L'agricoltura moderna deve affrontare due grandi dilemmi:come produrre cibo a sufficienza per sfamare la popolazione umana in crescita e come ridurre al minimo i danni ambientali associati all'agricoltura intensiva. Mantenere più azoto nel suolo come ammonio può essere un modo chiave per affrontare entrambe le sfide, secondo un nuovo documento in Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze (PNAS) .

L'uso odierno di fertilizzanti azotati contribuisce pesantemente alle emissioni di gas serra, inquinamento dell'aria, e inquinamento delle acque, ma sono anche essenziali per la coltivazione. Ridurre questo inquinamento è fondamentale, ma è probabile che l'uso di azoto cresca con l'aumento della produzione alimentare. Allo stesso tempo, la popolazione umana mondiale è in aumento, e l'agricoltura deve produrre in modo efficiente cibo a sufficienza per sfamare tutti senza ricorrere all'abbattimento di più foreste per l'agricoltura.

Nel passato, gli agricoltori sono riusciti ad aumentare la produzione alimentare aggiungendo più fertilizzanti azotati ai loro terreni agricoli, ma farlo non è più una soluzione praticabile o accettabile. Anziché, gli agricoltori dovrebbero prendere in considerazione il passaggio a una miscela di nitrati e ammonio, sostengono i ricercatori, che può ridurre l'inquinamento e aumentare la produzione di cibo. Ammonio, una forma di azoto, si lega al suolo e quindi è meno probabile che penetri nei corsi d'acqua.

"Gli attuali sistemi di fertilizzazione sono inquinanti, inefficiente, e dannoso per la salute dell'ecosistema, ", ha affermato il coautore del documento Guntur Subbarao, ricercatore senior presso il Japan International Research Center for Agricultural Sciences (JIRCAS). "Se l'agricoltura può passare dall'affidarsi interamente ai nitrati nel suolo a un sistema con una miscela di nitrati e ammonio, potrebbe avere conseguenze di vasta portata nel limitare l'inquinamento da azoto aumentando al contempo i raccolti".

"Nuovi strumenti per mantenere più azoto esistente nel suolo sotto forma di ammonio potrebbero anche consentire la selezione di varietà di colture che ottengono rese più elevate attraverso una miscela di forme di azoto, ", ha affermato il coautore Tim Searchinger, ricercatore senior presso il Center for Policy Research on Energy and the Environment, che ha sede presso la School of Public and International Affairs della Princeton University. "Esiste la prospettiva di un doppio beneficio che riduca l'inquinamento da azoto, comprese le emissioni di gas serra, e aiuta il mondo a salvare le foreste producendo sostanzialmente più cibo sulla stessa terra".

La maggior parte delle strategie per mitigare l'inquinamento da azoto si basa sulla limitazione dell'inquinamento sul "front-end", tentando di applicare più attentamente i fertilizzanti. Però, gli autori spiegano che non importa con quanta cura viene applicato il fertilizzante, c'è sempre una perdita di azoto nella parte posteriore. Questa perdita si verifica perché l'azoto del suolo nei terreni coltivati ​​si trasforma rapidamente in nitrato, una forma di azoto che si infiltra facilmente nelle acque sotterranee e nei corsi d'acqua e la cui degradazione rilascia protossido di azoto, un potente gas serra.

È qui che entra in gioco l'ammonio, dicono gli autori. Non si degrada in protossido di azoto a meno che non venga prima trasformato in nitrato. L'articolo mostra che mentre alti livelli di ammonio sono tossici per la maggior parte delle piante, una linea di ricerca poco apprezzata ha dimostrato che una miscela di nitrati e ammonio tende ad aumentare sostanzialmente la resa delle colture, anche del 50% o più, rispetto alle comuni condizioni del suolo odierne che sono quasi tutte nitrate.

Questa scoperta accademica era irrilevante fino a poco tempo fa perché i microrganismi nei campi coltivati ​​trasformano rapidamente l'azoto in nitrato in un processo noto come nitrificazione. Però, gli autori individuano due modi emergenti per mantenere un maggiore equilibrio delle forme azotate nei suoli. Uno è quello di utilizzare inibitori di nitrificazione sintetici con rivestimenti per limitare la nitrificazione per lunghi periodi. L'altro è sfruttare la capacità naturale di alcune piante di prevenire la nitrificazione. Un tratto della pianta che impedisce ai microbi di convertire l'ammonio in nitrato è stato scoperto per la prima volta in un'erba tropicale comunemente piantata, ma i ricercatori hanno recentemente iniziato ad allevare varietà di tutti i cereali principali, come il grano, avere questa proprietà.

Coltivando piante che beneficiano dell'ammonio e che aiutano la ritenzione di ammonio nel terreno inibendo la nitrificazione, agricoltori, scienziati, e i responsabili delle politiche potrebbero aumentare efficacemente la produzione alimentare riducendo al minimo il degrado ambientale. Gli autori raccomandano ulteriori sforzi di ricerca, poiché attualmente non esiste un sostegno finanziario su larga scala per questi sforzi. Raccomandano anche politiche che spostano i sussidi ai fertilizzanti verso forme di fertilizzanti o varietà di colture che inibiscono la nitrificazione.

"Un vantaggio chiave di questa ricerca è che una volta create queste varietà, tutti gli agricoltori del mondo dovrebbero essere in grado di utilizzarli senza costi aggiuntivi e con il vantaggio di rese più elevate, " ha detto Subbarao.