Improving the Imbalanced Global Supply Chain of Phosphorus Fertilizers

Abstract

The unbalanced use of phosphorus fertilizers at the global scale has resulted in phosphorus fertilizer scarcity in less developed areas as well as eutrophication problems in developed and large emerging countries. Historically, the uneven distribution of phosphate rock has been regarded as the major reason for this unbalanced use. However, the international trade of commodities may also play an important role in the unbalanced use of phosphorus fertilizers. By tracing the trade flows of commodities, we found that nearly 5.2 Tg of phosphorus fertilizer was embodied in traded commodities, which were mainly exported from large emerging countries (with low phosphorus use efficiencies) to developed countries (e.g., the US, Western Europe and Japan, commonly with high phosphorus use efficiencies). Furthermore, among the 5.2 Tg of phosphorus fertilizer embodied in traded commodities, 2.5 Tg was embodied in the trade of commodities from industry, construction, and services. Our results indicate that this trade pattern could create substantial mutual benefits if improvements are made to the phosphorus supply chain. With technology transfer and financial support from developed countries, large emerging countries could use phosphorus fertilizers more efficiently, thereby reducing the risk of eutrophication and lowering the cost of agricultural production. The phosphorus fertilizers saved by large emerging countries could be partially used to enhance food production in Sub‐Saharan African countries. This optimized supply chain could reduce eutrophication, conserve phosphate rock resources, and enhance global agricultural production.

Evolution of global phosphorus products trade pattern and China’s phosphorus import and export security

“…磷是所有动植物脱氧核糖核酸(DNA)和核糖 核酸 (RNA) 的重要组成部分， 是细胞运作和能量转 移的基础， 是农业生产所必需的重要营养元素之 一。相比其他重要营养元素如氮和钾， 磷是不可再 生资源 [1] ， 无法从空气或海洋中获取， 只能通过磷矿 开采获得。磷矿储量是已查明磷资源中能够在当 前技术水平下开采和加工成磷矿石的资源。目前 全球已发现的磷矿储量为 720 亿 t [2] ， 开采量将在 2080 年左右间达到峰值 [3] 。全球已有磷矿储量的 70%以上分布在摩洛哥和西属撒哈拉 [2] 。磷矿储量 在经过开采和选矿之后， 成为可交易的磷矿石， 进 一步用于生产磷肥 (如磷酸一铵、 磷酸二铵等) ， 或 生产化工产品 (如用作添加剂、 洗涤剂和阻燃剂的 磷酸或磷酸盐) 。本文将磷肥和化工产品统称为磷 矿加工产品。贸易在磷资源跨国流动中扮演着非 常重要的角色， 从 20 世纪 60 年代到 2010 年， 通过全 球贸易运输的磷资源增加了近 8 倍 [4] 。2010 年以 来， 全球磷矿石和磷肥总产量的 15% [5] 和 40% [6] 用于 国际贸易， 而农产品贸易中内涵的磷资源占收获作 物中所包含所有磷资源的 16% [7] 。贸易全球化提高 了各国磷资源开发和利用的关联程度， 也会加剧贸 易相关的风险。因此一些国家的出口关税和政策、 消费变化冲击可能沿着供应链向世界其他地区传 播 [8,9] 食价格， 为全球许多国家的粮食安全带来了风险 [10] 。 减少磷资源供应风险， 提升有限磷矿储量的使 用效率， 合理控制磷资源进口依存度， 是国家农业 可持续生产和粮食安全的重要保障。中国仅拥有 全球 4.5%的磷矿储量， 其中 70%是低品位磷矿 [11] 。 然而， 2005 年以来中国磷矿石产量占全球总产量的 20%以上， 且这一比例仍在不断增加 [2] 。2010-2020 年， 中国和摩洛哥的磷矿出口量占全球总出口的一 半 [12] 。与摩洛哥相比， 中国的磷矿储量少、 品味低 [13] ， 以当前的生产和需求水平， 中国磷矿储备将于 2045 年耗尽 [14] 。另一方面， 磷肥的过量施用导致了水体 富营养化等环境问题， 中国政府启动了 "测土配方 施肥计划" [15] 与 "化肥使用零增长行动计划" [16] ， 旨在 提高磷资源利用率并减少环境影响。随着中国农 业磷肥的下降， 磷化工产业的过剩产能转向出口， 出口占磷肥总产量的比重从 2010 年的 18.5%增加 至 2020 年的 33.0% [6] 。因此， 探究中国在全球磷产 品贸易中的角色地位及其对中国磷安全的影响， 有 利于明确磷化工产业结构调整方向、 识别提升磷安 全的战略方向。 一些研究采用系统动力学模型 [17] 或计量模型 [14] 预测了未来的磷资源供应， 发现全球将于 2040-2050 年面临磷资源供应不足问题。已有大量研究 采用物质流分析、 磷足迹分析和投入产出分析国 家、 区域或全球层面的磷资源流动， 以计算磷资源 的利用效率 [16,[18][19][20] ， 识别减少磷资源损失的关键环 节 [21,22] ， 一些研究分析了磷产品贸易对提升磷利用 效率和减少磷损失的重要性。如 Wang 等 [23] 发现国 际贸易有利于节约磷资源的使用； Nesme 等 [4] 识别 了农产品国际贸易中内涵磷资源的不平衡分布格 局； Yang 等 [23] 发现全球贸易导致磷资源从新兴发展 中国家流向发达国家， 供应链的改善将缓解磷资源 使用的不平衡。一些研究基于复杂网络方法研究 如何改善供应链和贸易系统结构， 讨论贸易连接相 关的磷资源供应风险， 识别影响系统脆弱性的重要 进出口国。Chen 等 [12] 发现贸易伙伴多样化能够稳 定 进 出 口 来 源 ， Li 等 [24] 基 于 赫 芬 达 尔 -赫 希 曼 0%的磷矿石用于生产磷肥 [29,30]…”

Use of Trichoderma in the Production of Forest Seedlings

“…Despite the relevance of the forestry sector, in Brazil, there is still a great dependence on the import of inputs, with emphasis on synthetic fertilizers, which requires measures correlated with the reduction in the use of fertilizers and adequate practices to obtain success in the production of seedlings [ 3 ]. The production of woody plants promotes environmental and economic benefits by reducing the use of chemicals, including having less soil and water contamination, having sustainable production, spending less time on the formation of seedlings, and having higher-quality parameters [ 4 ].…”

Characteristic of phosphorus rich compounds in the incinerated sewage sludge ashes: a case for sustainable waste management

“…At the same time due to low efficiency of phosphorus cycles causes significant losses (e.g., by improper fertilizer production and usage, inefficient mining and processing) and unwanted excesses in nature (often resulting in eutrophication) 9 . The issue of phosphorus sourcing and usage is therefore critical for the development, food supply resilience and pollution perspectives 10 .…”