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Residual soil phosphorus as the missing piece in the global phosphorus crisis puzzle

肥料 肥料 环境科学 作物 生态系统 磷矿 农学 残余物 生产(经济) 数学 化学 生物 生态学 经济 宏观经济学 有机化学 算法
作者
S.Z. Sattari,Alexander F. Bouwman,Ken E. Giller,M.K. van Ittersum
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [Proceedings of the National Academy of Sciences]
卷期号:109 (16): 6348-6353 被引量:404
标识
DOI:10.1073/pnas.1113675109
摘要

Phosphorus (P) is a finite and dwindling resource. Debate focuses on current production and use of phosphate rock rather than on the amounts of P required in the future to feed the world. We applied a two-pool soil P model to reproduce historical continental crop P uptake as a function of P inputs from fertilizer and manure and to estimate P requirements for crop production in 2050. The key feature is the consideration of the role of residual soil P in crop production. Model simulations closely fit historical P uptake for all continents. Cumulative inputs of P fertilizer and manure for the period 1965–2007 in Europe (1,115 kg⋅ha −1 of cropland) grossly exceeded the cumulative P uptake by crops (360 kg⋅ha −1 ). Since the 1980s in much of Europe, P application rates have been reduced, and uptake continues to increase due to the supply of plant-available P from residual soil P pool. We estimate that between 2008 and 2050 a global cumulative P application of 700–790 kg⋅ha −1 of cropland (in total 1,070–1,200 teragrams P) is required to achieve crop production according to the various Millennium Ecosystem Assessment scenarios [Alcamo J, Van Vuuren D, Cramer W (2006) Ecosystems and Human Well-Being: Scenarios, Vol 2, pp 279–354]. We estimate that average global P fertilizer use must change from the current 17.8 to 16.8–20.8 teragrams per year in 2050, which is up to 50% less than other estimates in the literature that ignore the role of residual soil P.
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