南昌大学谢显传、南方科技大学梁修雨课题组JCLP|长江经济带区域磷矿可持续开发与环境负荷减排协同调控策略研究

该研究聚焦长江经济带磷资源开发、社会利用效率偏低以及环境排放压力并存的失衡问题，首次构建了区域系统磷流动分析模型，系统重建了1950—2020年长江经济带磷利用的历史演变过程，并在省级和县级尺度刻画了磷流的空间分布格局。在此基础上，研究进一步开发了全生命周期评价模块，围绕生产、加工、消费和废物处理等关键环节提出16项磷可持续管理策略，并从资源节约、循环利用和末端减排三个维度评估其到2050年的综合潜力。

研究结果表明，过去70年间，长江经济带磷利用模式已由早期以本地循环利用为主，逐步转向从磷矿开采到末端环境排放的线性模式。其主要问题体现在三个方面：源端高强度开采与外销压缩了区域资源寿命，按现有开采速度，探明磷矿储量开采寿命已不足40年；农业系统磷利用效率下降并持续推动环境流失；系统整体循环能力明显减弱，区域循环率由50.8%下降至29.8%，更多磷由资源转化为污染物。与此同时，区域磷流在空间上呈现显著异质性，中上游资源型省份主导资源开发与生产活动，而矿区、沿江沿湖地区以及人口经济密集区则成为环境压力集聚的重点区域。基于此，研究进一步开展了未来情景评估，系统比较不同管理路径在资源节约、循环提升和环境减排方面的综合潜力。结果表明，不同措施在减采、提效和减排方面各具优势，其中源端开采与出口控制、农业生产环节优化、消费侧适度调节以及废弃物资源化利用都能够从不同层面改善区域磷流格局，综合施策则有望显著提升区域磷可持续管理水平。

图1 图文导读

1. 1950—2020年长江经济带磷流由循环利用向线性模式演变

研究表明，1950—2020年长江经济带磷流系统总体呈现“先快速增长、后逐步回落”的演变趋势（图3a）。1950年，区域磷流规模较小，主要依赖人粪、畜禽粪便等有机废弃物的回收利用，整体上以农业内部循环为主，相关磷流占总体磷流量的47.6%。1978年改革开放后，工业化推进、农业集约化发展和居民消费升级共同推动磷流快速扩张，系统逐步由有机循环主导转向矿物投入驱动。到2015年，系统输入和输出总量达到历史峰值，采矿和磷化工成为主导环节；当年另有292万吨和48万吨磷分别以废物形式直接排向土壤和地表水环境，占磷矿石总开采量的18.5%。这说明，长江经济带磷流已由早期相对封闭的循环利用模式，转变为以高开采、高投入和高排放为特征的线性模式。此后，尽管受政策调控影响，到2020年系统强度有所回落，但其外源驱动特征仍然十分明显（图2）。

图2 2020年长江经济带全系统磷流特征（单位：百万吨）

2. 采矿化工长期主导区域磷流，农业子系统利用效率持续下降

长江经济带各子系统的磷流演变表现出明显差异。其中，采矿和磷化工系统长期占据主导地位。2015年，两者合计占总磷流的73.9%；当年磷矿开采量达到1842万吨，而本地农业磷肥施用量仅183万吨，仅占开采量的9.83%；磷矿石和磷肥出口量则分别达到1068万吨和501万吨，说明区域磷资源开发已明显转向高开采、高外销模式。农业子系统方面，耕种系统由有机循环主导逐步转向化学磷肥驱动，磷利用效率由20世纪80年代前约57.9%下降至2001年的39.9%，到2020年回升至49.8%。畜禽和水产养殖在规模化、集约化发展过程中，饲料投入持续超过动物吸收能力，磷利用效率分别由1950年的29.4%和68.5%降至2020年的18.5%和22.8%。与此同时，随着经济增长和居民膳食结构变化，食品饲料加工和居民消费相关磷流持续增长，生活源磷的去向则由传统回田逐步转向污水处理和固体废弃物处置体系。

图3 1950—2020年长江经济带子系统磷流收支平衡

3. 环境排放逐步主导磷流去向，区域遗留磷持续累积

研究表明，1950—2020年，长江经济带由区域内部社会经济活动驱动的磷流由56万吨增至386万吨。虽然吸收流和循环流的绝对量有所增加，但其相对占比持续下降，环境排放流则由1950年的25.1%升至2020年的68.6%，逐步成为磷流的主导去向（图4）。这表明，进入社会经济系统的大量磷并未被有效吸收和循环利用，而是最终以不同形式进入环境汇。

自1950年以来，长江经济带环境中的遗留磷累计达到8160万吨，约等于该区域6年的磷矿产量，其中耕地土壤、非耕地土壤和地表水体分别累积2760万吨、3280万吨和1900万吨。具体来看，耕地土壤磷库已由早期净去除转向持续积累；非耕地土壤接纳了大量农业和工业含磷废弃物；流向地表水体的磷排放则持续上升，且水产养殖相关排放已超过农业径流，成为重要来源。这说明，长江经济带磷环境压力不仅持续累积，而且其来源结构也正由传统农业径流主导，逐步转向更强的人为排放驱动。

图4 1950—2020年长江经济带磷流类型及环境累计特征

4. 长江经济带磷流空间分异显著，热点区域集中于矿区和沿江沿湖地区

从空间格局看，长江经济带磷流分布具有显著异质性。省级尺度上，湖北、贵州、云南和四川等资源型省份在磷矿开采、化肥生产和外销活动中占据主导地位，分别占区域磷矿开采总量的44%、25%、22%和9%（图5）；种植活动分布相对均衡，而集约化畜禽和水产养殖则主要集中于上中游地区。与此同时，上海、浙江等下游城市化水平较高地区在居民消费和末端处置环节更为活跃，江浙沪三地废物处理系统磷流达到8.3万吨，占整个长江经济带的38%。县域尺度上，磷输入与磷排放高值区总体高度重合，主要集中于矿区以及长江干支流和主要湖泊周边区域，表明人类活动显著强化了磷在局部区域的定向聚集与快速环境加载过程（图6）。

图5 2020年长江经济带省级磷流分布特征（单位：千吨）

图6 2020年长江经济带县域磷输入、循环与排放特征（单位：千吨）

5. 协同推进源端减采、过程提效和末端减排，是实现磷可持续管理的关键路径

从未来情景评估看，若仅维持现有政策和技术水平，长江经济带到2050年仍难以摆脱高排放、低循环的基本格局。基准情景下，磷矿开采量和净出口量虽将分别下降至940万吨和776万吨，但循环流仅由111万吨升至134万吨，排放流仍维持在268万吨的较高水平，其中流向耕地和地表水体的排放仍分别增加7.1%和13.3%。不同单项措施的作用方向存在明显差异（图7）：S1源端出口控制情景可显著降低源端矿石需求，磷矿开采量和总出口量分别下降49.6%和86.0%；S2类情景侧重农业生产环节优化，其中S2.3科学水产养殖可使进入地表水体的总排放磷流下降27.1%；S3消费端饮食结构调整膳食结构，从消费端带动整个磷流网络变化；S4废物资源化情景能够显著提高区域循环率，其中S4.3畜禽粪便循环提升在减少源头采矿需求、增强系统循环和降低末端排放方面表现出最突出的协同效应。综合情景下，磷矿开采需求进一步降至394万吨，循环率提高至69.9%，排放率降至21.3%，表明长江经济带具备实现磷可持续管理的现实潜力。

图7 不同情景下长江经济带磷流关键指标变化

6. 结语

本研究系统构建了长江经济带磷流分析与情景评估框架，揭示了1950—2020年区域磷流由本地循环利用主导逐步转向高开采、高外销和高排放线性模式的演变过程，并识别了不同空间尺度下的磷流热点区域与关键风险环节。在此基础上，研究进一步表明，通过源端控采、过程提效、消费调节和废弃物资源化利用协同推进，长江经济带具备实现磷可持续管理的现实潜力。本研究不仅为理解长江经济带磷流失衡的形成机制及其调控路径提供了系统认识，也可为全球其他典型高磷失衡区域的资源管理与政策制定提供参考。

李志文，南昌大学资源与环境学院2023级硕士研究生，南方科技大学联合培养硕士。主要研究方向为磷物质流分析模型构建与流域生态水文过程模拟。以第一作者身份发表SCI论文2篇，参与发表多篇SCI论文，相关成果发表于PNAS等期刊。

谢显传，南昌大学教授，博士生导师，长期致力于流域环境治理与生态风险控制的研究。

梁修雨，南方科技大学助理教授，博士生导师，主要从事于地下水资源与环境方向的研究工作。

文章链接：Integrating Phosphorus Sustainability and Environmental Burden Mitigation through Systemwide-Optimized Strategy in China's Yangtze River Economic Belt

https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2026.148319

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