Ugrás a tartalomhoz

Agro-ökológia

Dr. Godó Zoltán (2011)

10.2 A foszfor körforgása

10.2 A foszfor körforgása

A foszfor a legtöbb anyagcsere folyamat elengedhetetlen eleme. Nélkülözhetetlen a szintézis folyamatokban. A P a növényeknél a generatív szervek fejlodését segíti elo, azt gyorsítja. Ugyanakkor a legismertebb az élovilágban az energiaraktározásban betöltött szerepe és a nukleinsavak alkotó elemeként (ATP, ADP, DNS, RNS), valamint a sejtmembránokat alkotó foszfolipidek is tartalmaznak foszfort. Nagyobb részt foszfátmolekula formájában található meg a szervezetekben, a maradék egyéb szerves vagy szervetlen vegyületekben fordul elo. Szervetlen sója a trikalcium-foszfát, ami a csontok egyik alkotó eleme. A foszfor endogén, így a körforgása az élolényekben kimondottan gyors.

A foszfor ionos formája alapveto tápanyag a növények és az állatok számára. A foszfor egyes formái részei a létfenntartó molekulák csoportjának, de nem túl gyakoriak a bioszférában. A foszfor nem eleme az atmoszférának, nagyrészt a szárazföldön, sziklákban és a talaj ásványokban található meg. A foszfor 80 %-át mutrágya eloállítására használják és a foszfor egy típusát, mint híg foszfor savat üdítoitalokban alkalmazzák. A zsíroldó mosogató és mosószerek jelentos mennyiségu foszfort tartalmaznak, amely végül bekerül a szennyvízbe. A foszfor, hatásos lehet ily módon, de, ezzel együtt szennyezi a tavakat és a folyókat. A P feldúsulása algásodáshoz vezethet, a többlet tápanyag miatt. Ez még több alganövekedést okoz, a baktériumok elfogyasztják az algát és egyre nagyobb számban lesznek jelen a baktériumok. Ezek felhasználják a vízben oldott oxigént, és az a folyamat a halak kipusztulásához vezet (eutrofizáció).

A növények a foszfort a szervetlen vegyületek vizes oldataiból veszik fel, az állatok pedig a növények elfogyasztásával szerves formában jutnak hozzá. Az elpusztult élolényekbol a baktériumok képesek felszabadítani a foszfort, szervetlen vegyületek formájában.

Az ökoszisztémában rendelkezésre álló foszfor mennyisége korlátozva van az ásványok mállása során keletkezo foszfor tartalom által. Fo ásványa az apatit {Ca5(PO4)3F}, amelyben a fluort részben helyettesítheti klór vagy hidroxil. Az apatit oldódásakor felszabaduló P-nak kulcsfontosságú szerepe van az ökoszisztéma termékenységében. Az apatit karbonátos mállásakor különbözo foszfor tartalmú vegyületek keletkeznek. Ez a folyamat csökkenti a körfolyamatban levo foszfor mennyiségét, a kimosódáskor keletkezo vesztességek által. Az így felszabaduló foszfor egy része a biotába kerül, míg nagyobb hányada reakcióba lép egyéb talaj ásványokkal és oldhatatlan formában kicsapódik. A mállás és a talajképzodés késobbi szakaszában az összes elérheto P a biogeokémiai ciklusban található, a felso talaj szelvényekben. Az alsóbb rétegekben található foszfor foként a másodlagos ásványokkal történo geokémiai reakciókban résztvevo foszfor tartalmat jelenti. A növények növekedése függ attól, hogy milyen gyorsan tudja a növény gyökérzete adszorbeálni, a biokémiai körforgás során, a szerves alkotók lebomlásából keletkezo foszfort. A növények növekedése szempontjából a foszfor mennyiség korlátozott, bizonyos mennyiség felett nem befolyásolja a növekedés sebességét. A foszfor gyorsan keresztüláramlik a növényeken és az állatokon, azonban az a folyamat, ami a P-t mozgatja a talajban és az óceánokban, nagyon lassú. Ez teszi a foszfor ciklust az egyik leglassabb biogeokémiai ciklussá.

A talajban találhatóak kis tömegu szerves savak. Ezek a talajban élo különbözo mikroorganizmusok tevékenységeibol származnak, vagy kiszivároghat az élo növények gyökereibol. Ezen szerves savak közül számos képes szerves fém komplexet képezni fém ionokkal, amelyek a talajban oldott formában találhatóak. Ennek eredményeként, ezek a folyamatok talajásványokban levo alumíniummal (Al), vassal (Fe) és kalciummal (Ca) kapcsolatban álló szervetlen foszfor kibocsájtáshoz vezethetnek. Mikorrhiza gombák az oxálsav termelésük és kibocsájtásuk által, fontos szerepet játszanak a növények foszforral való ellátásában és fenntartásában. Az, hogy a rendelkezésre álló szerves foszfor milyen mértékben támogatja a mikrobiológiai, növényi és állati növekedést, függ attól, hogy milyen gyorsan bomlanak le és keletkezik belolük szabad foszfát. A bomlás során több enzim is részt vesz, mint például a foszfatázok, nukleázok és a fitázok. A természetben tanulmányozott élettelen folyamatok, a hidrolitikus és a fotolitikus reakciók. A szerves foszfor enzimatikus hidrolízise rendkívül fontos lépés a biogeokémiai foszfor ciklusban. Beleértve a növények és a mikroorganizmusok P felvételét és a szerves foszfor szállítását a talajból a víztömegekbe. Sok organizmus a talajban lévo foszfort használja fel a szükségleteik kielégítésére.

Ideális esetben a foszfor, foszfátion formájában fordul elo a természetben, ami P atomból és néhány oxigénbol áll. Az Ortofoszfát ( PO43--P, vagy PO43- mg/l) a foszforsavak sói, vizes oldataiban eloforduló formái: ortofoszfat-ion – PO43-, a polifoszfat, és a szerves foszfát. A bioszférában legnagyobb reszt oxidalt ortofoszfát ionok vannak jelen. A természetes vizekben a koncentrációja 0,1 mg/l nagyságrendu. Ezt meghaladó foszfáttartalom a házi és ipari szennyvizekben, vagy a mezogazdasági vízhasznosítás után fordul elo.

A foszfát legnagyobb része sóként fordul elo tengeri üledékekben és kozetekben. Idovel, a geológiai folyamatok során ezek az üledékek a szárazföld részévé válnak, és a mállás következtében eljutnak a szárazföldi élohelyekre.

A foszfor gyorsan keresztüláramlik a növényeken és az állatokon, azonban az a folyamat, ami a P-t mozgatja a talajban és az óceánokban nagyon lassú. Ellentétben más vegyületek ciklusaival, a foszfor nem található meg a levegoben, gáz formájában. Ennek oka, hogy normál homérsékleten és körülmények között szilárd halmazállapotban van jelen. Vörös, sárga és extrém körülmények között (200 oC felett, magas nyomáson) fekete foszfor formájában. Általában víz, talaj, üledék között áramlik. A P tipikusan korlátozott tápanyagok közé tartozik a tavakban, folyókban és a friss vizu környezetekben. A sziklák és üledékek fokozatos kopásával, foszfát szabadul fel. Az atmoszférában a foszfor elsosorban kis por szemcsékként van jelen. Eleinte a foszfát a kozetbol mállott le. Az esovíz által okozott kimosódási vesztességet a szárazföldi rendszerben kiegyensúlyozta a kozetek bomlásának gyarapodása. A talajban a foszfát abszorbeálódik az anyagok felszínén és a szerves vegyületek részeként, és elkezdenek egyesülni (megkötodnek). A növények a foszfát ionos formáját veszik fel. A növények a foszfátokat a talajból abszorbeálják, és szerves vegyületek formájában megkötik ezeket. A növényevo állatok úgy jutnak foszforhoz, hogy elfogyasztják a növényeket, a ragadozók pedig a növényevok elfogyasztásával. A növényevo és a ragadozó állatok a foszfort a vizeletükben és az ürülékükben választják ki. A P a növényi és az állati részek lebomlásával visszakerül a talajba, és a ciklus újra kezdodik.

10.2.1 Foszfor a talajban

A talajban levo foszfor szerves és szervetlen (ásványi) kötésben van jelen. A talajban található foszfor tartalmú vegyületek csoportjai:

• Fe-, Ca-, Al foszfátok
• Vas és alumínium hidroxidok, a humuszanyagok az agyagásványos és a CaCO3 felületén kötött foszfát ionok.
• Szerves foszfor vegyületek

A mutrágyák hatóanyagát P2O5 %-ban fejezik ki. Gyártáskor arra törekszenek, hogy a nehezen feloldható foszfor vegyületeket vízben vagy gyenge savakban oldható vegyületekké alakítsák át. Foszforsav keletkezik, ha nyers foszfátokat savval vagy hokezeléssel tárnak fel. A foszfor mutrágyák erosen savanyúak, így túlzott használatuk a talaj elsavasodásához vezethet. Serkenti a generatív szervek növekedését a termésképességet növeli. Trágyázás hatására a talaj tápanyag forgalma felgyorsul.

10.2.2 Emberi tényezo

A tápanyagok nélkülözhetetlenek a növekedéshez és az életfeltételek fenntartásához az élo organizmusok számára. Ezért alapveto fontosságú az egészséges ökoszisztéma kialakítása és fenntartása. Azonban a túlzott mennyiségu tápanyag, különösen a foszfor és a nitrogén káros hatással van a környezetre. A természetes eutrofizáció, olyan folyamat, mely során a tavak elöregszenek és no a termékenységük. Több ezer évig is eltarthat a folyamat. A kulturális vagy antropogén eutrofizáció, azonban a víz szennyezése által bejutó túlzott mennyiségu növényi tápanyag miatt bekövetkezo burjánzás foként az alga populációban. A magas foszfortartalmú talajok felszíni, felszín alatti kimosódása és eróziója lehet elsosorban felelos a friss vizek eutrofizációjáért. Ezek a folyamatok befolyásolják a talaj foszfortartalmának csökkenését. Közöttük, és a P típusa, a talaj milyensége és kezelése, valamint a hidrológiai viszonyoktól függo transzport folyamatok között komplex kölcsönhatás van.

Szervestrágyázás során, ha a termény számára már túlzott a kijuttatott mennyiség, akkor az káros hatással van a talaj P tartalmára. A rosszul csatornázott talajokon vagy az olyan területeken, ahol a hó olvadék idoszakos átnedvesedést okoz, a Fe tartalom csökkenés feltételei 7-10 napon belül megvalósulnak. Ez a foszfor koncentráció hirtelen növekedését okozza a talajoldatban, és a P kimosódhat. A talaj további redukciója, a foszfor vegyületek elmozdulását okozza, a reakcióképestol a még labilisabbig. Ezeken a területeken már problémát jelent megszabadulni az agrokulturális hulladékoktól. A hulladékgazdálkodási szabályok elkészítésekor figyelembe kell venni a talaj vízrendszereit, amelyeket szerves hulladék lerakónak használnak.

Az ember a foszfortartalmú mutrágyák túlzott alkalmazásával bele tud avatkozni a foszfor ciklus menetébe. Ennek eredménye, hogy a megnövekedett foszfor koncentráció a víztömegekben szennyezodésként van jelen és ez eutrofizációhoz vezet. Az eutrofizáció elpusztíthatja a vízi ökoszisztémát.

Az eutrofizáció feltehetoleg hatással lesz a globális szén ciklusra, talán ellensúlyozza kissé az antropogén szén kibocsájtást. Tekintettel arra, hogy a tengeri környezetben egy egységnyi foszforra 106-170 egységnyi szén jut, megjósolható hogy, a többlet foszfor 76.000-126.000 Tg (millió tonna) C-t köthet le. Lényegében, ez a beépítés eltávolítja a szenet az atmoszférából, a szén-dioxid fotoszintézisen keresztül történo biológiai megkötésével. A jelenlegi éves antropogén szén kibocsájtás 7.900 Tg C, így a foszfor eutrofizációs hatása csak 10-15 évnyi antropogén szén kibocsájtással érne fel, az elkövetkezendo 2.000 évre elore nézve. (Ez csak 0,6%-a a becsült teljes szénkibocsájtásnak, ha a kibocsájtás változatlan marad.) A foszfor mutrágyák óceánokra gyakorolt ökológiai hatása igen jelentos. Újabb fenyegetést jelentve a tengeri ökoszisztémákra, beleértve az óceánok felso vízrétegének elsavasodását és felmelegedését a CO2 koncentráció növekedésének köszönhetoen.