Phosphorus (P) is a critical factor for food production, yet surface freshwaters and some coastal waters are highly sensitive to eutrophication by excess P. A planetary boundary, or upper tolerable limit, for P discharge to the oceans is thought to be ten times the pre-industrial rate, or more than three times the current rate. However this boundary does not take account of freshwater eutrophication. We analyzed the global P cycle to estimate planetary boundaries for freshwater eutrophication. Planetary boundaries were computed for the input of P to freshwaters, the input of P to terrestrial soil, and the mass of P in soil. Each boundary was computed for two water quality targets, 24 mg P m − 3, a typical target for lakes and reservoirs, and 160 mg m − 3, the approximate pre-industrial P concentration in the world’s rivers. Planetary boundaries were also computed using three published estimates of current P flow to the sea. Current conditions exceed all planetary boundaries for P. Substantial differences between current conditions and planetary boundaries demonstrate the contrast between large amounts of P needed for food production and the high sensitivity of freshwaters to pollution by P runoff. At the same time, some regions of the world are P-deficient, and there are some indications that a global P shortage is possible in coming decades. More efficient recycling and retention of P within agricultural ecosystems could maintain or increase food production while reducing P pollution and improving water quality. Spatial heterogeneity in the global P cycle suggests that recycling of P in regions of excess and transfer of P to regions of deficiency could mitigate eutrophication, increase agricultural yield, and delay or avoid global P shortage.
Entre em contato conosco
Reconsideration of the planetary boundary for phosphorus
Resumo
O fósforo (P) é um fator essencial para a produção de alimentos, mas as águas doces superficiais e algumas águas costeiras são altamente sensíveis à eutrofização por excesso de P. Acredita-se que o limite planetário, ou limite superior tolerável, para a descarga de P nos oceanos seja dez vezes a taxa pré-industrial, ou mais de três vezes a taxa atual. Entretanto, esse limite não leva em conta a eutrofização da água doce. Analisamos o ciclo global de P para estimar os limites planetários da eutrofização de água doce. Os limites planetários foram calculados para a entrada de P em águas doces, a entrada de P no solo terrestre e a massa de P no solo. Cada limite foi calculado para duas metas de qualidade da água, 24 mg P m-3, uma meta típica para lagos e reservatórios, e 160 mg m-3, a concentração pré-industrial aproximada de P nos rios do mundo. Os limites planetários também foram calculados usando três estimativas publicadas do fluxo atual de P para o mar. As condições atuais excedem todos os limites planetários de P. Diferenças substanciais entre as condições atuais e os limites planetários demonstram o contraste entre as grandes quantidades de P necessárias para a produção de alimentos e a alta sensibilidade das águas doces à poluição por escoamento de P. Ao mesmo tempo, algumas regiões do mundo têm uma grande quantidade de P. Ao mesmo tempo, algumas regiões do mundo são deficientes em P, e há algumas indicações de que uma escassez global de P é possível nas próximas décadas. A reciclagem e a retenção mais eficientes de P nos ecossistemas agrícolas poderiam manter ou aumentar a produção de alimentos e, ao mesmo tempo, reduzir a poluição por P e melhorar a qualidade da água. A heterogeneidade espacial no ciclo global de P sugere que a reciclagem de P em regiões de excesso e a transferência de P para regiões de deficiência poderiam atenuar a eutrofização, aumentar a produção agrícola e atrasar ou evitar a escassez global de P.
Abstract
S. R. Carpenter
E. M. Bennett
2011 - Environmental Research Letters