Close Menu

Biogeochemie

De fosforkringloop

Fosfor komt voor in meerdere verschijningsvormen. Doordat het gemakkelijk reageert met andere materialen, komt fosfor niet in ongebonden toestand voor in de natuur, maar vrijwel alleen in fosfaatverbindingen met zuurstof (O), zogenoemde fosfaatzouten. De meeste fosfaat zit gebonden in gesteente. Fosfaten zijn niet alleen slecht oplosbaar, ze vormen ook onoplosbare sterk gebonden stoffen met bodemdeeltjes. Dit maakt de fosforkringloop heel wat trager verloopt dan die van stikstof.

De natuurlijke bron van fosfaat voor planten is de verwering van rotsen. Fosfaatzouten lossen op in bodemwater en worden opgenomen door planten. Omdat fosfor in kleine hoeveelheden beschikbaar is in de bodem doen de meeste planten beroep op micro-organismen die fosfor veel efficiënter kunnen opnemen. Deze micro-organismen leveren fosfor aan planten in ruil voor koolstof.

Fosfor is een essentieel element voor plant en dier. DNA en RNA bestaan voor een deel uit anorganisch fosfor. In de vorm van adenosine trifosfaat (ATP) is fosfor belangrijk voor de opslag en transport van energie. Botten bestaan voor een groot deel uit calciumfosfaat. In planten is fosfor van belang voor de ontwikkeling van wortels, voor de bloei en voor het rijpen van vruchten en zaden.

Wanneer dieren en planten sterven, keert het fosfaat tijdens de afbraak terug in de bodem. Daarbij is het deels beschikbaar voor plantengroei, maar komt het fosfaat uiteindelijk weer terecht in sedimenten en rotsformaties, waar het miljoenen jaren kan blijven. Uiteindelijk komt het fosfor weer door verwering vrij en begint de hele cyclus weer opnieuw.

Winning en uitspoeling

Fosfaat wordt gewonnen uit erts uit mijnen in met name Marokko en wordt vooral gebruikt in kunstmest. De voorraden zijn eindig, dus wereldwijd wordt gevreesd voor een fosfaattekort binnen enkele tientallen tot honderden jaren. Tegelijk zijn in delen van de wereld, waaronder Nederland, veel bodems verzadigd met fosfaat. In tegenstelling tot stikstofverbindingen zijn fosfaten nauwelijks oplosbaar, en accumuleren dan ook in de bodem. Een hoog fosfaatgehalte kan daarom zeer lang in de bodem aanwezig blijven. Vaak vormt uitspoeling vanuit overbemeste landbouwgronden voor problemen in oppervlaktewater en in natuurterreinen.

Relevantie in bos- en natuurbeheer

Eutrofiering water

Als er te veel fosfaat in de landbouwgronden ophoopt, dan kan het fosfaat uitspoelen naar het oppervlaktewater met eutrofiering van het water tot gevolg. Deze eutrofiëring kan de groei van algen en kroos stimuleren, waardoor minder licht de bodem van de wateren bereikt. Hierdoor sterven waterplanten af, die vervolgens gaan rotten op de bodem. Het rottingsproces onttrekt zuurstof uit het water, waardoor er vissterfte op kan treden. Ook zijn sommige algen giftig, zoals blauwalg.

Fosfaat in de bodem

In natuurgebieden op land kan fosfaat een probleem vormen door achtergebleven fosfaat op voormalige landbouwgronden of uitspoeling van nabijgelegen landbouwgronden. Met name in schraallanden is fosfaat van nature de beperkende factor (fosforlimitatie). Een verhoging van de hoeveelheid beschikbaar fosfaat kan zorgen voor verruiging en het verdwijnen van specifieke soorten.

Interne eutrofiering

Bij vernatting van P-verrijkte voormalige landbouwgronden kan interne eutrofiëring optreden. Dit betekent dat het al aanwezige, maar vastgelegde fosfaat vrijkomt. Bij vernatting vermindert namelijk de zuurstofconcentratie in de bodem, waardoor een deel van het in de bodem aanwezige Fe reduceert van Fe3+ naar Fe2+. De binding tussen Fe2+ en P is echter veel minder sterk dan tussen Fe3+ en P. Dit maakt dat vernatting resulteert in een mobilisatie van P in de bodemoplossing en in het geval van een plasdras situatie ook in de bovenstaande waterlaag. Dit probleem is op te lossen door de aanvoer van ijzer- of calciumrijk grondwater dat het fosfaat weer bindt.

Verstoorde verhoudingen

Organismen functioneren het beste beter als de drie elementen fosfor (P), stikstof (N) en koolstof (C) in een soort-specifieke ‘ideale’ verhouding beschikbaar zijn. Planten kunnen zich vaak nog wel goed aanpassen aan een veranderd aanbod aan deze elementen door hun eigen C:N:P verhouding mee te laten bewegen. Maar hoe hoger in de voedselpiramide, hoe minder plastisch organismen zijn in hun C:N:P verhouding. Deze organismen zijn dus ook steeds sterker gebonden aan een bepaalde vaste verhouding aan deze elementen in hun voeding. Door hoge stikstofneerslag kan een relatief tekort aan P ontstaan. Wanneer er verschralingsbeheer wordt gepleegd en biomassa wordt afgevoerd, kan dit op arme zandgronden leiden tot een versterking van deze scheve verhoudingen. Naast N wordt immers ook P afgevoerd. De N wordt binnen korte tijd weer vanuit de lucht aangevuld, P niet.

Maatregelen

Via beheermaatregelen is het soms mogelijk om een bepaald nutriënt limiterend te maken. Om fosforlimitatie te bereiken is uitmijnen het overwegen waard. Afhankelijk van de lokale concentraties kan dat lange tijd, tot wel enkele decennia duren. Als dit soort extreem hoge fosforconcentraties voorkomen, dan zal ontgronden of kiezen voor een voedselrijker natuurdoeltype soms de enige opties zijn.