【www.463.com】重建了中国自1600年以来的磷循环格局演变过程,图 2 中国2012年磷排放富营养化潜势

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www.463.com ,磷既是地球生命系统所必需的重要营养元素,也是造成水体富营养化的主要因子。随着人口增长和食物结构的改变,人类对磷矿石资源的开发利用强度不断加大,进而加剧了磷资源短缺和水体富营养化形势。研究磷资源开发利用生命周期过程的流动路径,是探寻磷资源可持续利用和解决水体富营养化的重要命题。南京大学袁增伟教授课题组致力于多尺度磷循环及其资源环境效应评估研究,最近在中国磷循环格局演变过程重建及其富营养化潜势评估方面取得了重要新进展,该工作于2016年2月22日发表在PNAS上(www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1519554113)

研究称中国磷资源须加强可持续开发利用

中国研究人员在最新一期美国《国家科学院学报》上发表研究报告说,他们构建的分析模型和图谱显示,中国需要加强对磷资源的可持续开发利用。该研究说明了中国磷资源的不合理开发利用正在加剧中国磷资源危机,其伴生的水体富营养化问题也日益凸显。专家建议制定磷矿石可持续利用中长期规划,调整涉磷产品进出口政策,关注磷肥过量使用问题,推进生态工业工程,并加大含磷废物的资源化利用。此外,可考虑从流域居民行为调整入手控制水体富营养化问题。  据新华社2月24日消息,这项新研究由中国南京大学袁增伟教授领导。基于磷在生命周期各过程流转质量守恒原理,研究人员构建了中国磷循环分析框架与核算模型,重建了中国自1600年以来的磷循环格局演变过程,并在此基础上绘制了2012年中国人类活动磷排放的富营养化分析图谱。  研究表明,与1900年之前以自然为主导的磷循环相比,近百年尤其是最近半个世纪以来,中国磷循环受到人类活动的干预越来越强烈。2012年,中国磷矿石年开采量达到1.25千万吨,占全球磷矿产量的40%以上,其中70%用于生产含磷化肥。  含磷化肥的大量使用有力地促进了农业生产,但磷的过量使用问题也比较突出。2012年,全国单位面积农田的磷使用量达到每公顷80千克,是植物可利用量的2倍多,远高于发达国家平均水平。而从生命周期过程视角来看,只有约4%的磷资源被转移至食品中,这说明开采的磷矿石中的磷被有效利用的很少,大部分磷都在传递过程中损失了。  土壤和地表水体中的磷累积量随之快速增加,存在富营养化潜在趋势。对2012年中国地表水体磷排放的空间分析表明,东部沿海经济发达、人口密集省份单位面积的平均磷排放量达每年每平方公里495千克,约为西部地区9倍。而高富营养化潜在趋势也主要集中在经济发达、人口密集的沿海地区,长江中下游地区尤其显著。  研究还发现,从2003年起,中国由磷净进口国转变为净出口国,主要出口磷肥、农药等磷化工产品,进口的磷则多来自巴西、美国等国的转基因大豆等农产品。

基于磷流生命周期各过程质量守恒原理,袁增伟教授课题组构建了中国磷循环分析框架与核算模型,基于课题组建立的中国涉磷活动信息数据库,重建了中国1600-2012年的磷循环格局演变过程,并在此基础上绘制2012年中国人类活动磷排放的富营养化潜势图谱。结果表明,与1900年之前以自然为主导的磷循环相比,近百年尤其是最近半个世纪以来,中国磷循环受到人类活动的干预越来越强烈(见图1,
A, B)。2012年,中国磷矿石开采量达到12.5 Tg P
yr-1,占全球磷矿产量的40%以上,其中70%用于生产含磷化肥。农业种植系统呈现磷过量使用问题,2012年,全国单位面积农田的磷输入量达到80
kg P
ha-1,是植物可利用量的2倍多,远高于发达国家平均水平。在过去四个世纪内,人均磷摄入量维持相对稳定状态,但磷矿石的消耗量不断增加,这主要是因为人类食物消费结构呈现由植物型向动物型转变所致。随着磷资源利用生命周期过程的延长,磷损失量加剧,只有约4%的磷资源最终转移至食品中。与此同时,2003年起,中国由磷净进口国转变为净出口国,主要出口磷肥、农药等磷化工产品,进口的则多是来自巴西、美国等国的转基因大豆等农产品。。土壤和地表水体中的磷累积量随之快速增加(见图1,
E, F)。

中国研究人员在最新一期的美国《国家科学院学报》上发表研究报告说,他们构建的分析模型和图谱显示,中国需要加强对磷资源的可持续开发利用。

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这项研究由中国南京大学袁增伟教授领导。基于磷在生命周期各过程流转质量守恒原理,研究人员构建了中国磷循环分析框架与核算模型,重建了中国自1600年以来的磷循环格局演变过程,并在此基础上绘制了2012年中国人类活动磷排放的富营养化分析图谱。

图 1. , 中国主要磷流变化;, 磷矿石生产与消费结构变化;,
主要食物磷需求变化;, 磷矿石及主要含磷产品进出口变化;,
土壤磷库存变化;, 地表水体磷输入变化

研究表明,磷的过量使用问题也比较突出。2012年,全国单位面积农田的磷使用量达到每公顷80千克,远高于发达国家平均水平。开采的磷矿石中的磷被有效利用的很少,大部分磷都在传递过程中损失了。

对2012年中国地表水体磷排放的空间分析表明,东部沿海经济发达、人口密集省份单位面积的平均磷排放量达495
kg
km2yr-1,约为西部区域的9倍。相比之,中国富营养化潜势图谱存在更加明显的空间异质性,高富营养化潜势主要集中在经济发达和人口密集的沿海地区,长江中下游流域尤其显著。该研究为制定中国磷资源可持续利用战略提供了科学依据,为开展磷循环可持续性研究提供了科学方法。

土壤和地表水体中的磷累积量随之快速增加,存在富营养化潜在趋势。对2012年中国地表水体磷排放的空间分析表明,东部沿海经济发达、人口密集省份单位面积的平均磷排放量达每年每平方公里495千克,约为西部地区9倍。

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【www.463.com】重建了中国自1600年以来的磷循环格局演变过程,图 2 中国2012年磷排放富营养化潜势。研究表明,中国磷资源的不合理开发利用正在加剧中国磷资源危机,其伴生的水体富营养化问题也日益凸显。科研人员建议制定磷矿石可持续利用中长期规划,调整涉磷产品进出口政策,关注磷肥过量使用问题,推进生态工业工程,并加大含磷废物的资源化利用

图 2 中国2012年磷排放富营养化潜势

袁增伟教授为该成果通讯作者,其课题组博士生刘欣、助理研究员盛虎为并列第一作者,爱尔兰国立高威大学Chaosheng
Zhang博士、美国亚利桑那州立大学James J.
Elser教授亦对该成果发表做出重要贡献。

该工作得到国家自然科学基金和美国自然科学基金的支持。

(环境学院 科学技术处)

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