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磷峰值

一月 01, 1970

磷峰值[2]（英語：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 编辑

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 编辑

 
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 编辑

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 编辑

 
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 编辑

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 编辑

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 编辑

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一月 01, 1970
磷峰值, 英語, 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, 在2010年左右, 曾经有过关于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, 美国地质调查局统计的1900年, 2016年全球磷灰石产量, 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. 磷峰值 2 英語 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 目录 1 背景 2 全球磷保有量的估算 2 1 鸟粪下的磷资源 3 节约和回收磷 3 1 农业生产 3 2 污水处理 4 参考资料背景 编辑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 编辑 nbsp 美国自1900 2015年间的磷矿开采量 nbsp 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10 15 displaystyle 10 15 nbsp 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 编辑 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 编辑 nbsp 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 编辑 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 编辑 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 编辑 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 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 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 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 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