農(nóng)業(yè)貿(mào)易和畜牧業(yè)生產(chǎn)對(duì)全球磷循環(huán)的影響

安 婷，胡新中

（1.陜西廣播電視大學(xué)，陜西西安 710119；2.陜西師范大學(xué)，陜西西安 710119）

農(nóng)業(yè)覆蓋了世界上1/3以上的無(wú)冰陸地面積，是全球生物、地球化學(xué)循環(huán)的一個(gè)重要組成部分。盡管在過(guò)去的50年里，農(nóng)業(yè)土地覆蓋面積只增加了10%～15%，但作物生產(chǎn)量卻增加了一倍多，這主要是因?yàn)榉柿贤度氤^(guò)700%，農(nóng)業(yè)灌溉提高，高產(chǎn)作物的發(fā)展適應(yīng)了生產(chǎn)系統(tǒng)（FAO，2008）。同時(shí)也導(dǎo)致過(guò)去50年里活性氮年生長(zhǎng)率增加一倍多，向生物圈輸送磷年通量比前工業(yè)時(shí)代增加兩倍多。農(nóng)業(yè)驅(qū)動(dòng)的營(yíng)養(yǎng)動(dòng)員的增加對(duì)環(huán)境和人類(lèi)健康產(chǎn)生了連鎖反應(yīng)，包括空氣和水質(zhì)的惡化，以及疾病和害蟲(chóng)壓力的增加。全球農(nóng)業(yè)貿(mào)易增長(zhǎng)、家畜生產(chǎn)系統(tǒng)更加集中及人類(lèi)對(duì)畜禽產(chǎn)品消費(fèi)增加的趨勢(shì)影響著整個(gè)地區(qū)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的分布。與此同時(shí)，飼料價(jià)格波動(dòng)、運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施的改善和技術(shù)進(jìn)步支持了將可耕種飼料作物用于日益集中的畜禽生產(chǎn)系統(tǒng)。在過(guò)去幾十年里，人類(lèi)對(duì)全球生物地球化學(xué)循環(huán)影響的研究主要集中在碳和氮上，很少有研究分析畜牧養(yǎng)殖對(duì)全球磷循環(huán)的影響（Smil，2000）。與碳和氮不同，磷幾乎沒(méi)有氣態(tài)，其有效性從根本上受再生含磷巖石風(fēng)化的限制。本文綜述了幾十年來(lái)以進(jìn)出口為基礎(chǔ)的國(guó)家與國(guó)際農(nóng)業(yè)貿(mào)易相關(guān)的磷流量，同時(shí)分析了糧食作物、飼料作物和畜產(chǎn)品貿(mào)易對(duì)各國(guó)農(nóng)業(yè)土壤磷流量的相對(duì)貢獻(xiàn)。

1 磷平衡

Schipanski和 Bennett等（2012）發(fā) 現(xiàn)，從1961年到2007年，全球有12個(gè)國(guó)家耕地的加權(quán)平均磷去除量增加了一倍以上，由于產(chǎn)量增加，從每公頃5 kg增加到12 kg。增加的肥料投入大大抵消了產(chǎn)量的增加，在同一時(shí)期，磷過(guò)剩增加了三倍以上，從6 kg/公頃增加到21 kg/公頃。在12個(gè)研究國(guó)家中，應(yīng)用于農(nóng)業(yè)土壤的年磷富余總量分別在1961～2007年間增加了600%以上，從1.5倍增加到8.2倍。從這時(shí)期開(kāi)始，發(fā)達(dá)國(guó)家的磷盈余高于欠發(fā)達(dá)國(guó)家。到2007年，發(fā)展?fàn)顩r與土壤磷過(guò)剩的關(guān)系不再顯著，這一時(shí)期磷過(guò)剩的增加反映了肥料使用量的增加和畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)量的增加。肥料對(duì)總磷投入的相對(duì)貢獻(xiàn)隨時(shí)間變化，在這12個(gè)國(guó)家中，肥料投入占總磷投入的比例從1961年的59%降至2007年的48%。在研究期間的頭20年里，肥料的使用比糞肥增長(zhǎng)快。在過(guò)去20年里，肥料利用率和肥料使用量以相似的速度增長(zhǎng)，這反映了畜牧業(yè)生產(chǎn)的增長(zhǎng)和農(nóng)作物生產(chǎn)方式的強(qiáng)化。

1.1 貿(mào)易相關(guān)的磷流失 飼料和動(dòng)物貿(mào)易的環(huán)境后果隨時(shí)間的推移而增加，這反映了貿(mào)易商品數(shù)量的增加和生產(chǎn)制度的加強(qiáng)。1961～2007年間，作為貿(mào)易作物組成部分的飼料作物有所增加，用于動(dòng)物飼料的農(nóng)作物出口從1961年的43%增加到2007年的68%，其中最大的相對(duì)增長(zhǎng)發(fā)生在巴西，從1961年到2007年，巴西飼料出口從2000 t增加到200000 t，占2007年農(nóng)作物出口的85%以上（周洪和周風(fēng)珍，2004）。因此，飼料作物貿(mào)易大大促進(jìn)了與進(jìn)出口有關(guān)的磷平衡。

出口商品中的磷含量和土壤磷平衡在一些國(guó)家（如巴西、澳大利亞、印度、阿根廷）高度相關(guān)，但在其他國(guó)家（如日本、荷蘭、法國(guó)、美國(guó)）不相關(guān)。在相關(guān)性很強(qiáng)的地方，因?yàn)殡S時(shí)間的推移，出口作物和畜禽產(chǎn)品的成分是恒定的，施肥率和作物產(chǎn)量之間是恒定關(guān)系。以巴西為例，自1972年以來(lái)，大豆占出口作物磷的80%以上，但在一些國(guó)家，耕作方式的改變改變了這種關(guān)系，導(dǎo)致貿(mào)易商品中的磷與土壤磷平衡之間缺乏相關(guān)性。如美國(guó)出口的作物組成相對(duì)穩(wěn)定，但在上世紀(jì)80年代和90年代，化肥使用量減少，導(dǎo)致美國(guó)出口與出口磷平衡之間缺乏相關(guān)性（Steinfeid等，2010）。

1.2 畜牧業(yè)對(duì)磷平衡的影響 飼料作物貿(mào)易的增加影響了進(jìn)口國(guó)家的有機(jī)肥供應(yīng)。飼料磷轉(zhuǎn)化效率低，意味著進(jìn)口飼料作物中約92%的磷在進(jìn)口國(guó)轉(zhuǎn)化為肥料（Tilman等，2001）。飼料磷進(jìn)口對(duì)土壤磷平衡的影響在耕地面積小、畜禽數(shù)量大的發(fā)達(dá)國(guó)家最大，如日本和荷蘭，估計(jì)分別有49%和41%的肥料來(lái)自于進(jìn)口飼料作物磷。Schipanski和 Bennett等（2012）研究發(fā)現(xiàn)，以進(jìn)口為基礎(chǔ)的國(guó)家施用糞肥與作物磷流失之間的差異增大，而以出口為基礎(chǔ)的國(guó)家施用糞肥與作物磷流失之間的差異減小或沒(méi)有變化。進(jìn)口飼料與凈磷平衡之間沒(méi)有相關(guān)性，這表明肥料利用率可能降低了肥料投入。從這個(gè)意義上說(shuō)，進(jìn)口國(guó)家既避免了與作物生產(chǎn)相關(guān)的磷過(guò)剩，又通過(guò)回收進(jìn)口飼料產(chǎn)生的糞便降低了磷肥的成本。由于畜禽系統(tǒng)中磷的產(chǎn)量高，畜禽產(chǎn)品進(jìn)口的增加導(dǎo)致1961年至2007年來(lái)源國(guó)遺留的肥料數(shù)量增加。對(duì)大多數(shù)國(guó)家而言，糧食進(jìn)口對(duì)凈進(jìn)口磷平衡的影響小于畜產(chǎn)品進(jìn)口。這與出口磷平衡形成了對(duì)比，在出口磷平衡中，與作物生產(chǎn)有關(guān)的肥料磷平衡比后來(lái)出口的牲畜產(chǎn)生的糞肥磷占凈出口磷平衡的比例更大。

2 農(nóng)業(yè)集約化

至少在過(guò)去的50年里，農(nóng)業(yè)集約化一直是全球現(xiàn)象。增加的磷投入支持了作物產(chǎn)量的增加，而發(fā)達(dá)國(guó)家和發(fā)展中國(guó)家之間的磷平衡和產(chǎn)量差異隨時(shí)間的推移變得不明顯。盡管按照聯(lián)合國(guó)的定義，仍然將發(fā)達(dá)國(guó)家和發(fā)展中國(guó)家的人均收入分開(kāi)，但在許多指標(biāo)上，這兩個(gè)群體之間的差距在縮?。℉arris等，2009）。經(jīng)濟(jì)全球化，特別是貿(mào)易自由化的影響，在不同地理尺度上高度不均衡。

磷過(guò)?？赡軐?dǎo)致部分國(guó)家水質(zhì)退化，如荷蘭和美國(guó)的磷過(guò)剩導(dǎo)致土壤磷飽和及表層水體富營(yíng)養(yǎng)化。相比之下，巴西增加的過(guò)剩土壤不大可能造成水污染，因?yàn)樵摰貐^(qū)大部分土壤具有高固磷能力（Hansen等，2002）。

3 貿(mào)易對(duì)磷資源利用的影響

由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的集約化，出口國(guó)水污染或土壤肥力下降的風(fēng)險(xiǎn)增加，這取決于作物生產(chǎn)是在肥料過(guò)剩還是不足的情況下完成的。在貿(mào)易談判和國(guó)內(nèi)議程中很少考慮農(nóng)業(yè)貿(mào)易對(duì)環(huán)境的影響，而這些往往會(huì)刺激出口生產(chǎn)。在生產(chǎn)集約化的同時(shí)，農(nóng)產(chǎn)品和畜禽產(chǎn)品貿(mào)易允許生產(chǎn)和消費(fèi)部門(mén)在空間上分離或集中。有證據(jù)表明，農(nóng)業(yè)貿(mào)易促進(jìn)了生產(chǎn)集中在肥料磷肥使用效率更高的地區(qū)，這一發(fā)現(xiàn)可以被理解為支持一個(gè)中心理論，即貿(mào)易自由化可提高生產(chǎn)資源使用效率（Wolf，2004）。磷是一種礦物，有兩種潛在的來(lái)源，一是從世界上少數(shù)地區(qū)的集中儲(chǔ)備中開(kāi)采出來(lái)的，二是轉(zhuǎn)化成可以在經(jīng)濟(jì)地長(zhǎng)距離運(yùn)輸?shù)臐饪s肥料。植物從現(xiàn)有的土壤中吸收磷，這些土壤反映了與特定土壤類(lèi)型相關(guān)的內(nèi)源磷水平，以及歷史上的磷肥和糞肥管理做法，這些做法可能增加或耗盡內(nèi)源土壤的磷儲(chǔ)量。

貿(mào)易有可能導(dǎo)致環(huán)境退化，這可能是因?yàn)樵趪?guó)民核算系統(tǒng)中，土壤磷資源和肥料沒(méi)有被賦予貨幣價(jià)值。一些國(guó)家如阿根廷、中國(guó)、肯尼亞的負(fù)進(jìn)口磷平衡表明，由于耗盡內(nèi)源土壤磷資源，來(lái)源國(guó)的環(huán)境可能退化。磷的正平衡（特別是在日本等飼料作物進(jìn)口國(guó)）也顯示了環(huán)境退化的可能性，這種情況下，由于有限的土地資源，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)施用了過(guò)量的肥料，導(dǎo)致磷過(guò)剩（Mason，1997）。

4 貿(mào)易對(duì)磷循環(huán)利用的潛力

Cordell等（2009）研究表明，區(qū)域?qū)I(yè)化和生產(chǎn)系統(tǒng)集約化的模式降低了磷循環(huán)利用的能力，這對(duì)畜禽影響比作物生產(chǎn)大，因?yàn)橹挥胁坏?0%的磷被轉(zhuǎn)化為可消費(fèi)的畜禽產(chǎn)品，而畜禽養(yǎng)殖的大部分磷都集中在糞肥中。肥料中的磷反映了來(lái)自不同來(lái)源的磷的再集中和再循環(huán)，這些來(lái)源包括已施肥的飼料作物和作物殘?jiān)?、養(yǎng)殖場(chǎng)和牧草及未施肥的牧場(chǎng)。畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)生的大量糞便受到一系列復(fù)雜因素的控制，包括管理系統(tǒng)和生物物理環(huán)境。畜禽養(yǎng)殖系統(tǒng)中的大部分磷可以通過(guò)農(nóng)業(yè)和牧場(chǎng)土壤循環(huán)利用（Chaneton等，1996）。但在封閉的畜禽養(yǎng)殖系統(tǒng)中，由于飼料作物和動(dòng)物生產(chǎn)的物理分離，使大量磷的循環(huán)利用機(jī)會(huì)減少，因此，在一個(gè)經(jīng)濟(jì)肥料運(yùn)輸半徑內(nèi)，常常沒(méi)有足夠的土地面積來(lái)消化產(chǎn)生的肥料。因此，糞肥經(jīng)常被過(guò)度地施用于集約化動(dòng)物養(yǎng)殖場(chǎng)周?chē)霓r(nóng)業(yè)土壤中。出口的畜禽產(chǎn)品很可能是由更大、更封閉的系統(tǒng)生產(chǎn)，這些系統(tǒng)導(dǎo)致了出口國(guó)家當(dāng)?shù)胤柿狭走^(guò)剩（Hall等，2004）。Smaling等（2008）研究認(rèn)為，飼料作物貿(mào)易的增加對(duì)磷資源利用效率有很大影響。飼料作物貿(mào)易的經(jīng)濟(jì)可行性支持了畜禽養(yǎng)殖生產(chǎn)集中在土地有限的國(guó)家，如日本和荷蘭，這兩個(gè)國(guó)家的人均肉類(lèi)消費(fèi)相對(duì)較高。由于畜禽養(yǎng)殖所消耗的飼料作物中90%以上的磷被作為肥料排出，因此，日本和荷蘭的磷過(guò)剩很大程度上是由進(jìn)口飼料作物造成的。