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磷循环

磷元素在生命系统与非生命环境系统之间转换、迁移的运动过程。磷是原生质的重要成分,高能磷酸键是能量的载体,植物光合作用和体内生化过程都必须有磷参加。磷主要来自磷酸盐岩石和死亡有机体形成的有机磷酸盐。大气中,磷没有稳定的气态化合物。磷循环是一种典型的沉积循环。生物需要磷的数量比较大,而磷循环过程中能够提供的有效磷不多。有效磷供应不足已经成为生产上的限制因子。

磷元素在生命系统与非生命环境系统之间转换、迁移的运动过程。磷是原生质的重要成分,高能磷酸键是能量的载体,植物光合作用和体内生化过程都必须有磷参加。磷主要来自磷酸盐岩石和死亡有机体形成的有机磷酸盐。大气中,磷没有稳定的气态化合物。磷循环是一种典型的沉积循环。生物需要磷的数量比较大,而磷循环过程中能够提供的有效磷不多。有效磷供应不足已经成为生产上的限制因子。因此,加强生物循环,使不完全循环更多地进入再循环具有重要意义。

磷的主要贮存库是岩石和天然磷酸盐沉积。磷酸盐岩石或沉积物通过风化、侵蚀将磷释放出来,随水淋溶到土壤和水体中被植物吸收利用。植物吸收可溶性磷酸盐后,经过一系列生化反应过程合成有机磷酸盐进入食物链。在食物链各营养级间的传递过程中,以含磷的枯枝、落叶、尸体、粪便等有机化合物的形式回到土壤,经微生物分解转化为可溶性磷酸盐供植物再利用。其中一部分与钙、铁、铝结合形成难溶性磷酸盐滞留在土壤中,或随水进入江河,流入大海。在海洋中,浮游植物吸收无机磷的速率很快,浮游植物为浮游动物或食碎屑生物所吞食。浮游动物排出的磷,一半以上是无机磷,可供浮游植物直接利用。海洋中的磷酸盐,一部分被海洋生物吸收利用后,以海鸟粪、渔获物的形式返回陆地,大部分存留于海底沉积物或珊瑚岩中。海底沉积的磷,部分可通过上涌流,带到有光的水层,为浮游植物利用。故水体的上层往往缺磷,而深层为磷所饱和并以钙盐形式沉积,暂时离开了循环,直到海底上升为陆地,磷才能重新被开采利用。

磷循环途径

农田生态系统中,磷主要以有机磷化物保留在土壤里,少量呈有效态,还有有效性低的固定态铁、铝、钙的磷酸盐。所以,可供作物吸收的有效磷含量少。但在耕作、灌溉条件下,由于含磷有机物的分解、土壤侵蚀、径流、淋失等,磷的损失要比自然生态系统高;人类种植农作物,大量吸收土壤中的磷,磷随农产品运往城市,使土壤供磷能力逐渐下降。为了补偿农田土壤中磷的亏损,必须施用化学磷肥。但磷肥施用不当,容易被固定成难溶性磷酸盐,使肥效降低。据G.W.柯克斯1979年的估计全世界每年磷的消费量增长速率为5.25%,相当于人口增长率的2.75倍。目前农业生产上所用磷肥主要来自开采冶炼磷酸矿岩。全世界磷酸盐的总储量约198亿吨,如果按其含磷量8~12%和现时使用速率计算,只能维持1750年。由于磷循环的缓慢和“不完全”,使磷成为一种有限的不可更新资源,在磷的消费量不断增长的情况下,不少地区面临着磷资源短缺的威胁。

人类开采磷矿,制造和使用磷肥、农药和洗涤剂,以及排放工业废水和生活污水,使水中含磷量增高,这是湖泊富营养化和海湾出现赤湖的主要原因。化学磷肥中含有较多的重金属元素,如铜、镉、铅、汞等,以及氟和放射性元素铀、钍等,不合理地长期大量使用,会造成土壤污染。因此,必须经济、合理地使用化学磷肥,循环利用含磷有机肥,以减轻对磷矿资源的需求压力和对环境的污染。此外,对于磷循环的人工干预,应从加强生物循环、减少流失着手,并积极开发利用水体中的沉积态磷,促进磷循环的运行。