วัฏจักรฟอสฟอรัส (phosphorus cycle)

26163

วัฏจักรฟอสฟอรัส (phosphorus cycle) หมายถึง หมายถึง การเปลี่ยนแปลงสภาพของธาตุฟอสฟอรัส และสารประกอบฟอสฟอรัสตามสภาพแวดล้อมที่แปรเปลี่ยนด้วยกระบวนการทางเคมี และการย่อยสลายของจุลินทรีย์ ทั้งในหิน ดิน น้ำ และสิ่งมีชีวิต จากระบบหนึ่งไปสู่ระบบหนึ่ง หมุนเวียนเป็นวัฏจักร

advertisement

สถานะฟอสฟอรัสที่พบในธรรมชาติ
ฟอสฟอรัสในรูปของแข็ง (Solid Phosphorus )
• หินฟอสฟอรัส
– Hydroxyapatite : Ca10(PO4)6(OH)2
– Carbonate Fluorapatite : (Ca,H2O)10(PO4,CO3)6(F,OH)2
– Variscite, Strengite : AlPO4.2H2O,FePO4.2H2O
– Crandallite : CaAl3(PO4)2(H)2.H2O
– Wavellite : Al3(OH)3(PO4)2
• ของแข็งผสม
– ฟอสฟอสรัสในดินเหนียวเช่น Kaolinite : [Si2O5Al2(OH)4.(PO4)]
– ฟอสฟอสที่มีองค์ประกอบของโลหะ : [Me(OH)x(PO4)3-x/3]
– ฟอสฟอรัสอินทรีย์สารในดินเหนียว : [Si2O5Al2(OH)4.ROP]
• สารแขวนลอย หรือ สารละลายฟอสฟอรัสอินทรีย์สาร
– ฟอสฟอรัสในแบคทีเรีย : ฟอสโฟลิปิด
– ฟอสฟอรัสในพืช : ฟอสโฟโปรตีน, กรดนิวคลีอิก, โพลีแซคคาไรด์ ฟอสเฟต

ฟอสฟอรัสในรูปสารละลาย (Soluble Phosphorus )
• Orthophosphate : H2PO43-, HPO42-, PO4 3- และCaHPO4
• ฟอสฟอรัสที่ตกตะกอนในรูปอนินทรีย์สาร
– ไพโร ฟอสเฟต : HP2O7 3-, P2O4, CaP2O72- และ MnP2O72-
– ไตรโพลี ฟอสเฟต : HP3O104-, P3O103- และ CaP3O102-
– ไตรเมตา ฟอสเฟต : HP3O92-, P3O93- และCaP3O9
• ฟอสฟอรัสในรูปอินทรีย์สาร
– ฟอสเฟตในน้ำตาล : กลูโคเซล ฟอสเฟต , อะดิโนไซน์
– Inositol Phosphates : โมโนฟอสเฟต
– ฟอสโฟลิปิด : Inositol Mono and Hexaphosphate
– ฟอสฟอรัสในโปรตีน : Glycerophosphate, Phosphatidic Acids และ Phosphocreatine

prosprorus cycle

prosprorus cycle1

1. ฟอสฟอรัสในดิน และหิน
ฟอสฟอรัสในแหล่งหิน
ฟอสฟอรัสในหิน หรือที่เรียกว่า หินฟอสเฟต ถือเป็นแหล่งฟอสฟอรัสปฐมภูมิที่เป็นจุดเริ่มต้นของวัฏจักรฟอสฟอรัส เพราะฟอสฟอรัสที่คงสถานะอยู่บนโลกส่วนใหญ่มาจากแหล่งของหินเป็นหลัก ก่อนที่จะมีการแตกย่อย และปลดปล่อยเป็นฟอสฟอรัสในดิน น้ำ และในพืช และสัตว์ต่อไป

หินฟอสเฟต หมายถึง หินที่มีองค์ประกอบของสารประกอบแคลเซียมฟอสเฟต หรือ ที่เรียกว่า แร่ฟอสฟอไรท์ (Phosphorites) [(Ca3PO4)2] เป็นหลัก ซึ่งฟอสเฟตมักพบในรูป Ca5[(PO4)3(F)] หรือ แร่อะพาไทต์ (Apatite)

แร่ฟอสฟอไรท์มักพบแร่ที่เป็นกัมมันตรังสีอยู่ด้วย ได้แก่ ยูเรเนียม ประมาณ 20-300 ppm และทอเรียม ประมาณ 1-5 ppm

แร่อะพาไทต์ (Apatite) ที่พบในธรรมชาติจะมีลักษณะเป็นหินสีต่างๆ เช่น สีขาว สีเหลือง สีน้ำตาล และสีดำ แร่นี้ที่พบส่วนใหญ่เกิดจาก
– การแปรเปลี่ยนมาจากหินอัคนี
– หินฟอสเฟตที่เป็นสินแร่จากการตกตะกอน และทับถมในทะเล
– หินฟอสเฟตที่เกิดจากการสะสม และทับถมของมูลค้างคาว และนกทะเล

prosprorus cycle2

ฟอสฟอรัสในหินที่พบในประเทศไทยส่วนใหญ่พบอยู่ในรูปของแร่อะพาไทต์ ซึ่งมีประมาณ 5 ชนิด คือ
– Carbonate apatite : (Ca3[(PO4)2])3.CaO3
– Fluorapatite : (Ca3[(PO4)2])3.CaF2
– Chloroapatite : (Ca3[(PO4)2])3.CaCl2
– Hydroxy apatite : (Ca3[(PO4)2])3.Ca(OH)2
– Sulfate apatite : (Ca3[(PO4)2])3.CaSO4

หินฟอสเฟตเป็นแหล่งวัตถุดิบหลักในการผลิตปุ๋ยฟอสเฟตสำหรับในในแปลงเกษตร ซึ่งอาจใช้ในรูปของหินฟอสเฟตที่ยังไม่ได้ผ่านกระบวนการปรับปรุงแร่ ซึ่งปุ๋ยฟอสเฟตประเภทนี้จะมีฟอสฟอรัสที่พืชนำไปใช้ประโยชน์ได้น้อย เนื่องจากยังอยู่ในรูปของสินแร่ แต่มีราคาถูกกว่าปุ๋ยฟอสฟอรัสแบบปรุบปรุงแร่ และจะให้ฟอสฟอรัสออกมาอย่างต่อเนื่องในอนาคตจากการผุกร่อน และการย่อยสลายจากจุลินทรีย์

ส่วนปุ๋ยฟอสเฟตอีกประเภทจะเป็นหินฟอสเฟตที่ผ่านกระบวนการปรับปรุงแร่เพื่อให้ปลดปล่อยฟอสฟอรัสออกมามากที่สุด เช่น การย่อยด้วยกรด และการให้ความร้อน เป็นต้น ซึ่งจะได้ปริมาณฟอสฟอรัสที่พืชนำไปใช้ประโยชน์ได้มากกว่าปุ๋ยฟอสฟอรัสประเภทแรก แต่มีข้อเสีย คือ มีราคาสูง และให้ฟอสฟอรัสในช่วงระยะสั้น รวมถึงอาจเกิดการชะล้างซึมลงดินหรือละลายในน้ำมากขึ้น

ฟอสฟอรัสในดิน
สารประกอบฟอสฟอรัสในดินแบ่งเป็น 3 แหล่ง คือ
• สารประกอบฟอสฟอรัสที่มาจากการแตกสลายหรือการผุกร่อน และการย่อยสลายโดยจุลินทรีย์ของหิน ตามธรรมชาติ
• สารประกอบฟอสฟอรัสที่มาจากการย่อยสลายของซากพืช และซากสัตว์ตามธรรมชาติ
• สารประกอบฟอสฟอรัสที่มาจากการใส่ปุ๋ยฟอสเฟตโดยมนุษย์

ฟอสฟอรัสในดินบางส่วนจะถูกพืชดูดซึมเข้าไปใช้สำหรับการเจริญเติบโต และพบเป็นองค์ประกอบของเนื้อเยื่อในพืช และต่อเนื่องสู่ร่างกายสัตว์ เช่น กรดนิวคลีอิก ฟอสโฟลิปิด และน้ำตาล เป็นต้น บางส่วนจะถูกชะละลายในน้ำ ไหลลงสู่แหล่งน้ำกลายเป็นสารประกอบฟอสเฟตในน้ำต่อไป

2. ฟอสฟอรัสในแหล่งน้ำ และน้ำเสีย
ฟอสฟอรัสในแหล่งน้ำธรรมชาติ และแหล่งน้ำเสีย สามารถพบได้ในรูปของแข็งหรือสารแขวนลอย และสารละลาย แบ่งเป็น 3 ลักษณะ คือ
2.1 ออโธฟอสเฟต (Orthophosphate) หรือ ฟอสฟอรัสละลายน้ำ (Soluble Reactive Phosphorus) เป็นสารประกอบฟอสฟอรัสที่ละลายได้ดีน้ำ จัดเป็นแหล่งฟอสฟอรัสที่มีความสำคัญต่อแพลงก์ตอนพืชสำหรับนำไปใช้
เพื่อการเจริญเติบโต ได้แก่
– Trisodium Phosphate (Na3PO4)
– Disodium Phosphate (Na2HPO4)
– Monosodium Phosphate (NaH2PO4)
– Diammonium Phosphate ((NH4)2HPO4)

2.2 โพลีฟอสเฟต (Polyphosphate) เป็นสารประกอบฟอสฟอรัสที่พบมากในแหล่งน้ำเสียที่มาจากส่วนผสมของสารซักล้าง และทำความสะอาดต่างๆ ทั้งจากครัวเรือน และโรงงานอุตสาหกรรม เมื่อแตกตัวจะได้สารออร์โธฟอสเฟตออก ได้แก่
– Sodium Hexametaphosphate (Na3(PO4)6)
– Sodium Triphosphate (Na5P3O10)
– Tetrasodium Pyrophosphate (Na4P2O7)
สารออร์โธฟอสเฟต เมื่อถูกไฮโดรไลซ์ในน้ำจะได้สารกลับไปเป็นออโธฟอสเฟต (Orthophosphate)

2.3 อินทรีย์ฟอสเฟต (Organic Phosphate) เป็นสารประกอบชีวภาพที่ได้จากการย่อยสลายอินทรีย์วัตถุทั้งในพืช และในสัตว์ ได้แก่
– Nucleic Acid
– Phospholipids
– Sugar Phosphate

ฟอสฟอรัสที่อยู่ในรูปต่างในแหล่งน้ำ และแหล่งน้ำเสียจะถูกแพลงก์ตอนพืชนำไปใช้สำหรับกระบวนการเจริญเติบโต และการแพร่จำนวน ซึ่งมักพบปรากฏการณ์ที่เกิดจากปริมาณฟอสฟอรัสในน้ำมากเกินไปที่เรียกว่า ยูโทรฟิเคชั่น มีน้ำมีลักษณะเปลี่ยนสีตามสีของแพลงก์ตอนพืชที่แพร่กระจายมากในแหล่งน้ำ เช่น น้ำมีสีเขียว น้ำมีสีแดง เป็นต้น แต่โดยทั่วไปจะพบเห็นน้ำมีสีเขียว ซึ่งนั้นแสดงว่าแหล่งน้ำนั้นมีปริมาณฟอสฟอรัสมาก

แพลงก์ตอนพืชบางส่วนจะถูกกินเป็นอาหารของสัตว์น้ำขนาดเล็ก ทำให้ฟอสฟอรัสเข้าเป็นองค์ประกอบของสัตว์น้ำต่อไป และแพลงก์ตอนพืชบางส่วนจะมีวัฏจักรตายไปในระบบจะเกิดการเน่าสลายกลายเป็นสารประกอบฟอสฟอรัสที่ละลายได้ในน้ำ และบางส่วนจะเกิดปฏิกิริยาเคมีในน้ำตกตะกอนลงสู่ท้องน้ำ

3. ฟอสฟอรัสในสิ่งมีชีวิต
ฟอสฟอรัสในพืช
ฟอสฟอรัสในพืชพบเป็นองค์ประกอบของเนื้อเยื่อในราก ลำต้น ดอก และผล โดยทำหน้าที่สำคัญ คือ ช่วยเร่ง และส่งเสริมการเจริญเติบโตของรากแก้ว รากแขนง และรากฝอย ช่วยให้รากดูดซึมน้ำ และแร่ธาตุๆได้ดีขึ้น รวมถึงช่วยกระตุ้นการออกดอก และการเติบโตของผล และเมล็ด

พืชสามารถดูดซึมฟอสฟอรัสในดินสำหรับนำไปใช้ประโยชน์ได้ใน 2 รูป คือ H2PO4 (Dihydrogen phosphate ion) และ HPO42- (Monohydrogen phosphate ion)

เมื่อพืชตายไปจะเกิดการเน่าสลาย ทำให้เกิดเป็นสารประกอบฟอสฟอรัสแทรกตัวอยู่ในดิน บางส่วนจะเข้าสู่ฟอสฟอรัสในแหล่งน้ำจากการละลายน้ำ บางส่วนจะถูกดูดซึมจากพืชกลับเข้าสู่ฟอสฟอรัสในพืชอีกครั้ง

ฟอสฟอรัสในสัตว์ และมนุษย์
ฟอสฟอรัสที่พบในร่างกายสัตว์ และมนุษย์จะพบมากเป็นส่วนประกอบของกระดูก และฟัน ซึ่งจะอยู่ในรูปของเกลืออนินทรีย์ฟอสฟอรัสเป็นส่วนใหญ่ รองลงมาจะพบในรูปของสารประกอบอินทรีย์ ได้แก่ ฟอสโฟโปรตีน กรดนิวคลีอิก ฟอสโฟลิปิด และเฮกโซสฟอสเฟต ในเนื้อเยื่อต่างๆของร่างกาย

หน้าที่ของฟอสฟอรัสในร่างกาย
– เป็นส่วนประกอบของกระดูก และฟัน
– ช่วยในการดูดซึมวิตามินดี และกระตุ้นการทำงานของวิตามินดีในร่างกาย
– เป็นสารบัฟเฟอร์ รักษาสถาพความเป็นกรด-ด่างในร่างกาย
– เป็นองค์ประกอบของกรดนิวคลีอิก ที่เป็นสารถ่ายทอดลักษณะพันธุกรรม
– ทำหน้าที่กระตุ้นการทำงานของฮอร์โมนที่เกี่ยวข้องกับการเจริญเติบโต
– เป็นองค์ประกอบสำคัญในเซลล์ที่เกี่ยวข้องกับระบบกระแสประสาท
– กระตุ้นการทำงานของน้ำย่อยโปรตีน คาร์โบไฮเดรต และไขมัน

เมื่อร่างกายสัตว์ และมนุษย์ตายไป และถูกย่อยสลาย ฟอสฟอรัสจะอยู่ในรูปของเกลืออนินทรีย์ และฟอสฟอรัสอินทรีย์ที่แทรกตัวอยู่ในดิน และน้ำ ต่อไป

advertisement