ฟอสฟอรัส (Phosphorus) แหล่ง และประโยชน์ฟอสฟอรัส

ข้อมูลทั่วไป

ฟอสฟอรัส (Phosphorus) เป็นธาตุที่มีความสำคัญต่อร่างกายมนุษย์ สัตว์ และระบบนิเวศ เป็นแร่ธาตุที่พบมากในธรรมชาติในรูปของเกลือฟอสเฟตต่างๆ เช่น

รูปของแข็ง
Sediment Rock Mineral Phase
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

Mixed phase, Solid Solution
Clay-Phosphate (e.g., Kaolinite) : [Si2O5Al2(OH)4.(PO4)]
Metal Hydroxophosphate : [Me(OH)x(PO4)^3-x/3]
Clay-Organophosphate :  [Si2O5Al2(OH)4.ROP]

Suspended or Insoluble Organic Phosphorus
Bacterial Cell Material : Phospholipid
Plant Debris : Phosphoprotein, Nucleic Acid, Polysaccharide Phosphate

รูปสารละลาย
Orthophosphate : H2PO4^3-, HPO4^2-, PO4^3-, CaHPO4

Inorganic Condensed Phosphates
– Pyrophosphate : HP2O7^3-, P2O^4-, CaP2O7^2-, MnP2O7^2-
– TriPolyphosphate : HP3O10^4-, P3O10^3-, CaP3O10^2-
– Trimeta Phosphate : HP3O9^2-, P3O9^3-, CaP3O^9-

Organic Orthophosphates
– Sugar Phosphate : Glucosel-Phosphate, Adenosine
– Inositol Phosphates : monophosphate
– Phospholipids : Inositol Mono and Hexaphosphate
– Phosphoproteins : Glycerophosphate, Phosphatidic Acids, Phosphocreatine

สำหรับฟอสฟอรัสที่พบในแหล่งน้ำธรรมชาติ และแหล่งน้ำเสีย ได้แก่
1. ออโธฟอสเฟต (Orthophosphate) หรือเรียกว่าฟอสฟอรัสละลายน้ำ (Soluble Reactive Phosphorus) สารเหล่านี้ละลายน้ำได้ดี และแพลงก์ตอนพืชสามารถนำไปใช้ประโยชน์เพื่อการเจริญเติบโต ได้แก่
– Trisodium Phosphate (Na3PO4)
– Disodium Phosphate (Na2HPO4)
– Monosodium Phosphate (NaH2PO4)
– Diammonium Phosphate ((NH4)2HPO4)

2. โพลีฟอสเฟต (Polyphosphate) เป็นสารที่พบมากในน้ำเสียจากบ้านเรือนหรือโรงงานอุตสาหกรรม เนื่องจากเป็นส่วนผสมของน้ำยาทำความสะอาด เมื่อแตกตัวจะให้ออร์โธฟอสเฟต ได้แก่
– Sodium Hexametaphosphate (Na3(PO4)6)
– Sodium Triphosphate (Na5P3O10)
– Tetrasodium Pyrophosphate (Na4P2O7)

สารเหล่านี้ เป็น Dehydrated Phosphate ซึ่งจะถูกไฮโดรไลซ์ ในน้ำกลับไปเป็นสารออโธฟอสเฟต (Orthophosphate) การย่อยสลายจะเกิดได้ช้า ถ้าเป็นน้ำสะอาดที่ 4-50 วัน แต่จะเกิดได้เร็วถ้าเป็นน้ำเสียที่ 20 ชั่วโมง

3. อินทรีย์ฟอสเฟต (Organic Phosphate) สารประกอบฟอสเฟตชนิดนี้เกิดจากกระบวนการย่อยสลายทางชีวภาพ พบได้ในรูปสารละลาย สารแขวนลอย สารอินทรียวัตถุที่กำลังเน่าสลายหรือเป็นองค์ประกอบในสิ่งมีชีวิต ได้แก่
1. Nucleic Acid
2. Phospholipids
3. Sugar Phosphate

ประโยชน์ฟอสฟอรัสต่อร่างกายมนุษย์

ฟอสฟอรัสที่อยู่ในร่างกายจะพบในรูปของฟอสเฟต โดยประมาณร้อยละ 85-90 ของฟอสฟอรัสที่พบในร่างกายทั้งหมด จะเป็นส่วนประกอบของโครงสร้างร่างกาย เช่น ในกระดูกจะพบฟอสฟอรัสรวมตัวกับแคลเซียมในรูป hydroxyapatite ((Ca10(PO4)6(OH)2) และอีกประมาณร้อยละ 11 จะเป็นองค์ประกอบของกล้ามเนื้อ เลือด และของเหลวในร่างกาย ในรูปของฟอสโฟลิปิด กรดนิวคลีอิก และสารอื่นๆที่ละลายอยู่ในเซลล์ สำหรับในเลือดจะพบฟอสฟอรัสประมาณ 35-40 มิลลิกรัม/100 มิลลิลิตร ซึ่งจะเปลี่ยนแปลงปริมาณตามสารอาหารที่ได้รับในแต่ละวัน แต่จะมีระดับคงที่ประมาณ 4-9 มิลลิกรัม/100 มิลลิลิตร

การขับฟอสฟอรัสออกจากร่างกาย ประมาณ 2ใน 3 จะขับผ่านทางปัสสาวะ และอีก 1 ใน 3 จะขับผ่านทางอุจจาระ โดยมีฮอร์โมนพาราไทรอยด์เป็นตัวควบคุมระดับปริมาณฟอสฟอรัสในร่างกาย และการขับออกนอกร่างกาย

หน้าที่สำคัญต่อร่างกาย
1. เป็นส่วนประกอบของกระดูก และฟัน ซึ่งทำหน้าที่สัมพันธ์กับแคลเซียมที่รวมตัวกันในรูปแคลเซียมฟอสเฟต (Ca2(PO4)2) และไฮดรอกซีอาพาไทต์ (Ca10(PO4)6(OH)2)
2. เป็นสารตั้งต้นในการสังเคราะห์ฟอสโฟลิปิด ที่เป็นสารสำคัญในการสร้างเยื่อหุ้มเซลล์ การเคลื่อนย้ายไขมัน และกระบวนการเมทาบอลิซึมของร่างกาย
3. เป็นส่วนประกอบสำคัญของ Buffer ในเลือด และของเหลวในร่างกาย สำหรับรักษาสมดุลความเป็นกรด-ด่างของร่างกาย
4. เป็นธาตุที่จำเป็นสำหรับกระบวนการเมทาบอลิซึมของสารอาหารต่างๆ
5. เป็นส่วนประกอบสำคัญของสารที่ให้พลังงานสูงในร่างกาย เช่น ATP
6. เป็นแร่ธาตุที่ช่วยในการทำงานของวิตามิน และเอนไซม์ในร่างกาย
7. เป็นส่วนประกอบสำคัญของกรดนิวคลีอิก และสารทางพันธุกรรม เช่น RNA และ DNA
8. ช่วยในการควบคุมการทำงานของระบบประสาท และกล้ามเนื้อ

แหล่งฟอสฟอรัสในพืช

ฟอสฟอรัสที่พบในธรรมชาติที่มนุษย์ได้รับจะอยู่ในพืช และสัตว์ เช่น เมล็ดธัญพืช ดอกพืช ใบพืช นม กระดูกปลา กระดูกสัตว์ เนื้อสัตว์ เป็นต้น ฟอสฟอรัสที่อยู่ในพืชจะอยู่ในรูป phytin phospholipid หรือ organic phosphate ซึ่งจะถูกย่อยสลายโดยเอนไซม์ไฟเตสที่ลำไส้เล็ก

ฟอสฟอรัสทั้งหมด และฟอสฟอรัสที่เป็นประโยชน์ในพืช
1. ข้าวโพด
– ฟอสฟอรัสทั้งหมดร้อยละ 0.25
– ฟอสฟอรัสที่เป็นประโยชน์ร้อยละ 0.03

2. ข้าวฟ่าง
– ฟอสฟอรัสทั้งหมดร้อยละ 0.35
– ฟอสฟอรัสที่เป็นประโยชน์ร้อยละ 0.17

3. ข้าวบาร์เลย์
– ฟอสฟอรัสทั้งหมดร้อยละ
– ฟอสฟอรัสที่เป็นประโยชน์ร้อยละ

4. ข้าวโอ๊ต
– ฟอสฟอรัสทั้งหมดร้อยละ 0.35
– ฟอสฟอรัสที่เป็นประโยชน์ร้อยละ 0.08

5. ถั่วเหลือง
– ฟอสฟอรัสทั้งหมดร้อยละ 0.65
– ฟอสฟอรัสที่เป็นประโยชน์ร้อยละ 0.14

นอกจากนี้ ปัจจุบันมีการผลิตอาหารเสริมฟอสฟอรัสออกมาจำหน่ายมากมาย ทั้งในรูปเม็ดรับประทาน หรือ ผสมในอาหารหรือเครื่องดื่มต่างๆ

ประโยชน์ฟอสฟอรัสต่ออุตสาหกรรม

ฟอสฟอรัสที่มีบทบาทต่อด้านอุตสาหกรรมจะพบมากในอุตสาหกรรมต่างๆ ได้แก่
– อุตสาหกรรมผลิตปุ๋ยเคมี ผลิตฮอร์โมนเร่งการเติบโตของพืช
– อุตสาหกรรมผลิตผงซักฟอก
– อุตสาหกรรมผลิตน้ำยาล้างจาน น้ำยาทำความสะอาดต่างๆ
– อุตสาหกรรมผลิตไม้ขีดไฟ ประทัด พุ

ประโยชน์ฟอสฟอรัสต่อพืช

เนื่องจากฟอสฟอรัสเป็นธาตุที่ถูกตรึงหรือเปลี่ยนเป็นสารประกอบได้ง่ายทำให้ละลายน้ำได้ยากพืชสามารถนำมาใช้ประโยชน์ได้ลดลง จึงไม่เพียงพอกับความต้องการของพืช

ฟอสฟอรัสที่พบในพืชจะในรูปของฟอสเฟตไอออน พบมากบริเวณในท่อลำเลียงน้ำ เมล็ด ผล และในเซลล์พืช มีบทบาทสำคัญในการถ่ายทอดพลังงาน เป็นวัตถุดิบในกระบวนการสร้างสารต่างๆ ควบคุมระดับความเป็นกรด-ด่าง ในเซลล์

พืชจะการนำฟอสฟอรัสจากดินมาใช้ด้วยการดูดฟอสฟอรัสในรูปอนุมูลไดไฮโดรเจนฟอสเฟตไอออน (H2PO4-) และไฮโดรเจนฟอสเฟตไอออน (HPO42-)  ดินที่มีความเป็นกรดจะมีฟอสฟอรัสจะอยู่ในรูปไดไฮโดรเจนฟอสเฟตไอออน(H2PO4-) ดินมีสภาพเป็นด่าง ฟอสฟอรัสจะอยู่ในรูปไฮโดรเจนฟอสเฟตไอออน (HPO42-) แต่ฟอสฟอรัสมักถูกยึดด้วยอนุภาคดินเหนียว รวมถึงรวมตัวกับธาตุอื่นๆในดิน ทำให้พืชไม่สามารถนำมาใช้ประโยชน์ได้ ดังนั้น ในสภาพดินที่เป็นกลาง พืชจะนำฟอสเฟตไอออนมาใช้ได้ดีกว่า

หน้าที่ และความสำคัญต่อพืช
พืชมีความต้องการฟอสฟอรัส ประมาณ 0.3-0.5 เปอร์เซ็นต์ โดยน้ำหนักแห้ง แต่หากได้รับฟอสฟอรัสสูงกว่า 1 เปอร์เซ็นต์ โดยน้ำหนักแห้ง จะทำให้เกิดความเป็นพิษต่อพืช โดยฟอสฟอรัสมีหน้าที่สำคัญ ดังนี้
1. ส่งเสริมการเจริญเติบโตของราก กิ่ง ลำต้น ช่วยในการสังเคราะห์แสง การหายใจ และการแบ่งเซลล์
2. ช่วยเร่งให้พืชแก่เร็ว ช่วยเร่งการออกดอก การติดผล และการสร้างเมล็ด
3. ช่วยให้รากดูดแร่ธาตุจากดินมาใช้เป็นประโยชน์ได้มากขึ้น
4. ช่วยเพิ่มความต้านทานต่อโรค ทำให้ผลผลิตมีคุณภาพดี
5. ช่วยให้ลำต้นแข็งแรง ไม่ล้มง่าย และลดผลกระทบที่เกิดจากการได้รับไนโตรเจนมากเกินไป
6. ช่วยกระตุ้นการทำงานของเอนไซม์ในกระบวนการรีดิวซ์ไนเตรต และลดความเป็นกรดของน้ำในเซลล์ (cell sap)
7. เป็นองค์ประกอบของกรดนิวคลีอิกที่ทำหน้าที่ในการสังเคราะห์โปรตีนทางพันธุกรรม
8. เป็นองค์ประกอบโครงสร้างฟอสโฟลิพิดในเยื่อหุ้มเซลล์ของสิ่งมีชีวิต
9. เป็นองค์ประกอบ ATP ซึ่งเป็นสารประกอบพลังงานสูงของเซลล์
10. เป็นองค์ประกอบของโคเอนไซม์ (coenzyme) ได้แก่ NAD+ (nicotinamide adenine dinucleotide) และโคเอนไซม์เอ
11. เป็นองค์ประกอบของสารประกอบฟอสเฟตอื่นๆ เช่น phosphoglyceraldehyde และ ribulose bis phosphate ในวัฏจักรคาลวิน (Calvin cycle) ของกระบวนการ
สังเคราะห์แสง

อาการขาดธาตุฟอสฟอรัส
พืชที่ขาดธาตุฟอสฟอรัสจะมีอาการให้เห็นที่ใบล่างก่อน ใบแก่จะร่วงเร็ว ลำต้นสั้น และไม่แข็งแรง การออกดอกช้า จำนวนดอก ผล และเมล็ดน้อยลง ผลผลิตต่ำจากใบพืชที่เสื่อม และร่วงหล่นเร็วกว่าปกติ  แต่หากได้รับฟอสฟอรัสมากพืชจะแก่เร็ว

อาการขาดฟอสฟอรัสในพืชแต่ละชนิด ได้แก่
– ข้าว ข้าวโพด จะมีลำต้นบิดเกลียว เนื้อไม้แข็ง เปราะ หักง่าย ใบ และลำต้นมีสีม่วง
– สับปะรด มักพบใบมีสีเขียวเข้ม และเปลี่ยนเป็นสีม่วง
– ลิ้นจี่จะมีอาการที่ปลายใบ และขอบใบแก่ตาย ใบม้วน แห้ง และร่วงง่าย
– มะเขือเทศ ใบจะมีสีม่วงใต้ใบ ใบมีขนาดเล็ก ใบย่อยม้วนลง และจะตายก่อนอายุ
– พริก ใบจะมีขนาดเล็ก แคบ และห่อ ใบแก่จะมีสีเหลือง และขอบใบมีสีชมพู ผลจะมีขนาดเล็ก และรูปร่างบิดเบี้ยว
– แครอท จะพบลักษณะหัวแข็งกระด้าง เพราะสะสมสารแห้งมากเกินไป
– ส้ม มีปริมาณใบน้อย ใบร่วง ผลมีกรด และเปรี้ยวมาก

ฟอสฟอรัสต่อแหล่งน้ำ

ฟอสฟอรัสจัดเป็น Growth Limiting Nutrient ของพืชน้ำหรือแพลงก์ตอนพืช มักพบสารประกอบฟอสฟอรัสถูกในน้ำทิ้งของชุมชนจากการใช้สารซักล้างหรือสารทำความสะอาดต่างๆ ซึ่งมีสารประกอบของฟอสฟอรัสลงไปในน้ำ สารประกอบฟอสฟอรัสจะกระตุ้นให้เกิดการเจริญเติบโตของพืชน้ำหรือแพลงก์ตอนพืชอย่างรวดเร็ว เช่น สาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงิน และสาหร่ายสีเขียว ทำให้แหล่งน้ำมีสีเขียวขุ่น แหล่งน้ำมีออกซิเจนน้อยในเวลาที่ไม่มีแสงแดด ทำให้สัตว์น้ำขาดอออกซิเจนสำหรับหายใจ ซึ่งเรียกปรากฏการณ์นี้ว่า ยูโทรฟิเคชั่น

แหล่งปล่อยฟอสฟอรัสสู่สิ่งแวดล้อม
1. ชุมชน
แหล่งชุมชนมีการปล่อยสารประกอบฟอสฟอรัสลงแหล่งน้ำจากน้ำทิ้งในครัวเรือนที่เกิดจากการใช้สารซักล้างหรือสารทำความสะอาดต่างๆ โดยเฉพาะผงซักฟอก และน้ำยาล้างจาน

2. อุตสาหกรรม
อุตสาหกรรมมีการปล่อยฟอสฟอรัสลงสู่แหล่งน้ำทั้งในรูปสารประกอบจากการใช้สารซักล้างหรือสารทำความสะอาดต่างๆ ในกิจกรรมต่างๆของโรงงาน รวมถึงบางโรงงานที่มีกระบวนการผลิตที่เกี่ยวข้องฟอสฟอรัส เช่น โรงงานปุ๋ยเคมี อาจมีการปนเปื้อนกับน้ำเสียหลังการบำบัดของโรงงานออกสู่แหล่งน้ำ

3. การเกษตร
ภาคการเกษตรมีการใช้สารฟอสฟอรัสมากในรูปของปุ๋ย ทำให้เกิดมีการตกค้าง และการชะล้างปนเปื้อนลงแหล่งน้ำ หากมีปริมาณมากจะทำให้แหล่งน้ำต่างๆเกิดแพลงก์ตอนพืชได้ง่าย