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[TED]解決磷危機的方法

文 / 深澤Y(設計師)

“We are what we eat."

自然界有三位掌管豐饒的女神,分別象徵著葉子、花根、果實。和印象中的神祇不同,她們的名字垂手可得,就登記在你所熟悉(或痛恨的)國中生物課本之中:生長三要素,氮(N)磷(P)鉀(K)

磷是構成細胞膜、DNA(核酸、磷酯質)、ATP、ADP的關鍵元素,能夠幫助植物開花、生根。在自然情況下,沈積岩中的磷酸鹽類是穩定的分子,必須經由長時間的風化溶於水和土壤,才能成為植物的養分,最後被動物食用。

農業革命之前,利用堆肥將養分回收到土壤的速度,大約等於植物吸收的量。現代農業直接開採磷礦、精制出化學肥料,農人施用起來很方便,就不需再做堆肥循環(等於養份只用了一次,就放任它流失)。

沒有替代能源的「磷危機」

但和所有的礦產一樣,磷礦是有限的資源。依目前開採的狀況,將在2030年達到顛峰,並於本世紀末完全耗盡。造成全球恐慌的石油危機,還可開發替代能源;缺磷危機,卻沒有任何元素可以替補上陣。

Mohamed Hijri 進一步說明:植物對磷肥的利用,不如我們想像的有效率。根部只能吸收到周遭一毫米半徑的磷,超過這個範圍,就算周遭的土壤裡還有很多磷份,根部也搜尋不到。

根據研究,100%的磷大約只有15%真正被植物吸收(其他都流失到土壤)。農夫為此必須一再施肥,浪費磷、也浪費肥料錢。雖短暫提高了單位面積產量,卻導致土壤長期酸化。當高濃度的磷份逕流入湖海,引發一連串藍藻暴增、水質優養化的污染問題。

為了解決這問題,有人嘗試回收農業污水,將磷重新提取出來;但自然界其實早有一種更古老的系統,能夠發揮效率-真菌。

因為曾經施肥的土壤,磷份其實還很豐富,只是植物根部的「吸管」太短吸不到而已。Mohamed Hijri舉出「菌根菌」的機制-這種古老的互利共生,宿主植物支付養分,而寄生在植物根部的菌體,則負責伸出綿延的菌絲,在土壤中大範圍搜尋磷份。整個過程可以想像成,植物老闆把搜尋磷的工作,外包給擅長找「磷」的真菌員工。

接種菌根菌,可以增加果實產量,蔬果的甜度也會提昇(台灣的農業改良所也推廣在瓜類作物上)。它們的最大特色的是,土壤中氮磷太多,反而不利菌根菌生長,因此可以減少化學農業的磷肥用量。

我另外查到,有機耕作還會使用一種稱為「溶磷菌」微生物製劑。它們能溶解土壤中那些原本不易吸收的磷酸鹽類,轉化成植物可以使用的磷份,同樣減少化學肥料的施用。

希望這些方法,會讓「磷末日」的那一天永遠不要到來。否則地球人都要餓肚子了!

 

資料參考:

  1. David A. Vaccari,林筱雯譯,磷礦耗竭的危機,科學人,2009年第89期7月號
  2. 磷循環,台灣自然生態網
  3. 黃瑞彰、江汶錦、林經偉、卓家榮,菌根菌的特性及田間應用技術,行政院農委會芒果主題館

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活躍星系核

活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。