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. Обязательные поля помечены *

Читайте также

Back to top button