Фосфор является ключевым элементом для жизнедеятельности всех организмов, участвуя в формировании нуклеиновых кислот, аденозинтрифосфата (АТФ), фосфолипидов клеточных мембран и костной ткани. В отличие от углерода, азота или серы, фосфорный цикл не включает значительных газообразных фаз в биосфере: основная форма движения фосфора происходит в твердой и растворенной фазах.
Фосфор в природе встречается преимущественно в виде фосфатов (PO₄³⁻). В литосфере он представлен:
В водной среде фосфор присутствует в виде растворенных ортофосфатов, иногда как органофосфорные соединения. Биологические организмы способны аккумулировать фосфор и возвращать его в почву или воду через отмирание и разложение органики.
Выветривание минералов: основным источником доступного фосфора для экосистем является выветривание фосфоритов и апатитов. В процессе химического выветривания образуются растворимые формы фосфатов, которые поступают в почву и водные объекты.
Осадкообразование: избыточный фосфор в воде связывается с кальцием, железом и алюминием, образуя мало растворимые соли (например, апатит, феррифосфат), которые оседают на дно водоемов. Этот процесс формирует долгосрочные фосфорные резервы.
Минерализация органического вещества: разложение органических соединений, содержащих фосфор, бактериями и грибами возвращает его в растворимую форму, доступную для растений и микробов.
Поглощение растениями и микробами: растения поглощают растворимые фосфаты через корневую систему, включают их в органические молекулы (АТФ, нуклеотиды, фосфолипиды). Почвенные микроорганизмы могут фиксировать фосфор в органической форме или преобразовывать нерастворимые минеральные фосфаты в усвояемые.
Трофические передачи: при поедании растений животными фосфор переносится по пищевой цепи. Его концентрация в организмах часто выше, чем в окружающей среде, что связано с биологической необходимостью.
Возврат в почву и воду: фекалии, мертвые организмы, отмирание водных растений и животных обеспечивают возврат фосфора в систему, где микроорганизмы и химические реакции снова делают его доступным.
Сельское хозяйство: интенсивное применение фосфорных удобрений увеличивает содержание растворимого фосфора в почвах и водоемах. Это может приводить к эвтрофикации водоемов, бурному росту фитопланктона и нарушению баланса экосистем.
Промышленность и сточные воды: фосфор из бытовых и промышленных сточных вод попадает в водоемы, вызывая накопление и перераспределение фосфора в биогеохимическом цикле.
Рециркуляция и восстановление: современные технологии направлены на извлечение фосфора из сточных вод, переработку отходов и возвращение его в сельское хозяйство, что снижает истощение минеральных запасов.
Фосфорный цикл является примером тесной взаимосвязи геохимических и биологических процессов. Его динамика определяет плодородие почв, биопродуктивность водоемов и устойчивость экосистем к антропогенной нагрузке.