基于磷流生命周期各過程質(zhì)量守恒原理，袁增偉教授課題組構(gòu)建了中國磷循環(huán)分析框架與核算模型，基于課題組建立的中國涉磷活動信息數(shù)據(jù)庫，重建了中國1600-2012年的磷循環(huán)格局演變過程，并在此基礎上繪制2012年中國人類活動磷排放的富營養(yǎng)化潛勢圖譜。結(jié)果表明，與1900年之前以自然為主導的磷循環(huán)相比，近百年尤其是最近半個世紀以來，中國磷循環(huán)受到人類活動的干預越來越強烈（見圖1, A, B）。2012年，中國磷礦石開采量達到12.5 Tg P yr^-1，占全球磷礦產(chǎn)量的40%以上，其中70%用于生產(chǎn)含磷化肥。農(nóng)業(yè)種植系統(tǒng)呈現(xiàn)磷過量使用問題，2012年，全國單位面積農(nóng)田的磷輸入量達到80 kg P ha^-1，是植物可利用量的2倍多，遠高于發(fā)達國家平均水平。在過去四個世紀內(nèi)，人均磷攝入量維持相對穩(wěn)定狀態(tài)，但磷礦石的消耗量不斷增加，這主要是因為人類食物消費結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)由植物型向動物型轉(zhuǎn)變所致。隨著磷資源利用生命周期過程的延長，磷損失量加劇，只有約4%的磷資源最終轉(zhuǎn)移至食品中（見圖1, C）。與此同時，2003年起，中國由磷凈進口國轉(zhuǎn)變?yōu)閮舫隹趪�，主要出口磷肥、農(nóng)藥等磷化工產(chǎn)品，進口的則多是來自巴西、美國等國的轉(zhuǎn)基因大豆等農(nóng)產(chǎn)品。（見圖1, D）。土壤和地表水體中的磷累積量隨之快速增加（見圖1, E, F）。

圖 1. (A), 中國主要磷流變化；(B), 磷礦石生產(chǎn)與消費結(jié)構(gòu)變化；(C), 主要食物磷需求變化；(D), 磷礦石及主要含磷產(chǎn)品進出口變化；(E), 土壤磷庫存變化；(F), 地表水體磷輸入變化

對2012年中國地表水體磷排放的空間分析表明，東部沿海經(jīng)濟發(fā)達、人口密集省份單位面積的平均磷排放量達495 kg km² yr^-1，約為西部區(qū)域的9倍。相比之，中國富營養(yǎng)化潛勢圖譜存在更加明顯的空間異質(zhì)性，高富營養(yǎng)化潛勢主要集中在經(jīng)濟發(fā)達和人口密集的沿海地區(qū)，長江中下游流域尤其顯著（圖2）。該研究為制定中國磷資源可持續(xù)利用戰(zhàn)略提供了科學依據(jù)，為開展磷循環(huán)可持續(xù)性研究提供了科學方法。

圖 2 中國2012年磷排放富營養(yǎng)化潛勢

袁增偉教授為該成果通訊作者，其課題組博士生劉欣、助理研究員盛虎為并列第一作者，愛爾蘭國立高威大學Chaosheng Zhang博士、美國亞利桑那州立大學James J. Elser教授亦對該成果發(fā)表做出重要貢獻。

該工作得到國家自然科學基金和美國自然科學基金的支持。

（環(huán)境學院 科學技術處）