减少回收再利用：农业磷的未来

当Hennig Brandt发现1669年的元素磷时，这是一个错误。他真的在寻找黄金。但他的错误是一个非常重要的科学发现。Brandt无法实现的是磷对未来农业的重要性。

磷是健康作物生长和产量的必要成分之一。当农场较小，自给自足时，农民收获了作物，营养很少离开农场。家庭或动物消耗了食物，而农民可以将粪便从其动物蔓延到土壤中以重建营养。这是一个相当闭环的磷循环。

但是，随着世界人口的增加，食物和营养需求所以需要。更多农民的收获，因此营养成了农场。农业通过开发许多新的生长方法以及肥料来改编。大多数磷肥料使用全球磷酸盐岩的供应作为主要成分。那个主要的现代来源是有限的资源，它已经不多了。磷酸盐岩石也难以挖掘和过程。

所有作物都需要磷来健康生长。磷是植物蛋白的构建块。努力减少，重用和再循环磷将成为更可持续的食品系统。

“迫切需要增加农业系统中的磷使用效率，”农业和农业加拿大农业和农业食品的研究科学家金伯利施耐德说。“有许多化学，物理和生物学过程，影响磷的可用性。”这就是为什么农民对他们的作物有足够的磷来说非常重视。

作物育种和品种选择

不同的植物可以比其他植物更有效地使用磷。“磷利用效率是植物占用的每单位磷的更多作物，”施耐德解释道。“作物育种者潜力开发新品种，甚至更有效地使用磷。它们还可以培育与土壤中的菌根真菌一起使用的作物，以帮助增加其磷的吸收。专注于在低磷土壤中运作良好的繁殖植物将采取跨学科的方法。“

裁剪系统设计与磷使用效率

由于一些作物可以增加未来作物的土壤磷的可用性，因此种植者可以专注于利用这一点的作物轮换。覆盖作物和绿色粪便也可以在许多条件下有助于磷的可用性。例如，一项研究发现高粱在苜蓿或红三叶草之后使用磷使用很好，但不是在甜三叶草之后。获得合适的作物和领域的合适组合将是重要的。

土壤有机物质在矿化磷中的作用

已知土壤有机物表明土壤健康。通过允许更大的根目的和通过释放植物可用磷来改善植物磷的可用性。目前，土壤有机物不是农场土壤肥力测量的一部分，因此这是未来研究潜力的领域。

健康的土壤含有真菌网络（类似的白色螺纹材料），有助于养分对植物的根源的运输。未来的研究可能会发现更多的方法来提高真菌在捕获作物磷中的作用。

许多土壤含有一种或多种含有蛋氨酸菌根真菌的友好真菌。他们与植物根部合作，交换“生活琐事”。真菌帮助释放磷和其他营养素，而植物制备糖化合物，真菌用于生长。当然，真菌和根部必须能够彼此靠近这种交换发生。研究人员正在寻求建立和更好地利用土壤中的菌根真菌人群的承诺。

回收和恢复磷

磷是地球上的第6个最常见的元素。然而，它是作物产量的限制因素。在错误的地方 - 溪流，湖泊和其他水体中过量的磷 - 导致污染。这是怎么来的？

让我们追踪磷分子的“生命周期”。虽然一些存款可在其他地方提供欧洲和非洲的大陆，但大多数磷酸盐岩石都在开采。在肥料中制成肥料后，然后将该磷移动到农场。从那里，磷用植物使用，制成产品，也许是大豆。大豆从农场中取出并制造成豆腐。然后它被运送到当地的杂货店，你买它并把它带回家。如果你住在一个城市，在你享受炒豆腐的饭后，你的身体会产生厕所的垃圾。如果你住在农村地区，它进入了化粪池系统。

Struvite是一种通过精炼废水制成的物质并返回磷。它可以用作肥料，并回收这种重要的营养素。

因此，该说明性磷分子的生命周期显示了破碎的循环。分子源于远离其最终休息的地方。由于现代生活，曾经存在于农场的磷循环被打破。城市社会越多，磷循环越破旧 - 除非科学家们追求答案再次关闭循环。

农业科学家正在与废水经理合作，培养方法将值得磷分子恢复到农场的工作。“虽然最目前的磷恢复技术可能似乎不太可行，但环境和社会效益很重要，”施耐德说。“还有其他有价值的磷恢复产品，例如有机物质，其他营养素，甚至水。”

“增加农业体系中的磷使用效率必须是减少对肥料依赖的优先权，并尽量减少对环境的影响，”施耐德说。“农业系统有许多可能性，可以改善磷的使用。结果将是一个仍然养活世界的农业系统，同时保护帮助我们生长食物和健康生活的自然资源。“

本文最近在环境质量杂志上发表的特别部分，称为庆祝磷的350周年 - 为了更好或更糟。

参考：“在田间和区域尺度中改善磷骑自行车和农业使用的选择”由Kimberley D. Schneider * A，Joanne R. Thiessen Martensb，Francis Zvomuyab，D. Keith Reida，Tandra D.Fraserc，Derek H. Lynchd，Ivan P. O'Hallorane和Henry F.Wilson，2019年8月15日，环境质量杂志.DOI：
10.2134 / JEQ2019.02.0070