基本介紹
- 中文名：磷循環
- 外文名：phosphorous cycle
- 主要形式：磷酸鹽
- 範圍：海洋、陸地及人類活動
簡介,原理,基本過程,主要範圍,策略,
簡介
磷也是化工礦產原料中最主要的元素。由於磷在人類及生物成長發育中的重要作用，使之成為各類肥料（化肥及農家肥）和飼料中必不可少的成分。而在其參與環境（包括岩石、土壤和水）-生物-人體循環的過程中，它同時又成為造成環境污染的一種重要成分 。
磷灰石構成了磷的巨大儲備庫，含磷灰石岩石的風化，將大量磷酸鹽轉交給了陸地上的生態系統。並且與水循環同時發生的是，大量磷酸鹽被淋洗並被帶入海洋。在海洋中，它們使近海岸水中的磷含量增加，並供給浮游生物及其消費者的需要。
原理
進入食物鏈的磷將隨該食物鏈上死亡的生物屍體沉入海洋深處，其中一部分將沉積在不深的泥沙中，而且還將被海洋生態系統重新取回利用。埋藏於深處沉積岩中的磷酸鹽，其中有很大一部分將凝結成磷酸鹽結核，保存在深水之中。一些磷酸鹽還可能與SiO2凝結在一起而轉變成硅藻的結皮沉積層，這些沉積層組成了巨大的磷酸鹽礦床。通過海鳥和人類的捕撈活動可使一部分磷返回陸地。但從數量上比起來，每年從岩層中溶解出來的以及從肥料中淋洗出來的磷酸鹽要少多了。其餘部分則將被埋存於深處的沉積物內。
基本過程
自然界的磷循環的基本過程是：岩石和土壤中的磷酸鹽由於風化和淋溶作用進入河流，然後輸入海洋並沉積于海底，直到地質活動使它們暴露於水面，再次參加循環。這一循環需若干萬年才能完成。
主要範圍
在整個磷循環中，存在兩個局部的小循環，即陸地生態系統中的磷循環和水生生態系統中的磷循環。人類開採磷礦石，製造和使用磷肥、農藥和洗滌劑，以及排放含磷的工業廢水和生活污水，都對自然界的磷循環發生影響。
1、陸地生態系統的磷循環
岩石的風化向土壤提供了磷。植物通過根系從土壤中吸收磷酸鹽。動物以植物為食物而得到磷。動、植物死亡後，殘體分解，磷又回到土壤中。在未受人為干擾的陸地生態系統中，土壤和有機體之間幾乎是一個封閉循環系統，磷的損失是很少的。
土壤磷來源主要有兩種途徑：土壤母質和大氣乾濕沉降。陸地生態系統的磷最初都來源於礦物岩石（主要是磷灰石和其他含磷化合物）的緩慢風化作用。在沒有外來肥料施入的情況下，土壤磷含量主要決定於母質類型。沙地土壤中磷礦化合物含量低，導致沙地土壤磷含量遠低於其他土壤。儘管磷的生物地球化學循環屬於沉積型循環，但進入大氣中的土壤細顆粒和植物體碎屑等，以乾濕沉降的方式落於地表，成為土壤磷輸入一部分。在乾旱半乾旱地區，風沙大，乾濕沉降磷輸入量不可忽視。沙地農田土壤磷的來源，除來自土壤母質和大氣乾濕沉降外，主要來自化學肥料及牲畜糞肥，滿足農作物對大量營養元素的需求。
2、水生生態系統的磷循環
陸地生態系統中的磷，有一小部分由於降雨沖洗等作用而進入河流、湖泊中，然後歸入海洋。在水生生態系統中，磷首先被藻類和水生植物吸收，然後通過食物鏈逐級傳遞。水生動、植物死亡後，殘體分散，磷又進入循環。進入水體中的磷，有一部分可能直接沉積於深水底泥，從此不參加這一生態循環。另外，人類漁撈和鳥類捕食水生生物，使磷回到陸地生態系 統的循環中。
3、人類活動的干預
人類種植的農作物和牧草，吸收土壤中的磷。在自然經濟的農村中，一方面從土地上收穫農作物，另一方面把廢物和排泄物送回土壤，維持著磷的平衡。但商品經濟發展後，不斷地把農作物和農牧產品運入城市，城市垃圾和人畜排泄物往往不能返回農田，而是排入河道，輸往海洋。這樣農田中的磷含量便逐漸減少。為補償磷的損失，必須向農田施加磷肥。在大量使用含磷洗滌劑後,城市生活污水含有較多的磷,某些工業廢水也含有豐富的磷，這些廢水排入河流、湖泊或海灣，使水中含磷量增高。這是湖泊發生富營養化和海灣出現赤潮的主要原因。
人類活動對沙地土壤磷循環起正反兩方面的作用。在我國北方生態脆弱帶，急劇增加的人口壓力和經濟活動範圍的擴大強烈干擾自然環境，對土地資源的不合理利用可短期內造成大面積的生態環境惡化和沙漠化，主要表現在大面積開墾土地、濫砍濫伐、過度放牧等，受經濟利益趨動的人為過程在沙漠化發展中是一個惡性循環過程，地表植被破壞導致地表粗糙度降低，從而加劇風沙流活動，當對土地的開發強度超越了原本脆弱的生態系統所能承受的壓力時，必然造成其生態系統的進一步惡化，如植被退化，水土流失，表土風蝕等，封閉的土壤磷循環過程被破壞，土壤磷平衡喪失。沙漠化發展和逆轉是人類活動與自然環境相互影響和協調的結果。由於生態系統存在自我修補調節作用，如果人為擾動因素消除或降低，植被得以逐步恢復，甚至恢復地表的原始景觀。而進行合理的生態恢復和重建，如實行封沙育草，控制牲畜數量，建立農田防護林體系，退耕還牧等措施，加強生態恢復建設，會加快生態系統恢復過程 ，減少土壤風蝕，改善區域生態環境，使沙地地表土壤得到固定，植被蓋度和種類增加，土壤磷逐漸聚集，磷循環向平衡方向發展。
策略
把下水道淤泥和動物糞便撒到農田一直是而且將來還是最簡單的養分循環方法。不過把遠離農業生產區的大城市人糞排泄物運到農田是有許多困難的，況且，最近幾年全部實行淤泥撒布已經帶來了重金屬含量、病原體、臭氣、養分流失到水中等問題。由於家畜家禽集中飼養量增加，遠遠超過了附近農田的需求，導致了地方性糞產量大量過剩。在這種情況下就得找到另外的渠道來解決它們，焚化是已經採用的辦法之一。要實現和保持高質量環保目標就要防止目前越來越多的動物糞便進入地下水。到目前為止所採取的一種措施是磷轉移而不是再利用，即把磷從廢水轉移到淤泥中，包括以有機物形式的生物磷轉移法和以鐵或鋁鹽的形式的化學沉澱法。在歐洲，下水道污物的磷轉移主要是通過化學沉澱法，還經常同時進行二次生物處理把化學沉澱藥品混入到有機物淤泥中。有效的磷轉移要求沉澱化學藥品的濃度高於實際與之化合有用的磷的濃度。但這些方法同時導致了淤泥產物的大量增加，產生的淤泥農藝學價值未定而又要面臨對其處理問題。對磷進行回收再利用而不是轉移到淤泥中，可能給水工業帶來經濟和環保的效益。它為磷酸鹽工業提供了一個重要的，即使只是部分的，可持續利用的原材料來源。雖然回收再利用的磷中重金屬含量極低，但其經濟效益主要取決於磷回收設備的投資和運費。
