Nature丨全球农田磷素使用趋势和可持续性挑战

论文内容

研究背景：

磷(P)是作物生长和养活不断增长的全球人口的关键营养物质之一。因此，实现更多的粮食生产和更高的作物产量很可能会推高农田对磷的需求。作物生产中磷素的不当使用将导致其过度淋滤到邻近水体，造成养分污染，威胁到水生生物生存和人类的健康。在2002 - 2010间，农业特别是谷物、水果、蔬菜和油料作物的生产，为全球淡水系统贡献了38%的人为磷负荷。与此同时，许多国家也对磷矿储量的不足表示担忧。磷储备低而需求高的国家需要大量进口磷肥，而许多低收入国家的农民无法获得负担得起的磷肥来提高作物产量。为了解决磷污染和稀缺问题，提高农业中磷的利用效率至关重要。然而，很少有研究根据作物类型量化P预算和PUE（磷素利用效率），也很少研究社会经济和农学驱动因素对全国PUE的潜在影响。此外，评估PUE的改善如何能在全国范围内减少磷污染和稀缺的研究更少。因此迫切需要对此进行深入研究。

研究内容：

首先开发了一个1961年至2019年200多个国家或地区169种作物类型的P预算数据库。在此基础上，评估了中国农业生产预算和农业生产效率的时间和空间格局，并建立了统计模型，探讨了影响中国农业生产效率的关键社会经济和农艺因素。最后，我们讨论了全球和国家的磷管理挑战，并评估了PUE改进对2050年解决磷污染和稀缺挑战的潜在影响。

Fig.1 研究中使用的主要农田磷投入（预算）项目的说明。

Fig.2 1961年至2019年的历史P预算和PUE趋势。

Fig.3 2010年和2050年不同情景下的P过剩和P稀缺

研究结论：

为了应对磷管理的挑战，发现全球作物产量的PUE必须增加68-81%，最近的趋势表明这一目标取得了一些有意义的进展。然而，农田磷素管理面临的挑战和机遇在各国之间差别很大。而解决磷污染和稀缺挑战依赖于更好地量化整个农业-粮食系统的营养预算，并确定农场大门以外的管理缺口。改善跨系统和空间尺度磷素管理的潜在战略包括: (1)确定并建立磷素需求地区和磷素过剩地区之间更紧密的联系 (例如，改善作物和动物生产系统的整合，以闭合农场或地区尺度上的营养循环); (2)根据区域需求和养分利用效率，在区域间重新分配养分的应用和作物生产; (3)鼓励食物垃圾回收和低营养足迹的饮食。另外还需要提供经济和政策援助，以鼓励这些做法，同时支持农民并确保粮食安全。继续跟踪本研究中制定的磷指标 (如磷产量、磷过剩、磷净利用率和磷稀缺)，将有助于各国和地区评估其在应对磷污染和稀缺挑战方面的现状，并朝着可持续的未来采取行动。

转自：“农科学术圈”微信公众号

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