《Food and Energy Security》：From Mine to Meal: How Critical Minerals Shape the Future of Food
食品系统日益被视为物质密集型的社会技术系统，而非单纯的生物或土地系统。然而，关键矿产（critical minerals）作为农业投入和新兴清洁能源技术的基础，仍是现代粮食安全中一个未被充分认识的决定因素。近期全球性扰动，如2021–2022年的能源和肥料价格冲击、COVID-19大流行后的复苏压力以及乌克兰战争，已表明矿产和能源供应脆弱性如何迅速转化为肥料短缺、生产成本上升和粮食价格波动。这些事件暴露了矿产、能源和食品系统之间的紧密相互依存关系，凸显了农业生产对稳定获取能源和基于矿产的投入的依赖。同时，全球能源转型正在增加对关键矿产的需求，特别是电动灌溉、冷链基础设施和农工业加工所需的铜及其他导电和结构材料。然而，矿产供应链的集中和出口限制增加了瓶颈和价格波动的可能性，尤其是在依赖进口肥料、能源技术和农业设备的地区。基于近期实证和政策文献，这篇叙述性综述综合了关键矿产影响现代食品系统的三条主要途径：（i）肥料和土壤养分，（ii）能源和冷链基础设施，以及（iii）数字农业。研究进一步探讨了矿产供应集中、地缘政治风险和重叠的全球冲击如何重塑食品系统韧性。综述提出了一种矿产智能型食品系统治理方法，明确整合肥料安全、可持续矿产管理、循环资源利用和技术公平获取，同时将关键矿产政策与粮食安全、营养和环境正义联系起来。
这篇叙述性综述旨在探讨关键矿产（critical minerals）如何通过三条主要途径影响现代食品系统（food systems）：肥料与土壤养分、能源与冷链（cold-chain）基础设施、以及数字农业（digital agriculture），并分析矿产供应集中、地缘政治风险和全球冲击如何重塑食品系统韧性（food system resilience），最终提出面向矿产智能型（mineral-smart）食品系统的政策建议。
**1 引言（Introduction）**
现代食品系统被视为物质密集型社会技术系统，依赖矿产、金属、能源基础设施和工业供应链。传统上，粮食安全分析侧重于土地、水、劳动力和农艺实践，但忽视了关键矿产在肥料、机械化灌溉、冷链物流和数字农业中的基础作用。2021–2022年的能源和肥料价格冲击、COVID-19复苏及乌克兰战争暴露了食品系统与能源市场、矿产供应链和地缘政治的紧密联系，表明肥料矿物、能源载体和基础设施金属是战略资源，其稀缺性可能破坏全球食品系统稳定。现有文献对碳、水和土地利用足迹研究较多，但氮、磷、化学投入及更广泛的物质依赖关系研究不足。这种分析差距限制了理解食品系统与工业供应链及全球资源政治之间的关系，使食品系统暴露于矿产短缺、市场中断和政治干预的冲击中。肥料生产高度依赖天然气和能源密集型操作，磷和钾生产地理集中；食品系统基础设施（如农机、灌溉系统、仓库、运输网络）包含铜、钢、铝和稀土元素。这些相互关联表明，随着全球需求增长，食品系统将日益脆弱，尤其对于关键投入短缺地区，地缘政治风险常被简化为二元因素，而实际供应链中断呈现非线性交互。关键矿产的重要性也延伸至工业和能源转型，铜、锂、钴、镍等因经济贡献和供应风险成为国家安全和产业政策因素，但食品系统很少被纳入此类讨论。能源转型加速导致农业、能源和技术部门对稀缺矿产资源的竞争加剧，肥料供应链处于能源安全、脱碳和地缘政治战略的交叉点，特别容易受到重叠冲击。低收入国家和小农户在投入获取和适应能力方面受到最大影响。能源供应限制减缓了冷链基础设施发展，增加了采后损失，削弱了营养改善效果。在南半球（Global South），矿产开采、基础设施薄弱和粮食不安全相互关联，原材料常被出口，而高矿产国家进口肥料、机械和食品，延续了采掘型发展模式。
**1.1 方法论（Methodology）**
本研究采用叙述性综述方法，综合关键矿产与食品系统之间关系的跨学科证据。文献通过Scopus、Web of Science和Google Scholar等数据库以及FAO、IEA、UNEP、UNCTAD和世界银行等国际组织报告进行检索，搜索词包括关键矿产、食品系统、肥料、能源转型、冷链、数字农业、粮食安全和南半球。优先考虑2015至2025年间发表的同行评审文章和权威政策报告，必要时纳入早期基础性研究。来源根据与综述目标的相关性进行选择，并围绕三条分析途径进行主题综合：（i）肥料和土壤养分，（ii）能源和冷链基础设施，以及（iii）数字农业和矿产治理。作为叙述性综述，研究选择基于相关性而非正式系统综述协议，可能引入选择偏差，且不试图提供所有可用文献的详尽综合。
**2 关键矿产与食品系统的隐性物质性（Critical Minerals and Hidden Materiality of Food Systems）**
当代食品系统需要超越种子、土壤和生物过程的广泛物质投入。关键矿产（critical minerals）在能源和工业政策话语中日益被接受，但其在食品系统中的作用在概念上仍分散且研究不足。本节定义关键矿产术语，将肥料养分置于更广泛的临界性（criticality）辩论中，并绘制支撑现代食品生产、基础设施和技术变革的关键矿产依赖关系。
**2.1 关键矿产（Critical Minerals）**
关键矿产传统上由两个相互关联变量表征：经济重要性和供应风险。供应风险是多维的，包括地质稀缺性、采矿或精炼的地理集中度、地缘政治不稳定、贸易限制以及采矿和精炼中的环境或社会约束。近期定义日益嵌入脱碳、电气化和数字化的需求。以往关键矿产框架偏向能源和工业用途，食品系统未被正式纳入临界性评估，这代表了农业投入与战略原材料投入之间的概念缺口。近期研究表明，肥料供应链正变得容易受到能源价格波动、贸易中断和地缘政治紧张等交叉冲击的影响，使其处于粮食安全、产业政策、气候减缓和能源系统的交叉点。磷酸盐、钾盐和氮基矿物应被视为社会、粮食安全和营养安全的战略投入。从食品系统视角看，矿产临界性不仅应由工业替代或经济竞争力决定，还应考虑饮食质量、可及性和冲击韧性。当这些维度纳入政策和研究优先级时，才可能创建矿产智能型食品系统。
**2.2 养分投入与肥料作为战略资源（Nutrient Inputs and Fertilisers as a Strategic Resource）**
关键矿产与全球食品生产之间最直接且广泛的物质联系是通过肥料。磷（P）和钾（K）是不可替代的物质，源自磷酸盐岩和钾盐矿床的地质储量。氮（N）可通过哈伯-博世（Haber-Bosch）过程生产，但这一过程高度耗能，将氮肥可用性与化石燃料市场、能源价格波动和脱碳路径联系起来。现代农业依赖这三种养分途径，使食品系统在关键矿产供应链上具有物质依赖性。这些矿物的需求广泛分布于全球农业部门，使食品系统极易受到矿产和能源供应中断的影响。近期肥料价格冲击因乌克兰战争等地缘政治冲击而加剧，证明矿产和能源稀缺向食品价格传播的速度。中低收入国家尤其脆弱，因为其高度依赖肥料进口，缺乏战略储备、财政灵活性和国内生产能力。然而，肥料矿物在传统关键矿产方法中未被集中考虑，这些方法优先考虑与可再生能源、电动汽车和数字基础设施相关的金属和矿物。这种政策盲点使食品系统在全球供应紧张时期暴露于脆弱性，尤其是在能源和数字转型期间矿产竞争加剧时。肥料是战略资源，需要面向食品系统的矿物治理方法，加强国内生产、多样化供应来源并投资于养分循环（nutrient circularity），通过回收废物流减少对全球冲击的暴露。
**2.3 映射食品系统中矿物角色与系统性风险（Mapping Mineral Roles and Systemic Risks in Food Systems）**
除肥料外，食品系统依赖多种矿物来建设基础设施、实现机械化和数字化。电动灌溉系统、加工厂、冷藏仓库、运输基础设施和冷链均由矿物密集型材料（包括铜、钢、铝和其他特种冷却组件）构成。随着食品系统现代化和适应气候变率，这些物质依赖将增加。数字化进一步增加了食品系统的物质足迹，因为精准农业技术依赖传感器、半导体和通信网络，这些由全球集中供应链支撑。这些技术虽然是数据驱动的，但在物理上具有锚定性，且容易受到地缘政治干预、价格冲击和差异的影响。基于生命周期的食品系统分析传统上侧重于碳和水足迹，很少关注养分流动和物质投入。王等人（2025）的研究指出，氮、磷、化学投入和更广泛的物质关系尽管在可持续性绩效中起关键作用，但研究最少。这些分析空白掩盖了矿物作为瓶颈的作用，并低估了其对系统脆弱性的贡献。值得注意的是，矿物风险分布不均。大规模生产者和高收入国家能够吸收价格冲击或寻找替代供应，而小农户和依赖进口的国家则暴露于风险中。矿物稀缺和波动性因此转化为食品系统中的分配不平等，加剧了预先存在的结构性不平等。
**2.4 对食品系统韧性的影响（Implications for Food System Resilience）**
将食品系统理解为物质嵌入系统对韧性规划具有重要影响。传统韧性方法侧重于多样化、气候智能型活动和农场或社区层面的适应性，但如果上游矿物和能源依赖仍然脆弱，这些方法是不够的。矿物失衡通过食品系统传播，产生延迟但持久的影响。肥料价格冲击不一定立即导致食品供应下降，但可能导致土壤枯竭，降低未来季节产量并增加长期脆弱性。同样，矿物基础设施的限制可能推迟灌溉、储存和冷链投资，延长采后损失并加剧营养短缺。韧性必须从物质和基础设施角度处理，而非仅从生态或社会角度。全球能源转型加剧了这些挑战，因为对铜、镍和其他过渡金属的需求增长意味着食品系统与能源和运输行业对共同原材料的竞争日益激烈。缺乏直接协调时，脱碳政策可能降低食品系统基础设施的优先级，尤其是在资源受限的环境中。从南半球视角看，这些脆弱性因长期存在的正义问题而加剧。矿产生产国常出口原材料，进口肥料、机械和食品，只获得一小部分价值，却承担开采的环境和社会成本。然而，矿物依赖因地区资源禀赋、治理质量和产业政策而异。例如，摩洛哥通过下游加工和肥料生产战略性利用其丰富的磷酸盐储备，加强国内增值并促进全球肥料安全；而刚果民主共和国虽占全球钴产量约70%，但因治理薄弱、基础设施不足和国内增值水平低，仍面临持续粮食不安全。
**2.5 框架的指标与实证验证（Indicators and Empirical Validation of the Framework）**
在关键矿产开采阶段，指标如矿产产量、储量分布、进口依赖度、供应集中指数和出口限制可评估战略矿产的安全性和可及性。在食品系统物质投入阶段，指标包括肥料价格、施肥率（kg·ha
?1）、农村电力接入率、农业机械化水平、灌溉覆盖率和支持农业生产的可再生能源容量。食品系统功能可通过作物产量、采后损失率、冷藏能力、物流绩效、食品加工效率和数字农业技术采用率等指标评估。食品系统结果可采用国际公认的粮食安全指标，如营养不良发生率、食品价格通胀、全球粮食安全指数、饮食多样性、营养结果和食品系统韧性的测量。
**2.6 与框架相关的案例研究（Case Studies Relevant to the Framework）**
2021–2022年全球肥料危机提供了矿物-食品系统联系的实际例证。全球肥料价格较疫情前水平上涨超过150%，主要由天然气价格上涨、出口限制和地缘政治干扰驱动，导致农业成本增加、施肥减少、农业生产力下降和食品价格上涨。摩洛哥拥有超过70%的世界已知磷酸盐岩储量，说明战略矿产治理和下游增值如何加强肥料安全和农业价值链；而刚果民主共和国尽管占全球钴产量的70%，但因治理薄弱、基础设施不足和国内增值有限，仍经历广泛粮食不安全。肯尼亚和卢旺达太阳能冷链基础设施的扩展说明，依赖矿物的可再生能源技术如何在资源有限环境中改善食品保鲜并减少采后损失。
**2.7 将关键矿产整合到食品系统框架中（Integrating Critical Minerals Into the Food Systems Framework）**
所提出的“从矿山到餐盘”框架与粮食安全的四个国际公认维度（可获性、可及性、利用和稳定性）保持一致，展示上游矿物系统如何塑造下游食品系统结果。食品可获性受关键矿产在肥料生产、灌溉基础设施、农业机械化和能源系统中的作用影响；磷和钾等矿物对维持土壤肥力和农业生产力至关重要，而铜支持电气化、灌溉网络和食品加工基础设施。食品可及性受矿物依赖的生产成本和基础设施影响；肥料价格上涨、能源成本增加和供应链中断导致食品价格上涨，降低低收入人群的购买力；交通基础设施、农村电气化和冷链物流投资可改善市场连接和降低分销成本。食品利用涉及食品质量、安全、营养价值和有效利用；关键矿产通过制冷技术、食品保鲜系统、加工设备和数字监测技术间接支持利用，减少腐败并维持食品质量。食品稳定性反映食品系统在外部冲击下维持可获性、可及性和利用的能力；关键矿产供应链日益暴露于地缘政治紧张、贸易限制、气候相关中断和市场波动，供应多样化、循环经济方法、战略矿产储备和国际合作可增强稳定性。通过这四个相互关联的维度看待关键矿产，表明矿产治理影响远超农业生产，涉及基础设施发展、食品可负担性、营养结果和食品系统对未来环境、经济和地缘政治挑战的韧性。
**3 能源转型、铜与食品系统基础设施（Energy Transition, Copper and Food System Infrastructure）**
全球能源转型与食品系统现代化在基础设施和物质需求上日益相互依存。铜（copper）由于高导电性成为电气化的关键元素，但它在食品系统基础设施中的作用尚未被充分认识。电动灌溉系统和冷藏供应链的扩展严重依赖与能源转型相同的铜密集型技术。
**3.1 铜与电动食品系统（Copper and Electrified Food Systems）**
电气化已成为低碳能源系统和当代食品系统的结构性必需品。电动灌溉系统更高效节水，减少柴油泵需求；食品加工厂依赖稳定电力进行碾磨、干燥、包装和增值。储存、制冷和运输日益依赖电动机、传感器和控制系统。铜在这些应用中是不可替代的材料，支撑布线、电机、变压器和电子元件。能源革命显著增加了全球铜需求：风力涡轮机、太阳能光伏和储能系统比化石燃料技术消耗更多铜；电动汽车的铜需求是传统内燃机汽车的两到四倍。随着铜需求在可再生能源系统、电动交通、数字基础设施和农业技术中扩展，对有限矿产资源的竞争预计加剧，影响食品系统基础设施的可负担性和可及性。这些分配压力在食品系统中尤为突出，因为其铜需求规模较小但具有基础设施性，通常投资规模小、分散且位于农村或城乡结合部，尤其是在中低收入国家。这使其对投资者和政策制定者不太显眼，导致食品系统基础设施在矿物政策中边缘化，可能阻碍农业现代化、增加对化石燃料的依赖并阻碍气候适应措施。
**3.2 冷链、冷却与营养（Cold Chains, Cooling and Nutrition）**
冷链和冷却技术是食品系统中最铜密集的组成部分，有助于最小化采后损失并改善营养结果。全球约三分之一的食品被损失或浪费，其中很大一部分发生在缺乏充足储存、制冷和运输设施的低收入地区。易腐食品（水果、蔬菜、乳制品、肉类和鱼类）受影响尤甚，导致生产者经济损失和消费者营养密集食品缺乏。冷链通过延长货架期、维持食品质量和稳定价格来减少供应链损失。制冷、压缩机、电机、热交换器和控制系统均受益于铜的高效传热和导电性，因此冷链扩展不仅依赖能源可用性，还依赖对铜和其他关键矿物的获取。随着人口增长、城市化、收入增加和气候驱动的热应激对冷却资源施加压力，冷却基础设施的物质足迹将显著增加。扩展面临两个瓶颈：一是电力短缺，电网覆盖差、频繁停电和高电价使制冷在农村地区难以实现；二是矿物约束，特别是铜价上涨和供应不确定性增加了冷却基础设施的资本成本。这些压力将随着铜在电动汽车、可再生能源和电网设施中的需求加速而加剧。矿物和能源瓶颈可能破坏冷链在需求最迫切地区的规模化。铜密集型冷却技术成本更高或更难实施，投资可能集中在更富裕地区和出口导向的供应链，从而扩大现有差距。南半球的小规模生产者和国内市场可能缺乏充足储存设施，导致大量腐败风险，加剧粮食不安全和营养缺陷。
**4 数字农业与智能食品系统的矿物强度（Digital Agriculture and the Mineral Intensity of Smart Food Systems）**
数字化被积极宣传为可持续食品系统变革的一部分，但主导话语往往隐藏这些系统的物质基础。数字食品系统是物质资源，依赖由矿物制成的硬件、能源密集型数据基础设施和相互连接的供应链，这些供应链容易受到供应中断、价格波动和地缘政治风险的影响。
**4.1 数字食品系统的物质基础（Material Foundations of Digital Food Systems）**
精准农业基于一系列物理技术，包括土壤和作物传感器、GPS引导机械、卫星和无人机平台、自动灌溉系统和农场管理界面。这些设备使用关键矿物：铜构成布线、电机和通信系统的基础；稀土元素用于制导系统、执行器和机器人中的高性能磁体；锂、钴和镍位于电池、传感器和离网设备的核心。在农场用途之外，数字食品系统依赖数据中心、云计算和电信网络来存储、处理和在供应链中传输数据。这些基础设施极其能源和物质密集：数据中心使用大量铜用于电力传输和冷却系统，半导体和存储系统依赖复杂的矿物供应链。这些上游环节的采矿、精炼和运输瓶颈直接影响数字农业的韧性和可持续性。数字化对矿物的依赖具有分配影响：南半球的小农户受成本、能源可用性和地缘政治风险限制，而大规模农场和农业企业往往能更好地应对。
**4.2 能源、连通性与新兴约束（Energy, Connectivity and Emerging Constraints）**
数字农业离不开稳定的电力供应和连接性。大多数数字技术，如传感器网络、自动灌溉和基于云的分析，预设持续电力供应和网络连接。然而，这些条件在农村地区分布不均，尤其是中低收入国家，电力中断、电网基础设施薄弱和宽带连接不足普遍存在。因此，数字农业的规模化常伴随对农村电气化、移动网络和宽带基础设施的国际投资，所有这些都是高度能源和矿物密集的。铜、锂、镍、钴和稀土元素等为数字食品系统供电和连接所需的材料，与可再生能源系统、电网扩展、电动汽车和储能系统使用的材料相同。由于跨行业需求增加、矿山建设周期长、加工链瓶颈和供应地理集中，短缺和价格波动的威胁增加。这些动态质疑了数字化是提高食品系统韧性的固有方式的假设。尽管精准灌溉系统、传感器平台或基于云的工具可能在稳定条件下提高效率，但当矿物供应变化、能源价格飙升或贸易受限时，它们可能失效。旨在使农业脱碳的能源转型甚至可能最初增加矿物需求，例如太阳能灌溉解决方案和电池支持的冷存储减少了对化石燃料的依赖，但依赖由全球供应链决定的矿物密集型技术，而这些供应链不受当地食品系统控制。
**4.3 分配与正义影响（Distributional and Justice Implications）**
数字食品系统具有关键的分配和正义影响。商业农场和农业企业往往能更好地承担矿物依赖技术的资本成本、管理供应风险并将数字技术整合到高度机械化的生产系统中。相反，小农户（尤其在低收入国家）因可负担性、基础设施缺乏、数字素养以及电力和连接性间歇性而面临持续挑战。这使得数字化的利益分布不均，巩固了食品系统间的现有不平等。这些差距因矿物密集型硬件价格上涨而进一步恶化，这些价格受跨行业需求和供应约束驱动。对价格波动和地缘政治风险敏感的矿物被用于精准传感器、GPS设备、无人机和数据驱动机械，偏向于资金和基础设施更充足的生产者和地区，限制了小农户和粮食安全受限地区的采用。此外，研究人员警告，数字农业可能通过数据所有权、技术力量和价值创造集中在少数跨国公司手中而加剧权力失衡。地缘政治过程加剧了这些正义问题：关键矿物的出口限制、战略储备或贸易冲突可能破坏依赖进口国家的数字农业发展计划，并强化技术依赖。
**4.4 走向物质意识与情境适当的数字化路径（Toward Material-Aware and Context-Appropriate Digitalisation Pathways）**
承认数字农业的矿物强度并不意味着放弃数字创新，而是要求物质意识、情境相关的数字化方法，使技术采用与粮食安全、公平和可持续性目标保持一致。此类路径强调低能耗、低成本和模块化技术，可在能源和连接性受限环境中运行。关注共享或合作基础设施、开放数字平台和开源软件的战略也可减少对高度专业化、依赖大量矿物系统的依赖，并增加小农户和资源受限农民的可及性。政策干预至关重要：鼓励硬件的可修复性、再利用和回收，以延长使用寿命、降低生命周期成本并减轻对初级矿物开采的压力；通过维修权法律、支持本地维护生态以及确保公共采购优先选择持久、可互操作的技术来减少对矿物价格波动的暴露。混合创新路径也很有前景，将简单传感器、移动咨询或气候意识决策支持等精确在线技术与农业生态技术相结合，可提供韧性益处而不产生过度的物质要求或能源密集型过程。这些解决方案强调知识密集型与自然基础解决方案之间的互补性。在系统层面，食品系统需要被纳入关键矿产、能源和数字基础设施战略。农工业应被视为优先部门，而非能源和数字转型的被动受益者，以通过促进采矿用地资源、基础设施投资和技术转让来支持粮食安全目标。缺乏这种整合，数字化可能导致食品系统对采矿供应链的更大依赖和更高脆弱性。
**5 地缘政治、正义与南半球（Geopolitics, Justice and the Global South）**
现代食品系统日益由关键矿产的地缘政治决定，这些矿产是其形成的物质基础。肥料生产、能源基础设施、冷链和数字食品系统均基于矿物，但它们的开采、加工和贸易在空间上分布不均，并嵌入不对称的权力关系中。这些不对称对粮食安全和正义具有巨大影响，尤其是在南半球，许多国家矿产丰富但粮食不安全。随着能源转型期间全球矿物需求迅速上升，获取和控制的斗争加剧，强化了采掘型发展的历史趋势，并将食品系统脆弱性外部化到已经脆弱的地方。
**5.1 关键矿产供应链的集中（Concentration of Critical Mineral Supply Chains）**
关键矿产供应链表现出显著的地理和制度集中度。少数国家是锂、钴、稀土元素和磷酸盐等多种矿物的主要生产国，而加工和精炼过程甚至更加集中，通常由少数公司或国家控制。这种集中造成了系统性脆弱性：当少数地点出现问题，它们可能通过整个能源、农业和食品系统产生涟漪效应，放大全球供应冲击。富裕经济体政府已转向友岸外包、战略储备和矿物外交等策略，以获取其视为对脱碳、工业竞争力和国家安全至关重要的材料。然而，食品系统很少在这些策略中被优先考虑，政策优先事项往往是电动汽车、可再生能源技术和国防应用，可能边缘化肥料产出、冷链基础设施和农业电气化。对于矿物进口国，这种地缘政治重组使南半球暴露于价格波动、出口限制和供应冲击。这些国家大多严重依赖进口肥料、能源技术和数字基础设施，所有这些都嵌入矿物密集的全球价值链中。这意味着地缘政治摩擦和矿物竞争可直接转化为食品系统压力，增加生产成本和降低国内产量。
**5.2 食品系统正义问题（Food System Justice Concerns）**
关键矿产开采已成为食品系统的重要关注点，尤其是在资源丰富的南半球地区。采矿活动常通过影响土地和水资源、破坏当地生态系统以及产生污染（损害土壤质量、淡水可用性和渔业）来影响农业。农村社会经常受到这些影响，其生计基于农业、渔业和牧业，但对采矿、利益分享和环境标准往往没有发言权。一个显著的正义矛盾是矿产丰富与粮食不安全并存。即使一些矿产出口国严重依赖进口肥料、农业设备甚至食品，它们仍是支撑全球能源、数字和工业基础设施的原材料的来源地。这反映了深层的采掘型发展模式，矿物出口时几乎没有国内增值或联系建设，而当地食品生产部门投资不足并面临世界市场波动风险。这意味着对全球变革做出重大贡献的国家往往获得很少价值，同时容易受到食品和投入冲击。采矿收益常由跨国公司和本国精英享有，而负面影响如环境退化、生计破坏和食品系统脆弱性则当地化。全球脱碳和数字化议程通常被呈现为普遍积极，却可能将物质、生态和社会成本推给已经承受气候压力和营养不安全压力的地区。
**5.3 价值链整合的机会（Opportunities for Value-Chain Integration）**
尽管存在挑战，关键矿产也可用于重构发展模式，帮助创建更具韧性和更公平的食品系统。将矿物开采与下游活动（如肥料生产、农业机械制造和冷链基础设施）进行战略性价值链整合，可增强国内价值捕获并加强食品系统基础。例如，拥有磷酸盐矿床的国家可专注于国内或区域肥料生产，而非出口原材料并进口成品。同样，矿产收入可投资于基础设施、冷储存和物流系统，以减少采后损失并稳定食品库存。这些策略需要工业、农业和矿物政策的协调，而非单一部门计划。产业政策对于促进此类联系至关重要，可通过有针对性的激励措施、公私合作和区域合作，在资源富有但粮食不安全地区开发肥料厂、机械装配厂和食品加工厂。南南合作和区域价值链的创建对于减少对遥远市场的依赖和增强对全球冲击的韧性至关重要。然而，这些机会不会自动实现；缺乏良好治理时，价值链整合可能再现现有不平等或产生新的环境压力。
**5.4 矿物-食品关系中的不确定性、未来情景与新兴技术（Uncertainties, Future Scenarios and Emerging Technologies in the Mineral–Food Nexus）**
能源转型与食品系统之间的关系动态且充满不确定性。未来矿物需求轨迹将随技术创新、材料替代、地缘政治转变和政策选择而动态演变。一个重要的不确定性来源是技术创新速度：电池技术（如钠离子、磷酸铁锂和固态电池）的进步可能减少对钴和镍等矿物的依赖，同时增加对更丰富材料的需求。光伏材料、轻量化电气组件和改良储能系统的研究可能改变对铜、锂和稀土元素的未来需求。矿物回收、城市采矿和二次资源回收的改进也可能减少对初级采矿的依赖，从而缓解能源系统与食品系统对关键矿产资源的竞争。农业内部的技术创新可能进一步重塑矿物需求：精准农业、人工智能、自主机械、数字孪生和基于传感器的养分管理有可能提高肥料利用效率、减少过量投入施用并优化灌溉和能源消耗。同样，增效肥料、控释养分配方以及从废水和农业残留物中回收养分可减少对新开采磷酸盐和钾盐的依赖，同时支持循环养分系统。未来可能遵循不同轨迹：在高需求情景下，快速脱碳、有限回收、缓慢技术替代和持续地缘政治碎片化可能加剧对关键矿产的竞争，增加农业和食品系统的生产成本和供应风险；在创新驱动循环经济情景下，广泛矿物回收、材料替代、资源效率改善和协调国际治理可缓和未来矿物需求，同时支持气候目标和粮食安全；在碎片化治理情景下，出口限制、地缘政治紧张和技术采用不均可能进一步集中矿产供应链，增加依赖进口的食品系统的脆弱性。
**6 迈向矿产智能型、韧性食品系统（Towards Mineral-Smart, Resilient Food Systems）**
上述讨论表明，当前食品系统深深嵌入基于矿物和能源的肥料、能源和数字系统中。在能源转型加速、全球对关键矿产竞争加剧的背景下，食品系统面临供应集中、价格波动和地缘政治不稳定。这些脆弱性需要通过从部门特定干预转向矿产智能型食品系统来应对，即明确承认物质约束、预期权衡并将矿物治理与粮食安全、营养和正义目标相协调。
**6.1 优先考虑肥料矿物安全（Prioritising Fertiliser Mineral Security）**
磷酸盐、钾盐和氮等肥料矿物必须被视为战略粮食安全资产，而非受短期市场力量支配的商业商品。近期肥料危机表明，能源市场扰动、出口控制和地缘政治对抗如何迅速导致肥料可用性下降、投入价格上涨、产量降低和粮食不安全加剧。影响在依赖进口的国家尤为严重，农民和政府通常缺乏财政能力来缓冲价格冲击或确保替代供应。肥料矿物在大多数国家及区域关键矿产政策中处于边缘地位，尽管它们对维持全球食品生产至关重要。政策关注多集中于与电动汽车、电池和可再生能源基础设施相关的材料，这些代表了工业竞争力和脱碳的优先事项，而非食品系统韧性。忽视肥料矿物作为战略规划因素，政府可能低估了全球供应紧张时期食品系统的脆弱性。将肥料矿物纳入关键矿物框架可实现更系统化和前瞻性的治理，促进端到端供应风险评估，考虑地质约束、贸易集中度、能源依赖和地缘政治暴露。这还将促进进口多样化、战略储备建立以及对本地或区域生产的、环境和经济上可行的肥料进行特定补贴。
**6.2 加速养分循环与二次供应（Accelerating Nutrient Circularity and Secondary Supply）**
为减少对初级矿物生产的依赖，需要加快养分循环，尤其是磷和氮，其供应链日益受到地质约束、地缘政治风险和能源波动的影响。从废水、牲畜粪便和食品废物中回收磷在技术上可行且环境有益，为开采磷酸盐提供替代和补充来源，同时减少养分径流、富营养化和水污染。与大多数能源转型矿物不同，磷在食品生产中无可替代，因此二次供应策略对长期粮食安全至关重要。尽管养分回收和循环利用技术的技术潜力已得到证明，但其在不同地区的实施分布不均。缺乏资金、机构责任分散、投资初始成本高以及农业政策、废物管理和卫生之间的协调不足限制了大规模应用。此外，监管框架仍偏向线性废物处置而非资源回收，农民对回收肥料产品的安全性、标准化质量和农艺效果常持怀疑态度。在南半球快速增长的城市地区，循环养分系统的协同效益极高。将废水管理和有机废物中的养分回收与卫生改善相结合，可提高卫生效率、减少对进口肥料的依赖并增强邻近农田的土壤肥力。这些策略与城市代谢和循环经济概念一致，旨在闭合物质循环、减少环境足迹和对外部来源的依赖。养分循环还有助于通过多样化肥料供应和减少对全球价格波动的暴露来隔离食品系统免受外部冲击。循环经济策略必须超越养分回收，涵盖通过资源利用对农工业残留物进行增值。食品加工行业产生大量副产品，如水果皮、葡萄渣、橄榄渣、麦麸和蔬菜残留物，富含具有抗氧化、抗菌和抗炎特性的酚类化合物。这些残留物可先通过可持续提取技术回收高价值生物活性化合物，剩余生物质用于堆肥、生物能源生产或养分回收。回收的酚类化合物在化妆品、制药和营养保健品行业具有应用潜力。将养分回收与高价值生物活性化合物的回收相结合，通过促进工业共生、多样化农村收入机会和减少对原始原材料的依赖来加强循环生物经济。
**6.3 投资可持续、矿物高效的冷链（Investing in Sustainable, Mineral-Efficient Cold Chains）**
冷链基础设施对食品系统韧性、营养和气候减缓具有重要贡献，但这一点尚未被广泛认识。采后食品损失显著，尤其是对于易腐、营养密集的食品。在中低收入国家，储存、运输和零售环节的冷却不足导致食品损失、生产者收入不平等以及消费者可获得的食品质量不足。因此，改善冷链不仅是一种物流干预，也是一种营养敏感型措施，可稳定
