ما هي العمليات التي تحبس الفوسفور
ما العملية التي تحتبس الفوسفور في الدورة طويلة الامد
في الطبيعة، يتوفر الفوسفور على شكل أيون الفوسفات (PO43−) في دورة الفوسفور، ويتم إفراز الفوسفات في التربة والماء والهواء عند تجوية الصخور والنشاط البركاني، ويتوفر الفوسفات في شبكات الغذاء الأرضية، ويصل إلى المحيطات عن طريق الجريان السطحي وسير المياه الجوفية وسريان النهر، ويتم حل الفوسفات داخل شبكات الغذاء البحرية خلال دورات مياه المحيطات، ويمكن أن يترسب بعض الفوسفات في قاع المحيط.
الفوسفور يدخل في تكوين العديد من الخلايا الحية نتيجة نشاطه الكيميائي الواسع في البيئة. لا يمكن أن يتواجد بحرية لأنه من المواد المستخرجة من التربة وله استخدامات عديدة، أهمها استخدامها في الحروب والمعارك كمادة خطيرة وسامة جدا التي يمكن أن تسبب تشوهات داخل الجسم. ومع ذلك، يتواجد نوع من الفوسفور في الأسماك داخل البحار والمحيطات والأنهار، وهو غذاء يمتلك فوائد للجسم مثل الطاقة الحيوية والبروتين.
يتم أيضًا تبادل الفوسفور بصورة متبادلة بين الفوسفات المذاب داخل المحيطات والنظم البيئية البحرية، إن حركة الفوسفات من المحيط وصولاً للأرض حتى التربة بطيئة جداً، حيث يصل متوسط أيون الفوسفات لمدة بقاء محيطي بين 20000 و 100000 سنة، الفسفور والنيتروجين المرتفع الذي يدخل بهذه النظم البيئية من سير الأسمدة ومن مياه الصرف الصحي ويؤدي لنموًا مفرطًا للكائنات الدقيقة ويستنفد الأكسجين المذاب، مما يتسبب في موت الكثير من حيوانات النظام البيئي، مثل المحار والأسماك الزعنفية، فأن هذه العملية مسؤولة عن المناطق الميتة في البحيرات وفي مصبات الكثير من الأنهار الهامة.
العمليات التي تحبس الفوسفور
التجوية: يتوفر الفوسفور بكثرة في الصخور، لذلك يحدث دورة الفوسفور في القشرة الأرضية، ثم يتم تفتيت أملاح الفوسفات الموجودة في الصخور، وتتم غسل هذه الأملاح بعيدا في الأرض حيث تمتزج في التربة.
الامتصاص بالنباتات: يستخلص النبات الأملاح المذابة من الفوسفات الموجودة في الماء، ومع ذلك، فإن كمية الفوسفور الموجود في التربة أقل بكثير، وهذا هو السبب في استخدام المزارعين للأسمدة الفوسفاتية في الأراضي الزراعية، وتستخلص النباتات المائية الفسفور غير العضوي من الطبقات السفلية للمسطحات المائية، ونظرا لعدم انحلال أملاح الفوسفات بشكل صحيح في الماء، فإنها تؤثر على نمو النباتات في النظم البيئية المائية.
امتصاص الحيوانات: تمتص الحيوانات الفسفور من النباتات أو من خلال تناول الحيوانات التي تتغذى على النباتات. ومن الممكن أن يتم دورة الفسفور بشكل أسرع في النباتات والحيوانات منه في الصخور.
عودة الفوسفور إلى النظام البيئي: عندما يموت النبات والحيوان، يتحلل بفعل الكائنات الحية الدقيقة في عملية معينة. يتم تحويل الفوسفور العضوي إلى شكل غير عضوي، ويتم إعادة تدويره في التربة والماء. يتم نقله في النهاية إلى التربة والمياه في الرواسب والصخور، وتفرز الرواسب والصخور الفوسفور مرة أخرى عن طريق التجوية. وهكذا، تبدأ دورة الفوسفور من جديد.
أسباب إعادة تدوير الفوسفور
يتم اعتبار الفوسفات المعدني موردا محدودا ولا يمكن الاستغناء عنه، ونظرا لانخفاض الاحتياطيات المتاحة اقتصاديا، فإن العلماء في جميع أنحاء العالم قلقون بشأن الأمن الغذائي واستمرارية وجود هذا المعدن الحيوي، ويزيد هذا القلق بسبب زيادة الطلب على الفوسفات، إذ يحاول العالم تغذية عدد متزايد من السكان.
في عام 2008، ارتفعت أسعار الفوسفات بنسبة 800٪ في وقت قصير، مما أدى إلى حدوث أعمال شغب وانتحار داخل المناطق التي لم تتوفر فيها الأسمدة، وفي الوقت نفسه، يتسبب استخدام الفوسفور بشكل غير فعال في إيذاء المجاري المائية وتعريض البيئة والبيئة المحيطة للخطر.
ومع ذلك، بدأ العديد من الناس في فهم أن المصادر المتاحة الآن لتدوير الفوسفور، وخاصة في شكل السماد الطبيعي ومياه الصرف الصحي، قد تمثل الحل لضمان مصدر دائم وبيئي واقتصادي للفوسفور في جميع أنحاء العالم.
العوامل التي تؤثر على توافر الفوسفور بالتربة
في الوقت الذي فيه عمليات مثل التجوية والذوبان والتمعدن والامتصاص ترتفع من توفير الفوسفور داخل التربة لامتصاص النبات، فإن عمليات مثل التثبيت والامتصاص والترسيب والجريان السطحي والتآكل تحد من تواجد الفوسفور، إلى جانب ذلك، يتأثر تواجد الفوسفور في محلول التربة بالعوامل الاتية:
- المواد العضوية: تعد المادة العضوية أمرًا مهمًا في التحكم في تواجد الفوسفور، حيث يزيد تواجد الفوسفور مع إضافة المواد العضوية، ويحدث ذلك لأسباب عدة
- يؤدي تمعدن المادة العضوية إلى إفراز الأشكال النباتية المتاحة من الفوسفور داخل التربة.
- تتنافس الجزيئات العضوية مع الفوسفات الممتصة على سطح التربة، مما يقلل من احتباس الفوسفور ويزيد من توافره.
- محتوى الطين : بسبب المحتوى العالي من الطين فيها، تحتفظ التربة بها نسبة عالية من الفوسفور، لأن جزيئات الطين بها مساحة ضخمة لكل وحدة حجم، والتي يمكنها امتصاص الفوسفور بسهولة.
- معادن التربة: تؤثر تركيبة المعدن في التربة على قدرتها على امتصاص الفوسفور. على سبيل المثال، تفضل التربة التي تحتوي على نسبة مرتفعة من Al3+ و Fe3+ لتحقيق امتصاص كبير للفوسفور.
- درجة حموضة التربة: تكون الحموضة المثلى للتربة بين 6 و 7 لتوفير أقصى قدر من الفوسفور. في التربة الحمضية ذات الحموضة المنخفضة، تحتوي التربة على كميات كبيرة من الألومنيوم والحديد، مما يجعل الفوسفات يتفاعل معهما بشدة، وعندما يتفوق الكالسيوم ككاتيون مهيمن في التربة الحمضية، ينحصر الفوسفات مع الكالسيوم.
- عوامل اخرى: يمكن أن تؤثر درجة الحرارة والرطوبة وتهوية التربة على معدل تمعدن الفوسفور من خلال تحلل المواد العضوية، وعلى سبيل المثال، في المناطق ذات المناخ الدافئ والرطب، تتحلل المواد العضوية بسرعة أكبر مقارنة بالمناطق الجافة والباردة.
لماذا من المهم تقييم الفوسفور
يمكن أن تسبب التركيزات المرتفعة من الفوسفور نتيجة للممارسات الزراعية الخاطئة، وتدفق المياه السطحية من المناطق الحضرية والمروج، وتسرب أنظمة الصرف الصحي أو تصريف مياه الصرف الصحي من داخل محطات معالجة، تسبب زيادة نمو الطحالب والنباتات المائية الكبيرة، مما يؤدي إلى تنخفض نسب الأكسجين المذابة، وهذه العملية تعرف بالتخثر. كما يمكن أن تؤدي مستويات الفوسفور المرتفعة أيضا إلى تكاثر الطحالب التي تفرز سموما ضارة للإنسان والحيوانات.
ماذا يخبر الفوسفور عن حالة الماء بالبيئة
يعتبر الفوسفور أحد العناصر الغذائية المهمة في النظم البيئية المائية، حيث تتحكم كمية هذه المغذيات المتاحة في معدل إنتاج الطحالب والنباتات المائية. يمكن استخدام الفوسفور بكميات مناسبة عن طريق النباتات والميكروبات في التربة للنمو الطبيعي. ومع ذلك، في حالات الكميات العالية، يمكن أن يتسبب الفوسفور في مشاكل جودة المياه مثل تكاثر الطحالب الضارة وتشكل الطمي. كما تعمل بعض الموارد المائية، مثل الأراضي الرطبة، كمستودعات طبيعية للفوسفور الموجود في الترسبات أو المذاب في الماء. ومع ذلك، نظرا لأن الفوسفور عادة موجود في البيئة الطبيعية بكميات صغيرة، فإن زيادة طفيفة في التركيز يمكن أن تؤثر سلبا على جودة المياه والبيئة البيولوجية.