Fosfor to jeden z pierwiastków biogennych. Jest potrzebny do budowy kwasów nukleinowych RNA i DNA, ATP (uniwersalnego nośnika energii użytecznej biologicznie), NADPIndeks górny +⁺ (elektronów i protonów), tworzących błony biologiczne fosfolipidów, a także kości i zębów. Fosfor uczestniczy w reakcjach biochemicznych katalizowanych przez enzymy. Reakcja, w której dochodzi do przyłączenia reszty fosforanowej do związku chemicznego, nazywana jest fosforylacją, a uczestniczące w niej enzymy określane są jako kinazy. Przeciwieństwem fosforylacji jest defosforylacja, która polega na odłączaniu grupy fosforanowej. Reakcja ta katalizowana jest przez enzymy zwane fosfatazami.

Jednocześnie obieg fosforu w przyrodzie różni się od cykli pozostałych pierwiastków: cykl naturalny jest bardzo powolny, nie obejmuje fazy gazowej w atmosferze, a tylko obieg w skałach, wodzie, glebie i organizmach. Cała ilość dostępnego dla roślin fosforu ogranicza produkcję biomasy zgodnie z prawem minimum Liebigaprawo minimum Liebigaprawem minimum Liebiga. W środowisku pierwiastek ten występuje najczęściej w postaci jonów kwasu ortofosforowego HIndeks dolny 3₃POIndeks dolny 4₄, rozpuszczalnych w wodzie.

RNMWCD8ArsOd51

Zdjęcie przedstawia niewielka wysepkę skalną wystającą z morza. Skała jest pokryta białym nalotem, są to odchody ptaków.

Fosfor znajduje się w skałach, wyniesionych przez procesy geologiczne na powierzchnię ziemi. Są to najczęściej skały osadowe – fosforyty. Kiedyś stanowiły morskie dno, na które opadały szczątki roślin i zwierząt. Upływ czasu i ciśnienie spowodowały zgniatanie i zestalanie osadów zawierających nierozpuszczalne związki fosforu. Później procesy górotwórcze wyniosły skały osadowe z głębi Ziemi na powierzchnię. Skały ulegają erozji, kruszą się i przemieszczają pod wpływem czynników środowiskowych. Opady wypłukują związki fosforu do ścieków i gleby, a w nich w wyniku procesów życiowych bakterii i glonów powstają jony fosforanowe, które są następnie pobierane przez rośliny. Złoża fosforanów powstają też z ptasich odchodów nazywanych guanem.

Pobrane przez rośliny nieorganiczne jony fosforanowe służą im do budowy związków organicznych, które następnie trafiają do roślinożerców i kolejnych ogniw łańcucha pokarmowego. Rozpoczyna się wędrówka fosforu przez łańcuchy pokarmowe – trochę inna na lądzie i w wodzie. Ilość fosforu dostępnego dla roślin jest niewielka, gdyż jego wymywanie i wietrzenie skał to procesy bardzo powolne, a pobieranie tego pierwiastka przez rośliny zachodzi szybko. Dlatego wiosną, gdy rusza wegetacja, cały dostępny fosfor zostaje związany w ciałach producentów i konsumentów. W ten sposób ilość dostępnego fosforu staje się czynnikiem ograniczającym – biomasa roślin przyrasta tylko na tyle, na ile pozwala zasób tego pierwiastka. Jest to znakomita ilustracja prawa Liebigaprawo minimum Liebigaprawa Liebiga.

Wiązanie fosforu przez rośliny zachodzi powoli do czasu, aż reducenci rozłożą szczątki organizmów i ich odchody i w ten sposób uwolnią przyswajalne dla roślin fosforany. Rośliny pobierają z gleby aniony fosforanowe znajdujące się bardzo blisko włośników korzenia – w odległości do 1 mm. Bakterie glebowe także pobierają fosforany i wbudowują je w związki organiczne, z których rośliny już nie mogą korzystać. Ograniczają w ten sposób dostępność fosforu dla roślin. Inne bakterie mogą na powrót uwolnić część tego pierwiastka w procesie mineralizacji. Pewna ilość związków fosforu jest ponadto chemicznie wiązana przez cząsteczki gleby na drodze adsorpcji. Pobieranie nieorganicznych fosforanów przez rośliny odbywa się po ich rozpuszczeniu w wodzie, a to zależy od kwasowości (pH) gleby. Zbyt wysoka i zbyt niska kwasowość przyczyniają się do wiązania fosforu w formie fosforanów wapnia, fluoru czy manganu, co uniemożliwia ich wykorzystanie przez rośliny.

W morzach fosfor jest wycofywany z obiegu w wyniku sedymentacjisedymentacjasedymentacji, czyli osiadania na dnie szczątków roślin i zwierząt razem z drobinami skalnymi (mułem, piaskiem). W tej postaci fosfor jest niedostępny dla roślin i kolejnych ogniw łańcuchów pokarmowych. Duże morskie ssaki, na przykład wieloryby, żywią się w głębinach, lecz odchody pozostawiają w płytszych wodach mórz i oceanów. Zapobiega to wycofywaniu fosforu z obiegu i dzięki temu jest on dostępny dla roślin przybrzeżnych.

Fosfor jest też usuwany ze środowiska wodnego poprzez wędrówki ryb (np. łososi) w górę rzek oraz wyławianie ryb przez ptaki morskie. Łososie płyną na tarło w górę strumieni, po czym umierają, a ich rozkładające się szczątki mogą zasilić ekosystemy lądowe. Podczas wędrówki łososie są wyławiane m.in. przez niedźwiedzie, które pozostawiają niestrawione resztki bogate w fosforany w lasach i w górach wzdłuż rzek. W ten sposób te ekosystemy są nawożone, z czego korzystają rośliny i roślinożercy. Ich odchody także zasilają glebę w związki fosforu, utrzymując jego obieg.

Żywiące się rybami morskie ptaki wracają do stałych miejsc gniazdowania na lądzie, a ich odchody zbierają się w złoża – guano. Związki fosforu są z nich wypłukiwane do wody i na ląd, stanowiąc naturalny nawóz dla roślin. Niestety, działania człowieka znacznie ograniczyły ten naturalny transport fosforu.

Człowiek nie tylko zmniejszył liczebność populacji zwierząt stanowiących istotne ogniwo w łańcuchu transportu fosforu. Ponieważ ten pierwiastek jest niezbędny do prawidłowego wzrostu roślin, eksploatowano skały fosforanowe (osadowe i guano), aby nawozić uprawy. W ten sposób przyspieszono „szybki obieg” fosforu (z udziałem producentów, konsumentów i reducentów) i zwiększyła się ilość tego pierwiastka dostępnego dla roślin. Przyniosło to niekorzystne skutki. Po pierwsze, fosforany z pól są wymywane przez opady i trafiają do cieków i zbiorników wodnych. Tam korzystają z nich glony i sinice, nadmiernie się rozwijając (eutrofizacjaeutrofizacjaeutrofizacja). To z kolei skutkuje powstawaniem martwych stref w jeziorach i u ujścia rzek do morza.

Drugim niekorzystnym skutkiem jest wzrost efektywności upraw. Nawożenie fosforanami powoduje duży przyrost roślin (wysokie plony), ale biomasa jest zabierana z pól razem z fosforem w niej zawartym. Brakuje więc materii organicznej, która mogłaby być rozłożona przez reducentów, aby przywrócić fosforany do obiegu. Ponadto związki fosforu są powszechnie stosowane w przemyśle spożywczym (np. kwas fosforowy w coli czy w zagęstnikach) oraz do produkcji detergentów (np. fosforan sodu w proszkach do prania). Ze ściekami z naszych domów związki te trafiają do środowiska, gdyż nie wszystkie ścieki są oczyszczane, i w ten sposób przyczyniamy się do eutrofizacji wód.

Słownik