磷礦耗竭的危機
科學人雜誌 2009.07.23
磷是肥料的主要成份，但目前的磷礦儲存量只夠使用數十年，如果不立即採取保護行動，
未來的農業將面臨危機。
撰文∕維卡利（David A. Vaccari） 翻譯∕林筱雯
重點提要
■開採磷礦來製造肥料，等於以地質循環補充速度的三倍來消耗這種礦物。在數十年內，
美國會消耗掉所有本土可開採的磷礦資源，而其他磷礦豐富的國家並不多，這些礦藏也可
能在一世紀內開採完畢。
■水裡的磷含量太高會造成藻華，消耗魚類所需要的氧氣，形成「死區」。
■降低土壤侵蝕，並回收農地廢棄物、人類排泄物裡的磷，才可使糧食生產永續發展，並
防止藻華。
生命的化學也許很複雜，但是讓植物生長茂盛的條件卻可以精簡成三個數字：19-12-5，
這是氮、磷、鉀的比例，清楚印在每包肥料的包裝袋上。這三種養份提高了農作物的產量
，20世紀的世界人口因此成長了六倍以上，但它們的來源是什麼？我們可從空氣中得到氮
，卻必須從土地開採磷和鉀。全世界的鉀存量足以再使用幾個世紀，但磷就完全不同了，
全球易於開採的磷礦，在本世紀結束前會慢慢枯竭，屆時人口數量可能也將達到高峰，有
些人甚至認為，地球根本無法永續負擔這麼多的人口。
況且，問題發生的速度可能更快。正如2008年的油價波動一樣，市場在資源尚未耗盡前就
會吃緊，更令人擔憂的是，磷礦資源的分佈比原油還不平均。美國是全世界第二大磷礦生
產國（僅次於中國），約佔全球總產量的19%，其中有65%全採自弗羅里達州坦帕市附近的
礦坑，這裡的礦藏只夠再開採數十年。目前，全球的磷礦有將近40%蘊藏在摩洛哥，它的
地位就像產原油的沙烏地阿拉伯一樣重要。雖然摩洛哥的政治穩定，跟美國的關係也很好
，但從地緣戰略的角度來看，礦藏分佈不均仍是顆定時炸彈。
此外，肥料也給環境帶來負擔。現代的農業耕作方式讓土壤裡的磷元素消耗速度增為自然
速率的三倍，過量的逕流排入水道以後，滋養水中的藻類而造成難以控制的藻華（algae
bloom），水中生態系因此惡化。磷向來不像碳、氮等其他元素一樣受到注意，但它確實
是當代重要的永續議題之一。
地球也像一艘太空船
我在1990年代中期開始對磷感到興趣，當時我參與了一項美國航太總署（NASA）的計畫，
研究如何在太空種植食物。設計這種系統時，必須小心分析農作物的各種元素循環，因為
在太空船的封閉環境中，所有的元素都必須回收再利用，未來的火星旅行將長達三年，或
許用得上這種技術。
我們的星球也像一艘太空船，地球上的每一種元素都有固定的含量。在自然循環中，風化
作用將岩石裡的磷釋放出來，進入土壤，被植物吸收後，再進入食物鏈，並在萬物之間循
環。這些磷的化學型態通常是磷酸根離子（PO43-），是生命不可或缺的成份。磷是構成
DNA和細胞膜的骨幹，更是三磷酸腺（ATP）分子的重要組成，ATP是細胞儲存能量的主要
方式。人體平均含有650公克以上的磷，大部份都存在骨骼裡。
磷在陸地生態的自然循環中會不斷重複使用，平均可達46次，之後經過風化、逕流作用進
入海洋，在海洋生物體內循環約800次，再進入沉積物，數千萬年之後，地殼抬升，磷又
回到陸地上。
我們在收成農作物時，就是移除了陸地上的磷，打斷磷的自然循環。農業革命之前，我們
使用人類和動物的排泄物來當做肥料，因此養份回到土壤裡的速度，大約等於被移除的速
度；然而，現代社會的糧食生產和消耗是分開的，養份回到土地裡的比率減少了，我們只
用它一次就沖入下水道。
農業活動也加速土壤侵蝕，因為犁田和整地時會翻動土壤，讓深層土壤暴露在空氣裡，使
更多的磷被逕流帶走。防洪措施也會打斷磷的自然循環，河川通常會把富含磷的沖積物帶
到下游，讓生態系能夠取用，但防洪措施干擾了這個過程，水壩攔住沉積物、堤防把泥沙
留在河裡，最後磷只能以沖刷的方式直接進入海洋。
來自土壤侵蝕的磷、人類和動物排泄物裡的磷，流入湖泊和海水之後，會造成藻類和藍綠
菌（就是俗稱的藍綠藻）大量繁殖，它們死後沉到水底，分解並消耗氧氣，其他生物能用
的氧氣就不夠了，因此形成「死區」，並讓漁業耗竭。
目前磷在全球的流通量每年大概有3700萬公噸，其中2200萬公噸是從採礦而來。地球有不
少富含磷（具有經濟開採價值）的礦物，可是大部份不容易取得。 1987年，國際地質校
正計畫（IGCP）估算，全球大概有1630億公噸的磷礦石，相當於可萃取出130億公噸的磷
，看起來夠我們用上1000年了。不過IGCP把碳酸鹽含量很高的礦物也計算進去了，目前並
沒有便宜的技術可從這種礦物萃取出磷，所以我們沒辦法利用它。而有些磷礦沉積物是無
法取得的，它們不是位置太深，就是距離陸地太遠，而且可能位在未開發地區、開採時會
破壞環境，或是裡面有鎘、鉻、砷、鉛、鈾等污染物，不是有毒就是有放射性。
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