США могут исчерпать свои запасы фосфора в течение примерно 40 лет, а зависимость от импорта уже создает риски для сельского хозяйства. Европа, Латинская Америка и страны Юго-Восточной Азии в значительной степени зависят от поставок фосфатов из Китая и Марокко. Ученые предупреждают: без надежного доступа к фосфору невозможно поддерживать текущие объемы производства продуктов питания.
Работа опубликована в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Фосфор относится к трем основным элементам, необходимым растениям, вместе с азотом и калием; это так называемая система NPK. Большая часть фосфора для производства удобрений получается из фосфатных руд, которые добываются, измельчаются и обрабатываются химическими веществами. В 2025 году США включили фосфат в список жизненно важных минеральных ресурсов из-за опасений по поводу возможных сбоев в поставках.
Новое исследование специалистов Университета Арканзаса и Государственного университета Северной Каролины показало, что значительная часть необходимого фосфора уже накоплена в американских сельскохозяйственных землях и различных отходах.
Исследователи проанализировали данные 3142 округов США, включая информацию с 1866 года, и сделали прогнозы до 2050 года. По их оценкам, с 1866 года в американские сельскохозяйственные земли было импортировано около 145 тераграммов фосфора, или 145 миллионов тонн. По состоянию на 2023 год в пахотных землях осталось около 52 тераграммов, а на пастбищах — еще 47 тераграммов.
Тем не менее, проблема заключается в крайне низкой эффективности использования фосфорных удобрений. Фосфор быстро связывается с почвой и становится недоступным для корней растений. Ученые оценивают, что около 80% фосфора, получаемого из удобрений, не усваивается возделываемыми культурами. Остатки могут накапливаться в почве или сбрасываться в водоемы, способствуя загрязнению воды.
Исследователи предлагают перейти от нынешней линейной модели — добыча руды, производство удобрений, внесение в почву и значительная потеря вещества — к замкнутой системе, в которой фосфор возвращается в сельское хозяйство.
Источниками переработанного фосфора могут стать навоз, остатки сельскохозяйственных культур, кости животных, яичная скорлупа, сточные воды и осадок сточных вод. По расчетам ученых, количество потенциально перерабатываемого фосфора в этих источниках за рассматриваемый период эквивалентно почти 125% объема фосфора, импортированного на поля.
Однако универсального метода извлечения фосфора не существует. Например, навоз крупного рогатого скота содержит много воды, поэтому его транспортировка на большие расстояния экономически нецелесообразна. Переработка будет более эффективной в тех районах, где животноводческие фермы расположены близко к сельскохозяйственным землям.
Ученые видят особенно большие возможности для создания такой системы в Арканзасе. На северо-западе штата активно развиваются птицеводство и животноводство, которые производят большое количество фосфорсодержащих отходов. На востоке преобладает выращивание риса, кукурузы и сои, что требует значительных объемов фосфорных удобрений.
По мнению исследователей, это создает условия для формирования региональной замкнутой экономики фосфора, где отходы животноводства и других отраслей могут стать источниками удобрений для растениеводства.
