《自然·可持续》：全球贸易对粮食安全的影响

全球化加剧了对特定地区农产品的需求，导致集约化耕作方式，从而加剧当地农田土壤磷（P）的消耗，进而损害长期粮食安全。通过整合1970年至2017年有关国际贸易和土壤磷储备和亏缺的全球数据，我们证明贸易对全球土壤磷亏缺的贡献从1970年的 7% 增加到2017年的18%，其中 54% 的影响是由非食物消费造成的。在这48年里，发展中地区通过农业贸易净出口了5.8Mt磷，导致土壤磷亏缺净增加了13Mt。这些亏缺主要集中在撒哈拉以南非洲、拉丁美洲和东南亚等土壤磷储量较低的地区，从而增加了这些地区土壤磷枯竭的风险，加剧了人们对粮食安全的长期担忧。这一洞见强调了对粮食安全采取更广泛视角的必要性——在制定全球贸易政策时，优先考虑本国土壤生产力，而不仅仅是增加全球市场上的粮食供应。

农业系统中的磷（P）缺乏已成为某些发展中国家努力实现联合国第二个可持续发展目标（SDG 2）："消除饥饿、实现粮食安全、改善营养和促进可持续农业"的关键制约因素。当通过化肥、粪肥和杀虫剂引入土壤的磷少于通过收获物和残留物取出的磷时，就会出现农田土壤磷亏缺（赤字）。当这种不平衡持续下去时，农作物会耗尽土壤固有的磷储备，导致土壤磷含量减少3-5%。这种下降趋势导致土地退化和作物产量持续下降，从而危及粮食系统的恢复力。在撒哈拉以南非洲地区和一些南亚国家，缺磷会导致农作物产量低下，粮食供应有限，加剧了这些地区本已紧迫的粮食安全问题。1970年至2017年间，全球贸易呈指数级增长，增长了近60倍，其占全球国内生产总值（GDP）的比例从12%升至28%。全球化的浪潮刺激了国际市场对某些地区农产品的需求，导致产量增加。在化肥稀缺的地区，从土壤中提取并融入出口的磷会流向遥远的消费中心。这种动态加剧了养分流失，对相关土地的生产力产生不利影响。

在我们的研究中，我们开发了一个整体框架，其中包括出口产品发生的土壤磷亏缺、土壤中固有和累积的磷含量、土壤属性和受影响的信息以及作物类别。这种合并旨在突出国际贸易对土壤磷消耗的影响以及随后对粮食安全的威胁。为此，我们首先建立了1970年至2017年期间由土壤磷输入（包括化肥、粪肥等）减去磷去除量（作物收获、作物残留和淋溶）而得出的年度土壤磷亏缺，涵盖了十种作物类型和90个国家和地区（参见研究方法中的"农田中的土壤磷预算（SPB）"）。然后，我们将该数据集与多地区投入产出（MRIO）数据库集成，通过分析庞大的供应链矩阵来估计与出口不明确区域相关的土壤磷亏缺程度。通过将其与自然土壤磷含量、过去磷预算指标（源自我们的土壤磷预算（SPB）计算，可以是正数或负数）、土壤保留潜力和受影响的作物类别，我们的目的是确定特定地区受贸易影响的土壤磷减少和相关粮食安全脆弱性的暴露程度。

1.全球农田土壤磷亏缺及其与消费的联系

全球农田土壤磷积累总体存在，但土壤磷亏缺的增加速度超过了土壤磷积累的速度。从1970年到2017年，土壤磷亏缺激增，每年从2.7Mt增加到6.9Mt。相比之下，带来环境风险的土壤磷积累仅小幅增长19%，从每年8.1Mt增至9.6Mt。与美国和法国等富裕国家不同，此类国家其特定地区的土壤磷亏缺源于加强的养分管理和土壤预利用，发展中和最不发达地区面临明显的土壤磷亏缺主要是由于有限的磷肥投入以及开采原生土壤磷。值得注意的是，尽管非洲拥有世界已知磷酸盐储量的 80% 以上并且是主要的磷酸盐出口国，但其土壤正在努力应对日益严重的磷短缺问题。一个重要原因是当地非洲农民的化肥成本过高。2017年，南亚和东南亚的消费需求成为全球土壤磷亏缺的最大贡献者，紧随其后的是东欧、东南欧、非洲和拉丁美洲。我们进一步显示，大约20%土壤磷亏缺是由非食品产品和服务的消费驱动的。

2.贸易在农田土壤磷亏缺中的作用

1970 年，全球土壤磷亏缺中只有0.2Mt是由贸易商品和服务的生产造成的。然而，到2017年，这个数字飙升至1.3Mt P，增长了六倍。就贸易参与而言，2017年全球土壤磷亏缺的18%是由于贸易商品的生产，相比1970年的6.7%显着增加。（图1）。对于谷物来说，贸易发挥了重要作用；到2017年，与贸易相关的土壤磷亏缺达到312Mt，其中大约三分之一来自非洲的出口。自1970 年以来，贸易对大豆田土壤磷亏缺的影响增加了30 倍。1970 年，最显着的土壤磷亏缺移动体现在非洲向西欧的出口，年增长率为34kt yr^-1 。然而，到2017年，最主要的流量已转移到拉丁美洲和中国，总计达85kt yr^-1。这种转变归因于近期拉丁美洲农田土壤磷亏缺的上升以及中国经济增长推动的消费需求的增加。从历史总量来看，过去48年来，非洲因贸易而经历了最高的土壤磷亏缺，达到5.95Mt，其中40%体现在从非洲出口到西欧的产品中。

图1 由国内或国外消费需求驱动的SPD（百万Mt/年）

土壤磷逆差贸易差额源自进口土壤磷逆差（因地区进口而导致的海外逆差的增加）与出口土壤磷逆差（因地区出口生产而在国内出现的逆差）之间的差额。负差异表示该地区是农田土壤磷亏缺的净出口国（即由于贸易而导致亏缺增加）。相反，正平衡表明该地区正在通过进口缓解农田磷短缺。48年来，西欧、东亚、北美等发达地区主要是进口土壤磷亏缺，而非洲、拉丁美洲和大洋洲则主要是出口。各地区土壤磷贸易逆差呈上升趋势，凸显了贸易对全球土壤磷失衡的影响日益增大。有趣的是，尽管美国享有农产品出口国的美誉，但其主要是进口土壤磷亏缺。这一观察结果对先前主要关注农业贸易的研究提出了挑战。我们发现，虽然美国因农产品出口而导致的土壤亏缺在48年间增加了0.94Mt，他们对制成品和服务（服装、纺织品、机械等）的消费导致外国土壤磷亏缺增加了2.31Mt，失衡2.5倍。此外，西欧、东亚、北美洲和大洋洲等发达地区因非农产品消费而导致的人均土壤磷亏缺输入量高于非洲、拉丁美洲、南亚和东南亚等发展中地区。

图2 耕地上的空间显式 SPB

为了更深入地了解贸易理论在土壤磷亏缺中的作用的潜在驱动因素，我们进行了面板回归分析（图3）。我们的分析发现，一个地区的人均 GDP 与土壤磷亏缺净出口之间存在库兹涅茨倒U形相关性。人均GDP低于 6,700 美元，由于在此发展阶段严重依赖出口资源密集型产品，土壤磷出口逆差随着 GDP 增长而上升。相反，在人均GDP超过6700美元时，土壤磷的净出口逆差随着GDP的增长而减少，并逐渐转向净进口。此外，我们的研究表明，工业发达国家和政府更强大的国家效率倾向于将土壤磷消耗影响外包给其他国家。相反，农业资源丰富和财富公平水平较低的国家更有可能在贸易中承担土壤磷消耗的负担。

图3 各地区耕地土壤缺磷净输出驱动因素模型图。图中虚线向下的曲线表示人口对一个地区土壤缺磷净输出的负面影响，但未通过统计显著性检验。

3.与贸易引起的土壤磷亏缺相关的粮食安全风险

1970年至2017年，发展中地区通过农产品贸易净出口磷5.8Mt，导致土壤磷逆差净增加13Mt。这些亏缺主要集中在磷储量较低的地区，如撒哈拉以南非洲、南美洲和东南亚。阿根廷、马来西亚和印度尼西亚的比例不成比例受到影响，承担了50%的后果。相反，西欧土壤磷积累量最高，是农产品中磷的净进口国。这凸显了磷从土壤缺磷地区向土壤磷积累地区的贸易转移，加剧了全球土壤磷失衡，并导致发展中地区的资源枯竭和粮食不安全风险。具体而言，在90个国家和地区中，有44个国家和地区受益土壤磷短缺的出口国。值得注意的是，其中20个国家被联合国粮食及农业组织（FAO）认定为低收入缺粮地区，占所有此类国家的86%。这些国家虽然按出口商品价值计算仅占全球贸易的3%，但其包括撒哈拉以南非洲的大部分地区，以及土库曼斯坦、尼泊尔、菲律宾、玻利维亚和尼加拉瓜。尽管出口能力下降，进口依赖增加，但它们的土壤磷净出口亏缺仍在上升。

（图4/表1）过去 48 年中，撒哈拉以南非洲地区通过贸易净进口了1.3 Mt磷；然而，由于出口，其土壤磷亏缺增加了5.5Mt。这一现象凸显了一个有趣的悖论：粮食不安全地区通过贸易从进口农产品中获得磷，但其农田土壤中的磷含量却因贸易而消耗，从而破坏了土壤生产力并限制了粮食生产，迫使他们更多地依赖全球资源。

马来西亚和印度尼西亚因出口而积累了土壤磷亏缺，分别为261kg ha^-1 和22kg ha^-1，主要来自种植坚果和油籽的农田。与阿根廷类似，这些地区的农田也经历了大幅扩张，东南亚约 80% 的矿营养泥炭沼泽森林转变为工业种植园。从长远来看，这种对土地扩张的依赖是不可持续的，这促使人们转向更集约的生产技术，这不可避免地加剧了土壤养分的消耗。贸易占缅甸和泰国土壤磷亏缺的三分之一，主要影响其谷物作物。由于土壤磷储量较低且固磷土壤普遍存在，这些国家的粮食系统更容易受到贸易引发的冲击。

表1 各国48年来因贸易引起的土壤磷素短缺情况

我们的研究揭示了一个悖论：出口加剧了撒哈拉以南非洲、拉丁美洲和东南亚等发展中地区的土壤磷消耗，这对土地生产力和粮食供应构成重大威胁。这一观察强调需要对粮食安全采取更广泛的视角优先考虑国家土壤生产力，而不是仅仅加强全球市场的粮食准入。因此，在未来的贸易规定中考虑与营养物枯竭相关的粮食安全风险至关重要。为了到 2030 年实现可持续发展目标2（零饥饿）的目标，发展中地区需要将磷投入量增加到至少是 2015 年水平的两倍，然而，贸易对这些地区农田土壤磷消耗的不利影响可能会阻碍这些努力。因此，将"促进发达国家负责任的消费"纳入SDG 12（负责任生产和消费）的具体指标框架将大大有助于实现SDG2。支持这种整合的具体措施包括与土壤缺磷地区建立"可持续采购协议" ，鼓励发达国家的可持续消费做法（例如，减少肉类消费和食物浪费），消除阻碍采用旨在减轻土壤磷消耗的技术的非关税壁垒（例如，纳米 技术或磷回收技术），方便残渣的运输并将养分沉积到这些枯竭的生产地区，并消除不平等和民族主义意识形态。此外，发达国家对非食品项目的需求对发展中国家的土壤磷亏缺产生了重大影响。为了摆脱这一"资源诅咒"并增强经济后劲，发展中国家必须投资改善其制造和服务业。通过提高商品价值并将贸易重点转向资本和技能密集型商品，他们可以减少国际贸易中对环境税产品的依赖。与早期发现一致，我们的研究证实全球土壤磷平衡仍然存在处于盈余状态。然而，我们已经明确了令人震惊的轨迹：农田的土壤磷亏缺及其因贸易而加剧的情况正在全球范围内激增。因此，这项工作的目的是让学者和政策制定者了解全球化对土壤磷消耗和土地生产力的影响，特别是在非洲、拉丁美洲和东南亚等地区。这项研究为当前以贸易对磷排放和磷肥使用的影响为中心的研究提供了宝贵的扩展，丰富了关于全球磷挑战的讨论。考察宏观经济、制度和治理因素以及收入和财富分配及其与土壤磷亏缺管理策略的相互作用将是未来研究的重点领域。

Niu, Kunyu, et al. "Impacts of global trade on cropland soil-phosphorus depletion and food security." Nature Sustainability (2024): 1-13.

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41893-024-01385-9

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内容：王俊宇

编辑：卓震宇

审核：孟聪会

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