«Фосфорный пик» — одна из главных проблем сельского хозяйства в будущем

Все формы жизни нуждаются в таком химическом элементе, как фосфор. Фосфорная подкормка способствует богатому урожаю сельскохозяйственных культур. Фосфор также является необходимым элементом в рационе домашнего скота. Таким образом, фосфор повсеместно используется в качестве удобрений, и потому играет важную роль в удовлетворении мировых потребностей в продуктах питания.

Перед тем, как получить фосфор в пригодном для использования виде, данный элемент нужно добыть из недр земли, и тут крупнейшим поставщиком фосфатов в мире является Марокко, оставляющая далеко позади следующие по величине добычи Китай, США, Иорданию и ЮАР. В Марокко крупнейшие фосфорные рудники расположены в западной Сахаре, бывшей испанской колонии, которая была аннексирована Марокко в 1975 году.

Тот факт, что свыше 70% мировой добычи фосфора приходится на одну эту территорию, является проблематичным по той причине, что ученые предупреждают о приближении так называемого «фосфорного пика» — некой фазы максимального производства, при прохождении которой спрос начинает опережать предложение, и интенсивное сельское хозяйство не может продолжать обеспечивать текущую урожайность. По наихудшим оценкам, извлекаемые запасы могут быть исчерпаны всего за 35 лет.

Так что же все-таки происходит и стоит ли волноваться?

Естественные пределы

В природе, фосфор существует только в связанном с кислородом виде — фосфатах. Именно в таком виде он добывается на рудниках. Ученые могут разложить добываемый материал, чтобы получить чистый белый фосфор — вещество, светящееся в темноте. Однако белый фосфор является химически крайне активным веществом, и самопроизвольно воспламеняется при контакте с воздухом.

Фосфаты легко распространяются через почву или воду и могут поглощаться клетками растений. В случаях, когда молекулы фосфатов встречаются со свободными молекулами железа или кальция, то они объединяются, образуя нерастворимые соли.

В первой половине XIX века немецкий ученый Юстус фон Либих открыл один из фундаментальных законов экологии — закон ограничивающего фактора, гласящий, что рост ограничен наименее доступным ресурсом. Вскоре выяснилось, что одним из таких дефицитных ресурсов является фосфор.

Как следствие, кости, состоящие в основном из кальция и фосфата, выкапывались из мест былых сражений и использовались в сельском хозяйстве. Также в качестве удобрений использовалось гуано, представляющее собой разложившиеся естественным образом остатки помета птиц и летучих мышей, также содержит большое количество фосфора. Однако все эти источники вскоре были истощены, а потребность в фосфоре лишь возросла, и настала пора горной добычи.

Применяемый в сельском хозяйстве фосфор, входящий в состав химических удобрений, является крайне подвижным веществом, и легко выщелачивается в водотоки, а также выветривается и в конечном итоге вымывается в океан, где он откладывается в виде фосфата кальция, либо поглощается живыми организмами, и в конце концов откладывается на дне после их смерти. Таким образом, сохраняется закон сохранения массы, фосфор никуда не изчезает, он лишь выходит за пределы нашей досягаемости.

Естественная утечка фосфора

Проблема с расходом фосфора еще усугубляется тем фактом, что даже тот фосфор, который мы можем использовать, в значительной степени расходуется в пустую. Из фосфора, добытого в качестве удобрения, лишь пятая часть достигает продуктов питания, которые мы едим. Остальная часть фосфора либо вымывается, либо связывается с кальцием или железом в почве. И хотя существуют некоторые растения, корни которых способны извлекать фосфор из таких соединений, все-таки они это делают в несопоставимо меньшем объеме.

Помимо неорганических форм, фосфор также превращается в клеточные соединения, создавая органически связанный фосфор, такой как фосфолипиды или фитат. После смерти живого организма эти органические соединения фосфора должна быть возвращены в пригодную для использования фосфатную форму. Поэтому количество органически связанного фосфора, присутствующего в почве, зависит от количества и активности организмов, являющихся его носителями.

Таким образом, в то время как в ненарушенных экосистемах, присутствующих в лесах и долгосрочных пастбищах, преобладает органически связанный фосфор, в сельскохозяйственных почвах обычно доминирует неорганическая форма фосфора. И, в то время как экосистема лесов способна автоматически поддерживать количество фосфора в почве, сельскохозяйственные почвы подвержены истощению и утере фосфора по причине таких факторов, как сборка урожая или вспашка земли. Одним из способов увеличения микробного изобилия в почве и, соответственно, увеличения содержания органически связанного фосфора в почве, является отказ от пахотных работ и нанесение навоза.

По мере роста мирового населения будет увеличиваться вероятность того, что урожайность в сельском хозяйстве будет ограничиваться доступностью фосфора. Риск наступления «фосфорного пика» можно в значительной мере отсрочить путем меньшего потребления мяса, т.к. животноводство потребляет просто огромные запасы фосфора каждый год.

Кроме того, современные технологии уже позволяют извлекать фосфор из канализационных вод, и хотя сегодня такой способ все еще весьма дорог, он также может быть одним из способов в борьбе с наступающим «фосфорным пиком». Сам по себе «фосфорный пик» не означает исчезновение фосфора, как химического элемента. Скорее это значит, что будут истощены концентрированные и пригодные для добычи источники этого элемента. Вместо этого увеличивается концентрация фосфора в окружающей среде, в первую очередь в мировом океане. Поэтому, широкомасштабное использование фосфора требует от человека лучшего понимания флоры и фауны, формирующих состав почвы и их роли в распределении фосфора. В противном случае наступит момент, когда мы не сможем производить продовольствие по доступной цене.

Discover