【磷矿耗竭的危机】 科学人2009年7月号 磷是肥料的主要成份，但目前的磷矿储存量只够使用数十年，如果不立即采取保护行动， 未来的农业将面临危机。 撰文╱维卡利（David A. Vaccari）　 翻译／林筱雯 重点提要 ■开采磷矿来制造肥料，等於以地质循环补充速度的三倍来消耗这种矿物。在数十年内 ，美国会消耗掉所有本土可开采的磷矿资源，而其他磷矿丰富的国家并不多，这些矿藏也 可能在一世纪内开采完毕。 ■水里的磷含量太高会造成藻华，消耗鱼类所需要的氧气，形成「死区」。 ■降低土壤侵蚀，并回收农地废弃物、人类排泄物里的磷，才可使粮食生产永续发展，并防 止藻华。 生命的化学也许很复杂，但是让植物生长茂盛的条件却可以精简成三个数字：19-12-5， 这是氮、磷、钾的比例，清楚印在每包肥料的包装袋上。这三种养份提高了农作物的产量 ，20世纪的世界人口因此成长了六倍以上，但它们的来源是什麽？我们可从空气中得到氮 ，却必须从土地开采磷和钾。全世界的钾存量足以再使用几个世纪，但磷就完全不同了， 全球易於开采的磷矿，在本世纪结束前会慢慢枯竭，届时人口数量可能也将达到高峰，有 些人甚至认为，地球根本无法永续负担这麽多的人口。 况且，问题发生的速度可能更快。正如2008年的油价波动一样，市场在资源尚未耗尽前就 会吃紧，更令人担忧的是，磷矿资源的分布比原油还不平均。美国是全世界第二大磷矿生 产国（仅次於中国），约占全球总产量的19%，其中有65%全采自弗罗里达州坦帕市附近的 矿坑，这里的矿藏只够再开采数十年。目前，全球的磷矿有将近40%蕴藏在摩洛哥，它的 地位就像产原油的沙乌地阿拉伯一样重要。虽然摩洛哥的政治稳定，跟美国的关系也很好 ，但从地缘战略的角度来看，矿藏分布不均仍是颗定时炸弹。 此外，肥料也给环境带来负担。现代的农业耕作方式让土壤里的磷元素消耗速度增为自然 速率的三倍，过量的迳流排入水道以後，滋养水中的藻类而造成难以控制的藻华（algae bloom），水中生态系因此恶化。磷向来不像碳、氮等其他元素一样受到注意，但它确实 是当代重要的永续议题之一。 地球也像一艘太空船 我在1990年代中期开始对磷感到兴趣，当时我参与了一项美国航太总署（NASA）的计画， 研究如何在太空种植食物。设计这种系统时，必须小心分析农作物的各种元素循环，因为 在太空船的封闭环境中，所有的元素都必须回收再利用，未来的火星旅行将长达三年，或 许用得上这种技术。 我们的星球也像一艘太空船，地球上的每一种元素都有固定的含量。在自然循环中，风化 作用将岩石里的磷释放出来，进入土壤，被植物吸收後，再进入食物链，并在万物之间循 环。这些磷的化学型态通常是磷酸根离子（PO43-），是生命不可或缺的成份。磷是构成 DNA和细胞膜的骨干，更是三磷酸腺（ATP）分子的重要组成，ATP是细胞储存能量的主要 方式。人体平均含有650公克以上的磷，大部份都存在骨骼里。 磷在陆地生态的自然循环中会不断重复使用，平均可达46次，之後经过风化、迳流作用进 入海洋，在海洋生物体内循环约800次，再进入沉积物，数千万年之後，地壳抬升，磷又 回到陆地上。 我们在收成农作物时，就是移除了陆地上的磷，打断磷的自然循环。农业革命之前，我们 使用人类和动物的排泄物来当做肥料，因此养份回到土壤里的速度，大约等於被移除的速 度；然而，现代社会的粮食生产和消耗是分开的，养份回到土地里的比率减少了，我们只 用它一次就冲入下水道。 农业活动也加速土壤侵蚀，因为犁田和整地时会翻动土壤，让深层土壤暴露在空气里，使 更多的磷被迳流带走。防洪措施也会打断磷的自然循环，河川通常会把富含磷的冲积物带 到下游，让生态系能够取用，但防洪措施干扰了这个过程，水坝拦住沉积物、堤防把泥沙 留在河里，最後磷只能以冲刷的方式直接进入海洋。 来自土壤侵蚀的磷、人类和动物排泄物里的磷，流入湖泊和海水之後，会造成藻类和蓝绿 菌（就是俗称的蓝绿藻）大量繁殖，它们死後沉到水底，分解并消耗氧气，其他生物能用 的氧气就不够了，因此形成「死区」，并让渔业耗竭。 目前磷在全球的流通量每年大概有3700万公吨，其中2200万公吨是从采矿而来。地球有不 少富含磷（具有经济开采价值）的矿物，可是大部份不容易取得。1987年，国际地质校正 计画（IGCP）估算，全球大概有1630亿公吨的磷矿石，相当於可萃取出 130亿公吨的磷， 看起来够我们用上1000年了。不过IGCP把碳酸盐含量很高的矿物也计算进去了，目前并没 有便宜的技术可从这种矿物萃取出磷，所以我们没办法利用它。而有些磷矿沉积物是无法 取得的，它们不是位置太深，就是距离陆地太远，而且可能位在未开发地区、开采时会破 坏环境，或是里面有镉、铬、砷、铅、铀等污染物，不是有毒就是有放射性。 成本合理、能够开采的磷矿，根据估计大概有150亿公吨的储藏量，以目前的使用速度来 看，还能用上 90年。不过，各种因素都会增加磷的消耗量，包括世界人口增加、开发中 国家的人民想过更好的生活等，特别是肉品消耗，动物吃的食物比牠们能生产的食物还多 ，会带给土地更大的压力。 磷矿的地理分布很集中，美国、中国、南非、摩洛哥这四个国家，以及西撒哈拉地区，磷 矿总储藏量占世界的83%，年产量则占2/3（详见上方〈磷矿资源分布不均〉）。美国大部 份的矿藏都在弗罗里达州的波恩谷，来自大西洋1200万年前的化石沉积。根据美国地质调 查所（USGS）的报告，全美国的磷矿储藏量大约有12亿公吨，每年的开采量约为3000万公 吨，假设开采速度不变的话，大约可以维持40年。 http://sa.ylib.com/read/readshow.asp?FDocNo=1414&CL=19 --

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