Фосфор является одним из важнейших химических элементов, необходимых для поддержания жизни на Земле. Все живые организмы нуждаются в фосфоре для синтеза белков, нуклеиновых кислот, клеточных мембран и многих других процессов. Фосфор постоянно циркулирует в биосфере по замкнутому круговороту между живыми организмами, почвой, водой и горными породами.
Источники фосфора в биосфере
Основная масса фосфора в биосфере содержится в минералах литосферы. Главные фосфорсодержащие минералы - это фосфориты и апатиты. Они образовались в результате осадконакопления на дне древних морей миллионы лет назад. При выветривании горных пород фосфор попадает в почву в виде фосфат-ионов. В почвах фосфор присутствует в неорганических соединениях, таких как фосфат кальция, которые плохо растворяются в воде и труднодоступны для растений. Для усвоения фосфора растениями необходимо преобразование неорганических фосфатов в более растворимые формы.
Содержание общего фосфора в разных типах почв колеблется от 100 до 2000 мг/кг. Больше всего фосфора содержится в черноземах и серых лесных почвах умеренного пояса. Меньше всего фосфора в подзолистых и болотных почвах, а также в красноземах тропиков. Основные запасы природного фосфора в мире сосредоточены в месторождениях фосфоритов Северной Африки, на Ближнем Востоке, в Китае, США и России.
Поглощение фосфора растениями
Растения поглощают неорганические фосфаты из почвенного раствора с помощью системы корневого питания. При недостатке фосфора в почве корни выделяют органические кислоты, которые способствуют растворению труднодоступных фосфатов. Поглощенный фосфор участвует в процессе фотосинтеза, а также включается в состав органических соединений, таких как АТФ, фосфолипиды и нуклеиновые кислоты.
Некоторые растения, например бобовые, люцерна, клевер, являются накопителями фосфора. В их корневой системе обитают симбиотические бактерии, выделяющие органические кислоты, усиливающие растворение труднодоступных фосфатов в почве. В сельском хозяйстве для восполнения дефицита фосфора в почвах применяются минеральные удобрения, такие как суперфосфат, двойной суперфосфат, аммофос.
Фосфор в пищевых цепях
Животные получают фосфор, потребляя растительную или животную пищу, богатую органическими фосфорными соединениями. У жвачных фосфор всасывается в рубце, у моногастричных - в тонком кишечнике. Особенно много фосфора содержится в костях и зубах животных в виде гидроксиапатита. Фосфор играет важную роль в обмене веществ, переносе энергии, работе нервной системы. Недостаток фосфора вызывает нарушение костеобразования, понижение продуктивности и иммунитета.
Содержание фосфора в организме животных регулируется с помощью гормонов (кальцитонин, паратгормон) и витамина D. При избытке фосфора происходит отложение солей в тканях, что нарушает обмен веществ. Выведение фосфора из организма происходит с мочой и калом.
Фосфор в водных экосистемах
Значительное количество фосфора поступает в водоемы с речным стоком в растворенном виде или в составе взвеси. В озерах и водохранилищах фосфор активно потребляется фитопланктоном, что приводит к "цветению" воды. Избыток фосфора вызывает эвтрофикацию водоемов.
В пищевой цепи водоема фосфор переходит от продуцентов к консументам - зоопланктону, моллюскам, рыбам. Со временем отмершая органика оседает на дно водоема в виде ила, обогащая его фосфором. Часть фосфора возвращается в воду в результате деятельности донных микроорганизмов.
Возврат фосфора в литосферу
После отмирания растений и животных их останки разлагаются в почве с помощью грибов и бактерий. При этом органически связанный фосфор минерализуется и переходит в неорганические соединения, доступные для усвоения растениями. Так замыкается круговорот фосфора.
Однако часть почвенного фосфора теряется в результате эрозии и вымывания в грунтовые воды, откуда попадает в реки и выносится в моря и океаны. Здесь фосфор оседает на дне в составе осадков. Со временем осадки могут превратиться в осадочные породы, и фосфор снова вернется в литосферу.
Нарушение круговорота фосфора
Деятельность человека оказывает существенное влияние на круговорот фосфора в природе. Извлечение фосфора из недр в виде фосфоритов нарушает сложившийся баланс. Применение фосфорных удобрений приводит к накоплению фосфора в почвах.
Сброс неочищенных стоков, богатых фосфатами, вызывает эвтрофикацию водоемов. В результате фосфор надолго закрепляется в донных отложениях и выпадает из круговорота фосфора в природе.
Значение круговорота фосфора
Круговорот фосфора имеет важнейшее значение для поддержания плодородия почв, регулирования продуктивности наземных и водных экосистем. Разумное управление потоками фосфора необходимо для предотвращения эвтрофикации водоемов и сохранения запасов фосфора для будущих поколений.
