Smil,V.(2000): Phosphorus in the environment: Natural flows and human interferences. Annu. Rev. Energy Environ., 25, 53-88.

『環境のリン:天然のフローと人間の干渉』


Abstract
 Phosphorus has a number of indispensable biochemical roles, but it does not have a rapid global cycle akin to the circulations of C or N. Natural mobilization of the element, a part of the grand geotectonic denudation-uplift cycle, is slow, and low solubility of phosphates and their rapid transformation to insoluble forms make the element commonly the growth-limiting nutrient, particularly in aquatic ecosystems. Human activities have intensified releases of P. By the year 2000 the global mobilization of the nutrient has roughly tripled compared to its natural flows: Increased soil erosion and runoff from fields, recycling of crop residues and manures, discharges of urban and industrial wastes, and above all, applications of inorganic fertilizers (15 million tonnes P/year) are the major causes of this increase. Global food production is now highly dependent on the continuing use of phosphates, which account for 50-60% of all P supply; although crops use the nutrient with relatively high efficiency, lost P that reaches water is commonly the main cause of eutrophication. This undesirable process affects fresh and ocean waters in many parts of the world. More effectively controlled, such measures are often not taken, and elevated P is common in treated wastewater whose N was lowered by denitrification. Long-term prospects of inorganic P supply and its environmental consequences remain a matter of concern.

Key Words: biogeochemical cycling; phosphates; fertilizers; eutrophication』

Contents
1. An essential element of life
2. Biogeochemical cycling of phosphorus
 2.1. Natural reservoirs of phosphorus
 2.2. Annual fluxes
3. Human intensification of phosphorus flows
 3.1. Accelerated erosion, runoff, and leaching
 3.2. Production and recycling of organic wastes
 3.3. Sewage and detergents
 3.4. Inorganic fertilizers
 3.5. Summarizing the human impact
4. Phosphorus in agriculture
 4.1. Phosphorus uptake and applications
 4.2. Phosphorus in soils
5. Phosphorus in waters
 5.1. Losses of dissolved phosphorus
 5.2. Eutrophication
6. Reducing anthropogenic impacts
7. Long-term perspectives
Literature cited

表1 リンの主要な生物圏リザーバ
リンのリザーバ 全量(100万トンP)
海洋 93000
 表層 8000
 深層 85000
土壌 40-50
 無機リン 35-40
 有機リン 5-10
植物体 570-625
 陸上 500-550
 海洋 70-75
動物体 30-50
人間体 3

表2 リンの主要な生物圏フラックス
(100万トンP/年)
リンのフラックス

年間速度
(100万トンP/年)
大気沈着 3-4
浸食および流出 25-30
 粒子状リン 18-22
 溶存リン 2-3
植物摂取  
 陸上 70-100
 海洋 900-1200
海洋堆積物への埋没 20-35
構造運動による隆起 15-25

表3 主なリン肥料
成分 頭字語 化学式 栄養分
(%P)
Monocalcium phosphateまたは
ordinary superphosphate
MCP
OSP
Ca(H2PO4)2 8-9
Dicalcium phosphate DCP CaHPO4・H2O 17
Triple superphosphate TSP Ca(H2PO4)2 19-20
Monoammonium phosphate MAP NH4H2PO4 21-24
Diammonium phosphate DAP (NH4)2HPO4 20-23
Monopotassium phosphate MKP KH2PO4 17

表4 世界的なリン循環の人為による増加
(100万トンP/年)
フラックス 天然 産業化以前
(1800年)
現在
(2000年)
人間活動によって増加した天然フラックス
浸食 >10 >15 >30
 風 <2 <3 >3
 水 >8 >12 >27
河川運搬 >7 >9 >22
 粒子状リン >6 >8 >20
 溶存リン >1 <2 >2
生物体燃焼 <0.1 <0.2 <0.3
人為源フラックス
農作物摂取 - 1 12
動物排泄物 - >1 >15
人間排泄物 - 0.5 3
有機リサイクリング - <0.5 >6
無機肥料 - - 15

表5 1990年代中期の世界の作物収穫によるリンの年間同化
作物 収穫高
(100万トン)
リン
(%)
作物残渣
(100万トン)
リン
(%)
リン摂取
(100万トンP)
穀物 1670 0.3 2500 0.1 7.5
砂糖作物 450 0.1 350 0.2 1.2
根、塊茎 130 0.1 200 0.1 0.3
野菜 60 0.1 100 0.1 0.2
果物 60 0.1 100 0.1 0.2
190 0.5 200 0.1 1.1
油脂作物 110 0.1 100 0.1 0.2
その他の作物 80 0.1 200 0.1 0.3
飼料 500 0.2     1.0

合計
3250   3750   12.0

表6 1990年代中期の世界の農地のリン収支
フロー 年間フロー
(100万トンP)
インプット 24-29
 風化 2
 大気沈着 1-2
 有機リサイクル 7-10
  作物残渣 1-2
  動物肥やし 6-8
 合成肥料 14-15
除去 11-12
 作物 8-9
 作物残渣 3
ロス  
 浸食 13-15
バランス 0-2
インプット・シェア(%)
 有機リサイクル(7/24-10/29) 29-34
 無機肥料(14/24-15/29) 52-58
摂取効率(%)(11/24-12/29) 41-45


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