宾州州立大学的一项新研究显示，作为支持生命的重要土壤营养素，磷正在越来越多地被冲刷到美国各地的水道中。
这项研究于11月18日发表在《国立科学院院刊》上，检查了来自430条美国河流的数据，发现农业土地的磷流失在过去40年里有所增加，尽管采取了缓解此问题的措施。研究人员表示，磷的侵蚀可能导致农作物产量降低，从而推高食品价格。
宾州州立大学土木与环境工程教授、研究首席作者李励表示：“最近的天气模式表明，暴风雨带来的水量可能导致严重的洪水和泥石流。我们的目标是研究暴风雨将地下土壤冲入河流和溪流时对土地的影响。我们发现，土壤中这种有限元素的担忧消耗。”
李强调，磷对许多生物功能至关重要，如形成DNA和促进细胞能量转移。与另一种重要营养素氮不同，磷是一种有限资源，天然储备有限，这意味着一旦它从土地被冲入水中，就无法返回。
李说：“这带来了几个挑战。它从农田的流失会导致农作物产量降低，从而导致食品成本增加。当磷流入我们的水体时，可能会引发有害藻类的暴发，使水域对游泳和钓鱼等休闲活动变得不安全。它还可能降低水中的氧气水平，危害鱼类和其他水生生物，并增加饮用水处理的成本，导致消费者的账单增加。”
该研究利用先进的深度学习模型分析了来自美国大陆430条河流的40年数据（1980-2019）。结果表明，虽然60%的河流显示磷水平下降，但进入河流的总磷实际上有所增加。农业地区被突出为这个问题的主要来源，尽管周围城市河流的磷浓度降低，但许多与农业土地相邻的河流的磷浓度却增加。
李指出：“这表明，我们对农田径流等来源的磷污染管理努力可能没有我们所认为的那么有效。另一方面，城市河流中磷水平的下降表明，我们对来自直接源的污染控制措施如污水处理厂的管理成效显著。”
李指出，尽管这些有针对性的努力，河流中磷水平的上升主要归因于更频繁的极端天气事件，这些事件带来更大量的降雨和更高的河流流量，导致磷的运输增加。
李解释说：“即使我们正在改善城市环境中的磷污染管理，但整体情况正在恶化，这一现象受到超出任何单一区域控制的因素的驱动。这是一个与气候变化相关的更广泛问题。”
对于未来，研究的作者强调需要增强策略以防止和减少农业导致的磷污染，这是一个重大挑战，因为潮湿的风暴导致降雨和河流流量的增加。他们认为解决这个问题将需要创新技术和农业实践的变化的结合。
这些创新中的一个，目前正在农业科技行业获得支持，是在宾州州立大学开发的。2016年校友亨特·斯威舍是Phospholutions公司的创始人兼首席执行官，该公司专注于创建提高土壤磷效率的肥料。
斯威舍在宾州州立大学学习植物科学时创建了该技术，最近的结果表明，他们的产品可将径流降低78%，相比传统磷肥。Phospholutions现在正在努力扩展在美洲、欧洲和印度的业务。
李表示：“我们呼吁更多的创新、创造力和紧迫感。土地与水之间的相互联系至关重要，而这种平衡正日益面临风险。”
其他来自宾州州立大学的贡献者包括魏志，前助理研究教授，现在在中国的河海大学；刘江涛，博士候选人；伊丽莎白·博耶，环境科学教授；沈超鹏，水资源工程教授；以及刘晓峰，土木工程副教授。此外，来自波兰华沙大学的休伯特·巴尼茨基和来自美国地质调查局的加里·申克也是作者之一。
这项研究得到了宾州州立大学巴里和雪莉·艾瑟特教授职位、河海大学高性能计算平台以及来自美国国家科学基金会、美国能源部和波兰教育和科学部的资助。
