PHOSPHORUS IN THE BIOSPHERE AND FOR THE HUMANKIND: ON A THRESHOLD OF GLOBAL FAMINE

А.П. Дегтярёв

Abstract


Phosphorus availability is a significant limiting factor of the biomass in the biosphere and its specific biocenoses. In the present paper, arguments are put forward to believe that soils have emerged in the course of evolution as a means of phosphorus sequestration making it possible to prevent phosphorus dissipation beyond terrestrial plant and decomposer communities, and the biogeochemical role of lignin is to be a base of humus formation, which buffers phosphates. The concept of element mobilization layers and periods is introduced. The current agricultural techniques are based on forced application of fertilizers in order to make crop yields much above background. As a result, the applied phosphorus is not accumulated terrestrially due to any of large-scale process and is irreversibly lost in the marine sediments. In about 80-200 years, after phosphorus deposits will be exhausted, crop yields will decrease to the background values, which may lead to dying out of ca. ? of the human population because of famine. Global population size sustainable without mineral fertilizers is about 2 to 2.5 billion. Theoretically, the “phosphorus catastrophe” may be avoided due to a radical transition to novel agricultural techniques, which can minimize the losses of phosphorus.

Keywords


phosphorus, biosphere, phosphorus fertilizers, global famine, rational agriculture, soil fertility


Как процитировать материал

References


1. Ангелов АИ, Алейнов ДП. Перспективы обеспеченности промышленности минеральных удобрений фосфатным сырьем. Химическая промышленность сегодня. 2006;(7):11-7.

2. Баталин ЮВ, Карпова МИ, Фахрутдинов РЗ. Сырьевая база агрохимического сырья России как основа повышения эффективности производства и потребления минеральных удобрений. В кн.: Неметаллические полезные ископаемые России: современное состояние сырьевой базы и актуальные проблемы научных исследований. М.: ИГЕМ РАН; 2004. С. 53-5.

3. Батурин ГН. К вопросу о соотношении между первичной продукцией органического углерода в океане и фосфатонакоплением (голоцен – поздняя юра). Литология и полезные ископаемые. 2004;(4):356-89

4. Вильямс ВР. Травопольная система земледелия. Избранные труды. М.: Сельхозгиз; 1949.

5. Виноградов АП. Геохимия редких и рассеянных элементов в почвах. М.: Изд-во АН СССР; 1957.

6. Виноградов АП. Введение в геохимию океана. М.: Наука; 1967.

7. Гаррелс Р, Маккензи Ф. Эволюция осадочных пород. М.: Мир; 1974.

8. Георгиевский АФ, Бугина ВМ. Современное состояние и перспективы развития фосфатно-сырьевой базы России. Вестник РУДН. Сер. инженерные исследования. 2020;21(3):197-207. http://dx.doi.org/10.22363/2312-8143-2020-21-3-197-207

9. Горощенко ЛГ. Российское производство минеральных удобрений в 2014 году и в 1 квартале 2015 года. Химический комплекс России. 2015;(6):22-7.

10. Григорьев АВ. Минерально-сырьевая база ОАО Апатит. Перспективы развития. Горная промышленность. 2006;(6):5-8.

11. Григорьев НА. Среднее содержание химических элементов в горных породах, слагающих верхнюю часть континентальной коры. Геохимия. 2003;(7):785-92.

12. Дегтярёв АП. Биофильность: новый взгляд на понятие. ДокладUnknown A7 на конференции «Современное развитие биогеохимических идей В.И. Вернадского». М., 2023. https://www.youtube.com/watch?v4768-KdTlQA

13. Жмур НС. Технологические и биохимические процессы очистки сточных вод на сооружениях с аэротенками. М.: Акварос; 2003.

14. Заварзин АГ. Лекции по природоведческой микробиологии. М.: Наука; 2003.

15. Заварзин АГ. Начальные этапы эволюции биосферы. Вестник РАН. 2012;(12):1085-98.

16. Захарова ЕА. Основные закономерности глобального стока фосфора (1995). Автореф. дисс. eLIBRARY ID: 30135952.

17. Козловский ЕА. Россия: минерально-сырьевая политика и национальная безопасность. М., 2002.

18. Манская СМ, Кодина ЛА. Геохимия лигнина. М.: Наука; 1975.

19. Минеев ВГ. Агрохимия. М.: 2017.

20. Непряхин АЕ, Беляев ЕВ, Карпова МИ, Лужбина ИВ. Фосфоритовая составляющая МСБ России в свете новых технологических возможностей. Георесурсы, 2015;(4):67-74.

21. Орлов ДС. Химия почв. М.: Из-во МГУ; 1992.

22. Попов АИ. Гуминовые вещества. Свойства, строение, образование. СПб.: Изд-во СПбГУ; 2004.

23. Романкевич ЕА. Живое вещество Земли (биогеохимические аспекты проблемы). Геохимия. 1988;(2): 292-306.

24. Савенко ВС. Обмен СО2 между океаном и атмосферой в настоящее время и в прошлом. Геохимия. 2000;(3):350-2.

25. Стекольников КЕ. Органическое земледелие в России – благо или катастрофа? Биосфера. 2020;12(1-2):53-62.

26. Сытник КМ, Брайон АВ, Городецкий АВ. Биосфера. Экология. Охрана природы. Справ. пособие. Киев: Наукова думка; 1987.

27. Труды совещания 20-22 мая 1915 г. с участием представителей науки, земских и общественных учреждений. Петроград; 1915. С. 422-5.

28. Коплан-Дикс ИС. Эволюция круговорота фосфора и эвтрофирование природных вод. Л.: Наука; 1988.

29. Холодов ВН. Геохимические проблемы поведения фосфора – основа биогенной гипотезы фосфоритообразования. Литология и полезные ископаемые, 2014;(3):235-57.

30. Чуркин ОЕ, Ларичкин ФД, Гилярова АА. Фосфатные ресурсы Арктики: современное состояние и среднесрочные перспективы. Север и рынок: формирование экономического порядка. 2018;(6):73-9. doi: 10.25702/KSC.2220-802X.6.2018.62.73-79

1. Angelov AI, Aleynov DP. Prospects for the provision of mineral fertilizers industry with phosphate raw materials. Khimicheskaya Promyshlennost Segodnia. 2006;(7):11-7. (In Russ.)

2. Batalin YuV, Karpova MI, Fakhrutdinov RZ. The raw material base of the agrochemical stock of Russia as a basis for increasing the efficiency of production and consumption of mineral fertilizers. In: Nemetallicheskiye Poleznyye Iskopaemye Rossii: Sovremennoye Sostoyanie Syryevoy Bazy i Aktualnye Problemy Nauchnykh Issledovaniy. Moscow: IGEM RAN; 2004. P. 53-5. (In Russ.)

3. Baturin GN. On relationships between the primary production of organic carbon in the ocean and phosphate accumulation (Holocene – Late Jurassic). Litologiya i Poleznye Iskopayemye. 2004;(4):356-89 (In Russ.)

4. Vilyams VR. Travopolnaya Sistema Zemledeliya. Izbrannye Trudy. Moscow: Selkhozgiz; 1949. (In Russ.)

5. Vinogradov AP. Geokhimiya Redkikh i Rasseyannykh Khimicheskikh Elementov v Pochvakh. Moscow: Izdatelstvo AN SSSR; 1957. (In Russ.)

6. Vinogradov AP. Vvedeniye v Geokhimiyu Okeana. Moscow: Nauka; 1967. (In Russ.)

7. Garrels RM, Mackenzie FT. Evolution of Sedimentary Rocks. N.-Y; 1971.

8. Georgiyevskiy AF, Bugina VM. The current state and prospects for the development of the phosphate raw material base of Russia. Vestnik RUDN Ser Inzhenernye Issledovaniya. 2020;21(3):197-207. http://dx.doi.org/10.22363/2312-8143-2020-21-3-197-207. (In Russ.)

9. Goroshchenko LG. Russian production of mineral fertilizers in 2014 and in the 1st quarter of 2015 Khimicheskiy Kompleks Rossii. 2015;(6):22-7. (In Russ.)

10. Grigoryev AV. Mineral resource base of joint-stock company Apatit". Development prospects Gornaya promyshlennost. 2006; (6): 5-8. (In Russ.)

11. Grigoryev NA. Average content of chemical elements in rocks composing the upper part of the continental crust. Geochemistry International, 2003;(7):785-92.

12. Degtyaryev AP. Biophilicity: a new look at the concept. Presented at Conference Sovremennoye Razvitiye Biogeokhimicheskikh Idey V. I. Vernadskogo. Мoscow; 2023. https://www.youtube.com/watch?v4768-KdTlQA (In Russ.)

13. Zhmur NS. Tekhnologicheskiye i Biokhimicheskiye Protsessy Ochistki Stochnykh Vod na Sooruzheniyakh s Aerotenkami. Moscow: Akvaros; 2003.

14. Zavarzin GA. Lekcii po prirodovedcheskoy microbiologii. M.: Nauka, 2003. -348 p. (In Russ.)

15. Zavarzin GA. The initial stages of the evolution of the biosphere. Vestnik RAN. 2012;(12):1085-98. (In Russ.)

16. Zakharova YeA. Osnovnye Zakonomernosti Globalnogo Stoka Fosfora. Cand Sci Theses; 1995. eLIBRARY ID: 30135952 (In Russ.)

17. Kozlovskiy YeA. Rossiya: Mineralno-Syryevaya Politika i Natsionalnaya Bezopasnost. Мoscow; 2002. (In Russ.)

18. Manskaya SM, Kodina LA. Geokhimiya Lignina. Moscow: Nauka; 1975. (In Russ.)

19. Mineyev VG. Agrokhimiya. Moscow; 2017. (In Russ.)

20. Nepriakhin AYe, Beliayev YeV, Karpova MI, Luzhbina IV. Phosphorite component of Russian raw materials base in the light of new technological opportunities. Georesursy, 2015;(4):67-74. (In Russ.)

21. Orlov DS. Khimiya Pochv. Moscow: MGU; 1992. (In Russ.)

22. Popov AI. Guminovye Veshchestva. Svoystva, Stroyeniye, Obrazovaniye. Saint Petersburg: SPbGU; 2004. (In Russ.)

23. Romankevich YeA. Living matter of the Earth (the biogeochemical aspects of the problem). Geochemistry International. 1988;(2):292-306.

24. Savenko VS. CO2 exchange between the ocean and the atmosphere now and in the past. Geochemistry International, 2000;(3):350-2.

25. Stekolnikov KYe. Is organic farming in Russia a blessing or a disaster?. Biosfera;2020;12(1-2):53-62. (In Russ.)

26. Sytnik KM, Brayon AV, Gorodetskiy AV. Biosfera. Ekologiya. Okhrana Prirody. Kiev: Naukova Dumka; 1987. (In Russ.)

27. Anonimous. Trudy Soveshchaniya 20-22 Maya 1915 g s Uchastiyem Predstaviteley Nauki, Zemskikh i Obshchestvennikh Uchrezhdeniy. Petrograd; 1915. P.422-5. (In Russ.)

28. Koplan-Diks IS. Evolyutsiya Krugovorota Fosfora i Evtrofirovaniye Prirodnykh Vod. Leningrad: Nauka; 1998. (In Russ.)

29. Kholodov VN. Geochemical problems of phosphorus behavior – the basis of the biogenic hypothesis of phosphorite formation Litologiya i Poleznye Iskopaemye, 2014;(3):235-57. (In Russ.)

30. Churkin OYe, Larichkin FD, Gilyarova AA. Phosphate resources of the Arctic: current state and medium-term prospects Sever i Rynok Formirovaniye Ekonomicheskogo Poriadka. 2018;(6):73-9. doi: 10.25702/KSC.2220-802X.6.2018.62.73-79. (In Russ.)

31. Alewell Ch, Ringeval В, Ballabio С, Robinson DA, Panagos P, Borrelli P. Global phosphorus shortage will be aggravated by soil erosion. Nat Comm. 2020:4546.

32. Bouwman, AF, Beusen AHW, Billen G. Human alteration of the global nitrogen and phosphorus soil balances for the period 1970-2050. Glob Biogeochem Cycles. 2009;23:1-16. https://doi.org/10.1029/2009gb003576.

33. Bowen HJM. Environmental Chemistry of the Elements. N.-Y.: Acad. Press; 1979.

34. Carpenter SR, Bennett EM. Reconsideration of the planetary boundary for phosphorus. Environ Res Lett. 2011;6:1–12. https://doi.org/10.1088/1748-9326/6/1/014009.

35. Cordell D, Drangert JO, White S. The story of phosphorus: global food security and food for thought. Glob Environ Change. 2009;19:292-305. doi: 10.1016/j.gloenvcha.2008.10.009

36. Edixhoven JD, Gupta J, Savenije HHG. Recent revisions of phosphate rock reserves and resources: a critique. Earth Syst Dynam, 2014(5):491-507.

37. Gilbert N. Environment: the disappearing nutrient. Nature. 2009;461:716-8.

38. McDowell RW, Noble A, Pletnyakov P, Haygarth PM. A global database of soil plant available phosphorus. Sci Data 2023;10:125. https://doi.org/10.1038/s41597-023-02022-4

39. Notholt AJG, Sheldon RP, Davidson DF, Eds. Phosphate Deposits of the World. Vol. 2. Phosphate Rock Resources. Cambridge Univ. Press; 2014.

40. Tiessen H. Introduction and synthesis. In: Phosphorus in the Global Environment. Chichester: J. Wiley, 1995. P. 1-6.

41. U.S. Geological Survey, 2018. Mineral Commodity Summaries 2018. URL: https://doi.org/10.3133/70194932

42. Use of Phosphorus. Consultative Communication on the Sustainable. Communication from the Commission to the European Parliament, the Council, the European Economic and Social Committee and the Committee of the Regions. Brussels: European Commission; 2013.

43. Van Kauwenbergh SJ. Global Phosphate Rock Reserves and Resources, the Future of Phosphate Fertilizer. Agricultural Outlook Forum 2014 168423, United States Department of Agriculture, Agricultural Outlook. doi: 10.22004/ag.econ.168423




DOI: http://dx.doi.org/10.24855/biosfera.v15i3.818

© ФОНД НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ "XXI ВЕК"