该研究聚焦全球磷面临的资源消耗、粮食生产安全以及水环境健康的“三难困境”，构建了一个通用框架，以全生命周期的磷流动过程模型为核心，纳入国际贸易、磷足迹以及可持续情景分析模拟，用以评估全球人为磷流动格局，并探索未来实现磷可持续利用的路径与潜力。研究指出全球人为磷循环的变化需要通过差异化的可持续管理策略在各国层面进行积极调控，以应对上述磷问题。
研究结果表明，1961-2022年全球磷流动失衡不断加剧，其中超过80%磷输入耕地系统。全球贸易在重新分配磷资源及其污染方面的作用持续增强，这一过程主要由全球35个国家所驱动。到2050年，单项措施如减少化肥施用、提高饲料转化效率以及有机肥循环利用，在全球和国家层面都将表现出最显著的效果。若这些措施协同实施，在这些国家中平均可实现50%的磷节约和39%的排放减少（图1）。种养结合显著提高了多数国家的磷利用效率，并有望将全球磷矿资源的开采年限延长约400（±87）年。然而，由于种植系统本身的磷利用效率基线较低，在发展中国家（尤其是农业生产能力较弱且依赖进口的非洲和东南亚国家），从废弃物中回收磷的潜力仍然有限，因此需要在上述措施之外采取更多措施。通过供给侧与需求侧协同的综合措施，将种植系统—畜牧系统—消费端相衔接，可在全球和国家层面为系统性推进磷可持续利用提供关键策略并带来显著效益。
图1 图文导读
1 全球磷循环失衡持续加剧，农业系统是关键环节
研究利用多源统计数据和多模型嵌套分析框架，对从磷矿石开采、化肥生产、农业种植、畜牧养殖、居民消费到废弃物处理及排放全过程进行了整合评估。结果表明过去62年，共有约1153 Mt磷进入人类社会系统，其中超过80%直接输入农田，农业生产成为全球磷消耗与损失的“主战场”；全球磷资源开采高度集中，2023年仅8个国家掌握90%以上磷矿可采储量（图2），在当前需求增长趋势下，全球可经济开采磷矿仅可支撑约120±26年；农作物系统对矿质化肥高度依赖、有机肥回用不足，畜牧系统饲料转化效率偏低，导致全社会累计产生913 Mt磷废物流，大量“遗留磷”滞留在土壤和水体中，成为长期环境风险（图3）。
研究重点指出，肉类消费快速增长与低效率畜牧系统叠加，是近几十年来全球磷足迹持续扩大的重要结构性原因。
图2 全球磷矿资源历史动态
图3 全球磷流的历史积累及动态特征
2 全球贸易加剧磷“资源—污染”空间再分配
基于1990—2022年国际贸易网络分析（图4），研究发现磷矿、化肥和农产品贸易规模分别增长23%、54%和256%，其中农产品贸易承载的“隐含磷”已占全球农田化肥投入的约25%（2022）；北美、南美成为向亚洲和欧洲输出大量“虚拟磷”的主要区域，亚洲和欧洲分别吸纳了全球47%和31%的磷输入，形成新的磷积累与水体富营养化高风险区；目前国际农产品贸易在全球范围内形成了复杂的磷资源再分配和污染足迹传递机制，消费国与生产国在环境责任和政策工具上存在明显脱节。
图4 全球贸易现已成为磷重新分布的主要驱动因素，美洲为主要来源，亚洲为主要汇。全球农业贸易中的磷流结构平衡主要由35个关键国家及一系列重要农产品主导。
图5 62年间耕地与全球人口尺度累积磷足迹的空间特征（单位：t）。
3 面向2050年的20项情景措施：三大高杠杆措施最具“组合价值”
在构建2050年基准情景（BAU）的基础上，研究团队设计并量化评估了20项单独和组合措施（图6），覆盖磷矿开采与化肥工业、种植养殖生产、居民饮食消费和废弃物管理等关键环节。结果显示若不采取额外措施，在基准情景下，全球磷肥需求预计为26.9 Mt磷，而用于肥料生产的磷矿石需求预计将达到205.1 Mt（在2030年后假定磷矿石品位低于30%的保守估计条件下）。为满足人类基本生存需求，至少需要16.2 Mt的食物磷，同时预计将有69.9 Mt的磷进入自然环境。其中，耕地、非耕地和地表水中的磷负荷分别为36.3 Mt、19.5 Mt和14.1 Mt。
在综合实施优化种植、畜牧、消费和废弃物管理的情景下，新的矿质磷投入可削减约97%，环境磷损失可降低33%-98%，农作物、畜牧、水产、消费四大系统的磷利用效率分别提升49%、42%、101%和49%；尤其是三项“高杠杆措施”——减少化肥施用、提升作物吸收效率（种植端）；显著提高饲料转化效率（畜牧端）；基于健康膳食指南调整膳食结构、降低肉类消费（消费端）；在全球范围联合实施，可实现48%磷资源节约、56%环境磷损失削减、32%回收率提升和35%利用效率提高。
研究表明，仅依靠减少食物浪费或加工损耗，任何国家都难以获得显著的磷可持续收益，而“健康饮食+高效饲料+高水平有机肥循环”的供需两端协同，是打开系统优化空间的关键。
4 废弃物中的磷是“战略资源”：可将全球磷矿开采期延长数百年
研究进一步从“全价值链”视角系统评估了不同废弃物回收路径的效益。系统回收动物粪污、人类粪便和有机固废等，可减少约89%的新磷矿开采需求，并将全球磷矿开采寿命额外延长61±13年；仅考虑种养结合条件下的畜禽粪污资源化回用，就有望将全球磷矿开采期延长约400±87年；各类措施效益差异显著，其中畜禽粪污还田（S4.3）在减少矿石开采、促进循环利用、削减环境排放三方面具有最高综合杠杆效应，是优先管理方向。
研究团队提出，应将废弃物中的磷从“处理负担”重新界定为“战略性再生资源”，通过技术创新和制度设计构建国家层面的“磷资源主权”。
图6 在不同单项措施和情景下，相对于2050年BAU基准的磷流指标百分比变化
5 关键国家差异化路径：中国等人口大国是全球磷可持续的“关键变量”
针对35个在全球磷循环中具有关键影响力的国家，研究量化评估了各类措施在资源节约、利用效率、回收率和减排等方面的潜在收益与实施难度（图7）。中国、印度、巴西、美国、巴基斯坦和印尼等国到2050年合计约占全球新增磷损失的三分之二，同时也拥有最高的回收潜力；在多数农业大国，通过“减化肥+提饲料效率+加强有机肥循环”的组合，可实现平均50%磷节约和39%排放削减。然而，对部分亚洲和非洲发展中国家而言，受制于种植系统基础利用效率偏低，即便高强度回收废弃物，距离达到农田70%高利用率目标仍有较大差距，亟须与改善农业基础条件、优化贸易结构等协同推进。
研究强调，不存在“一刀切”的普适方案，全球磷治理必须在统一框架下实施分国别、分阶段的差异化策略设计。
图7 2050年35个主要国家磷可持续性策略的效益与潜力
6 结语
这项研究将全球人为磷循环的完整过程以及未来实现磷可持续利用的科学目标与实施策略整合到一个统一的框架之中，阐明了磷在整个链条中的流动特征及其失衡格局，为制定和评估磷可持续发展策略提供了基础。同时，它还为理解已有和新兴的磷管理技术及其协同作用提供了重要见解。通过认识不同地理尺度下各系统中磷利用的特征与规模，可以在国家层面制定差异化的可持续发展策略，从而为全球向可持续磷利用与资源管理转型提供关键支撑。
10个月宝宝每天需要喝多少奶粉？
