Kommersiellt organiskt och syntetiskt kvävegödselmedel hjälper till att föda cirka hälften av världens befolkning. Även om överdriven användning av gödselmedel utgör risker för miljön och folkhälsan, många utvecklingsländer saknar tillgång till det, leder till mattrygghet, social oro och ekonomiska svårigheter.

Ett team av forskare, leds av University of California, Davis, har publicerat en studie som identifierar fem strategier för att tackla problemet. Dessa inkluderar att applicera gödningsmedel mer exakt, få kväve dit det behövs som mest, ta bort kväveföroreningar från miljön, minska matsvinnet och ge konsumenterna möjlighet att tänka på hållbara matalternativ.

"Vi har en dubbelsidig utmaning och vi kan inte bara fokusera på ena sidan och glömma den andra, " sa huvudförfattaren Ben Houlton, professor och chef för John Muir Institute of the Environment vid UC Davis. "Människor som inte har tillgång till gödningsmedel för att odla mat är ett lika stort problem som ineffektiv användning av det."

För lite

Kostnaden för gödselmedel är en stor barriär i tillväxtekonomier, särskilt för bönder i Afrika söder om Sahara och delar av Latinamerika. Statliga subventioner kan hjälpa, men forskningen tyder på att problemet inte bara är ett ekonomiskt. Politiker mellan regeringar måste samordnas bättre för att hjälpa jordbrukare att få tillgång till gödningsmedel, med de mest avancerade och hållbara precisionsjordbruksmetoderna.

En samordnad internationell politik behövs akut, sa Houlton. Medan grupper som International Nitrogen Initiative har gjort betydande framsteg i att främja globala kvävefrågor, studien kräver ett formellt forskningsmandat liknande FN:s mellanstatliga panel för klimatförändringar för att lösa det globala kväveproblemet.

För mycket

Att föda förväntade 10 miljarder människor år 2050 kan öka användningen av gödselmedel med så mycket som 40 procent. Att byta tillvägagångssätt för spridning av gödsel kommer att vara nyckeln, sa Houlton. Gödselmedel med långsam frisättning, "fertigation" (gödselmedel med bevattningsvatten) och användning av nya sensorteknologier och drönare kan bidra till att förbättra kväveeffektiviteten. Dessa tekniker kan vara kostsamma, innebär utmaningar för adoption.

"I likhet med att erbjuda konsumenter rabatter för att köpa de första elbilarna, vi behöver incitament för jordbrukare att anta dessa metoder, " sa Houlton.

Studien diskuterar också sätt att ta bort kväveföroreningar från miljön, inklusive restaureringsprojekt för floder och översvämningsslätter och buffertremsor utformade för att förbättra vattenkvaliteten.

Matsvinn och kost

En fjärdedel av all mat som produceras går till spillo. Dess deponeras på deponier producerar också växthusgaser som metan och dikväveoxid. Forskningen föreslår att matavfall återanvänds som djurfoder eller förvandlas till kompost. Studien belyser också behovet av att öka konsumenternas medvetenhet för att minska överköp.

En annan strategi för att minska överanvändning av kväve är att ge konsumenterna möjlighet att förstå hållbara metoder för livsmedelsodling och hälsosamma val av mat. Inte alla grödor, mejeri eller kött odlas på samma sätt. Studien föreslår mer forskning och livscykelbedömningar av hur olika odlingsmetoder påverkar kvävefotspår så att konsumenter kan bestämma alternativ som är mest meningsfulla för deras speciella kultur och värderingar.

"Kväve som ett problem är ganska lösbart", sa Houlton. "Fördelarna med en hållbar kvävebalans kan förverkligas anmärkningsvärt snabbt, från att hjälpa till i humanitära kriser till att minska globala klimatföroreningar, bevara jordens biologiska mångfald, och minska giftiga algblomningar i floder, sjöar och hav."

Studien publicerades online idag i tidskriften Jordens framtid .