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Dati scientifici, volume 10, numero articolo: 363 (2023) Citare questo articolo

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Le informazioni sul tasso di fosforo ad alta risoluzione, specifiche per ogni coltura, sono essenziali per la gestione sostenibile dei fertilizzanti agricoli in Cina. Tuttavia, esistono sostanziali incertezze nell’attuale set di dati sui fertilizzanti a base di fosforo a causa delle sole statistiche nazionali grossolane utilizzate nello sviluppo del set di dati e dell’assenza di informazioni specifiche sulle colture fornite. Questo studio ha armonizzato le statistiche sul fosforo e sui componenti dei fertilizzanti a livello provinciale e di contea e i dati sulla distribuzione delle colture per generare mappe a griglia di 1 km del tasso di fosforo per riso, grano e mais negli anni 2004-2016 (CN-P). CN-P fornisce una stima comparabile del tasso di fosforo per ciascuna coltura nel periodo 2004-2016 e dimostra una migliore eterogeneità spaziale. I dati esistenti sviluppati utilizzando le statistiche nazionali tendono ad attenuare la variabilità all’interno del paese e sottostimano significativamente il tasso effettivo di fosforo. CN-P mostra che, nel periodo 2004-2016, il grano ha ricevuto il tasso di fosforo più elevato (8,7 g P2O5 m−2), mentre il mais ha mostrato la tendenza all’aumento più rapida (2,36% anno −1). Il set di dati CN-P ha il potenziale per essere ampiamente applicato negli studi di modellazione sulle strategie di gestione sostenibile dei fertilizzanti agricoli e sull’inquinamento da fosforo.

Il fosforo svolge un ruolo vitale nella coltivazione dei raccolti1,2 e nel soddisfare la domanda alimentare3,4,5. La Cina è il più grande paese produttore e consumatore di fertilizzanti al fosforo6. Nel 2020, in Cina sono stati prodotti circa 13 milioni di tonnellate di fertilizzanti al fosforo, di cui circa 9 milioni di tonnellate sono stati utilizzati in agricoltura, il che rappresenta il 20,6% del consumo globale di fertilizzanti al fosforo7. Dal 1980, l’applicazione totale di fertilizzanti al fosforo è aumentata e nel 2050 si prevede una domanda sostanziale di fertilizzanti al fosforo a causa della crescita della popolazione in Cina4.

L'uso eccessivo di fertilizzanti al fosforo provoca una serie di problemi ambientali8. Attualmente, sono venti le province soggette a diversi livelli di inquinamento da fosforo9. È stato riscontrato che il fosforo disponibile nel suolo è aumentato da 17,09 mg L−1 negli anni ’90 a 33,28 mg L−1 negli anni 2000 in Cina10; e negli ultimi 60 anni sono state rilasciate nei corpi idrici 48 Tg di fosforo3,11. Di conseguenza, è stata riscontrata eutrofizzazione nel 23,6% dei principali laghi cinesi, di cui il 4,5% era moderatamente eutrofico e lo 0,9% era gravemente eutrofico12. Pertanto, la gestione sostenibile dei fertilizzanti a base di fosforo è fondamentale sia per la sicurezza alimentare che per la conservazione dell’ambiente.

Per studiare la gestione efficiente dei fertilizzanti a base di fosforo, è fondamentale comprendere lo stato del tasso di fosforo in agricoltura. Precedenti studi hanno esaminato l’impronta storica del fosforo6, il rilascio di fosforo1 e le perdite di fosforo3. Queste analisi si basano generalmente sulle statistiche sul fosforo su scala nazionale fornite da FAOSTAT7 e IFASTAT13. Lu e Tian14 hanno sviluppato un set di dati sul fosforo agricolo su griglia, in cui hanno ottenuto il consumo di fosforo su griglia moltiplicando le statistiche sul tasso di fosforo su scala nazionale con i dati sui terreni coltivati ​​su griglia. Nonostante sia ampiamente utilizzato, ci sono tre principali carenze nel set di dati esistente: (1) La statistica sul fosforo più ampiamente disponibile è su scala nazionale. Si tratta di un dato molto grossolano, che tende a raggruppare le eterogeneità spaziali all'interno del Paese; (2) La fonte dei dati sul tasso di fosforo proveniva dal dipartimento di statistica e i dati sui terreni coltivati ​​sono stati ottenuti dal metodo di telerilevamento nel prodotto dati. La combinazione diretta dei due tipi di dati può sollevare il problema dell'incoerenza del calibro statistico; (3) L’attuale set di dati sul fosforo su griglia fornisce solo informazioni sul fosforo agricolo totale, anziché informazioni specifiche sulla coltura. La mancanza di dati specifici per coltura porta alla difficoltà di separare il fertilizzante a base di fosforo per varie colture e stagioni di crescita nell'analisi dei modelli.

Per superare queste carenze, abbiamo costruito un nuovo set di dati sul tasso di fosforo su griglia, denominato CN-P. CN-P è un set di dati su griglia con risoluzione di 1 km relativo al tasso di fosforo per tre colture alimentari di base (ovvero riso, grano e mais) in Cina nel periodo 2004-2016. Contiene mappe a griglia del tasso di fosforo in ciascun anno per ciascuna coltura. Nella costruzione dei dati, abbiamo utilizzato la statistica a livello di contea, che è la migliore statistica agricola in Cina. Dopo la convalida, abbiamo scoperto che CN-P dimostra un tasso di fosforo specifico per coltura paragonabile a quello delle precedenti indagini sugli agricoltori e fornisce una distribuzione spazialmente esplicita migliorata rispetto al precedente set di dati all'avanguardia rispetto al singolo anno. Abbiamo scoperto che solo l’utilizzo delle statistiche nazionali nel precedente set di dati sul fosforo su griglia tende ad appianare la variabilità spaziale e sottostima significativamente il tasso di fosforo agricolo.