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我院袁增伟教授课题组在磷循环及其环境效应评估方面取得重要进展

        磷既是地球生命系统所必需的重要营养元素,也是造成水体富营养化的主要因子。随着人口增长和食物结构的改变,人类对磷矿石资源的开发利用强度不断加大,进而加剧了磷资源短缺和水体富营养化形势。研究磷资源开发利用生命周期过程的流动路径,是探寻磷资源可持续利用和解决水体富营养化的重要命题。南京大学环境学院袁增伟教授课题组致力于多尺度磷循环及其资源环境效应评估研究,最近在中国磷循环格局演变过程重建及其富营养化潜势评估方面取得了重要新进展,该工作于2016年2月22日发表在PNAS上(www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1519554113
 
        基于磷流生命周期各过程质量守恒原理,袁增伟教授课题组构建了中国磷循环分析框架与核算模型,重建了中国1600-2012年的磷循环格局演变过程,并在此基础上绘制2012年中国人类活动磷排放的富营养化潜势图谱。结果表明,与1900年之前以自然为主导的磷循环相比,近百年尤其是最近半个世纪以来,中国磷循环受到人类活动的干预越来越强烈(见图1, A, B)。2012年,中国磷矿石开采量达到12.5 Tg P yr-1,占全球磷矿产量的40%以上,其中70%用于生产含磷化肥。含磷化肥的大量使用有力地促进了农业生产,使种植系统的磷输出增加到3.3 Tg P yr-1,是1900年的4倍;而养殖系统的磷输出则增加到918 Gg P·yr-1,是1900年的69倍。然而,磷的过量使用也造成了农业生产过程中的资源浪费问题,2012年,全国单位面积农田的磷输入量达到80 kg P ha-1,是植物可利用量的2倍多,远高于发达国家平均水平。从生命周期过程视角来看,只有约4%的磷资源最终转移至食品中,进而被居民消费,其中动物产品占比逐渐增大(见图1, C)。2003年起,中国由磷净进口国转变为净出口国,主要出口磷肥、农药等磷化工产品,进口的则多是来自巴西、美国等国的转基因大豆等农产品(见图1, D)。土壤和地表水体中的磷累积量随之快速增加(见图1, E, F)。
图 1. (A), 中国主要磷流变化;(B), 磷矿石生产与消费结构变化;(C), 主要食物磷需求变化;(D), 磷矿石及主要含磷产品进出口变化;(E), 土壤磷库存变化;(F), 地表水体磷输入变化
 
        对2012年中国地表水体磷排放的空间分析表明,东部沿海经济发达、人口密集省份单位面积的平均磷排放量达495 kg km2 yr-1,约为西部区域的9倍。相比之,中国富营养化潜势图谱存在更加明显的空间异质性,高富营养化潜势主要集中在经济发达和人口密集的沿海地区,长江中下游流域尤其显著(图2)。
图 2中国2012年磷排放富营养化潜势
 
        课题组目前包括5名工作人员:袁增伟教授、华新博士、庞爱萍博士、盛虎博士、陈清清博士;4名博士生:刘欣、蒋松演、张优、刘雪薇;6名硕士生张欣、高晶蕾、花慧、王婷、潘笑、王蕾。课题组网站为:http://hjxy.nju.edu.cn/yuanzw/
课题组全家福

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