فسفر، یکی از عناصر ضروری برای حاصلخیزی خاک و پایداری زندگی، به طور فزاینده‌ای از زمین‌های کشاورزی آمریکا از بین می‌رود و با نرخ هشداردهنده‌ای وارد رودخانه‌ها و نهرها می‌شود.
مطالعه‌ای جدید به سرپرستی پژوهشگران دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا نشان می‌دهد که با وجود تلاش‌ها برای کاهش از دست دادن فسفر، روان‌آب‌های کشاورزی طی چهار دهه گذشته همچنان افزایش یافته‌اند و تهدیدات جدی برای امنیت غذایی و کیفیت آب به همراه دارند.
از دست رفتن مواد مغذی خاک و فسفر
فسفر برای زندگی ضروری است و نقش کلیدی در تشکیل DNA و انتقال انرژی سلولی ایفا می‌کند.
اما بر خلاف نیتروژن، فسفر یک منبع غیرقابل تجدید است و ذخایر زمین‌شناسی آن محدود است. زمانی که از خاک از بین می‌رود و وارد آبراهه‌ها می‌شود، نمی‌تواند به طور طبیعی در زمین‌های کشاورزی تجدید شود.
«این مسئله به دلایل بسیاری مشکل‌ساز است.» این سخن “لی لی”، استاد مهندسی عمران و محیط زیست دانشگاه پنسیلوانیا و نویسنده اصلی این مطالعه است.
او توضیح داد: «وقتی فسفر از زمین‌های کشاورزی از بین می‌رود، می‌تواند باعث کاهش عملکرد محصولات شده و در نتیجه منجر به افزایش قیمت مواد غذایی شود. از طرفی، زمانی که فسفر وارد آبراهه‌ها می‌شود، می‌تواند باعث شکوفایی جلبک‌های مضر شود که آب را برای شنا و ماهیگیری ناامن می‌کند و حتی می‌تواند سطح اکسیژن در آب را کاهش داده و ماهی‌ها و سایر موجودات آبی را از بین ببرد.»
لی همچنین به تأثیر اقتصادی کاهش فسفر اشاره کرد: «این موضوع هزینه تصفیه آب آشامیدنی را افزایش می‌دهد که به معنی قبض‌های آب بالاتر برای همه ما است.»
افزایش سطح فسفر در رودخانه‌ها
پژوهشگران با تحلیل داده‌های 430 رودخانه ایالات متحده بین سال‌های 1980 تا 2019، با استفاده از یک مدل یادگیری عمیق روندهای نگران‌کننده‌ای را آشکار کردند.
در حالی که سطح فسفر در 60 درصد از رودخانه‌های مطالعه‌شده کاهش یافته است، به طور کلی میزان فسفر ورودی به آبراهه‌ها افزایش یافته است.
لی توضیح داد: «مناطق کشاورزی بزرگترین عامل این مشکل هستند و سطح فسفر در بیشتر رودخانه‌های نزدیک به مناطق کشاورزی در حال افزایش است، حتی در حالی که در رودخانه‌های نزدیک به مناطق شهری کاهش یافته است. این نشان می‌دهد که تلاش‌ها برای کنترل آلودگی فسفر ناشی از منابعی مانند روان‌آب‌های کشاورزی به اندازه‌ای که تصور می‌کردیم، مؤثر نبوده است.»
در مقابل، تلاش‌های هدفمند برای کاهش آلودگی فسفر از تصفیه‌خانه‌های فاضلاب شهری موفق به نظر می‌رسند.
مشکل از دست رفتن مواد مغذی خاک فراتر از کنترل محلی است
با این حال، پژوهشگران هشدار می‌دهند که مشکل بزرگتر به دلایل خارج از کنترل محلی، به ویژه افزایش رویدادهای شدید آب‌وهوایی مرتبط با تغییرات اقلیمی، در حال وخیم‌تر شدن است.
لی افزود: «این بدان معناست که حتی اگر در محدود کردن آلودگی فسفر در مناطق شهری عملکرد بهتری داشته باشیم، مشکل به طور کلی بدتر می‌شود، زیرا این عوامل عمدتاً خارج از کنترل یک منطقه خاص هستند.»
نقش تغییرات اقلیمی
رویدادهای شدید آب‌وهوایی مانند بارش‌های سنگین و سیلاب‌ها، باعث تشدید روان‌آب فسفر به آبراهه‌ها شده‌اند. با شدیدتر و مکررتر شدن طوفان‌ها به دلیل تغییرات اقلیمی، حجم آب جاری در رودخانه‌ها افزایش می‌یابد و فسفر بیشتری از خاک شسته می‌شود.
لی بیان کرد: «ما از رویدادهای آب‌وهوایی اخیر دیده‌ایم که مقدار آب حاصل از طوفان‌ها و آبراهه‌ها می‌تواند منجر به سیل‌های خطرناک و رانش زمین شود.»
او ادامه داد: «ما خواستیم بفهمیم وقتی این طوفان‌ها لایه زیرین خاک را به رودخانه‌ها و نهرها می‌کشند، چه اتفاقی برای زمین می‌افتد. آنچه یافتیم، از دست دادن نگران‌کننده این عنصر محدود بود که به خاک اجازه می‌دهد زندگی را پشتیبانی کند.»
نیاز به راه‌حل‌های نوآورانه
برای مقابله با این مشکل رو به افزایش، پژوهشگران بر لزوم نوآوری و تغییر در شیوه‌های کشاورزی تأکید کردند. یکی از پیشرفت‌های امیدوارکننده، فناوری‌ای است که توسط هانتر سویشر، یکی از فارغ‌التحصیلان دانشگاه پنسیلوانیا، توسعه یافته است.
سویشر، بنیانگذار و مدیرعامل شرکت Phospholutions، کود جدیدی طراحی کرده است که کارایی فسفر در خاک را بهبود می‌بخشد. لی اظهار کرد: «ما خواستار نوآوری بیشتر، خلاقیت بیشتر و فوریت بیشتر هستیم.»
محصول این شرکت نتایج چشمگیری نشان داده است و امکان کاهش 78 درصدی پتانسیل روان‌آب فسفر در مقایسه با کودهای متداول را فراهم کرده است.
Phospholutions اکنون در حال گسترش فناوری خود در سراسر آمریکا، اروپا و هند است تا به آلودگی فسفر در مقیاس جهانی رسیدگی کند.
رسیدگی به کاهش مواد مغذی خاک
این مطالعه بر لزوم استراتژی‌های جامع برای رسیدگی به کاهش فسفر تأکید می‌کند.
با وخیم‌تر شدن مشکل به دلیل تغییرات اقلیمی، پژوهشگران خواستار ترکیبی از فناوری‌های پیشرفته و شیوه‌های کشاورزی پایدار برای کاهش اثرات آن بر کشاورزی و اکوسیستم‌های آبی هستند.
لی در پایان گفت: «ارتباط بین آب و زمین اساسی است و این تعادل روز به روز شکننده‌تر می‌شود.»
