開采磷礦來(lái)制造肥料，等于以地質(zhì)循環(huán)補(bǔ)充速度的三倍來(lái)消耗這種礦物。在數(shù)十年內(nèi)，美國(guó)會(huì)消耗掉所有本土可開采的磷礦資源，而其它磷礦豐富的國(guó)家并不多，這些礦藏也可能在一世紀(jì)內(nèi)開采完畢。
水里的磷含量太高會(huì)造成藻華，消耗魚類所需要的氧氣，形成“死區(qū)”。
降低土壤侵蝕，并回收農(nóng)地廢棄物、人類排泄物里的磷，才可使糧食生產(chǎn)永續(xù)發(fā)展，并防止藻華。
生命的化學(xué)也許很復(fù)雜，但是讓植物生長(zhǎng)茂盛的條件卻可以精簡(jiǎn)成三個(gè)數(shù)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(yǎng)份提高了農(nóng)作物的產(chǎn)量，20世紀(jì)的世界人口因此成長(zhǎng)了六倍以上，但它們的來(lái)源是什么？我們可從空氣中得到氮，卻必須從土地開采磷和鉀。全世界的鉀存量足以再使用幾個(gè)世紀(jì)，但磷就完全不同了，全球易于開采的磷礦，在本世紀(jì)結(jié)束前會(huì)慢慢枯竭，屆時(shí)人口數(shù)量可能也將達(dá)到高峰，有些人甚至認(rèn)為，地球根本無(wú)法永續(xù)負(fù)擔(dān)這么多的人口。
況且，問(wèn)題發(fā)生的速度可能更快。正如2008年的油價(jià)波動(dòng)一樣，市場(chǎng)在資源尚未耗盡前就會(huì)吃緊，更令人擔(dān)憂的是，磷礦資源的分布比原油還不平均。美國(guó)是全世界第二大磷礦生產(chǎn)國(guó)(僅次于中國(guó))，約占全球總產(chǎn)量的19%，其中有65%全采自弗羅里達(dá)州坦帕市附近的礦坑，這里的礦藏只夠再開采數(shù)十年。目前，全球的磷礦有將近40%蘊(yùn)藏在摩洛哥，它的地位就像產(chǎn)原油的沙特阿拉伯一樣重要。雖然摩洛哥的政治穩(wěn)定，跟美國(guó)的關(guān)系也很好，但從地緣戰(zhàn)略的角度來(lái)看，礦藏分布不均仍是顆定時(shí)炸彈。
此外，肥料也給環(huán)境帶來(lái)負(fù)擔(dān)�，F(xiàn)代的農(nóng)業(yè)耕作方式讓土壤里的磷元素消耗速度增為自然速率的三倍，過(guò)量的徑流排入水道以后，滋養(yǎng)水中的藻類而造成難以控制的藻華(algae bloom)，水中生態(tài)系因此惡化。磷向來(lái)不像碳、氮等其它元素一樣受到注意，但它確實(shí)是當(dāng)代重要的永續(xù)議題之一。
像一艘宇宙飛船
我在20世紀(jì)90年代中期開始對(duì)磷感到興趣，當(dāng)時(shí)我參與了一項(xiàng)美國(guó)航天總署(NASA)的計(jì)劃，研究如何在太空種植食物。設(shè)計(jì)這種系統(tǒng)時(shí)，必須小心分析農(nóng)作物的各種元素循環(huán)，因?yàn)樵谟钪骘w船的封閉環(huán)境中，所有的元素都必須回收再利用，未來(lái)的火星旅行將長(zhǎng)達(dá)三年，或許用得上這種技術(shù)。
我們的星球也像一艘宇宙飛船，地球上的每一種元素都有固定的含量。在自然循環(huán)中，風(fēng)化作用將巖石里的磷釋放出來(lái)，進(jìn)入土壤，被植物吸收后，再進(jìn)入食物鏈，并在萬(wàn)物之間循環(huán)。這些磷的化學(xué)型態(tài)通常是磷酸根離子(PO43-)，是生命不可或缺的成份。磷是構(gòu)成DNA和細(xì)胞膜的骨干，更是三磷酸腺(ATP)分子的重要組成，ATP是細(xì)胞儲(chǔ)存能量的主要方式。人體平均含有650克以上的磷，大部份都存在骨骼里。
磷在陸地生態(tài)的自然循環(huán)中會(huì)不斷重復(fù)使用，平均可達(dá)46次，之后經(jīng)過(guò)風(fēng)化、徑流作用進(jìn)入海洋，在海洋生物體內(nèi)循環(huán)約800次，再進(jìn)入沉積物，數(shù)千萬(wàn)年之后，地殼抬升，磷又回到陸地上。
我們?cè)谑粘赊r(nóng)作物時(shí)，就是移除了陸地上的磷，打斷磷的自然循環(huán)。農(nóng)業(yè)革命之前，我們使用人類和動(dòng)物的排泄物來(lái)當(dāng)作肥料，因此養(yǎng)份回到土壤里的速度，大約等于被移除的速度；然而，現(xiàn)代社會(huì)的糧食生產(chǎn)和消耗是分開的，養(yǎng)份回到土地里的比率減少了，我們只用它一次就沖入下水道。
農(nóng)業(yè)活動(dòng)也加速土壤侵蝕，因?yàn)槔缣锖驼貢r(shí)會(huì)翻動(dòng)土壤，讓深層土壤暴露在空氣里，使更多的磷被徑流帶走。防洪措施也會(huì)打斷磷的自然循環(huán)，河川通常會(huì)把富含磷的沖積物帶到下游，讓生態(tài)系能夠取用，但防洪措施干擾了這個(gè)過(guò)程，水壩攔住沉積物、堤防把泥沙留在河里，最后磷只能以沖刷的方式直接進(jìn)入海洋。
來(lái)自土壤侵蝕的磷、人類和動(dòng)物排泄物里的磷，流入湖泊和海水之后，會(huì)造成藻類和藍(lán)綠菌(就是俗稱的藍(lán)綠藻)大量繁殖，它們死后沉到水底，分解并消耗氧氣，其它生物能用的氧氣就不夠了，因此形成“死區(qū)”，并讓漁業(yè)耗竭。
目前磷在全球的流通量每年大概有3700萬(wàn)噸，其中2200萬(wàn)噸是從采礦而來(lái)。地球有不少富含磷(具有經(jīng)濟(jì)開采價(jià)值)的礦物，可是大部份不容易取得。1987年，國(guó)際地質(zhì)校正計(jì)劃(IGCP)估算，全球大概有1630億噸的磷礦石，相當(dāng)于可萃取出130億噸的磷，看起來(lái)夠我們用上1000年了。不過(guò)IGCP把碳酸鹽含量很高的礦物也計(jì)算進(jìn)去了，目前并沒(méi)有便宜的技術(shù)可從這種礦物萃取出磷，所以我們沒(méi)辦法利用它。而有些磷礦沉積物是無(wú)法取得的，它們不是位置太深，就是距離陸地太遠(yuǎn)，而且可能位在未開發(fā)地區(qū)、開采時(shí)會(huì)破壞環(huán)境，或是里面有鎘、鉻、砷、鉛、鈾等污染物，不是有毒就是有放射性。
成本合理、能夠開采的磷礦，根據(jù)估計(jì)大概有150億噸的儲(chǔ)藏量，以目前的使用速度來(lái)看，還能用上90年。不過(guò)，各種因素都會(huì)增加磷的消耗量，包括世界人口增加、開發(fā)中國(guó)家的人民想過(guò)更好的生活等，特別是肉品消耗，動(dòng)物吃的食物比它們能生產(chǎn)的食物還多，會(huì)帶給土地更大的壓力。
磷礦的地理分布很集中，美國(guó)、中國(guó)、南非、摩洛哥這四個(gè)國(guó)家，以及西撒哈拉地區(qū)，磷礦總儲(chǔ)藏量占世界的83%，年產(chǎn)量則占2/3。美國(guó)大部份的礦藏都在弗羅里達(dá)州的波恩谷，來(lái)自大西洋1200萬(wàn)年前的化石沉積。根據(jù)美國(guó)地質(zhì)調(diào)查所(USGS)的報(bào)告，全美國(guó)的磷礦儲(chǔ)藏量大約有12億噸，每年的開采量約為3000萬(wàn)噸，假設(shè)開采速度不變的話，大約可以維持40年。
不過(guò)，美國(guó)本土目前開采的磷礦量，已經(jīng)不夠供應(yīng)肥料制造業(yè)的需求了，導(dǎo)致必須進(jìn)口磷礦石，而制成的肥料大部份又輸出到其它國(guó)家。中國(guó)的磷礦質(zhì)量很好，但并不輸出，美國(guó)進(jìn)口的磷礦大部份出產(chǎn)自摩洛哥。就像原油市場(chǎng)一樣，美國(guó)跟全球大部份國(guó)家需要的重要資源，都依賴某一個(gè)國(guó)家的出口。
有些地質(zhì)學(xué)家懷疑磷的危機(jī)究竟存不存在，他們認(rèn)為儲(chǔ)藏量跟開采年限都會(huì)變動(dòng)，因?yàn)楫?dāng)磷的價(jià)格增加，本來(lái)開采成本太高的沉積物，會(huì)重新被當(dāng)作可開采的礦藏。資源短缺或價(jià)格上漲不只能促進(jìn)資源保護(hù)，也可能改進(jìn)開采技術(shù)。
當(dāng)資源只夠使用數(shù)十年時(shí)，采礦公司才有進(jìn)行探勘的誘因，而舊磷礦的耗竭也會(huì)促使更多的探勘行動(dòng)，并拓展已知的儲(chǔ)藏量。例如，地質(zhì)學(xué)家謝爾登(R. P. Sheldon)在20年前說(shuō)，20世紀(jì)發(fā)現(xiàn)新礦藏的速度十分穩(wěn)定，他也指出，我們對(duì)含有深層土壤的熱帶地區(qū)探勘還不夠多，畢竟這些地方占了地球表面積的22%，而已知的磷礦只占2%。
到目前為止，大部份的新磷礦都在摩洛哥(西撒哈拉地區(qū))與美國(guó)的北卡羅來(lái)納州這兩個(gè)地方發(fā)現(xiàn)，但開發(fā)北卡州的礦藏會(huì)破壞環(huán)境，大部份都不能開采�？偠灾�，目前已知的磷礦分布實(shí)在太不平均了，無(wú)法消除我們對(duì)未來(lái)資源供給的疑慮，社會(huì)應(yīng)該面對(duì)即將到來(lái)的磷礦耗竭危機(jī)，并積極采取行動(dòng)來(lái)節(jié)省資源。
