PNAS | 南昌大學謝顯傳團隊揭示全球磷危機，種養(yǎng)結合可挽救糧食危機400年

磷（P）是保障全球糧食安全和生態(tài)系統(tǒng)健康的關鍵營養(yǎng)元素。然而，近幾十年來，人類活動已深刻改變了全球的磷循環(huán)過程。一方面，磷礦資源分布極不均衡且日趨枯竭，對許多國家的糧食生產(chǎn)構成潛在風險；另一方面，農業(yè)等系統(tǒng)中磷的過量使用與低效利用，導致大量磷素流失，成為水體富營養(yǎng)化等環(huán)境問題的主要推手。如何在保障糧食生產(chǎn)的同時，遏制磷污染、實現(xiàn)磷資源的可持續(xù)利用，已成為亟待解決的全球性科學難題。

2026年3月16日，美國《國家科學院院刊》（PNAS）發(fā)表了南昌大學資源與環(huán)境學院謝顯傳教授團隊的研究論文“Future strategies for phosphorus sustainability amid worsening global cycle imbalances”。該研究構建了一個整合磷素全流程與可持續(xù)性情景的分析框架，為全球磷循環(huán)的精準管理和戰(zhàn)略制定提供了關鍵科學依據(jù)。

研究首先繪制了1961年至2022年全球人為磷循環(huán)的動態(tài)圖譜，發(fā)現(xiàn)磷循環(huán)失衡在過去62年間持續(xù)加劇，其中超過80%的失衡壓力集中在農田系統(tǒng)。這期間，全球磷流量顯著增加，總消費量增長了5.7倍。作物系統(tǒng)高度依賴化學磷肥（占總輸入80%以上），而畜牧業(yè)系統(tǒng)的磷利用效率（PUE）僅有23%左右。這種雙重低效率導致高達9.13億噸的磷成為社會性廢棄物流，相當于同期開采磷礦總量的83%，并造成土壤遺留磷的持續(xù)累積。

研究揭示了全球貿易在重塑磷循環(huán)格局中的核心驅動作用。從1990年到2022年，磷礦石、化肥和農產(chǎn)品的貿易量分別增長了23%、54%和256%。貿易網(wǎng)絡分析顯示，北美和南美成為主要的磷輸出地，而亞洲和歐洲則成為巨大的磷匯集區(qū)，分別吸收了全球47%和31%的農產(chǎn)品貿易磷輸入。這種長距離轉移將磷資源和污染風險在不同區(qū)域重新分配，使得進口國的水體磷負荷與其消費模式緊密掛鉤。

研究進一步量化了全球各國的磷足跡。過去60年間，通過食品貿易轉移的磷總量高達1.27億噸，占全球化肥用量的15%。中國是唯一一個農產(chǎn)品貿易累計輸入磷超過1000萬噸的國家，其人均貿易磷足跡達9.4公斤/年，主要集中在東部和中部地區(qū)。與此同時，新西蘭、澳大利亞等國的人均化肥施用磷足跡最高。全球農田累積的遺留磷總量估計高達10億噸，成為未來不容忽視的潛在污染源。

基于上述歷史分析，研究模擬了至2050年多種可持續(xù)管理策略的效果。結果顯示，在一切照舊（BAU）情景下，磷的低效利用將延續(xù)。若單獨實施減少化肥施用、提高飼料轉化率或回收有機肥等措施，可分別節(jié)約50%的磷需求和減少39%的磷損失。而綜合采用多種措施，則能使新磷需求減少97%，并顯著提升各子系統(tǒng)的磷利用效率。

研究特別強調了種養(yǎng)結合與消費端調整的關鍵作用。全球尺度上，強化種養(yǎng)結合（ICLS）能將磷回收的巨大潛力轉化為現(xiàn)實，有望將全球磷礦的開采年限延長400±87年。更重要的是，調整膳食結構，轉向更健康的低動物性產(chǎn)品飲食，是比減少食物浪費或加工損失更為根本的可持續(xù)策略。研究表明，沒有一個國家能僅靠末端治理就實現(xiàn)顯著的磷可持續(xù)性收益。

最后，研究對35個主要國家的磷可持續(xù)性潛力進行了國別診斷。到2050年，這些國家通過優(yōu)化管理，平均可節(jié)約50%的磷用量并減少39%的磷排放。印度、中國、巴西等人口和農業(yè)大國是實現(xiàn)全球磷可持續(xù)性目標的關鍵。然而，各國潛力差異巨大，像印度、巴基斯坦等國即便組合最優(yōu)策略也難以實現(xiàn)農田系統(tǒng)70%的高磷利用效率目標。這要求未來的全球磷管理戰(zhàn)略必須因地制宜，協(xié)同推進供給側與需求側的綜合性干預措施。

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