6.3. Круговорот фосфора
В круговороте фосфора в отличие от круговорота азота отсутствует газообразная фаза, т.е. он является типичным осадочным биохимическим циклом. После неоднократного потребления фосфора организмами на суше и в водной среде он в конечном счете выводится из круговорота в данные осадки.
Фосфор – один из наиболее важных биогенных элементов: он входит в состав нуклеиновых кислот, клеточных мембран, систем переноса энергии (аденозиндифосфат, аденозинтрифосфат), костной ткани, дентина. Круговорот фосфора, как и других биогенных элементов, совершается по большому и малому циклам и всецело связан с жизнедеятельностью организмов. Фосфор – подвижный элемент, и поэтому процессы, связанные с его круговоротом, зависят от множества факторов окружающей среды. Биогенный круговорот фосфора представлен на рис.6.3.
Рис.6.3. Упрощенная схема биогенного круговорота фосфора
Общий круговорот фосфора можно разделить на две части – водную и наземную. В водных экосистемах он усваивается фитопланктоном и передается по трофической цепи вплоть до консументов 3-го порядка – морских птиц. Их экскременты (гуано) снова попадают в море и вступают в круговорот, либо накапливаются на берегу и смываются в море. Из отмирающих морских животных, особенно рыб, фосфор снова попадает в море и в круговорот, но часть скелетов рыб достигает больших глубин заключенный в них фосфор снова попадает в осадочные породы.
В наземных экосистемах осуществляется интенсивный круговорот фосфора в системе: почва-растения-животные-почва. Возвращается фосфор в почву после отмирания животных и растений и с экстрементами. Теряется фосфор из почв в результате их водной эрозии.
Усвоение фосфора растениями в значительной степени зависит от кислотности почвенного раствора. В воде фосфаты натрия и кальция малорастворимы, в щелочной среде – практически нерастворимы, по мере повышения кислотности фосфаты превращаются в хорошо растворимую фосфорную кислоту (рис.6.4).
В отличие от циклов углерода и азота цикл фосфора в биосфере существенно разомкнут, так как значительная часть континентального стока фосфатов (3,5-20 млн т/год) остается в океанических осадках. Эта разомкнутость существенно усилена антропогенным вмешательством, поскольку человек нарушил многие естественные пути возврата фосфора в почву, а их замена применением фосфорных удобрений качественно недостаточна.
Увеличение
кислотности
И
онная
форма PO
HPO
H2PO
H
PO4
Соль: Ca3(PO4)2 CaHPO4 Ca(H2PO4)2
Растворимость: плохо мало растворима хорошо
раство- раство- растворима
рима рима
Рис.6.4. Схема образования растворимых соединений фосфора в зависимости от рН среды.
Вылов морепродуктов (60000 т/год в пересчете на элементарный фосфор) сегодня не компенсирует исключение из круговорота фосфора, который добывается человеком в виде фосфорсодержащих пород (2-2,5 млн т ежегодно, в основном апатитов и фосфоритов). Запас же таких пород ограничен, и уже сейчас ощущается их дефицит.
В настоящее время вызывает озабоченность увеличение концентрации фосфатов в водных экосистемах, что вызывает бурное увеличение биомассы водных растений, «цветение» водоемов и их эвтрофикацию.