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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]（英語：Peak phosphorus）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，這一說法受到石油峰值（哈伯特頂點）理論的啟發。[3]在2010年左右，曾經有過關於磷峰值是否即將到來的討論，但當美國地質調查局提高了可開採磷資源的預估量後，討論才逐漸平息。[4]

美國地質調查局統計的1900年－2016年全球磷灰石產量[1]

磷是在地球地殼和生物體中廣泛分佈的資源，但因其並非在地球上平均分佈，故而集中率低，極為珍稀。開採磷礦中的磷灰石是目前唯一經濟的產磷方案，然而只有摩洛哥、中國、阿爾及利亞和敘利亞等國擁有大量磷礦石。對未來產量的預估依數據模型的不同和可開採量的判斷大相逕庭。不可否認的是，在可以預見的將來，摩洛哥將顯著影響今後的磷礦石產量。[5]

因為磷的生物地球化學循環不包含氣態，所以除了採礦外幾乎沒有其他適合的商業制磷方法。[6]一些研究人員認為，地球上可供商業開採、成本低廉的磷資源預計將在50－100年後枯竭，磷峰值將會出現在2030年[3][7]；另一些人員則相信地球的磷資源還可供開採幾百年[8]。正如對石油峰值的預估一樣，磷峰值將何時出現的問題仍然沒有準確的答案，而不同領域的學者們會定期發佈磷礦石保有量的最新評估。[4]

背景

磷峰值的提出基於地球臨界理論（英語：Planetary boundary）。這一理論為工業革命以來人類活動對自然的影響的9個方面劃分了臨界點，只要人類把活動控制在臨界點內，人類就能「安全」地在地球上生存。[4]磷峰值屬於其中一個方面。

全球磷保有量的估算

 
美國自1900－2015年間的磷礦開採量
 
2016年全球商業磷礦石保有量[9]

磷峰值究竟將於何時到來取決於全球可用的磷資源（尤其是磷灰石）保有量。保有量指的是以目前的市場價能夠開採的設想量，而資源指的是合理期望下可經濟實惠地提取的磷礦。[10][11]

按質量計算，未經處理過的磷灰石中約含有1.7%－8.7%的磷（五氧化二磷含有4%－20%的磷）；比較起來，一般岩石中含有約0.1%的磷[12]，而綠色植物含有0.03%－0.2%[13]。這意味着，儘管地殼含有大概 噸的磷[14]，但選擇開採這些材料並不實惠。

美國地質調查局在2017年指出，全世界範圍內可供經濟開採的磷保有量為680億噸，而2016年世界礦業產量僅為2億6100萬噸。[15]假設保有量不再增長，現有的磷仍足夠開採260年。這與國際肥料發展中心（英語：International Fertilizer Development Center）（IFDC）在2010年的報告內容大體吻合。[8][16]然而具體的數量仍然未知，且仍處於爭議之中。[10][17][18]科學新聞記者娜塔莎·吉爾伯特認為外部缺少對估計量的證實。[19]2014年的一份評論[4]總結IFDC的報告稱，其「過高估計了磷的保有量——尤其是在摩洛哥的保有量，因為他們把那裏假想的、推定的資源當成了實際存在的東西」。

磷灰石短缺會顯著影響世界食品安全。[20]許多農業系統依賴以磷灰石為原料的無機肥。在農業系統不改變的前提下，肥料供應就會不足，進而導致食物短缺。[21]經濟學家認為，磷灰石的價格波動不一定暗示磷峰值何時到來，因為價格是隨着供求雙方的各種因素而隨時改變的。[22]

鳥糞下的磷資源

西班牙作家加西拉索在其著作《印卡王室述評》（1609）中描述了印加人在西班牙人前來殖民前的農業實踐，如使用海鳥糞作肥料等。[23]

19世紀早期，亞歷山大·馮·洪堡在南美洲島嶼上發現鳥糞後將這種施肥方法帶給歐洲。據報道，鳥糞被發現時已經在島上積攢了30米深。[24]莫切人發掘了這個鳥糞「礦」，並把鳥糞帶回秘魯。而真正意義上的鳥糞國際貿易於1840年才開始。

節約和回收磷

 
美國愛達荷州的孟山都公司的一間磷處理廠

如同其他元素，磷可以在食物網上沿着營養級流動，進入世界各地人們的消化系統。消化吸收完成後，人的室外排泄（英語：open defecation）會讓磷元素重歸自然世界以被大豆等作物吸收，或是通過下水道、污水處理廠進入江河湖海，加入生物圈的水循環。為了推遲磷峰值的到來，農業和衛生領域已有多種重複利用磷元素、減少磷排放的做法。英國的有機農業認證組織土地聯盟（英語：Soil Association）在2010年發佈了鼓勵進一步回收利用磷資源的報告。[24]有學者認為，解決磷資源短缺的有效方法之一就是加強回收人和動物的排泄物。[25]

農業生產

減少土地流失和侵蝕能夠降低農民施磷肥的頻率。進行無耕作農業（英語：no-till farming）、使用梯田、種植防風林都是已知的降低磷流失的辦法。這些辦法仍然需要農民定期在田地里加入磷石才能發揮作用；而回收已經流失的磷資源的其他方案尚在建議階段。如草地和森林等常青植物分佈的土地，吸收磷的效率通常比耕地高，如果在草地和河流之間種植樹林綠化帶，就能加強防止磷元素和其他營養物質流失入水。[26]

污水處理

自2003年左右開始，瑞典和德國已經在研究從污水中提取出磷，但因為世界市場上磷的價格居高不下，目前的污水提純技術成本仍然非常高。[27][28]

參考資料

  1. ^ Jasinski, Stephen. USGS Minerals Information: Phosphate Rock. minerals.usgs.gov. [2018-09-16]. （原始內容存檔於2018-07-22） （英語）. 
  2. ^ 科学网—化学家警告全球磷峰值到来. news.sciencenet.cn. [2018-09-16]. （原始內容存檔於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. 
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