Chu trình phốt pho: hiểu cách nó hoạt động

Chu trình sinh địa hóa của phốt pho ngày càng chịu sự can thiệp của con người

Để hiểu chu trình photpho hoạt động như thế nào, trước tiên bạn cần biết thành phần chính của nó: photpho (P). Phốt pho là một nguyên tố hóa học rất dễ phản ứng với các chất khác. Vì lý do này, nó không được tìm thấy một cách tự nhiên mà không được liên kết với một số phần tử khác. Nó cũng là một trong những thành phần thiết yếu nhất trong tự nhiên - để bạn hiểu, nó tự hào đứng thứ hai (ngay sau canxi) về lượng dồi dào trong các mô của con người.

Các chức năng trong cơ thể

Ở sinh vật, nó cũng là một thành phần thiết yếu của tế bào, là một phần của phân tử DNA và RNA. Một số chức năng của nó trong cơ thể là:

là một phần của cấu trúc xương và răng (giúp chúng vững chắc hơn);
tham gia vào các phản ứng với các phân tử hữu cơ được tạo thành bởi hydro, oxy và carbon (gọi là cacbohydrat);
tác động lên sự co cơ.

Một số carbohydrate chính là glucose, sucrose, tinh bột và cellulose.

Điều đơn giản nhất

Chu trình sinh địa hóa (được gọi như vậy vì nó bao gồm cả phần hóa học, địa chất và sinh học của hệ sinh thái) của phốt pho được coi là một trong những chu trình đơn giản nhất, và điều này là do nguyên tố này không được tìm thấy trong khí quyển, mà là Ngoài ra, cấu tạo của các loại đá của vỏ Trái đất. Vì lý do này, chu trình của nó không được phân loại là khí quyển, chẳng hạn như trường hợp với chu trình nitơ. Trong trường hợp này, nó được phân loại là trầm tích.

Một lý do khác tại sao nó được coi là chu trình sinh địa hóa đơn giản nhất là hợp chất photpho duy nhất thực sự quan trọng đối với chúng sinh là photphat, bao gồm sự kết hợp của một photpho và ba nguyên tử oxy (PO43-).

Nhóm phốt phát

Trong mối quan hệ với các tế bào sống, một chức năng quan trọng của nhóm photphat là vai trò của chúng như một kho dự trữ năng lượng. Năng lượng này được lưu trữ trong các liên kết hóa học của các phân tử ATP, adenosine triphosphate, từ quá trình chuyển hóa (hoặc phân hủy) các phân tử carbohydrate; một quá trình tạo ra năng lượng. Năng lượng dự trữ này sau đó có thể được chuyển để thực hiện bất kỳ quá trình tế bào nào.

Các nhóm photphat tương tự này cũng có khả năng kích hoạt và vô hiệu hóa các enzym tế bào xúc tác các phản ứng hóa học khác nhau. Hơn nữa, phốt pho cũng rất quan trọng đối với sự hình thành các phân tử được gọi là phospholipid, là thành phần chính của màng tế bào; màng bao bọc bên ngoài tế bào, với 3 chức năng chính: bao phủ, bảo vệ và thấm chọn lọc (chọn chất nào ra vào tế bào).

Chu kỳ

Nguồn chứa phốt pho chính trong tự nhiên là đá, chỉ được giải phóng khỏi chúng qua quá trình phong hóa. Phong hóa là một tập hợp các hiện tượng (vật lý, hóa học hay sinh học) dẫn đến phá vỡ và thay đổi thành phần hóa học và khoáng vật học của đá, biến chúng thành đất, giải phóng phốt phát.

Vì nó là một hợp chất hòa tan, nó dễ dàng được đưa đến sông, hồ và đại dương bằng quá trình rửa trôi (hòa tan các thành phần hóa học của đá, khoáng chất hoặc đất bằng tác động của chất lỏng, chẳng hạn như mưa) hoặc nó được kết hợp vào các sinh vật còn sống.

Sự kết hợp này diễn ra trong thực vật thông qua sự hấp thụ photphat qua đất. Do đó, nó được các sinh vật sử dụng để tạo thành các hợp chất photphat hữu cơ cần thiết cho sự sống (và từ đó trở đi được gọi là photphat hữu cơ). Ở các sinh vật động vật, photphat đi vào thông qua việc lấy nước trực tiếp và quá trình phản ứng hóa sinh học (một quá trình mà nồng độ của một hợp chất tăng lên dọc theo chuỗi thức ăn).

Sự phân hủy chất hữu cơ bởi các sinh vật phân hủy làm cho photphat hữu cơ được trả lại cho đất và nước ở dạng vô cơ.

Đến lượt mình, các vi sinh vật được tìm thấy trong đất lại đóng những vai trò quan trọng trong chu trình phốt pho và sự sẵn có của nó đối với cây trồng thông qua các yếu tố sau:

Sự kết hợp của phốt pho vào chất hữu cơ vi sinh vật;
Sự hòa tan phốt pho vô cơ;
Hiệp hội giữa thực vật và nấm;
Sự khoáng hóa của phốt pho hữu cơ.

Sự kết hợp của phốt pho vào chất mờ hữu cơ vi sinh vật

Khi được kết hợp vào cơ thể sống, phốt pho có thể bị cố định, tức là nó bị “mắc kẹt”, và trong giai đoạn này, chu kỳ của các phân tử này bị gián đoạn. Việc giải phóng nó, để chu kỳ có thể được tiếp tục, có thể diễn ra thông qua các hiện tượng sau:

Sự phá vỡ các tế bào vi sinh vật;
Các biến đổi khí hậu và quản lý đất;
Tương tác với hệ vi sinh, khi ăn các vi sinh vật, sẽ giải phóng các chất dinh dưỡng khác nhau vào đất.

Có một số lợi thế khi kết hợp phốt pho vào các cơ thể sống. Ví dụ, quá trình này ngăn cản sự cố định lâu dài của nó trong các khoáng chất trong đất (từ đó nó chỉ bị loại bỏ do thời tiết), làm tăng hiệu quả của việc bón phân lân.

Sự hòa tan phốt pho vô cơ

Vi khuẩn và nấm, bao gồm mycorrhizae, bài tiết axit hữu cơ hoạt động bằng cách phân giải trực tiếp phốt pho vô cơ.

Nhiều vi sinh vật trong đất được mô tả là có thể hòa tan các loại phốt phát đá khác nhau;
Cơ chế lớn nhất của quá trình hòa tan là hoạt động của các axit hữu cơ do vi khuẩn tổng hợp.
Các axit này do sinh vật tạo ra là những máy tạo ra ion H + tuyệt vời, có khả năng phân giải photphat khoáng và cung cấp cho cây trồng.

Sự liên kết giữa thực vật và nấm

Nó xảy ra thông qua mycorrhizae, là vi khuẩn liên kết với rễ cây thúc đẩy sự tương hỗ giữa rễ cây và nấm đất, để cây cung cấp năng lượng và carbon cho nấm thông qua quá trình quang hợp, và những vi khuẩn này trả lại lợi ích bằng cách hấp thụ các chất dinh dưỡng khoáng và chuyển chúng đến cây rễ.

Khoáng hóa phốt pho hữu cơ

Ngoài phốt pho từ chất hữu cơ vi sinh vật, hoạt động của vi sinh vật hòa tan phốt phát và nấm liên kết với rễ, sự sản xuất các enzym của một số vi sinh vật và thực vật chịu trách nhiệm cho sự khoáng hóa của phốt pho hữu cơ, đó là sự biến đổi của nó thành phốt pho vô cơ.

Khi ở trong hồ và biển, ngoài việc được sinh vật hấp thụ, phốt pho có thể tự kết hợp vào đá, khép lại chu trình.

Chu kỳ phốt pho có xu hướng dài. Một nguyên tử duy nhất có thể trải qua 100.000 năm theo chu kỳ, cho đến khi nó lắng lại vào đá. Với trầm tích, phốt pho có thể vẫn liên kết trong hơn 100 triệu năm.

Các vấn đề

Hoạt động của con người ngày càng thay đổi chu kỳ tự nhiên của chất dinh dưỡng đa lượng này, cho dù thông qua các hoạt động như khai thác mỏ hoặc sử dụng rộng rãi phân bón.

Lượng phốt pho dư thừa khi bị rửa trôi vào các nguồn nước sẽ làm tăng tính khả dụng sinh học của chất dinh dưỡng này trong môi trường nước và do đó có thể làm tăng cường sự phát triển của tảo. Ví dụ, số lượng tảo ngày càng tăng trong hồ sẽ làm giảm lượng ánh sáng xuyên qua môi trường này (giảm mạnh vùng nhiệt đới), gây hại cho các sinh vật địa phương khác. Quá trình này được gọi là phú dưỡng (bạn có thể đọc thêm về ảnh hưởng của việc sử dụng phân bón đến quá trình phú dưỡng trong bài: "Phân bón là gì?").

lovesouthernsocial.com