Ciclo do Fósforo

1. INTRODUÇÃO

É um ciclo tipicamente sedimentar. O fósforo é liberado dos reservatórios - as rochas de fosfato, depósitos de guano (excremento de aves marinhas) e depósitos de animais fossilizados - por erosão natural e filtração, e através da mineração e do uso como adubo pelo homem, dos 103 elementos químicos conhecidos, sabe-se que 30 a 40 são necessários à vida. Os mais importantes são o carbono, o nitrogênio, o hidrogênio, o oxigênio, o fósforo e o enxofre. A esses elementos principais acrescentam-se outros, necessários em quantidades menores, como o cálcio, ferro, potássio, magnésio, sódio, etc. Eles podem ser classificados em micro e macronutrientes de acordo com as quantidades requeridas pelo seres vivos. Os elementos circulam na biosfera entre os compartimentos abióticos e a biomassa animal e vegetal.
Um dos nutrientes mais importantes para a construção de organismos é o fósforo. Geralmente o fósforo é mais escasso que outros nutrientes, tais como o nitrogênio e o potássio. Se o sistema florestal não reciclasse o fósforo, este poderia ficar tão escasso, que limitaria o crescimento das plantas da floresta.


2. CICLOS BIOGEOQUÍMICOS 

Os nutrientes normalmente acham-se presentes na rocha matriz que é o depósito abiótico de renovação lenta. Graças ao intemperismo, eles podem ser realocados para o depósito abiótico de renovação rápida que pode ser tanto na forma de íons dissolvidos na água, sob a forma de gases na atmosfera e ainda em sedimentos rasos de rios e lagos. Os nutrientes são, a seguir, absorvidos pelas plantas e dessa maneira entram na cadeia trófica, passando sucessivamente pelos herbívoros, carnívoros, etc. Eles são, em algum momento, liberados de volta ao meio abiótico via excretas ou então após a morte da planta ou animal, via cadeia de detritos, onde é muito importante a ação de microorganismos sejam eles bactérias, leveduras e fungos.

Todos os ciclos possuem reservatórios (pools) abióticos que podem ser dos seguintes tipos:

- reservatório atmosférico (ciclo do N);
- reservatório rochoso (ciclo do fósforo);
- reservatórios mistos (ciclo da água).

O controle e monitoramento de poluição ou o estabelecimento de técnicas de manejo sustentado de ecossistemas são exemplos práticos do uso aplicado do estudo quantitativo dos ciclos biogeoquímicos. Outros campos interessantes de aplicação deste enfoque referem-se à determinação e controle da perda de fertilizantes na agricultura, uso racional de recursos hídricos e de minerais não renováveis, agricultura 'biológica' e controle do aumento de CO2 na atmosfera.


2.1 TIPOS DE CICLOS

Os ciclos podem ser classificados em três tipos básicos dependendo da natureza do reservatório abiótico (Odum, 1972):

- ciclos gasosos: possuem o depósito abiótico na atmosfera. Graças à grande dinâmica deste meio, possuem eficazes mecanismos de autoregulação. Exemplos: ciclo do nitrogênio e ciclo do oxigênio;

- ciclos sedimentares: o depósito abiótico está na crosta terrestre em rochas; estes ciclos são mais vulneráveis a perturbações externas, pelo fato deste depósito ter um tempo muito elevado de recirculação. Exemplos: ciclo do cálcio e ciclo do fósforo;

- ciclos mistos: possuem ambos os depósitos (sedimentares e atmosféricos).


3. CICLO DO FÓSFORO

É um ciclo tipicamente sedimentar. O fósforo é liberado dos reservatórios - as rochas de fosfato, depósitos de guano (excremento de aves marinhas) e depósitos de animais fossilizados - por erosão natural e filtração, e através da mineração e do uso como adubo pelo homem. O fósforo geralmente está na presente na natureza na forma de fosfato orgânico e inorgânico.  As plantas usam o fosfato inorgânico para produzir compostos orgânicos necessários para a vida. O fósforo inorgânico é absorvido pelos vegetais sob a forma de ortofosfato. E os animais recebem esse elemento ao ingerir as plantas. O fósforo nestes compostos participa da biomassa, com a morte das plantas e animais este fósforo retorna ao solo na forma inorgânica mediante os consumidores, quando eles usam a biomassa como alimento. O fósforo inorgânico liberado se torna parte do depósito de nutrientes no solo. Assim, o fósforo se move em um ciclo. Parte flui para fora do sistema com as águas que saem pela superfície do solo ou percolam para o lençol freático. O fósforo não tem fase gasosa em seu ciclo. Na maioria dos ecossistemas, as quantidades disponíveis de ortofosfato, seja no solo, seja na água, são muito baixas e este elemento é o fator limitante da produção biológica. Grande parte do fosfato carregado pela água ou escavado dos depósitos na rocha é eventualmente levado pelo mar (por isso peixes e animais marinhos são ricos em fósforo) - o homem e suas atividades mineradoras e distributivas aceleram este processo. Uma vez no mar, pode ser utilizado em ecossistemas marinhos ou depositado em sedimentos marinhos rasos ou profundos. Embora parte deste possa ser devolvida por corrente de ressurgência, grande parte se perde quase que permanentemente. Pode ser devolvido por processos geológicos de elevação de sedimentos.


4. FUNÇÃO DO FÓSFORO NO ORGANISMO HUMANO 

O fósforo é um elemento essencial por participar das moléculas de DNA e RNA responsáveis pela transmissão das características genéticas, sendo indispensável à multiplicação celular, além de serem os compostos de fósforo os principais manipuladores de energia nas células vivas. É indispensável para a formação do ATP, sendo essencial para o armazenamento e transferência de energia nas células. Componente dos ossos, dos dentes e membranas celulares. Desempenha papel de cofator de múltiplos sistemas enzimáticos no metabolismo de gorduras, carboidratos e proteínas. Regula o equilíbrio ácido-básico do plasma. Mantém a integridade do sistema nervoso central e dos rins. Auxilia o corpo na utilização de vitaminas. Tanto o excesso, quanto a deficiência interferem na absorção de cálcio e no metabolismo.

Um indivíduo adulto com, em média, 70kg contém mais de 700g de Fósforo no corpo, destes, mais de 80% encontram-se na forma de sais de cálcio nos ossos, enquanto que o restante está no intracelular e nos tecidos metabolicamente ativos.

Segundo o “Food and Nutrition Board”, (National Research Council-National Academy of Sciences, 1989), a quantidade diária recomendada de Fósforo, é:

- Crianças: 800 mg
- Adolescentes e Jovens (dos11-24 anos): 1200 mg
- Adultos (> 25 anos): 800 mg
- Grávidas: 1200 mg
- Lactantes: 1200 mg


4.1 DEFICIÊNCIA DE FÓSFORO NOS HUMANOS
   
A carência de fósforo é rara uma vez que ele está presente em todas as proteínas animais e vegetais, e porque são adicionados fosfatos a muitos alimentos de uso corrente: bebidas do tipo cola e carnes processadas e congeladas. Mas algumas condições clínicas podem levar à redução do Fosfato sérico (do plasma), como por exemplo diabetes aguda, fase diurética após grandes queimaduras e acidose metabólica. O uso prolongado de antiácidos também pode originar carência de fósforo.  Principais sinais e sintomas clínicos:

- Dor e fraqueza muscular;
- Delírio, perda de memória, desorientação;
- Disfagia, anorexia, piora da função hepática nos pacientes com doença hepática crônica;
- Taquicardia, diminuição da capacidade vital;
- Dores ósseas, osteomalácia, pseudofraturas;
- Hipoparatireoidismo, hipoglicemia, resistência à insulina;
- Impedimento de transferência de oxigênio das células do sangue, diminuição da oxigenação tecidual, hemólise, diminuição da fagocitose e atividade bactericida, trombocitopemia e disfunção plaquetária.


4.2 EXCESSO DE FÓSFORO NOS HUMANOS

A ingestão excessiva de fósforo, leva a uma diminuição da absorção de cálcio e aumenta a libertação de cálcio dos ossos. Agrava assim o risco de osteoporose. O fator crucial é o equilíbrio (proporção) entre a quantidade de cálcio e de fósforo no organismo.


4.3 FONTES DE FÓSFORO NA ALIMENTAÇÃO

O fósforo está presente em todas as proteínas vegetais e animais: carne vermelha e aves, peixe e marisco, leite, queijo, leguminosas, cereais integrais, frutos secos e soja. Os alimentos ricos em cálcio também costumam ser boas fontes de fósforo, o que facilita o equilíbrio entre os dois.


5. FÓSFORO NO SOLO

Os fosfatos no solo derivados da atividade humana vem principalmente de excrementos humanos e animais, da adubagem e de desperdícios (como ossos, cinzas, carne e plantas).

O fosfato de origem biológica forma fosfatos insolúveis especialmente associado ao ferro (Fe), alumínio (Al) e cálcio (Ca), permanecendo inalterável durante milênios.

Quando o fosfato de origem biológica é acrescentado ao solo, devido à ação dos restos de plantas e animais, este sofre diversos processos físicos e químicos. Estes processos acontecem por ocorrer uma decomposição que converte o fósforo orgânico em fosfatos minerais. São reações de ligação do fósforo com alguns componentes do solo, de maneira muito rápida e cuja força de atração faz com que o fósforo retorne muito lentamente para a solução do solo, abaixo da velocidade demandada pelas plantas. É esta conversão de fosfatos orgânicos em formas inorgânicas que fazem com que o fosfato permaneça no solo grande quantidade de tempo, isto acontece porque o fosfato orgânico desce proporcionalmente no solo e aumenta as formas de fosfato insolúvel.

Uma vez depositado no solo, o fosfato sofre uma mobilidade quer vertical quer horizontal que, depende do tipo de material acrescentado, do crescimento das plantas e da natureza do próprio solo.

Da mesma forma que a vegetação poderá provocar movimentos ascendentes, a ausência desta e a ocorrência de chuvas abundantes em determinadas zonas poderá provocar um movimento contrário, fazendo com que na parte superior do solo o perfil fosfático seja de menor intensidade.   

O pH também é fator limitante na concentração de fósforo do solo. À medida que o pH do solo aumenta, ocorre a redução das concentrações de Fe, Al e Mn na solução, reduzindo a precipitação do fósforo com os mesmos. Isso ocorre até a faixa de pH próximo a 6,5, acima do qual começam a ocorrer perdas de fósforo ligado ao cálcio.


5.1 CORREÇÃO DO SOLO

A calagem contribui para a redução da "fixação" do fósforo, uma vez que reduz a quantidade de cargas positivas do solo e eleva as negativas, reduzindo as possibilidades do fósforo utilizado na adubação se ligar fortemente à argila que promoveria menor disponibilização do nutriente. Se for utilizada fonte de fósforo de solubilidade gradual na adubação, ocorre maior possibilidade da planta absorver o fósforo antes que o solo o fixe, uma vez que as plantas, em geral, necessitam de fósforo disponível ao longo de todo o ciclo.

O Sistema de Plantio Direto também garante fonte gradual de fósforo pra as plantas. Para entender esse processo deve-se relembrar a dinâmica da matéria orgânica no solo. Primeiramente, a matéria orgânica é fonte natural de fósforo, liberando-o à medida que ocorre sua mineralização. Tal processo é favorecido pela maior concentração de oxigênio e incorporação do material orgânico ao solo. Logo, se não ocorre a movimentação do solo, essa mineralização ocorre de modo gradual, mantendo constante a liberação de pequenas doses de fósforo, o que possibilita maior chance da planta absorvê-lo antes que o solo o fixe. Além disso, substâncias orgânicas continuamente liberadas pela decomposição dos resíduos culturais na superfície do solo atuam como "invólucros" sobre os sítios de fixação de fósforo no solo, ou seja, a matéria orgânica reduz a exposição do fósforo à fase mineral do solo, que tem grande poder de "fixação".

Assim, o Sistema Plantio Direto, guardado as devidas proporções, se assemelha ao sistema das florestas tropicais; o que explica a possibilidade de elevação dos teores de P ao longo dos anos de cultivo, nos solos submetidos a esse sistema.


6. FÓSFORO NA ÁGUA

O elemento fósforo tido como fator limitante quanto à produtividade nas águas, é imediatamente incorporado à cadeia alimentar, via planctônica e/ou pelos outros organismos, após a morte dos anteriores, na forma livre ou via decompositores. Certos vegetais apresentam ainda a capacidade de reservar o elemento, para uso posterior, quando de necessidade.

No sistema aquático, o fósforo esta sob a forma de fosfato, sendo o ortofosfato a forma mais comum e a mais utilizada pelos vegetais. Tais compostos estão em quantidades muito pequenas na água, porém constituindo um importante elemento componente da substância viva (nucleoproteínas), além de estar ligado ao metabolismo respiratório e fotossintético.

Portanto, assim como o nitrogênio, o fósforo deve ser continuamente removido da água pela plantas, competindo com o solo, onde o mesmo (fósforo) é fortemente adsorvido, fixando-se no fundo em formas relativamente indisponíveis.

As fontes desse elemento para a água são: minerais fosfáticos, (apatitas); despejos domésticos e industriais sendo que na natureza ele não aparece em estado puro, por ser muito reativo em contato com o ar (com o oxigênio explode, formando o fosfato –PO4), a não ser dentro de alguns meteoritos ou quando produzido em laboratórios armazenado sem presença de oxigênio.

Em meio alcalino, águas ricas em cálcio forma-se o fosfato de cálcio que se precipita no sedimento, e em águas com ferro e alumínio o fosfato é liberado para as águas quando em condições redutoras.. Quando de elevado teor de oxigênio, águas ricas em ferro, fazem precipitar a forma fosfato ferroso insolúvel, juntamente com o hidróxido férrico que se forma sob as mesmas condições, portanto um fator considerável para redução do elemento fósforo é a oxigenação das águas.

Água clara, muito transparente e limpa, pode ser associada ao nível baixo de fosfato, possivelmente com certa diversidade em espécies de algas, porém em quantidade total bem baixa. Esta variedade de espécies irá diminuir à medida que o nível de fosfato aumenta, mas com o aumento da quantidade total de algas, ficando o meio mais propenso ao crescimento de vegetais do que animais.

Com o passar do tempo, mesmo em sistemas aquáticos não poluídos, mas que recebem contínuas porções de fosfato, através dos mais diversos contribuintes, a sedimentação e acúmulo no substrato favorece a contribuição das formas desse mineral ao meio aquático (água). Neste instante, quem irá apresentar um maior crescimento será um grupo de organismos (as cianobactérias), considerado por alguns como algas, por sintetizar clorofila e realizar fotossíntese, porém semelhantes a bactérias.

Com esta explosão de algas, a água torna-se turva, diminuindo a transparência, caracterizando-se o que se chama de eutroficação, ou seja ocasionado por um aumento gradual e contínuo do nível de nutrientes, como no caso o fosfato.

Tal explosão de algas, em especial as cianobactérias, significa também, diluição da capacidade de penetração da luz, queda do processo fontossintético, declínio do oxigênio, queda das trocas gasosas, aumento da decomposição da matéria orgânica e morte de organismos. Com o desenvolvimento de situações anaeróbias (sem oxigênio) e ação das bactérias que não necessitam deste gás, acontece a liberação de toxinas pelas algas e bactérias, por exemplo os sulfetos, isto sem contar com o aumento das concentrações das amônias e nitrito, pela inexistência ou retenção do ciclo do nitrogênio.

Os sedimentos com fosfato são insolúveis, porém formas solúveis estão presentes, em pequeníssimas concentrações, na água (H2PO4; HPO42- PO43- ) .

Como o fosfato pode ser encontrado no sistema aquático: (algumas formas)

•    Formas (Fósforo) solúveis na água: incorporada ao plancton = 3,4%
•    Formas (Fósforo) solúveis na água propriamente dita = 0,0005%
•    Formas (Fósforo) solúveis adsorvido ao solo (intersticial) = 0,7%
•    Formas (Fósforo) precipitado nos substratos = 94,1%

Fósforo solúvel nos organismos bentônicos = 1,85


7. CONCLUSÃO

Bem menos conhecido que o ciclo do nitrogênio, o ciclo do fosfato não necessita das bactérias para ocorrer.

A sua circulação se passa de um organismo ao outro, dentro da biosfera, através da cadeia alimentar, na forma orgânica, podendo eventualmente entornar a forma inorgânica e reciclado.

As plantas (terrestres ou de água rasas) na presença da luz absorvem o fosfato inorgânico; também plantas absorvem o fosfato inorgânico presente, como resultado da erosão de rochas. O fosfato é insolúvel, o que não acontece com o nitrato, altamente solúvel na água.

Através da decomposição orgânica, esse mineral deixa a cadeia alimentar (vegetais/animais)etc.), podendo retornar ao solo e/ou então retornar a cadeia alimentar (reabsorção pelas plantas); e/ou perder-se da cadeia alimentar e retornar ao meio aquático carreado para o sedimento.

A disponibilidade do fosfato inorgânico é muitíssimo maior no solo e em águas que permitam a penetração da luz, porém bem pouco para ser utilizado pelas plantas, pois os sedimentos com fosfato são insolúveis e a erosão carreia pouquíssima quantidade desse mineral.