США могут исчерпать собственные запасы фосфора примерно за 40 лет, а зависимость от импорта уже создает риски для сельского хозяйства. Европа, Латинская Америка и страны Юго-Восточной Азии в значительной степени зависят от поставок фосфатов из Китая и Марокко. Ученые предупреждают: без надежного доступа к фосфору невозможно поддерживать нынешние объемы производства продовольствия.

Работа опубликована в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Фосфор относится к трем ключевым элементам, необходимым растениям, наряду с азотом и калием — так называемая система NPK. Большая часть фосфора для производства удобрений поступает из фосфатной руды, которую добывают, измельчают и обрабатывают химическими веществами. В 2025 году США включили фосфат в перечень критически важных минералов из-за опасений по поводу возможных перебоев с поставками.

Новое исследование специалистов Университета Арканзаса и Университета штата Северная Каролина показало, что значительная часть необходимого фосфора уже накоплена в американских сельскохозяйственных почвах и различных видах отходов.

Исследователи проанализировали данные по 3142 округам США, включая сведения начиная с 1866 года, и сделали прогнозы до 2050 года. По их оценке, с 1866 года на американские сельскохозяйственные земли в виде удобрений было внесено около 145 тераграммов фосфора, или 145 млн тонн. К 2023 году в почвах пахотных земель оставалось около 52 тераграммов, а на пастбищах — еще 47 тераграммов.

При этом проблема заключается в крайне низкой эффективности использования фосфорных удобрений. Фосфор быстро связывается с почвой и становится недоступным для корней растений. По оценкам ученых, около 80% фосфора из удобрений не усваивается выращиваемыми культурами. Его остатки могут накапливаться в почве или смываться в водоемы, способствуя загрязнению воды.

Исследователи предлагают перейти от нынешней линейной модели — добыча руды, производство удобрений, внесение в почву и потеря значительной части вещества — к циркулярной системе, в которой фосфор возвращается в сельское хозяйство.

Источниками переработанного фосфора могут стать навоз, остатки сельскохозяйственных культур, кости животных, яичная скорлупа, сточные воды и осадок сточных вод. По расчетам ученых, потенциально перерабатываемого фосфора в этих источниках за рассматриваемый период накопилось количество, эквивалентное почти 125% объема фосфора, внесенного на поля.

Однако универсального способа извлечения фосфора не существует. Например, навоз крупного рогатого скота содержит много воды, поэтому его перевозка на большие расстояния экономически невыгодна. Переработка будет эффективнее в регионах, где животноводческие хозяйства находятся недалеко от сельскохозяйственных земель.

Особенно большие возможности для создания такой системы ученые видят в Арканзасе. На северо-западе штата активно развиты птицеводство и животноводство, которые производят большое количество отходов, содержащих фосфор. На востоке преобладает выращивание риса, кукурузы и сои, требующее значительных объемов фосфорных удобрений.

По мнению исследователей, это создает условия для формирования региональной циркулярной экономики фосфора, при которой отходы животноводства и других отраслей могут стать источником удобрений для растениеводства.