研究發現，在氣候變遷和農業實踐的推動下，磷正在從美國的土壤中被沖入河流。這導致生態破壞，對糧食安全帶來挑戰，需要創新的農業技術來緩解。

賓州州立大學領導的一項研究分析了全美430 條河流的數據，發現在過去40 年裡，儘管人們努力減少磷的流失，但農田中磷的流失量卻在增加。 研究人員解釋說，磷的流失有可能導致農作物減產，可能推高食品成本。 圖片來源：Tyler Groh/賓州州立大學

磷是土壤中維持大多數生命形式所必需的重要養分，但越來越多的磷從農田中流失，最終進入美國各地的水道。 賓州州立大學的研究人員在一項新研究中發現了這個令人擔憂的趨勢。

這項研究今天（11 月18 日）發表在《美國國家科學院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences）上，分析了美國430 條河流四十年來的數據。 研究結果表明，儘管一直在努力遏制磷的流失，但農田中磷的流失量仍大幅上升。 研究人員警告說，這種流失威脅作物產量，可能導致食品價格上漲。

賓州州立大學土木與環境工程系教授、該研究的通訊作者李力解釋說：”我們從最近的天氣事件中看到，水量，即風暴和水道所攜帶的水量，會導致危險的洪水和泥石流。我們想了解的是，當這些風暴將土壤下層拉入河流和溪流時，土地會發生什麼變化。

磷在各種生物過程中發揮重要作用，如創造DNA結構和促進細胞間的能量傳遞。 但與另一種重要的土壤養分氮不同，磷是一種不可再生資源，地質儲量有限，這意味著一旦磷從陸地轉移到水中，就無法再回到陸地上。

磷管理面臨的挑戰

“這是一個問題，原因很多，”李說。 “當磷從農田流失時，會降低作物產量，可能導致食品價格上漲。 然後，當磷進入我們的水道時，會導致有害的藻類大量繁殖，使水變得不安全，不適合游泳和釣魚，甚至會降低水中的含氧量，殺死魚類和其他水生生物。

這項研究使用了一個複雜的深度學習模型，分析了從1980年到2019年四十年間來自美國毗連地區430條河的數據。 研究顯示，雖然研究的河流中有60% 的磷含量在下降，但流入河流的磷總量卻在增加。 農業區是造成這個問題的最大原因，靠近農業區的大多數河流中的磷含量都在增加，而靠近城市地區的河流中的磷含量卻在下降。

李力說：「這表明，控制農業徑流等來源的磷污染的努力並不像我們想像的那樣有效。但磷含量的下降，尤其是流經城市地區河流中磷含量的下降，表明控制污水處理廠等點源磷污染的努力正在發揮作用。

儘管做出了這些有針對性的努力，但李說，流入河流的磷的總體數量之所以增加，是因為極端天氣事件的頻率增加，導致降雨量增大和河流流量增加–流量增加帶來了更多的磷。

“這意味著，儘管我們在限制城市地區的磷污染方面做得更好，但由於在很大程度上超出了一個地區控制範圍的因素，問題總體上正在惡化。這是一個與氣候變遷息息相關的問題。

研究報告的作者說，展望未來，農業造成的磷污染需要更好的預防和緩解措施，這將是一項挑戰，尤其是當更潮濕的暴風雨導致降雨量和河流流量增加時。 他們說，這可能需要新技術與改變耕作方式結合。

解決磷污染的創新方案

賓州州立大學發明了這樣一種技術，目前正獲得農業技術部門的支持，以大規模解決這個問題。 亨特-斯威舍（Hunter Swisher）是賓州州立大學的2016屆校友，他是Phospholutions公司的創始人兼執行長。

他在賓州州立大學植物科學本科學習期間開發了該公司的技術。 該公司最近公佈了一項研究結果，證明與傳統磷肥相比，該產品可將徑流可能性降低78%。 Phospholutions 正在美洲、歐洲和印度積極進行商業化活動。

“我們倡導更多的創新、更多的創造力和更多的緊迫感，」李說。 “水與土地之間的連結至關重要，而這種平衡正變得越來越脆弱。”

編譯自/ ScitechDaily