Om du verkligen ville röra med världens livsmedelsproduktion, ett bra ställe att börja skulle vara i Marocko. De växer inte mycket här, men det är hem för gruvor som innehåller de flesta av världens kända reserver av fosfatberg, näringskällans huvudkälla. De flesta av oss över hela världen, de flesta dagar, kommer att äta lite mat som odlas på fält som befruktas av fosfatsten från dessa gruvor.

Fosfor är ett viktigt mineral för att odla mat, men forskning tyder på att detta bryts ohållbart. Om reserverna tar slut, matproduktionen kommer att begränsas och svält är fullt möjligt.

Nu, David Vaccari, en miljöingenjör vid Stevens Institute of Technology, och kollegor har utvecklat en modell för att beskriva hur fosfor flyter genom det globala livsmedelssystemet. Modellen, rapporterade i 4 september -numret av Miljövetenskap och teknik , kan förutsäga hur flera olika bevarandeåtgärder kan minska efterfrågan på en icke -förnybar resurs som är helt avgörande för att mata världen.

"Fosfat sprids över planeten men återvinns knappast, sa Vaccari, en pionjär inom fosfatforskning som ledde arbetet. "Modellen låter oss svara på specifika" vad händer "-frågor för att se hur vissa förändringar i mänskligt beteende kan avsevärt förbättra bevarandet av denna resurs och i förlängningen, hjälpa till att upprätthålla världens livsmedelsproduktion. "

Förr, fosforcykeln var praktiskt taget stängd:grödor åt av människor och boskap medan deras avföring användes som naturligt gödningsmedel för att odla grödor igen. Dessa dagar, cykeln bryts. Varje år bryts fosfatstenar och omvandlas till gödselmedel. Detta omvandlas till grödor som transporteras till städer för mat. En del fosfor går förlorad vid varje steg på vägen och hamnar i miljön. Avrinning från gårdar går i vattenvägar, matavfall går till deponier, och det mänskliga avfallet går till avloppsreningen, varav de flesta slutligen hamnar i havet. En cykel har blivit en linjär process.

Vaccari och kollegor modellerar denna cykel, med "knoppar" som kan vridas uppåt eller nedåt för att skapa olika bevarandescenarier. När en ratt vrids - t.ex. fraktion av animaliskt kött i kosten, bråkdel av mat som går till spillo, andel av mänskligt avfall som återvinns - modellen, vilka faktorer i läckor och förluster från livsmedelssystemet, slingrar tillbaka för att beräkna i vilken grad fosfatbrytning kan reduceras.

Modellen visar flera intressanta resultat:

• Kollektiva kostförändringar kan minska efterfrågan på fosfatbrytning avsevärt. Eftersom olika djur har olika fotavtryck på fosfatbrytning, dessa förändringar kan innefatta att minska den totala köttkonsumtionen eller byta till kött som kräver mindre foder för att producera; till exempel, det krävs 32 kilo foder för att producera ätbart nötkött; 11 pund för att producera ätbart fläsk; och fyra för att producera ätbar kyckling och cirka en eller två för mjölk och ägg. Ju färre kilo foder som behövs, desto mindre efterfrågan på fosfatbrytning.
• Kostförändringar skulle minska efterfrågan på gruvfosfor bara upp till en punkt; sedan, förvånande, efterfrågan skulle öka. Det beror på att äta mindre kött nödvändigtvis skulle leda till att äta fler grödor och till en början grödor kan använda fosfor från resurser som inte är gruvdrift, till exempel naturlig mineralerosion i jorden. Dock, naturlig mineralerosion skulle inte vara tillräckligt för att upprätthålla den ökade efterfrågan på grödor, så skulle fosfatgruvor behöva tappas igen.
• Beräkningar visar att att minska mängden mat vi slösar är cirka 80 gånger mer effektivt för att bevara fosfor än att återvinna samma avfall.
• Även om 100 procent av fosforn i vårt mänskliga avfall återvinns, brytning av fosfor skulle bara minskas med cirka 16 procent; återvinning av 100 procent av matsvinnet skulle minska gruvdriften med 5 procent. Återvinning har så låg effekt på bevarande eftersom återvunnen fosfor utsätts för mycket av samma förluster i livsmedelssystemet som gödselmedel. Således, även om återvinning fortfarande är en del av lösningen, det är mycket bättre att minska mängden avfall vi producerar i första hand.
• Om världen helt måste vara beroende av fosfor annat än från gruvdrift, det skulle bara kunna stödja ungefär en tredjedel av den nuvarande världsbefolkningen, med nuvarande användningsnivåer och återvinningseffektivitet.
• Dock, om vi avsevärt ökade vår effektivitet, det skulle vara möjligt att stödja ungefär dubbelt den nuvarande världsbefolkningen.

Världen, dock, är inte på väg att ta slut på fosfor. Vid nuvarande användningshastigheter, kända fosforreserver kan hålla jordbruksproduktionen i flera århundraden, enligt Vaccari. Men till skillnad från kväve, som utgör 78 procent av atmosfären (och en huvudingrediens i gödningsmedel), fosfat är en begränsad resurs - och "nya fosforkällor kommer att vara svåra att hitta, sa Vaccari.

Att minska fosfatbrytningen har andra fördelar. När fosfor "läcker" från jordbruket, livsmedelsproduktion och avfallshanteringssystem, det bidrar till allvarliga problem med vattenföroreningar som skadliga algblomningar i sjöar och i kustzonen. Bortsett från de länge kända folkhälsoproblemen och den ekonomiska effekten av algblomning i fiskesamhällen, en dödlig variation av alger har nyligen orsakat flera hunddöd i södra USA.

"Fosfor är viktigt för livet, "sa Vaccari." Så planen är att hålla det kvar länge genom att bryta fosfat på ett hållbart och ansvarsfullt sätt - och den här modellen hjälper oss att titta på optimala sätt att göra det. "