2.7 磷的循环

　　磷在各圈层中的浓度如下（括号内数字为元素的丰度次序）：

　　地球整体：0.2％（10）　　地壳：1050mg/kg（11）　　海洋：88μg/kg（19）

　　自然存在的磷化合物都具有很低的溶解度和挥发性，所以磷元素的生物地球化学循环的通量很小，且取决于河川中含磷悬浮颗粒物往海洋迁移的速率和含磷尘粒在大气中的迁移能力。图2-23所示的循环过程反映出了这种缓慢迁移的情况。从图中还可看出，磷的循环主要在地球表面的陆地（包括土壤）和水圈中进行。

　　磷在自然界或生物体中几乎完全以无机磷酸盐或含PO₄^3-有机物形态存在，也就是磷的完全氧化态，价态为（ 5）。最常见的矿石有羟基磷灰石［Ca₅（PO₄）₃（OH）］、磷酸钙［Ca₃（PO₄）₂］、磷酸铝［AlPO₄］、磷酸铁［FePO₄］。磷酸盐矿的实际组成远比以上分子式所示的复杂，因为在矿石中的阳离子（Ca² 、Al³ 、Fe² 、Fe³ 等）间普遍地发生同晶或类晶置换，而且矿石中还含有种类和数量不一的各种微量元素。

　　天然水中的磷是通过矿石风化侵蚀、淋溶、细菌的同化和异化作用等自然因素引入的。作为人为来源，主要是含于城市污水中的合成洗涤剂含磷组分排入水体。与含氮肥料易从土壤流失进入水体的情况不同，土壤中磷肥的溶解度很小，经水流作用而迁移的能力也很小。图2-24所示为水体中磷的各种存在形态和各形态间相互转化的途径。其中悬浮粒子态磷（包括无机的和有机的）大多存在于细菌或动植物残骸的碎屑之中。溶解态磷中的正磷酸盐部分（PO₄^3-、HPO₄^2-、H₂PO₄^-）可作为营养物质被水中藻类多量摄取，所以这种形态的磷具有很大环境意义，且在正常水体中浓度很低（如前所述，这类盐的溶解度也是很小的）。聚合磷酸盐是合成洗涤剂组分之一，其作用是络合水中Ca² 、Mg² 等离子，使之不以碳酸盐形态沉积下来。水体中聚合磷酸盐的形态主要有P₂O₇^4-、P₃O₁₀^5-、HP₃O₉^2-、CaP₂O₇^2-等。可溶性有机磷酸物主要有葡萄糖-6-磷酸、2-磷酸甘油酸、磷肌酸等形态。

　　在生物的体内，磷是构成能量转移分子ATP、ADP、AMP以及具有遗传等功能分子RNA、DNA的基本组分。这表明，磷是生命体的必须元素，也是土壤和水系内生态系统中的营养要素。

　　磷在环境中的整体循环可被划分为三个子循环，即一个无机循环和两个生物循环。无机循环的速度很慢，其周期以10⁹年计。火成岩受风化作用后，其中磷化合物迁移的主要途径是由岩石经土壤、河流转入海洋。由于海水偏碱性且含多量Ca² 离子，所以多数磷又以磷酸钙形式沉积于海底。在深海沉积物中，这些磷酸盐几乎被永久封闭而不易复出。只有通过人类采掘活动或海底鱼类的食用（再经食物链）才有可能少量地重返陆地。但沉积在内陆海或大陆架中的磷酸盐则可通过地面隆起等地质过程再次成为新陆地的组成部分。水体中磷的生物循环起始于藻类对水中可溶性正磷酸盐的汲取；陆地上磷的生物循环起始于植物根部从土壤水中摄取磷酸盐。这两种生物循环速度很快（分别以天计或以年计）。有关这方面研究工作的内容非常广泛，目前还处于较浅薄的认识阶段。
　　本文标题：2.7 磷的循环--自然环境中的能量流动和物质循环
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