Для роста растениям необходим фосфор. Использование фермерами минеральных фосфорных удобрений значительно повысило фосфорное плодородие почвы и, соответственно, урожайность. Однако эти удобрения производятся из фосфатов - невозобновляемых ресурсов, которые распределены по Земле неравномерно.

Исследователи из INRAE и Bordeaux Sciences Agro смоделировали для каждой страны долю доступного для почвы фосфора, полученного в результате использования минеральных фосфорных удобрений. Они также изучили изменения этих показателей с течением времени, начиная с середины 20 века. Результаты исследования, опубликованные в журнале Nature Geoscience, показывают, что в 2017 году около 50% доступного для почвы фосфора в сельскохозяйственных системах мира поступает в результате использования минеральных фосфорных удобрений.

Однако эти глобальные данные скрывают резкие различия между регионами. В то время как Западная Европа, Северная Америка и Азия располагаются выше 60%, Южная Америка и Африка - около 40% и 30% соответственно. Этот вывод подчеркивает, что сельскохозяйственные системы чрезвычайно зависимы от минеральных фосфорных удобрений.

Исследование подчеркивает важность ускорения агроэкологического перехода на Глобальном Севере, страны которого должны сохранить приобретенное плодородие почвы и улучшить поступление в почву сельскохозяйственных и городских стоков. Оставшиеся ресурсы фосфатного сырья должны быть переданы Глобальному Югу, особенно африканским странам, почвы которых по-прежнему испытывают дефицит фосфора, что ограничивает сельскохозяйственное производство.

Фосфор естественным образом содержится в почве, но его уровень и относительная доступность зависят от региона мира и типа почвы. С 1950-х годов использование минеральных фосфорных удобрений увеличило количество доступного фосфора в почве и, следовательно, урожайность сельскохозяйственных культур. Однако эти удобрения создаются путем добычи и химической переработки фосфатов - невозобновляемых природных ресурсов, которые неравномерно распределены по всему миру. Например, 70% фосфатов находится в Марокко, в то время как в Европе их практически нет. Кроме того, при переработке фосфата выделяется большое количество загрязняющих веществ.

Исследователи сходятся во мнении, что при нынешних темпах добычи мы, вероятно, достигнем пика фосфора (точка максимального производства ресурса) к 2050 году. Это, вероятно, приведет к росту цен на удобрения и усилению геополитической напряженности. На этом фоне важно выяснить, как прошлые и нынешние модели использования минеральных фосфорных удобрений повлияли на зависимость современных сельскохозяйственных систем от этого ограниченного ресурса.

Поэтому ученые из INRAE и Bordeaux Sciences Agro решили количественно определить процент доступного для почвы фосфора, который поступает из минеральных удобрений, что определяется как антропогенная подпись фосфора в почве. Они разработали модель для моделирования моделей доступного для почвы фосфора в сельскохозяйственных системах разных стран мира за период с 1950 по 2017 год. При этом использовались данные о запасах доступного фосфора в почве, урожайности сельскохозяйственных культур, использовании минеральных удобрений, поголовье скота и международной торговле. Расчеты проводились на основе средней сельскохозяйственной почвы страны, которая определялась использованием пастбищ и сельскохозяйственных культур в рамках сельскохозяйственных систем с различным уровнем интенсификации.

Плодородие почвы в значительной степени зависит от синтетических минеральных удобрений

В мировом масштабе антропогенное содержание фосфора составляет около 47% (±8%), что говорит о том, что в настоящее время примерно половина фосфорного плодородия почвы обусловлена использованием минеральных удобрений. Этот результат отражает интенсификацию сельскохозяйственных систем, которая произошла во всем мире. Действительно, многие страны с 1950-х годов в значительной степени полагаются на синтетические удобрения.

Эта работа подчеркивает сильные пространственные и временные различия в зависимости разных стран от минеральных фосфорных удобрений. Антропогенные сигнатуры фосфора резко возросли в Западной Европе и Северной Америке с 1950-х годов, а в 2017 году они превысили 60%. С 1970-х годов в западноевропейских странах сигнатуры вышли на плато благодаря сокращению использования минеральных удобрений. Навоз скота помог частично удовлетворить потребности в фосфоре.

В Азии подписи начали расти в 1970-х годах, когда страны этого региона пережили "зеленую революцию", подпитываемую огромным количеством минеральных удобрений. В настоящее время подписи азиатских стран догнали и превзошли подписи западноевропейских стран. Этот рост продолжается, что обусловлено значительной постоянной зависимостью от минеральных фосфорных удобрений. В 2017 году показатели стран Южной Америки и Восточной Европы были ниже - около 40%. Наконец, в странах Африки и Океании подписи были ниже 30%, что отражает их более ограниченное историческое использование минеральных удобрений.

На пути к более справедливому и устойчивому управлению глобальными ресурсами фосфатных пород

Данная работа подчеркивает, что многие страны мира чрезвычайно зависят от минеральных фосфорных удобрений для обеспечения уровня продуктивности сельского хозяйства. Полученные результаты вызывают опасения, что сельскохозяйственные системы могут столкнуться с проблемой прекращения зависимости от этого невозобновляемого ресурса. Они также подчеркивают глубокое неравенство в нынешнем распределении фосфатов. Страны, которые очень рано приняли интенсивные сельскохозяйственные системы, такие как страны Западной Европы и Северной Америки, значительно увеличили уровень доступного для почвы фосфора за счет массового использования минеральных фосфорных удобрений.

Теперь эти страны должны поддерживать и повышать приобретенное плодородие с помощью различных стратегий, включая улучшенную переработку ресурсов. Они также должны ускорить агроэкологический переход, внедряя различные смешанные системы земледелия и животноводства, снижая эрозию почвы и используя городские стоки. В отличие от них, африканские страны исторически не имели доступа к минеральным фосфорным удобрениям, хотя их почвы часто испытывают острый дефицит фосфора, что ограничивает производство продовольствия и сельскохозяйственной продукции. Оставшиеся ресурсы фосфора должны быть справедливо распределены, отдавая приоритет странам с наибольшими потребностями, чтобы способствовать глобальной продовольственной безопасности.

Альтернативы минеральным фосфорным удобрениям

Минеральные фосфорные удобрения способствовали повышению урожайности сельскохозяйственных культур и укреплению продовольственной безопасности во многих странах. К сожалению, они производятся из невозобновляемых запасов фосфатов. Кроме того, добыча и переработка фосфатов наносит вред окружающей среде. Некоторые страны, например, Франция, накопили большое количество доступного для почвы фосфора. Теперь они должны стремиться значительно сократить использование минеральных фосфорных удобрений. На самом деле урожайность не обязательно пострадает от отсутствия удобрений, поскольку культуры могут использовать запасы доступного фосфора в почве в зависимости от типа почвы. В частности, в севообороте такие виды, как белый люпин или гречиха, могут высвобождать фосфор, химически связанный с почвой, повышая его доступность для других культур.

Кроме того, эти страны должны срочно принять меры по сохранению приобретенного ими фосфорного плодородия почвы. В частности, они могут ограничить эрозию почвы, используя покровные культуры или восстанавливая живые изгороди в сельскохозяйственных ландшафтах, а также улучшить переработку органических веществ, включая сточные воды животноводства и осадки очистных сооружений.