Διονύσιος Γασπαράτος
Εργαστήριο Εδαφολογίας, Τμήμα Γεωπονίας, Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης, Θεσσαλονίκη 54124, email: Αυτή η διεύθυνση ηλεκτρονικού ταχυδρομείου προστατεύεται από τους αυτοματισμούς αποστολέων ανεπιθύμητων μηνυμάτων. Χρειάζεται να ενεργοποιήσετε τη JavaScript για να μπορέσετε να τη δείτε.
Εισαγωγή
Η μη αειφόρος χρήση των φυσικών πόρων και η έντονη περιβαλλοντική υποβάθμιση σε συνδυασμό με την συνεχόμενη αύξηση του παγκόσμιου πληθυσμού ο οποίος το 2050 θα αγγίξει τα 9,7 δις, εμφανίζονται ανάμεσα στις κορυφαίες προκλήσεις τις οποίες καλείται να αντιμετωπίσει άμεσα η ανθρωπότητα. Η παραγωγή τροφίμων θα πρέπει να αυξηθεί ταχύτερα από τον παγκόσμιο πληθυσμό, λόγω των σημαντικών αλλαγών στη διατροφή του ανθρώπου (αύξηση της κατά κεφαλήν κατανάλωσης κρέατος) και την παραγωγή βιοκαυσίμων. Αυτή η πρόκληση μπορεί να αντιμετωπιστεί μέσω σημαντικών βελτιώσεων στην παραγωγικότητα της γεωργίας και στην αποτελεσματικότητα της χρήσης των φωσφορικών λιπασμάτων (Sattari et al., 2012). Ο φώσφορος, συστατικό στοιχείο της ζωής αποτελεί το δεύτερο στοιχείο μετά το άζωτο, ως προς την συμβολή του στην παραγωγικότητα και την υγιή λειτουργία των εδαφικών και των υδάτινων οικοσυστημάτων.
Το πρόβλημα του φωσφόρου στη γονιμότητα του εδάφους
Η διαχείριση του φωσφόρου, ως θρεπτικού στοιχείου στο έδαφος, έχει τόσο αγρονομικό όσο και περιβαλλοντικό ενδιαφέρον. Είναι γνωστό ότι σε αντίθεση με τον άνθρακα και το άζωτο, όπου υπάρχουν σημαντικές εισροές από την ατμόσφαιρα, το ποσό του φωσφόρου που εισέρχεται στο έδαφος από την ατμόσφαιρα είναι πολύ μικρό και στα γεωργικά εδάφη σπάνια μπορεί να εξισορροπήσει το ποσό των απωλειών. Έτσι η μοναδική πηγή φωσφόρου στα φυσικά οικοσυστήματα είναι η αποσάθρωση των πρωτογενών ορυκτών του φωσφόρου (απατίτες) που απαντώνται στα μητρικά υλικά. Ο φώσφορος που απελευθερώνεται είτε προσλαμβάνεται από τα φυτά και τους μικροοργανισμούς είτε απομακρύνεται από το έδαφος μέσω της διάβρωσης και της επιφανειακής απορροής είτε τέλος προσροφάται από τα εδαφικά συστατικά (οξείδια Fe και Al, CaCO3, οργανική ουσία).
Το πρόβλημα του φωσφόρου στη γονιμότητα του εδάφους έχει τρεις διαφορετικές παραμέτρους (Brady and Weil, 2008). Πρώτον, η ολική περιεκτικότητα των εδαφών είναι σχετικά χαμηλή, κυμαινόμενη από 20 έως 200 κιλά Ρ/στρέμμα, στα ανώτερα 15 cm του εδάφους. Δεύτερον, οι διάφορες φωσφορικές ενώσεις που συνήθως βρίσκονται στα εδάφη, είναι κατά κύριο λόγο μη διαθέσιμες για τα φυτά, με αποτέλεσμα ο φώσφορος στο εδαφικό διάλυμα να μην ξεπερνά το 0,01% του ολικού φωσφόρου στο έδαφος. Τρίτον, όταν πηγές διαλυτού φωσφόρου, όπως αυτές των λιπασμάτων και της κοπριάς, προστίθενται στα εδάφη, δεσμεύονται (μετατρεπόμενες σε μη διαθέσιμες μορφές) και με την πάροδο του χρόνου σχηματίζουν ιδιαίτερα δυσδιάλυτες ενώσεις. Σε αντίθεση με το άζωτο, ο φώσφορος δύσκολα απομακρύνεται από το εδαφικό σύστημα με αποτέλεσμα οι συνεχείς λιπάνσεις να αυξάνουν τη συγκέντρωσή του .
Στην Εικόνα 1 συνοψίζονται οι δύο μεγάλες δεξαμενές του φωσφόρου στο έδαφος. Ο ο δύσκολα αποδομήσιμος φώσφορος, (δυσδιάλυτος φώσφορος) ο οποίος αποτελεί συστατικό των πρωτογενών ορυκτών και απελευθερώνεται πολύ αργά μέσω της αποσάθρωσης και ο υπολειμματικός φώσφορος ο οποίος συσσωρεύεται στο έδαφος ως αποτέλεσμα των προηγούμενων λιπάνσεων και εφαρμογών κοπριάς και είναι πιο διαθέσιμος για την ανάπτυξη των φυτών. Ο διαθέσιμος φώσφορος όπως προσδιορίζεται από αποδεκτές μεθόδους (π.χ κατά Olsen) αποτελεί ένα μικρό ποσοστό περίπου < 15% του υπολειμματικού.
Εικόνα 1: Οι δεξαμενές φωσφόρου στο έδαφος (Withers et al., 2014)
Αποθέματα φωσφόρου
Πολλές μελέτες έχουν εγείρει σημαντικές ανησυχίες για την ταχεία εξάντληση των παγκόσμιων αποθεμάτων P. Πρόσφατα, διατυπώθηκε η άποψη ότι η παγκόσμια παραγωγή P θα κορυφωθεί μέχρι το 2033 και από κει και πέρα θα αρχίσει να ελαττώνεται (Cordell et al., 2009). Άλλες μελέτες καταλήγουν στο συμπέρασμα ότι σχεδόν το μισό των τωρινών διαθέσιμων πόρων P θα εξαντληθούν μέχρι το 2100, ή ότι τα αποθέματα των φωσφορικών πετρωμάτων θα είναι διαθέσιμα για τα επόμενα 300 έως 400 χρόνια (Withers et al., 2015). Όλη αυτή η συζήτηση έγειρε ένα σημαντικό θέμα για την ασφάλεια εφοδιασμού της γεωργικής παραγωγής με φώσφορο και κατά επέκταση την επισιτιστική ασφάλεια.
Η πραγματικότητα είναι ότι:
- Τα παγκόσμια αποθέματα φωσφορικών αποθεμάτων είναι συγκεντρωμένα σε μικρό αριθμό χωρών και συγκεκριμένα στην Κίνα, τις ΗΠΑ και το Μαρόκο/Δυτική Σαχάρα (Εικόνα 2).
Εικόνα 2: Η κατανομή των παγκόσμιων αποθεμάτων φωσφόρου
- Εντός της Ευρωπαϊκής Ένωσης υπάρχουν ελάχιστα αποθέματα φωσφορικών πετρωμάτων κυρίως στη Φιλανδία, ενώ το 2011, το ποσοστό των εισαγωγών άγγιξε το 92%.
- Οι προβλέψεις του FAO αναφέρουν αύξηση της ζήτησης φωσφορικών λιπασμάτων, η οποία θα αγγίξει τους 52,9 εκατ. τόνους το 2030.
- Το φθινόπωρο του 2008 η τιμή των φωσφορικών πετρωμάτων αυξήθηκε από περίπου 50 δολάρια τον τόνο (2007) στα 400 δολάρια τον τόνο παρουσιάζοντας μια αύξηση πάνω από 700% σε μια περίοδο 14 μηνών. Οι αυξήσεις των τιμών των φωσφορικών πετρωμάτων είναι κυρίως συνάρτηση της προσφοράς και της ζήτησης, με την αυξανόμενη ζήτηση που οφείλεται στην ανάγκη για αύξηση της παραγωγής τροφίμων και βιοκαυσίμων να αποτελεί έναν κρίσιμο παράγοντα.
- Μολονότι αναπτύσσονται νέες τεχνολογίες εξόρυξης και αναζητούνται νέα αποθέματα φωσφορικών πετρωμάτων (κυρίως στο θαλάσσιο βυθό) δυνητική πηγή ανησυχίας αποτελεί η καθαρότητα των αποθεμάτων και η περιεκτικότητά τους σε βαρέα μέταλλα και κυρίως κάδμιο. Τα φωσφορικά πετρώματα τα οποία εξορύσσονται στη Φιλανδία, τη Ρωσία και τη Νότια Αφρική είναι πυριγενούς προέλευσης και έχουν μικρή περιεκτικότητα σε κάδμιο (< 10 mg Cd/kg P2O5). Αντιθέτως, αυτά που απαντώνται στη Βόρεια και Δυτική Αφρική, όπως και στη Μέση Ανατολή είναι ιζηματογενούς προέλευσης και έχουν πολύ υψηλότερη περιεκτικότητα σε κάδμιο (> 60 mg Cd/kg P2O5). Έτσι αν εξαντληθούν τα καθαρότερα αποθέματα φωσφορικών πετρωμάτων, το κόστος παραγωγής των φωσφορικών λιπασμάτων θα αυξηθεί εξαιτίας του υψηλού κόστους των τεχνολογιών αποκαδμίωσης των υποβαθμισμένων φωσφορικών αποθεμάτων.
Ανεξάρτητα από το πότε τα αποθέματα των φωσφορικών πετρωμάτων θα αρχίσουν να εξαντλούνται γίνεται κατανοητό ότι αποτελούν έναν μη ανανεώσιμο φυσικό πόρο (για το σχηματισμό του οποίου απαιτούνται εκατομμύρια χρόνια) και η ορθολογική τους διαχείριση είναι κρίσιμης σημασίας για τη διατήρηση της ζωής στον πλανήτη. Το 90% της ζήτησης των αποθεμάτων των φωσφορικών πετρωμάτων αφορά στην παραγωγή τροφίμων – το 82% στα φωσφορικά λιπάσματα, 7% στα πρόσθετα ζωοτροφών, 1-2% στα συμπληρώματα διατροφής.
Ιστορικά, τα πρώτα φωσφορικά λιπάσματα προέρχονταν από βιολογικές πηγές — κυρίως κοπριά, μέσω μεικτών συστημάτων γεωργικής παραγωγής, και στη συνέχεια από το οστεάλευρο και το γκουανό, τα πρώτα λιπάσματα που αποτέλεσαν σημαντικό εμπορεύσιμο προϊόν. Στη συνέχεια αναπτύχθηκαν αποδοτικές τεχνικές εξόρυξης και βιομηχανικής παραγωγής λιπασμάτων από φωσφορικά πετρώματα, η οποία ήταν μία από τις συνθήκες που κατέστησαν δυνατή την «πράσινη επανάσταση» στην παραγωγικότητα της γεωργίας από τη δεκαετία του 1940 και κατόπιν (Εικόνα 3).
Εικόνα 3: Μεταβολή των παγκόσμιων πηγών φωσφορικών λιπασμάτων κατά το χρονικό διάστημα 1800 - 2000
Τάσεις κατανάλωσης φωσφορικών λιπασμάτων μέχρι το 2050
Οι αναπτυσσόμενες χώρες συνεχίζουν να αυξάνουν ταχέως τη χρήση των φωσφορικών λιπασμάτων, όσο αυξάνουν την παραγωγή αγροτικών προϊόντων, σε εδάφη με αρχικά χαμηλό επίπεδο διαθεσίμου φωσφόρου. Μπορεί να αναμένεται ότι η χρήση τους σε μερικές χώρες της Ασίας σύντομα θα μειωθεί, όσο τα εδάφη τους αρχίζουν να συσσωρεύουν φώσφορο. Ωστόσο, η ανάγκη για περισσότερα φωσφορικά λιπάσματα στις χώρες της υπο-Σαχάριας Αφρικής, είναι πιθανό να παραμείνει μεγάλη στις επόμενες δεκαετίες (Εικόνα 4). Η χρήση του φωσφόρου στις ανεπτυγμένες χώρες αυξήθηκε ακόμα πιο γρήγορα στη διάρκεια της περιόδου 1960-1980. Στη διάρκεια της δεκαετίας του 1980, η χρήση μειώθηκε, κυρίως γιατί μετά τις δεκαετίες της «συσσώρευσης» φωσφόρου, τα εδάφη αυτών των χωρών δεν παρουσίασαν σημαντική ανταπόκριση στην προσθήκη φωσφορικών λιπασμάτων (Εικόνα 5). Η απότομη μείωση της χρήσης των φωσφορικών λιπασμάτων στις ανεπτυγμένες χώρες μετά το 1990 (Δυτική Ευρώπη), αντανακλά κυρίως τις ανησυχίες περί κινδύνου υπερβολικής συγκέντρωσης φωσφόρου στα υδατικά οικοσυστήματα, αλλά έχει επίσης επηρεασθεί από τη μειωμένη χρήση στην πρώην Σοβιετική Ένωση, που ξεκίνησε από τα μέσα της δεκαετίας του 1980, για οικονομικούς λόγους (Brady and Weil, 2008).
[Με βάση δεδομένα του FAO (2006), Sattari et al. (2012), Schoumans et al. (2015)].
Εικόνα 4: Παγκόσμιες τάσεις κατανάλωσης φωσφορικών λιπασμάτων μέχρι το 2050
(Sattari et al., 2012)
Εικόνα 5: Τάσεις κατανάλωσης φωσφορικών λιπασμάτων στην Ευρώπη
(Schoumans et al., 2015)
Πρακτικές διαχείρισης του φωσφόρου σ΄ έναν κόσμο που αλλάζει
Η στρατηγική της ορθολογικής διαχείρισης των φωσφορικών λιπασμάτων έχει διττό στόχο: την βελτίωση της έλλειψης του στοιχείου στο έδαφος και την αποφυγή των απωλειών του προς τους υδάτινους πόρους . Συνολικά τα μέτρα τα οποία θα πρέπει να λαμβάνονται συνοψίζονται στα εξής:
1) Έλεγχο της ικανότητας του εδάφους να δεσμεύει το φώσφορο και αποφυγή υπερβολικής συσσώρευσης
2) Αύξηση της αποδοτικότητας των φωσφορικών λιπάνσεων με τη χρήση λιπασμάτων νέας τεχνολογίας και την εντοπισμένη τοποθέτησής τους
3) Ρύθμιση του εδαφικού pH
4) Αξιοποίηση της μυκορριζικής συμβίωσης
5) Επιλογή κατάλληλων φυτικών ειδών
6)Ελαχιστοποίηση των απωλειών φωσφόρου μέσω της διάβρωσης και της επιφανειακής απορροής
Η διαχείριση του φωσφόρου αποτελεί μια πρόκληση με πολλαπλές όψεις από την επισιτιστική ασφάλεια και την αειφόρο χρήση των φυσικών πόρων μέχρι την παραγωγικότητα των οικοσυστημάτων και την περιβαλλοντική υποβάθμιση. Η αειφόρος χρήση των φωσφορικών αποθεμάτων μέσω της ορθολογικής διαχείρισης των φωσφορικών αποτελεσμάτων αποτελεί το πρώτο βήμα της διασφάλισης του σημαντικού αυτού μη ανανεώσιμου φυσικού πόρου για τις επόμενες γενεές καθώς και την πιο ομοιογενή κατανομή του φωσφόρου τόσο σε περιφερειακό όσο και σε παγκόσμιο επίπεδο.
Βιβλιογραφία
Brady, N.C. and Weil, R.R., 2008. The Nature and Properties of Soils. 14th ed. Pearson: Prentice Hall, New Jersey, p. 911.
Cordell, D., Drangert, J., White, S., 2009. The story of phosphorus: Global food security and food for thought. Glob Environ Change 19, 292–305.
FAO. 2006. FAOSTAT. Food and Agriculture Organization of the United Nations. http:// faostat.fao.org/ (verified 20 August 2006).
Sattari, S.Z., Bouwman, A.F., Giller, K.E., van Ittersum, M.K., 2012. Residual soil phosphorus as the missing piece in the global phosphorus crisis puzzle. Proc Natl Acad Sci USA 109(16), 6348–53.
Schoumans, O.F., Bouraoui, F., Kabbe, C., Oenema, O., van Dijk, K.C., 2015. Phosphorus management in Europe in a changing world. Ambio 44, 180–192.
Withers, P.J.A., Sylvester-Bradley, R., Jones, D.L., Healey, J.R., Talboys, P.J., 2014. Feed the crop not the soil: Rethinking phosphorus management in the food chain. Environ. Sci. Technol. 48, 6523–6530.
Withers, P.J.A., Elser, J.J., Hilton, J., Ohtake, H., Schipper, W.J., van Dijkf, K.C., 2015. Greening the global phosphorus cycle: how green chemistry can help achieve planetary P sustainability. Green Chem. 17, 2087–2099