研究发现，在气候变化和农业实践的推动下，磷正在从美国的土壤中被冲入河流。这导致生态破坏，给粮食安全带来挑战，需要创新的农业技术来缓解。
宾夕法尼亚州立大学领导的一项研究分析了全美 430 条河流的数据，发现在过去 40 年里，尽管人们努力减少磷的流失，但农田中磷的流失量却在增加。 研究人员解释说，磷的流失有可能导致农作物减产，从而可能推高食品成本。 图片来源：Tyler Groh/宾夕法尼亚州立大学
磷是土壤中维持大多数生命形式所必需的重要养分，但越来越多的磷从农田中流失，最终进入美国各地的水道。 宾夕法尼亚州立大学的研究人员在一项新研究中发现了这一令人担忧的趋势。
该研究今天（11 月 18 日）发表在《美国国家科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences）上，分析了美国 430 条河流四十年来的数据。 研究结果表明，尽管一直在努力遏制磷的流失，但农田中磷的流失量仍大幅上升。 研究人员警告说，这种流失威胁着作物产量，可能导致食品价格上涨。
宾夕法尼亚州立大学土木与环境工程系教授、该研究的通讯作者李力解释说："我们从最近的天气事件中看到，水量，即风暴和水道所携带的水量，会导致危险的洪水和泥石流。我们想了解的是，当这些风暴将土壤下层拉入河流和溪流时，土地会发生什么变化。 我们发现，这种让土壤维持生命的有限元素的损失令人震惊。"
磷在各种生物过程中发挥着重要作用，如创造DNA结构和促进细胞间的能量传递。 但与另一种重要的土壤养分氮不同，磷是一种不可再生资源，地质储量有限，这意味着一旦磷从陆地转移到水中，就无法再回到陆地上。
磷管理面临的挑战
"这是一个问题，原因很多，"李说。"当磷从农田流失时，会降低作物产量，从而可能导致食品价格上涨。 然后，当磷进入我们的水道时，会导致有害的藻类大量繁殖，使水变得不安全，不适合游泳和钓鱼，甚至会降低水中的含氧量，杀死鱼类和其他水生生物。 它还会增加饮用水处理的成本，这意味着我们所有人的水费都会增加。"
这项研究使用了一个复杂的深度学习模型，分析了从1980年到2019年四十年间来自美国毗连地区430条河流的数据。 研究显示，虽然所研究的河流中有 60% 的磷含量在下降，但流入河流的磷总量却在增加。 农业区是造成这一问题的最大原因，靠近农业区的大多数河流中的磷含量都在增加，而靠近城市地区的河流中的磷含量却在下降。
李力说："这表明，控制农业径流等来源的磷污染的努力并不像我们想象的那样有效。但磷含量的下降，尤其是流经城市地区河流中磷含量的下降，表明控制污水处理厂等点源磷污染的努力正在发挥作用。"
尽管做出了这些有针对性的努力，但李说，流入河流的磷的总体数量之所以增加，是因为极端天气事件的频率增加，导致降雨量增大和河流流量增加--流量增加带来了更多的磷。
"这意味着，尽管我们在限制城市地区的磷污染方面做得更好，但由于在很大程度上超出了一个地区控制范围的因素，问题总体上正在恶化。这是一个与气候变化息息相关的问题。"
研究报告的作者说，展望未来，农业造成的磷污染需要更好的预防和缓解措施，这将是一项挑战，尤其是当更潮湿的暴风雨导致降雨量和河流流量增加时。 他们说，这可能需要新技术与改变耕作方式相结合。
解决磷污染的创新方案
宾夕法尼亚州立大学发明了这样一种技术，目前正获得农业技术部门的支持，以大规模解决这一问题。 亨特-斯威舍（Hunter Swisher）是宾夕法尼亚州立大学的2016届校友，他是Phospholutions公司的创始人兼首席执行官。
他在宾夕法尼亚州立大学植物科学本科学习期间开发了该公司的技术。 该公司最近公布了一项研究结果，证明与传统磷肥相比，该产品可将径流可能性降低 78%。 Phospholutions 正在美洲、欧洲和印度积极开展商业化活动。
"我们倡导更多的创新、更多的创造力和更多的紧迫感，"李说。"水与土地之间的联系至关重要，而这种平衡正变得越来越脆弱。"
编译自/ScitechDaily