到最高磷产率的时间点，这一说法受到石油峰值（哈伯特顶点）理论的启发。[3]在2010年左右，曾经有过关于磷峰值是否即将到来的讨论，但当美国地质调查局提高了可开采磷资源的预估量后，讨论才逐渐平息。[4]

美国地质调查局统计的1900年－2016年全球磷灰石产量[1]

磷是在地球地壳和生物体中广泛分布的资源，但因其并非在地球上平均分布，故而集中率低，极为珍稀。开采磷矿中的磷灰石是目前唯一经济的产磷方案，然而只有摩洛哥、中国、阿尔及利亚和叙利亚等国拥有大量磷矿石。对未来产量的预估依数据模型的不同和可开采量的判断大相径庭。不可否认的是，在可以预见的将来，摩洛哥将显著影响今后的磷矿石产量。[5]

因为磷的生物地球化学循环不包含气态，所以除了采矿外几乎没有其他适合的商业制磷方法。[6]一些研究人员认为，地球上可供商业开采、成本低廉的磷资源预计将在50－100年后枯竭，磷峰值将会出现在2030年[3][7]；另一些人员则相信地球的磷资源还可供开采几百年[8]。正如对石油峰值的预估一样，磷峰值将何时出现的问题仍然没有准确的答案，而不同领域的学者们会定期发布磷矿石保有量的最新评估。[4]

背景

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磷峰值的提出基于地球临界理论（英语：Planetary boundary）。这一理论为工业革命以来人类活动对自然的影响的9个方面划分了临界点，只要人类把活动控制在临界点内，人类就能“安全”地在地球上生存。[4]磷峰值属于其中一个方面。

全球磷保有量的估算

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美国自1900－2015年间的磷矿开采量
 
2016年全球商业磷矿石保有量[9]

磷峰值究竟将于何时到来取决于全球可用的磷资源（尤其是磷灰石）保有量。保有量指的是以目前的市场价能够开采的设想量，而资源指的是合理期望下可经济实惠地提取的磷矿。[10][11]

按质量计算，未经处理过的磷灰石中约含有1.7%－8.7%的磷（五氧化二磷含有4%－20%的磷）；比较起来，一般岩石中含有约0.1%的磷[12]，而绿色植物含有0.03%－0.2%[13]。这意味着，尽管地壳含有大概 吨的磷[14]，但选择开采这些材料并不实惠。

美国地质调查局在2017年指出，全世界范围内可供经济开采的磷保有量为680亿吨，而2016年世界矿业产量仅为2亿6100万吨。[15]假设保有量不再增长，现有的磷仍足够开采260年。这与国际肥料发展中心（英语：International Fertilizer Development Center）（IFDC）在2010年的报告内容大体吻合。[8][16]然而具体的数量仍然未知，且仍处于争议之中。[10][17][18]科学新闻记者娜塔莎·吉尔伯特认为外部缺少对估计量的证实。[19]2014年的一份评论[4]总结IFDC的报告称，其“过高估计了磷的保有量——尤其是在摩洛哥的保有量，因为他们把那里假想的、推定的资源当成了实际存在的东西”。

磷灰石短缺会显著影响世界食品安全。[20]许多农业系统依赖以磷灰石为原料的无机肥。在农业系统不改变的前提下，肥料供应就会不足，进而导致食物短缺。[21]经济学家认为，磷灰石的价格波动不一定暗示磷峰值何时到来，因为价格是随着供求双方的各种因素而随时改变的。[22]

鸟粪下的磷资源

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西班牙作家加西拉索在其著作《印卡王室述评》（1609）中描述了印加人在西班牙人前来殖民前的农业实践，如使用海鸟粪作肥料等。[23]

19世纪早期，亚历山大·冯·洪堡在南美洲岛屿上发现鸟粪后将这种施肥方法带给欧洲。据报道，鸟粪被发现时已经在岛上积攒了30米深。[24]莫切人发掘了这个鸟粪“矿”，并把鸟粪带回秘鲁。而真正意义上的鸟粪国际贸易于1840年才开始。

节约和回收磷

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美国爱达荷州的孟山都公司的一间磷处理厂

如同其他元素，磷可以在食物网上沿着营养级流动，进入世界各地人们的消化系统。消化吸收完成后，人的室外排泄（英语：open defecation）会让磷元素重归自然世界以被大豆等作物吸收，或是通过下水道、污水处理厂进入江河湖海，加入生物圈的水循环。为了推迟磷峰值的到来，农业和卫生领域已有多种重复利用磷元素、减少磷排放的做法。英国的有机农业认证组织土地联盟（英语：Soil Association）在2010年发布了鼓励进一步回收利用磷资源的报告。[24]有学者认为，解决磷资源短缺的有效方法之一就是加强回收人和动物的排泄物。[25]

农业生产

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减少土地流失和侵蚀能够降低农民施磷肥的频率。进行无耕作农业（英语：no-till farming）、使用梯田、种植防风林都是已知的降低磷流失的办法。这些办法仍然需要农民定期在田地里加入磷石才能发挥作用；而回收已经流失的磷资源的其他方案尚在建议阶段。如草地和森林等常青植物分布的土地，吸收磷的效率通常比耕地高，如果在草地和河流之间种植树林绿化带，就能加强防止磷元素和其他营养物质流失入水。[26]

污水处理

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自2003年左右开始，瑞典和德国已经在研究从污水中提取出磷，但因为世界市场上磷的价格居高不下，目前的污水提纯技术成本仍然非常高。[27][28]

参考资料

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  1. ^ Jasinski, Stephen. USGS Minerals Information: Phosphate Rock. minerals.usgs.gov. [2018-09-16]. （原始内容存档于2018-07-22） （英语）. 
  2. ^ 科学网—化学家警告全球磷峰值到来. news.sciencenet.cn. [2018-09-16]. （原始内容存档于2018-09-24）. 
  3. ^ 3.0 3.1 Cordell, Dana; Drangert, Jan-Olof; White, Stuart. The story of phosphorus: Global food security and food for thought. Global Environmental Change. 2009-05, 19 (2): 292–305. ISSN 0959-3780. doi:10.1016/j.gloenvcha.2008.10.009. 
  4. ^ 4.0 4.1 4.2 4.3 Edixhoven, J. D.; Gupta, J.; Savenije, H. H. G. Recent revisions of phosphate rock reserves and resources: a critique. Earth Syst. Dynam. 2014-12-19, 5 (2): 491–507 [2018-09-16]. ISSN 2190-4987. doi:10.5194/esd-5-491-2014. （原始内容存档于2018-08-19）. 
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  11. ^ CIM DEFINITION STANDARDS - For Mineral Resources and Mineral Reserves. (PDF): 4–6. 2010. （原始内容 (PDF)存档于2017-08-08）. 
  12. ^ 美国地质局. Phosphorus Soil Samples (PDF). （原始内容存档 (PDF)于2017-04-29）. 
  13. ^ Anthoni, Floor. Abundance of essential elements. www.seafriends.org.nz. [2018-09-23]. （原始内容存档于2018-03-09）. 
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  15. ^ Jasinski, SM. Mineral Commodity Summaries (PDF). 美国地质调查局. 2017-01. （原始内容存档 (PDF)于2017-05-13）. 
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  19. ^ Gilbert, Natasha. Environment: The disappearing nutrient. Nature. 2009-10-08, 461 (7265): 716–718. ISSN 0028-0836. doi:10.1038/461716a （英语）. 
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