【于思專欄】磷，昔日珍寶今成惡棍

磷，曾經被人類視為珍寶的元素，曾幾何時，卻變成威脅人類生存的惡棍。伊麗莎白科爾伯特(Elizabeth Kolbert)在《科學》期刊上發表的<磷拯救了我們的生活方式——現在卻威脅要終結它>(Phosphorus Saved Our Way of Life—and Now Threatens to End It) 指出「充滿營養的肥料提高了我們養活地球的能力。今天，它們正在我們的湖泊和海洋中製造廣闊且不斷擴大的死區。」(Fertilizers filled with the nutrient boosted our ability to feed the planet. Today, they’re creating vast and growing dead zones in our lakes and seas.)

文 / 于思 綜合報導

1802 年秋天，德國博物學家亞歷山大·馮·洪堡抵達位於利馬以西的秘魯主要港口卡亞俄。洪堡將他的訪問時間安排在水星凌日的同時，他計劃通過三英尺的望遠鏡對其進行觀察，以確定利馬的經度。他在海濱的一座堡壘頂上架起了儀器，然後在活動開始前的幾天時間裡，在碼頭上閒逛。滿載淡黃色粘土的船隻散發出強烈的惡臭，這激起了他的好奇心。洪堡從當地人那裡了解到，這種材料是來自附近欽查群島的鳥糞，當地農民非常珍視這種鳥糞。他決定帶一些回家。

鳥糞為古老的土壤枯竭問題提供了答案

大約一萬年前，當人類發明農業時，他們幾乎立即面臨一個難題。農作物需要養分才能生長，但收割它們會帶走養分，使土壤不適合未來的收成。早期的農民通過讓一些田地休耕來擺脫這種束縛。在土地上散佈動物糞便，包括它們自己的糞便；和種植具有恢復特性的豆類。但他們並不清楚這些做法為何奏效。到洪堡時代，巴黎和倫敦的學者們開始弄清楚作物究竟需要什麼。一位普魯士化學家分析了洪堡帶回家的一些粘土，發現其中含有高濃度的兩種必需營養素：氮和磷。鳥糞為古老的土壤枯竭問題提供了答案。

幾個世紀以來各國都忙著收集鳥糞

幾個世紀以來，秘魯的土著人民一直在從欽查群島收集鳥糞。（「guano」一詞來自 Quechua wanu。）但是一旦歐洲人決定開發這些島嶼——他們被拿破崙戰爭和西蒙·玻利瓦爾的戰役推遲了幾十年——秘魯政府熱情地取消了所有土著人的要求。1840 年，它與一些歐洲商人達成壟斷協議，在接下來的 15 年裡，超過 100 萬噸的鳥糞從秘魯運往英國。收割這些東西的苦差事主要由中國勞工在近乎奴役的條件下完成。

到 18 世紀 40 年代中期，美國農民也開始熱衷於購買鳥糞，他們對美國未能確保穩定的供應感到憤怒。1850 年，米勒德·菲爾莫爾總統著手糾正這種情況，宣布鳥糞「已成為一種令人嚮往的物品」，華盛頓有責任使用「其權力範圍內的一切適當手段」來獲得它。1856 年春天，時任紐約州參議員的威廉·亨利·蘇厄德提出了後來廣為人知的《鳥糞群島法》。該法案於當年晚些時候成為法律，它授權美國公民為他們的國家索取任何被糞便覆蓋的「不在任何其他政府合法管轄範圍內的島嶼、岩石或礁石」。

化學家發現了其他氮和磷的沉積物取代了鳥糞

隨後，人們湧向世界上一些最偏遠的大陸。三年之內，美國宣布對北太平洋近 50 個島嶼擁有主權，其中包括中途島的島嶼。巴爾的摩美國和商業廣告商將這些島嶼描述為相當於「新的黃金國」，並宣稱雖然它們沒有真正的黃金，但它們將用金色的穀物覆蓋這個國家的「荒地」。（蘇厄德後來策劃了對阿拉斯加的收購，批評者將其稱為蘇厄德的冰箱；通過類比，一位歷史學家認為美國的鳥糞群島可能被認為是蘇厄德的外屋。）

秘魯的鳥糞出口在 1870 年達到頂峰。然後急劇下降。出口到歐洲農場的糞便代表了數以百萬計的鳥類在數百代的累積產出。一旦它被運走，留下來的鳥兒——許多人看到它們的築巢地被毀——無法以足夠快的速度排便以滿足需求。美國對其去鳥糞的島嶼失去了興趣。大多數最終被割讓給其他國家；只有極少數，如中途島，仍然是美國的財產。

但繁榮的結束被證明是更大的事情的開始。化學家發現了其他氮和磷的沉積物，它們取代了鳥糞。當這些資源依次耗盡時，就會發現其他資源，或者在氮的情況下發明其他資源。農民現在可以像購買種子或犁一樣輕鬆地購買肥力。結果是一個充滿營養的世界。這就產生了一個新的難題：我們如何在不毒害地球的情況下養活地球？

摩洛哥擁有地球上已知磷儲量的大約 70%

地球上最長的傳送帶始於 Bou Craa 鎮，全長 60 英里，橫跨西撒哈拉，到達港口城市 El Marsa。該地區是如此平坦和荒涼，以至於傳送帶即使從太空中也很顯眼。根據nasa 的說法，這條腰帶「在這片幾乎毫無特色的景觀中經常引起宇航員的注意。」

傳送帶運送富含磷的岩石，這些岩石是在 Bou Craa 開採的，然後從沿海運到印度和新西蘭等地加工成肥料。該礦，實際上是西撒哈拉其他地區的絕大多數，都被摩洛哥控制著——大多數人認為是非法的——摩洛哥擁有地球上已知磷儲量的大約 70%。

西撒哈拉的現狀是丹·伊根在他令人擔憂的新書《魔鬼的元素：磷和失衡的世界》（諾頓）中提出的擔憂之一。伊根 (Egan) 是一名記者，多年來為密爾沃基哨兵報 (Milwaukee Journal Sentinel ) 報導五大湖；正是伊利湖的情況，在一個環形交叉路口，現代世界中的一切都是最終聯繫在一起的，這似乎讓他了解了 Bou Craa。Egan 引用英國投資者 Jeremy Grantham 的話說，摩洛哥對地球磷的控制「使歐佩克沙特阿拉伯看起來絕對是派克派。」 他還引用艾薩克·阿西莫夫 (Isaac Asimov) 的話，他曾寫道：「生命可以繁衍，直到所有的磷都消失，然後就會不可避免地停止，沒有什麼可以阻止。」

磷的特性在它的相對稀缺性

正如 Egan 指出的那樣，磷不僅對作物產量至關重要，而且對基礎生物學也至關重要。DNA 由通常稱為「磷酸鹽骨架」的東西結合在一起；沒有這個骨幹，雙螺旋將是一個散列。複合 ATP 為細胞提供從離子傳輸到蛋白質合成的一切能量；縮寫中的「P」代表「磷酸鹽」。在脊椎動物中，骨骼主要由磷酸鈣組成，牙釉質也是如此。

磷與生命所必需的其他元素（比如碳或氮）的區別在於它的相對稀缺性。（阿西莫夫將磷描述為「生命的瓶頸」。）大氣中幾乎不含磷。與此同時，富含磷酸鹽的岩石數量有限，存在於某些地質構造中。中國擁有世界第二大儲量——不到摩洛哥的十分之一——阿爾及利亞位居第三。

綠色革命開始以來，全球磷肥消費量翻了兩番多

自 19 世紀 60 年代初和綠色革命開始以來，全球磷肥消費量翻了兩番多。鑑於這種趨勢，世界儲備將持續多久是一個有爭議的問題。隨著地球人口持續攀升——最近達到 80 億，預計 15 年內將達到 90 億——需要養活的人將越來越多。與此同時，隨著最好品位的礦石被開采出來，為了保持肥料生產穩定，可能需要加工越來越多的岩石。一些研究人員表示，「磷峰值」，即從地下開采的磷量開始下降的點，可能會在未來十年內達到。其他人則認為時間框架更像是幾個世紀。

Egan 認為世界不會很快耗盡磷，但他確實認為美國「特別脆弱」。美國正在迅速消耗其國內儲備，而這些儲備一開始並沒有那麼大。（該國的大部分磷都在佛羅里達州中部發現，該地區的採礦業必須與公寓開發競爭。）當這些儲量消失時，可能在未來三十年內，美國將變得依賴其他國家——尤其是摩洛哥——養活自己。

這似乎很適合摩洛哥。在統治該地區近一個世紀的西班牙放棄控制後，該國於 1975 年佔領了西撒哈拉的大片地區。伊根寫道，這次入侵主要是「一項商業舉措」。摩洛哥擁有自己龐大的磷業務，它不希望 Bou Craa 礦與他們競爭。該地區數以萬計的居民逃離；他們中的大多數人定居在阿爾及利亞，他們的孩子和孩子的孩子仍然住在難民營裡。2020 年 11 月，為西撒哈拉獨立而戰的波利薩川普在他擔任總統的最後行動之一中宣布，美國將承認摩洛哥對該地區的主權。這一決定被批評為違反國際法，許多美國官員敦促喬·拜登扭轉這一決定。不過，到目前為止，他還沒有。

磷的問題有兩個方面——一個短缺，另一個過量

2018 年 9 月 1 日，一位名叫亞伯拉罕杜阿爾特的年輕人在佛羅里達州西南部的珊瑚角市因超速被攔下。他跳下車，走了。在他面前矗立著一些面向運河的公寓樓。杜阿爾特在建築物周圍跑來跑去，然後跳入水中。當警察追上他時，他游泳有困難。「我需要幫助！」 他哭了。「我就要死了！」

其中一名警察聽起來很同情。「你需要擺脫那些東西，」他建議道。「說真的，伙計，那會要了你的命。」 杜阿爾特掙扎著回到岸邊，穿過一片濃稠的綠色粘液，使水看起來很堅硬。他開始乾嘔。警察把他撈了出來，銬上了手銬。

在他的許多考慮不周的舉動中，杜阿爾特讓自己陷入了有毒的藻類繁殖。開普科勒爾警察局發布的這一事件的隨身攝像頭錄像在網上瘋傳。新聞播音員對打擊犯罪的粘液咯咯地笑了起來。但伊根在《魔鬼的元素》中詳細講述的這個故事，他認為，「不僅僅是一個模因。這是一個預兆。」

在農場，施磷後作物產量會增加。進入湖泊、溪流和運河的磷也能促進植物生長。不幸的是，往往做得最好的水生生物是那種沒人願意看到的水生生物。因此磷的問題有兩個方面——一個短缺，另一個過量。

奧基喬比湖每年吸收多達 200 萬磅的磷

在有毒的藻類大量繁殖中，微小的光合生物會爆炸性地繁殖，然後釋放出除了噁心之外還會導致大腦和肝臟損傷的化學物質。而且，當藻類大量死亡時，一個新的地獄隨之而來。它們的分解會從水中吸走氧氣，形成幾乎沒有任何生物可以生存的水生死區。

奧基喬比湖位於佛羅里達州磷過量問題的亮綠色中心。該湖每年吸收多達 200 萬磅的磷——大約是生物學家認為它可以安全吸收的十倍——其中大部分來自農業徑流。2018 年夏天，也就是杜阿爾特下潛前後，奧基喬比 90% 的表面都覆蓋著有毒的粘液。湖水通過卡盧薩哈奇河 (Caloosahatchee) 和聖露西河 (St. Lucie Rivers) 釋放出來，導致許多人生病，以至於佛羅里達州州長里克·斯科特 (Rick Scott) 宣布進入緊急狀態。那年夏天，伊根來了，希望乘船沿著卡盧薩哈奇 (Caloosahatchee) 下行，但他選擇的嚮導，一位名叫約翰卡薩尼 (John Cassani) 的生態學家拒絕帶他去，理由是這太危險了。

施磷的大豆和玉米轉化為富含磷的糞便

有害藻華 ( hab ) 也困擾著伊利湖。大多數情況下，水華會干擾漁業和旅遊業——稠密、發臭的粘液會讓遊客望而卻步——但在 2014 年，一些毒素被吸入托萊多的公共供水系統。該市被迫向該地區的 40 萬居民發布禁酒令，俄亥俄州州長約翰·卡西奇 (John Kasich) 啟動了國民警衛隊。

伊利湖的問題可以追溯到俄亥俄州西北部莫米河分水嶺的集中動物飼養場或cafo 。這些cafo中的數百萬頭牛和豬每天都在將施磷的大豆和玉米轉化為富含磷的糞便，其中大部分糞便被沖出作業並進入水中。用 Egan 的話來說，Maumee 現在的功能「就像一個注射器」，每年將數千噸磷泵入伊利湖的最西端。

最近發生赤潮的其他湖泊包括蘇必利爾湖、尚普蘭湖、太浩湖、溫尼貝戈湖和塞內卡湖。事實上，伊根寫道，「今天遭受藍綠藻爆發的美國湖泊和河流的地圖看起來就像是美國的地圖。」 美國以外的情況也好不了多少 幾年前，斯坦福大學和美國宇航局的研究人員分析了 30 年來的衛星圖像，以評估全球約 70 個大湖泊的狀況，包括貝加爾湖、尼加拉瓜湖和維多利亞湖。他們發現其中三分之二的「夏季盛開高峰強度」有所增加。

我們排泄的磷中約有 60% 來自我們的小便

與此同時，海洋中的死區也在擴大。這些區域——每年夏天在墨西哥灣形成一個大區域——也是由逃逸的營養物質產生的。科學家警告說，隨著營養負荷持續增加和海洋升溫，問題只會變得更糟。（溫水比冷水含氧量少。）三位英國研究人員推測，「如果我們的後代疏忽大意」，人類可能會產生「大規模和持久的全球缺氧」——也就是說，一個星球-廣泛的海洋死區。根據布朗大學生態學教授、《元素：五種元素如何改變地球的過去並將塑造我們的未來》（普林斯頓即將出版）一書的作者斯蒂芬·波德的判斷，這將帶來難以想像的災難性後果.

不久前，我將一罐尿液裝進汽車後備箱，小心翼翼地出發前往佛蒙特州的布拉特爾伯勒。有些小便是我自己的；其餘的來自我的丈夫，他希望他對新聞業的貢獻得到認可。

在 Brattleboro，我開車經過縣轉運站，在一棟長長的、低矮的棚屋式建築前拐彎，裡面有一個名為 Rich Earth Institute 的團體。該研究所的既定目標是「通過回收我們身體的養分，打造一個擁有乾淨水和肥沃土壤的世界」，為此它提倡一種被稱為尿液分流的做法，或者更通俗地說，就是尿液循環。當我到達時，我要求使用研究所的休息室。Rich Earth 尿液營養回收計劃的負責人亞瑟戴維斯解釋說，它配備了四種尿液分流廁所。

正如牲畜排泄磷一樣，人也是如此。每年，數十億磅的磷進入人類的集體腸道。其中大部分再次流出，主要以尿液的形式流出。「我們排泄的磷中約有 60% 來自我們的小便，」戴維斯告訴我。

付費讓他們收集小便

Rich Earth Institute 在 Brattleboro 周圍招募了一個志願者網絡，他們將捐贈物送到特別指定的倉庫，或者在某些情況下，。經過巴氏殺菌後，尿液會分發給當地農民。Peecycling 可以減少農民購買的常規肥料的數量。（尿液中不僅含有磷，還含有大量的氮和鉀。）同時，它還能將養分排除在污水系統之外，並有望將其排除在佛蒙特州的水道之外。

「就營養而言，沒有『離開』之分，」戴維斯說。「我們總是把它們放在某個地方。因此，我們要嘛選擇建立我們以有用的方式重複使用它們的系統，要嘛它們將進入尚普蘭湖並導致所有這些問題。」

戴維斯安排我們在布拉特伯勒以北的羅金厄姆鎮與一對志願者會面。他抓起一個放在尿液分流馬桶下面的容器。我把帶來的尿倒進去，我們就出發了。eecyclers，勞雷爾格林和史蒂夫克羅夫特，正在羅金厄姆倉庫等我們，還有他們輸出的幾罐五加侖的水罐。

紐約市居民每年排放10 億加侖的水；上海人，30億

「練習我們撒尿的東西，」當我問她為什麼加入該研究所時，格林說。（在我訪問佛蒙特州期間，我聽到了無數與小便有關的雙關語；我最喜歡的一個是「小便改變你想在世界上看到的變化。」）

車站外的標牌上寫著「幫助我們確保該計劃取得成功。」 在裡面，克羅夫特將一根連接真空泵的管子放到他和格林的水罐裡，水罐很快就空了。戴維斯解釋說，小便被吸進了一個儲水箱。當它裝滿時，研究所會把裡面的東西運走。

每年，Rich Earth Institute 處理大約一萬二千加侖的尿液，這是大量的尿液，而與此同時，這只是眾所周知的桶中的一滴水。紐約市居民平均每年排放大約 10 億加侖的水；上海人，三十億。「擴大規模的問題——這個問題涉及很多，」戴維斯承認道。

更好地管理糞便的潛在好處是驚人的

在「魔鬼元素」的最後一章中，伊根開始尋找解決磷問題兩面性的方法。Peecycling 得到認可，從流經污水處理廠的廢水中去除磷的技術也是如此。伊根認為，糞肥也可以更有效地收集其營養成分。這樣一來，進入湖泊和河流的磷就會減少，而更多地進入明年的農作物。「更好地管理糞便的潛在好處是驚人的，」他寫道。

有一次，伊根諮詢了吉姆埃爾瑟，他是蒙大拿大學的生態學教授，也是可持續磷聯盟的負責人。Elser 告訴他，如果地球上的每一點糞便都被回收利用——牛、豬和雞每年生產大約 40 億噸——它可以將對開採磷的需求減少一半。當然，即使在這種最好的情況下，問題也只能解決一半。

碰巧的是，Elser與英國土壤科學家 Phil Haygarth 一起寫了他自己的書，「磷：過去和未來」（牛津大學）。兩位研究人員創造了術語「phosphogeddon」，指的是不斷擴大的死區和全洋缺氧的威脅。他們說，要完全解決這個問題，不僅需要回收養分，還需要從頭開始改造全球農業。

減少食物垃圾量會以類似的比例減少對磷的需求

在磷酸化愉快的一面，Elser 和 Haygarth 對如何做到這一點有很多想法。推動綠色革命的農作物品種往往需要大量的「投入」；至少在理論上可以培育出更有效利用磷的新品種。在美國，將近 10% 的肥料用於轉化為生物燃料的玉米。就CO 2排放量而言，以玉米為原料的生物燃料可能比汽油還差；因此，擺脫它們將有利於氣候和該國的水道。據估計，在全球範圍內，有三分之一的食物被扔掉了。（在美國，這個數字可能接近 40%。）減少食物垃圾量會以類似的比例減少對磷的需求。

「很明顯，沒有『銀彈』，」Elser 和Haygarth 觀察到。「這將需要『銀色霰彈槍』才能擊中所有需要擊中的目標。」世界及時動員起來迎接這種「爆炸」的可能性有多大？「我們不會美化它，」Elser 和 Haygarth 寫道。「水質/磷管理社區中有許多人認為 phosphogeddon 確實是我們前進的方向，也是我們最終的目標。我們承認，在漆黑的夜晚，我們倆常常會接受這樣一個事實，即我們的子孫將遭受這些後果。」

可以肯定地說，當洪堡拖著他那袋鳥屎去歐洲時，他完全不知道前面會發生什麼——鳥糞島的破壞、Bou Craa 傳送帶、西撒哈拉的戰爭、水生死區，以及，潛在地，phosphogeddon。這就是創新的風險。短期解決方案往往會產生長期成本。但是，當這些成本變得明顯時，再想改變方向已經太遲了。從這個意義上說，世界上的磷問題類似於二氧化碳問題、塑料問題、地下水使用問題、土壤侵蝕問題和氮問題。人類所走的道路可能會走向毀滅，但到目前為止，還沒有人找到可行的回歸之路。♦