Пик фосфора – как отдалить его наступление?

Любое долгосрочное решение проблемы прогнозируемого снижения предложения фосфатов должно включать повышение эффективности использования фосфора в сельском хозяйстве. О способах решения данной проблемы рассуждают ученые в статье, опубликованной в Nature Plants.

Фосфорные минеральные удобрения являются невозобновляемым ресурсом из-за содержания в нем фосфора – важнейшего макроэлемента для растений, который добывается почти исключительно в виде минерала фосфорита.

Лидеры по запасам фосфора

Более 70% мировых запасов фосфоритов приходится на Марокко, далее следуют Китай — 5%, Сирия и Алжир — по 3%, а также Россия, ЮАР, США, Египет и Иордания — по 2%. Но несмотря на огромные запасы, Марокко является лишь вторым по величине производителем фосфоритов из-за продолжающейся напряженности в отношениях с Западной Сахарой и высокой стоимости добычи. Поэтому следует помнить, что не только запасы имеют решающее значение для продовольственной безопасности, но и непосредственная доступность фосфатов для фермеров также имеет решающее значение для продовольственной безопасности. Глобальные запасы, доступные при разумных затратах на добычу, важны в долгосрочной перспективе, но надолго ли хватит этих запасов?

2033 год — пик добычи фосфора

Геофизик Марион Кинг Хабберт сформулировал концепцию пика нефти в 1956 году, напомнив нам, что ресурсы планеты не безграничны. Десятилетия спустя, привлекая гораздо меньше внимания, аналогичная идея была сформулирована и для фосфора. Было предсказано, что его пик может быть достигнут в глобальном масштабе уже в 2033 году. В основе этой концепции лежит предположение о том, что растущий спрос на ограниченный ресурс неизбежно достигнет точки, когда затраты на производство большего объема превысят прибыль, что приведет либо к сокращению производства, либо к росту цены. Такие прогнозы относительно пика добычи были хронически неточными из-за сложности оценки существующих запасов и постоянной недооценки человеческой изобретательности и способности к инновациям и разведке. Однако следует тщательно изучить вопрос о том, должны ли инновации быть сосредоточены только на эксплуатационной стороне баланса.

В настоящее время в балансе спроса доминирует расточительное использование удобрений. До тех пор, пока его приобретение достаточно дешево, практические инновации практически не требуются; хотя теоретически некоторые решения возможны. По оценкам, менее 20% фосфора, применяемого в сельском хозяйстве, попадает в продукты питания, которые мы потребляем, а остальная часть стекает с обрабатываемых земель, попадает в водные экосистемы и способствует эвтрофикации.

Как сберечь фосфор?

Некоторые современные усилия по утилизации фосфора направлены на восстановление фосфатов, удаляемых с земли в процессе сбора урожая, в то время как другие направлены на сокращение стоков.

В первой категории предпринимаются серьезные усилия по восстановлению фосфора из человеческой мочи. 50% пищевого фосфора выделяется с мочой и, таким образом, разбавляется в сточных водах. Поэтому существует большой интерес к разработке новых материалов, позволяющих эффективно извлекать фосфор из сточных вод. В Германии в 2017 году было принято новое положение о сточных водах, которое предусматривает обязательную переработку фосфора из сточных вод после переходного периода в 15 лет. Однако, учитывая, что 80% фосфора, используемого в сельском хозяйстве, никогда не проходит через канализационные сооружения, и что даже остальные 20% не могут быть полностью восстановлены, по крайней мере, по разумной цене, эти решения имеют в основном местное значение.

Во второй категории усилия направлены на более эффективное использование фосфора сельхозкультурами. Целью является достижение оптимального роста и урожайности при гораздо меньших концентрациях фосфора в удобрениях; эта концепция известна как повышение эффективности использования фосфора (PUE, phosphorus use efficiency). Селекция и генные технологии используются для получения новых сортов сельскохозяйственных культур с улучшенной PUE, которые поглощают большую часть вносимого фосфора. Поскольку фосфор в нынешних удобрениях содержится в большом избытке, потенциально существует много возможностей для улучшения ситуации. Однако как селекционные, так и молекулярно-биотехнологические подходы требуют знания соответствующих целевых генов, которые влияют на поглощение и распределение фосфатов культурным растением. Каждый вновь открытый ген с такой функцией является ценным шагом на пути к улучшению PUE и снижению 80% растрачиваемого фосфора до более низкого процента.

Медленно, но верно такие фрагменты информации могут собраться в картину поглощения, сигнализации и распределения фосфатов. Однако новые сорта сельскохозяйственных культур с улучшенным PUE — это только часть решения. Необходимо сократить растущий разрыв между научным прогрессом и практическим применением, а также передать знания ученых фермерам и правительствам. То, что верно для эволюции, вероятно, верно и для сельского хозяйства: большее разнообразие культур и активно используемых подходов повышает устойчивость всей системы к неожиданным колебаниям, а также к долгосрочным изменениям, включая изменение климата. Не следует недооценивать неожиданные колебания в цепочках поставок фосфора из-за конфликтов, геополитических решений или временного дефицита поставок, поскольку такие эффекты могут стать актуальными задолго до пика фосфора.

Источник

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

Читайте также

Back to top button