Fosforns kretslopp – från berggrund till ekosystem

Fosforns kretslopp beskriver hur fosfor rör sig mellan berggrund, mark, vatten och levande organismer. Till skillnad från exempelvis kol och kväve har fosfor inget stort naturligt gasformigt steg i sitt globala kretslopp.

Det gör den långsamma geologiska delen särskilt viktig. Fosfor frigörs genom vittring, tas upp av organismer, återförs genom nedbrytning och kan till slut bindas i sediment och bergarter igen.

1. Fosfor frigörs genom vittring

Mycket av jordens fosfor finns bundet i fosfatmineral i berggrund och sediment.

När berg vittrar kemiskt och mekaniskt frigörs fosforföreningar långsamt till jord och vatten. Processen påverkas av bland annat klimat, mineralens sammansättning och markens kemi.

2. Fosfat binds i marken

När fosfor väl finns i marken kan den följa flera vägar. En del finns löst i markvattnet, en del är bundet till organiskt material och en stor del kan adsorberas till mineralytor eller bilda svårlösliga föreningar.

Markens pH och innehåll av järn-, aluminium- och kalciumföreningar påverkar hur starkt fosfor binds och hur tillgängligt det är för växter.

3. Växter tar upp fosfor

Växter tar upp lösta fosfatformer genom rötterna. Fosforn byggs sedan in i bland annat nukleinsyror, fosfolipider och energibärande molekyler.

Mykorrhizasvampar kan öka växters tillgång till markfosfor genom att deras hyfer utforskar en större jordvolym än rötterna ensamma.

4. Fosfor förs vidare i näringsväven

Djur får fosfor genom födan. När organismer äts flyttas fosfor mellan trofinivåer utan att själva grundämnet förstörs.

Fosfor återförs till mark och vatten genom utsöndring, dött organiskt material och nedbrytning.

5. Mineralisering återför oorganiskt fosfat

Mikroorganismer bryter ner organiskt material. I processen kan organiskt bundet fosfor omvandlas till oorganiska fosfatformer som åter blir tillgängliga i mark- eller vattenmiljön.

Samtidigt kan mikroorganismer själva immobilisera fosfor i sin biomassa. Kretsloppet växlar därför mellan organiska och oorganiska fosforpooler.

6. Fosfor transporteras med vatten

Fosfor kan transporteras som lösta fosfater eller bundet till jord- och sedimentpartiklar.

Erosion är därför viktig. När fosforrik jord förs bort kan stora mängder partikelbundet fosfor hamna i vattendrag och sjöar även om koncentrationen löst fosfat i markvattnet är låg.

7. Sedimentation och geologiskt återflöde

I sjöar och hav kan fosfor bindas i sediment. En del återförs till vattenmassan genom biologiska och kemiska processer, medan annat begravs under lång tid.

På geologiska tidsskalor kan sediment omvandlas till bergarter, lyftas upp genom tektoniska processer och senare vittra igen.

Den delen av kretsloppet är mycket långsammare än omsättningen i ett ekosystem.

Varför leder fosfor till övergödning?

I många sjöar och vattendrag begränsar fosfortillgången primärproduktionen. Om tillförseln ökar kan alg- och växtproduktion öka kraftigt.

När biomassan bryts ner använder mikroorganismer syre. Hög produktion kan därför bidra till syrebrist, förändrade livsmiljöer och problem med algblomningar.

Det finns ingen enda totalfosforkoncentration som fungerar som universell ”övergödningsgräns” för alla sjöar. Effekten beror bland annat på sjötyp, djup, vattenomsättning, kvävetillgång och naturlig bakgrundsnivå.

Människan förändrar fosforkretsloppet

Brytning av fosfatmalm och användning av mineralgödsel flyttar koncentrerat fosfor från geologiska lager till jordbrukssystem.

Fosfor kan därefter lämna odlingsmark via erosion och avrinning eller hamna i avloppssystem efter att mat har konsumerats.

Avloppsrening, gödselhantering, erosionsskydd och anpassad gödsling påverkar därför hur mycket fosfor som går förlorat till vattenmiljöer.

Kan fosfor återvinnas?

Ja. Fosfor kan återföras genom flera typer av organiska restprodukter och kan även återvinnas ur avlopps- och slamströmmar med olika tekniker.

Struvit, magnesiumammoniumfosfat, är ett exempel på en fosforhaltig mineralprodukt som kan fällas ut under lämpliga förhållanden.

Vilken återvinningsmetod som är lämplig beror på föroreningar, näringsinnehåll, hygienkrav, ekonomi och regler för den tänkta användningen.

Varför talar man om fosfor som en begränsad resurs?

Fosforatomer förbrukas inte, men koncentrerade fosfatmalmer av god kvalitet är geologiskt begränsade och ojämnt fördelade.

Det gör resurshushållning viktig. Däremot är exakta prognoser om ett visst år för ”peak phosphorus” starkt beroende av antaganden om reserver, priser, teknik och efterfrågan och bör inte presenteras som en säker tidpunkt.

Intern belastning i sjöar

Fosfor som redan har lagrats i bottensediment kan under vissa förhållanden återföras till vattenmassan. Det kallas ofta intern fosforbelastning. Processen är särskilt viktig i sjöar där sedimentens kemi förändras när bottenvattnet blir syrefattigt.

Järnföreningar kan under syrerika förhållanden binda fosfat relativt effektivt. När miljön blir reducerande kan denna bindning försvagas och fosfat frigöras. Biologisk omrörning av sediment och fysisk resuspension kan också flytta fosfor tillbaka till vattnet.

Det innebär att en sjö kan fortsätta visa tecken på övergödning även efter att den externa fosfortillförseln har minskat. Hur stor den interna belastningen blir beror på sedimenttyp, syreförhållanden, temperatur och sjöns historia.

Fosforbalans i jordbruksmark

I jordbruket är det användbart att tänka i balans mellan tillförsel och bortförsel. Fosfor tillförs genom exempelvis mineralgödsel, stallgödsel och andra organiska produkter och lämnar fältet framför allt med skörden.

Om tillförseln under lång tid överstiger bortförseln kan markens fosforförråd byggas upp. Det kan öka risken för förluster via erosion och avrinning. Om tillförseln i stället är lägre än grödornas bortförsel under lång tid kan markens lättillgängliga fosfor minska. Hållbar fosforhushållning handlar därför både om växtnäring och om att begränsa onödiga förluster.

Vanliga frågor

Har fosfor ett gasformigt steg i kretsloppet?

Inte något stort globalt steg motsvarande kvävgas i kvävets kretslopp. Fosforns globala kretslopp domineras av berggrund, mark, vatten, organismer och sediment.

Varför binds fosfor hårt i mark?

Fosfat kan adsorberas till mineralytor och bilda svårlösliga föreningar med bland annat järn, aluminium och kalcium.

Varför är erosion viktig för fosforförluster?

Mycket markfosfor är partikelbundet. När jordpartiklar eroderar kan fosfor därför transporteras till ytvatten.

Kan fosfor återanvändas?

Ja. Fosfor kan återföras från organiska restströmmar och återvinnas ur vissa avloppsflöden, men kvalitet och säkerhet måste bedömas för den aktuella användningen.