磷循环

磷循环是描述磷在岩石圈、水圈和生物圈中运动的生物地球化学循环。 与许多其他生物地球化学循环不同，大气在磷的运动中没有发挥重要作用，因为磷和磷基化合物在地球上发现的典型温度和压力范围内通常是固体。 磷化氢气体的生产仅在专门的当地条件下进行。 因此，磷循环应该从整个地球系统来看，然后特别关注陆地和水生系统的循环。

生物体需要磷，这是 DNA、RNA、ATP 等的重要组成部分，才能正常运作。 植物将磷同化为磷酸盐并将其吸收到有机化合物中，而在动物中，磷是骨骼、牙齿等的关键成分。在陆地上，几千年来植物逐渐无法利用磷，因为它在径流中缓慢流失 . 如土壤微生物生物量研究所示，土壤中低浓度的磷会减少植物生长并减缓土壤微生物生长。 在生物地球化学循环中，土壤微生物既是可用磷的汇又是可用磷的来源。 磷的短期转化是化学的、生物的或微生物的。 然而，在长期的全球循环中，主要的转移是由地质时期的构造运动驱动的。

人类通过运输磷矿物和使用磷肥，以及将食物从农场运到城市，并在城市中作为污水流失，对全球磷循环造成了重大变化。

磷是植物和动物的必需营养素。 磷是水生生物的限制性营养素。 磷是生物圈中非常常见的重要生命维持分子的组成部分。 当灰尘溶解在雨水和海浪中时，磷确实会以极少量进入大气，但大部分仍留在陆地以及岩石和土壤矿物质中。 80% 的开采磷用于制造肥料。 化肥、污水和洗涤剂中的磷酸盐会对湖泊和溪流造成污染。 淡水和近海海水中磷酸盐的过度富集会导致大量藻类大量繁殖。 在淡水中，这些水华的死亡和腐烂会导致富营养化。 这方面的一个例子是加拿大实验湖区。

这些淡水藻华不应与咸水环境中的藻华混淆。 最近的研究表明，导致咸水河口和沿海海洋栖息地藻类大量繁殖的主要污染物是氮。

磷作为正磷酸根离子 (PO4)3− 的一部分在自然界中最为丰富，由一个 P 原子和 4 个氧原子组成。 在陆地上，大多数磷存在于岩石和矿物中。 富含磷的沉积物通常形成于海洋或鸟粪中，随着时间的推移，地质过程将海洋沉积物带到陆地上。 岩石和矿物的风化以可溶形式释放磷，磷被植物吸收，并转化为有机化合物。 然后植物可能被食草动物吃掉，磷要么被吸收到它们的组织中，要么被排出体外。 死后，动物或植物腐烂，磷返回土壤，其中大部分磷转化为不溶性化合物。 径流可能会将一小部分磷带回海洋。 通常随着时间（数千年）土壤变得缺乏磷，导致生态系统退化。

淡水生态系统中有四种主要的磷库：无机磷、溶解有机磷 (DOP)、颗粒有机磷 (POP) 和颗粒无机磷 (PIP)。 溶解物质定义为通过 0.45 μm 过滤器的物质。 DIP 主要由正磷酸盐 (PO43-) 和聚磷酸盐组成，而 DOP 由 DNA 和磷蛋白组成。 颗粒物是被 0.45 μm 过滤器捕获但无法通过的物质。

POP 由活生物体和死生物体组成，而 PIP 主要由羟基磷灰石 Ca5(PO4)3OH 组成。 无机磷以易溶的正磷酸盐形式出现。 颗粒状有机磷悬浮在活的和死的原生质中并且不溶。 溶解性有机磷是由颗粒状有机磷经排泄分解而得，是可溶的。

磷酸盐的主要生物学重要性是作为核苷酸的组成部分，核苷酸在细胞内用作能量储存 (ATP) 或连接在一起时形成核酸 DNA 和 RNA。 我们 DNA 的双螺旋结构之所以可能，是因为磷酸酯桥结合了螺旋结构。