Fertilizers for food and nutrition security in sub-Saharan Africa: An overview of soil health implications

Resumo

A África Subsaariana (ASS) enfrenta insegurança alimentar crônica associada à degradação do solo e às consequências peculiares das mudanças climáticas, exacerbadas pelo aumento da população e por práticas agrícolas historicamente pobres. Notavelmente, o uso de fertilizantes minerais tem o potencial de neutralizar a degradação do solo na ASS; ele impulsiona um aumento da produção agrícola necessária para alimentar a população crescente, sustentando ao mesmo tempo a qualidade e a saúde dos solos. No entanto, recursos financeiros limitados privam a ASS da promessa dos fertilizantes, onde as taxas de aplicação são historicamente baixas e os regimes são caracterizados por composição nutricional desequilibrada e má qualidade dos fertilizantes. Embora o uso global atual de fertilizantes seja geralmente caracterizado por baixa eficiência, a ASS é a mais afetada devido ao uso já baixo e à qualidade dos produtos fertilizantes disponíveis. Cerca de 70% do nitrogênio do fertilizante é perdido através da transformação não regulada em amônia, óxido nitroso e nitrato, que são ou volatilizados ou emitidos para a atmosfera ou lixiviados para corpos d’água. Da mesma forma, a preponderância do fósforo do fertilizante é perdida via escoamento superficial e lixiviação, tornando-o indisponível para as plantas, enquanto sobrecarrega riachos e rios e, juntamente com o nitrato, causa eutrofização. Estes problemas ambientais são acentuados na ASS, onde questões de quantidade e qualidade de fertilizantes já são um fator limitante. Notavelmente, avanços recentes que acontecem fora da ASS indicam que os nutrientes, quando estrategicamente formulados, como por nanoencapsulação, encapsulamento por (bio)polímeros e sintonizáveis para responder a sinais ambientais, podem fornecer múltiplos resultados, particularmente, solos saudáveis com maior produtividade. Portanto, presumivelmente, uma síntese adequada da gama de propriedades do solo que influenciam a liberação e disponibilidade de nutrientes vegetais, opções de exposição e absorção das plantas é crítica para realizar estes benefícios na ASS. Apesar destas possibilidades, há uma falta de contexto mais profundo sobre questões relacionadas a fertilizantes, uma vez que afetam a segurança alimentar e nutricional e a saúde dos solos na ASS. Este artigo fornece uma visão geral dos desafios e oportunidades relacionados aos nutrientes dos fertilizantes e associados à agronomia, insegurança alimentar e meio ambiente do solo, que, embora não sejam exclusivos da ASS, podem ser racionalizados com a peculiaridade da região. Isto fornece o ímpeto para aumentar a eficiência do uso de fertilizantes, melhorar a saúde do solo e ambiental, a produção sustentável de culturas e a segurança alimentar e nutricional na ASS.

Abstract

Sub-Saharan Africa (SSA) faces chronic food insecurity associated with soil degradation and the peculiar aftermath of climate change and exacerbated by rising population and historically poor agricultural practices. Notably, use of mineral fertilizers has the potential to counteract soil degradation in SSA; it drives an increased agricultural production required to feed the rising population while sustaining the quality and health of soils. However, limited financial resources deprive SSA of the promise of fertilizers, wherein application rates are historically low, and regimes are characterized by unbalanced nutrient composition and poor fertilizer quality. Although current global fertilizer use is generally characterized by low efficiency, SSA is most affected due to the already low usage and the quality of available fertilizer products. About 70% of fertilizer-nitrogen is lost through unregulated transformation to ammonia, nitrous oxide, and nitrate that are either volatilized or emitted into the atmosphere or leached into water bodies. Similarly, the preponderance of fertilizer-phosphorus is lost via run-off and leaching, unavailing it to plants while overloading streams and rivers and, together with nitrate, causing eutrophication. These environmental problems are accentuated in SSA where fertilizer quantity and quality issues are already a limiting factor. Notably, recent advances happening outside of SSA indicate that nutrients, when strategically formulated, such as by nano packaging, (bio)polymer encapsulation, and tunable to respond to environmental cues, can provide multiple outcomes, particularly, healthy soils with higher productivity. Therefore, presumably, a proper synthesis of the gamut of soil properties influencing plant nutrient release and availability, options for plant exposure and uptake is critical for realizing these benefits in SSA. Despite these possibilities, there is a lack of deeper context on fertilizer-related issues as they affect food and nutrition security and the health of soils in SSA. This paper provides an overview of the fertilizer-nutrient and associated agronomic, food insecurity and soil environmental challenges and opportunities, which though not exclusive to SSA per se, can be reasoned with the peculiarity of the region. This provides the impetus to increase fertilizer use efficiency, improve soil and environmental health, sustainable crop production, and food and nutrition security in SSA.