Funzione ecologicamodifica

Il fosforo è un nutriente essenziale per piante e animali. Il fosforo è un nutriente limitante per gli organismi acquatici. Il fosforo forma parti di importanti molecole che sostengono la vita che sono molto comuni nella biosfera. Il fosforo entra nell’atmosfera in quantità molto piccole quando la polvere viene sciolta nell’acqua piovana e nella sabbia marina, ma rimane principalmente sulla terra e nei minerali della roccia e del suolo., L’ottanta percento del fosforo estratto viene utilizzato per produrre fertilizzanti. I fosfati di fertilizzanti, acque reflue e detergenti possono causare inquinamento nei laghi e nei corsi d’acqua. Un eccessivo arricchimento di fosfato nelle acque marine sia dolci che costiere può portare a massicce fioriture di alghe che, quando muoiono e decadono, portano all’eutrofizzazione delle sole acque dolci. Un esempio di questo è la Canadian Experimental Lakes Area. Queste fioriture algali d’acqua dolce non devono essere confuse con quelle in ambienti di acqua salata., Recenti ricerche suggeriscono che l’inquinante predominante responsabile delle fioriture algali negli estuari di acqua salata e negli habitat marini costieri è l’azoto.

Il fosforo si presenta più abbondantemente in natura come parte dello orth ortofosfato (PO4)3−, costituito da un atomo di P e 4 atomi di ossigeno. Sulla terra la maggior parte del fosforo si trova nelle rocce e nei minerali. I depositi ricchi di fosforo si sono generalmente formati nell’oceano o dal guano e, nel tempo, i processi geologici portano i sedimenti oceanici a terra., Gli agenti atmosferici di rocce e minerali rilasciano il fosforo in una forma solubile dove viene assorbito dalle piante e viene trasformato in composti organici. Le piante possono quindi essere consumate dagli erbivori e il fosforo viene incorporato nei loro tessuti o escreto. Dopo la morte, l’animale o la pianta decadono e il fosforo viene restituito al terreno dove gran parte del fosforo viene trasformato in composti insolubili. Il deflusso può trasportare una piccola parte del fosforo nell’oceano., Generalmente con il tempo (migliaia di anni) i terreni diventano carenti di fosforo portando alla regressione dell’ecosistema.

Piscine principali nei sistemi acquaticimodifica

Ci sono quattro piscine principali di fosforo negli ecosistemi d’acqua dolce: fosforo inorganico disciolto (DIP), fosforo organico disciolto (DOP), fosforo organico particolato (POP) e fosforo inorganico particolato (PIP). Il materiale disciolto è definito come sostanze che passano attraverso un filtro da 0,45 µm. DIP è costituito principalmente da ortofosfato (PO43 -) e polifosfato, mentre DOP è costituito da DNA e fosfoproteine., Il particolato è la sostanza che viene catturata su un filtro da 0,45 µm e non passa attraverso. POP è costituito da organismi viventi e morti, mentre PIP consiste principalmente di idrossiapatite, Ca5 (PO4) 3OH.

Funzione biologicamodifica

L’importanza biologica primaria dei fosfati è come componente dei nucleotidi, che servono come accumulo di energia all’interno delle cellule (ATP) o quando collegati tra loro, formano gli acidi nucleici DNA e RNA. La doppia elica del nostro DNA è possibile solo a causa del ponte estere fosfato che lega l’elica., Oltre a produrre biomolecole, il fosforo si trova anche nell’osso e nello smalto dei denti dei mammiferi, la cui forza è derivata dal fosfato di calcio sotto forma di idrossiapatite. Si trova anche nell’esoscheletro degli insetti e nei fosfolipidi (presenti in tutte le membrane biologiche). Funziona anche come agente tampone nel mantenimento dell’omeostasi acido-base nel corpo umano.,

Ciclo del fosforomodifica

I fosfati si muovono rapidamente attraverso piante e animali; tuttavia, i processi che li muovono attraverso il suolo o l’oceano sono molto lenti, rendendo il ciclo del fosforo nel complesso uno dei cicli biogeochimici più lenti.,

globale fosforo ciclo comprende quattro processi principali: (i) il sollevamento tettonico e l’esposizione di fosforo-cuscinetto rocce di apatite di superficie agenti atmosferici; (ii) erosione fisica, chimica e biologica agli agenti atmosferici di fosforo-cuscinetto roccia disciolto e particolato di fosforo per i terreni, laghi e fiumi; (iii) fluviali e sotterranee di trasporto di fosforo per vari laghi e run-off per l’oceano; (iv) la sedimentazione del particolato fosforo (ad es.,, fosforo associato a materia organica e minerali di ossido/carbonato) e alla fine sepoltura in sedimenti marini (questo processo può verificarsi anche in laghi e fiumi).

Nei sistemi terrestri, la P biodisponibile (“P reattiva”) deriva principalmente dagli agenti atmosferici di rocce contenenti fosforo. Il minerale di fosforo primario più abbondante nella crosta è l’apatite, che può essere disciolta dagli acidi naturali generati dai microbi e dai funghi del suolo, o da altre reazioni chimiche agli agenti atmosferici e dall’erosione fisica., Il fosforo disciolto è biodisponibile agli organismi e alle piante terrestri e viene restituito al suolo dopo il loro decadimento. La ritenzione di fosforo da parte dei minerali del suolo (ad esempio, adsorbimento su ossidrossidi di ferro e alluminio in terreni acidi e precipitazione su calcite in terreni da neutro a calcareo) è solitamente considerata come i processi più importanti nel controllo della biodisponibilità P terrestre nel suolo minerale. Questo processo può portare al basso livello di concentrazioni di fosforo disciolto nella soluzione del suolo., Varie strategie fisiologiche sono utilizzate da piante e microrganismi per ottenere fosforo da questo basso livello di concentrazione di fosforo.

Il fosforo del suolo viene solitamente trasportato nei fiumi e nei laghi e può quindi essere sepolto nei sedimenti lacustri o trasportato nell’oceano attraverso il deflusso del fiume. La deposizione di fosforo atmosferico è un’altra importante fonte di fosforo marino nell’oceano. Nell’acqua di mare superficiale, il fosforo inorganico disciolto, principalmente ortofosfato (PO43-), viene assimilato dal fitoplancton e trasformato in composti organici del fosforo., La lisi delle cellule del fitoplancton rilascia il fosforo inorganico e organico disciolto cellulare nell’ambiente circostante. Alcuni dei composti organici del fosforo possono essere idrolizzati dagli enzimi sintetizzati dai batteri e dal fitoplancton e successivamente assimilati. La stragrande maggioranza del fosforo viene rimineralizzata all’interno della colonna d’acqua e circa l ‘ 1% del fosforo associato trasportato in mare profondo dalle particelle che cadono viene rimosso dal bacino oceanico seppellendolo nei sedimenti., Una serie di processi diagenetici agiscono per arricchire le concentrazioni di fosforo nell’acqua dei pori dei sedimenti, determinando un apprezzabile flusso di ritorno bentonico del fosforo nelle acque di fondo sovrastanti. Questi processi includono (i) respirazione microbica della materia organica nei sedimenti, (ii) riduzione microbica e dissoluzione di ossidi di ferro e manganese (ossidrile)con successivo rilascio di fosforo associato, che collega il ciclo del fosforo al ciclo del ferro, e (iii) riduzione abiotica di ossidi di ferro (ossidrile)da idrogeno solforato e liberazione di fosforo associato al ferro., Inoltre, (i) il fosfato associato al carbonato di calcio e (ii) la trasformazione del fosforo legato all’ossido di ferro in vivianite svolgono un ruolo critico nella sepoltura del fosforo nei sedimenti marini. Questi processi sono simili al ciclo del fosforo nei laghi e nei fiumi.

Sebbene l’ortofosfato (PO43-), la specie P inorganica dominante in natura, sia stato di ossidazione (P5+), alcuni microrganismi possono utilizzare fosfonato e fosfito (stato di ossidazione P3+) come fonte P ossidandolo in ortofosfato., Recentemente, la rapida produzione e rilascio di composti di fosforo ridotti ha fornito nuovi indizi sul ruolo del P ridotto come anello mancante nel fosforo oceanico.

Minerali fosfaticimodifica

La disponibilità di fosforo in un ecosistema è limitata dalla velocità di rilascio di questo elemento durante gli agenti atmosferici. Il rilascio di fosforo dalla dissoluzione dell’apatite è un controllo chiave sulla produttività dell’ecosistema. Il minerale primario con un significativo contenuto di fosforo, l’apatite subisce carbonatazione.,

Poco di questo fosforo rilasciato viene assorbito dal biota (forma organica), mentre una percentuale maggiore reagisce con altri minerali del suolo. Ciò porta alla precipitazione in forme non disponibili nella fase successiva dello sviluppo degli agenti atmosferici e del suolo. Il fosforo disponibile si trova in un ciclo biogeochimico nel profilo superiore del suolo, mentre il fosforo trovato a profondità inferiori è principalmente coinvolto nelle reazioni geochimiche con minerali secondari. La crescita delle piante dipende dal rapido assorbimento radicale del fosforo rilasciato dalla materia organica morta nel ciclo biochimico., Il fosforo è limitato nell’offerta per la crescita delle piante. I fosfati si muovono rapidamente attraverso piante e animali; tuttavia, i processi che li muovono attraverso il suolo o l’oceano sono molto lenti, rendendo il ciclo del fosforo nel complesso uno dei cicli biogeochimici più lenti.

Gli acidi organici a basso peso molecolare (LMW) si trovano nei terreni. Provengono dalle attività di vari microrganismi nei terreni o possono essere trasudati dalle radici delle piante viventi. Molti di questi acidi organici sono in grado di formare complessi organo-metallici stabili con vari ioni metallici presenti nelle soluzioni del suolo., Di conseguenza, questi processi possono portare al rilascio di fosforo inorganico associato a alluminio, ferro e calcio nei minerali del suolo. La produzione e il rilascio di acido ossalico da parte dei funghi micorrizici spiegano la loro importanza nel mantenimento e nella fornitura di fosforo alle piante.

La disponibilità di fosforo organico per sostenere la crescita microbica, vegetale e animale dipende dalla velocità della loro degradazione per generare fosfato libero. Ci sono vari enzimi come fosfatasi, nucleasi e fitasi coinvolti per la degradazione., Alcune delle vie abiotiche nell’ambiente studiato sono reazioni idrolitiche e reazioni fotolitiche. L’idrolisi enzimatica del fosforo organico è una fase essenziale nel ciclo biogeochimico del fosforo, compresa la nutrizione del fosforo di piante e microrganismi e il trasferimento del fosforo organico dal suolo ai corpi idrici. Molti organismi si affidano al fosforo derivato dal suolo per la loro nutrizione al fosforo.,

Phosphorus and EutrophicationEdit

L’eutrofizzazione è un arricchimento dell’acqua da parte di nutrienti che portano a cambiamenti strutturali all’ecosistema acquatico come la fioritura delle alghe, la deossigenazione, la riduzione delle specie ittiche. La fonte primaria che contribuisce all’eutrofizzazione è considerata azoto e fosforo., Quando questi due elementi superano la capacità del corpo idrico, si verifica l’eutrofizzazione. Il fosforo che entra nei laghi si accumula nei sedimenti e nella biosfera, può anche essere riciclato dai sedimenti e dal sistema idrico. L’acqua di drenaggio dai terreni agricoli trasporta anche fosforo e azoto. Poiché una grande quantità di fosforo è nel contenuto del suolo, quindi l’uso eccessivo di fertilizzanti e l’eccessivo arricchimento con sostanze nutritive porteranno ad aumentare la quantità di concentrazione di fosforo nel deflusso agricolo., Quando il suolo eroso entra nel lago, sia il fosforo che l’azoto nel suolo contribuiscono all’eutrofizzazione e all’erosione causata dalla deforestazione che deriva anche dalla pianificazione e dall’urbanizzazione incontrollate.

WetlandEdit

Le zone umide sono frequentemente applicate per risolvere il problema dell’eutrofizzazione. Il nitrato viene trasformato in zone umide per liberare azoto e scaricato nell’aria. Il fosforo viene adsorbito dai terreni delle zone umide che vengono assorbiti dalle piante. Pertanto, le zone umide potrebbero contribuire a ridurre la concentrazione di azoto e fosforo per rimettere e risolvere l’eutrofizzazione., Tuttavia, i terreni delle zone umide possono contenere solo una quantità limitata di fosforo. Per rimuovere continuamente il fosforo, è necessario aggiungere più nuovi terreni all’interno della zona umida da steli di piante rimanenti, foglie, detriti di radici e parti indecomponibili di alghe morte, batteri, funghi e invertebrati.