Круговорот фосфора, серы и неорганических катионов

Углерод, кислород, водород и азот в биологических круговоротах образуют газообразные соединения. Следовательно, существуют значительные миграционные способности этих в атмосфере. Для всех остальных - кроме серы, нехарактерно образование газообразных образований. Миграция этих элементов происходит в основном в виде ионов и молекул, растворенных в воде.

Фосфор усваивается растениями в виде ионов фторофосфорной кислоты (РО₄). Круговорот фосфора незамкнутый. После поглощения растениями фосфор по трофическим цепям в конечном итоге снова поступает в почву. Основное количество фосфора вновь поглощается корнями, но часто вымывается со стоками дождевых вод из почвы в водные бассейны.

В естественных условиях часто недостает фосфора, т.к. он в щелочной и окисленной среде находится в нерастворимых соединениях.

Большое количество фосфатов содержит ряд горных пород. Часть фосфора из них поступает в почву, часть перерабатывается на удобрения, а много выщелачивается и вымывается в гидросферу, где его влияние сказывается на фитопланктоне и других организмах.

В Мировом океане - потери фосфора идут за счет отложения органически остатков на больших глубинах. Т.к. фосфор мигрирует с водой из литосферы в гидросферу, возврат в литосферу осуществляется только биологическим путем: потребление рыбы морскими птицами (образование гуана), использование бентоса и рыбной муки в качестве удобрения и т.д. Фосфор считается дефицитным для растений.

Сера входит в состав серосодержащих аминокислот (цистина, цистеина, метинина) и ряд других важных молекул. Эти аминокислоты поддерживают структуру белковых молекул.

Сера усваивается растениями только в окислительной форме в виде иона SО₄. В растениях сера восстанавливается и входит в состав аминокислот в виде сульфгидрильных ( - SН) и дисульфидных (-S -S -) групп.

Животные организмы усваивают только восстанавливающую серу, включенную в состав органических веществ. После отмирания и тех и других происходит возврат серы в почву, где снова микроорганизмами идет ёё преобразование.

В аэробных условиях микроорганизмы окисляют органическую серу до сульфатов. А последние снова с помощью корней растений включаются в круговорот. Часть сульфатов включается в водную миграцию и выносится из почвы. В гумусовых образования или образованиях богатых гумусом сера находится в органических соединениях и не вымывается. В анаэробных условиях при разложении органических веществ образуется сероводород. При наличии сульфатов и органических веществ в бескислородной среде активизируется деятельность сульфатредуцирующих бактерий. Они используют кислород сульфатов для окисления органических веществ и получают необходимую энергию:

2СН₂ 0+2Н⁺ + S0₄ = Н₂ S + 2СО₂ + 2Н₂ О + 58 кдж (14 ккал).

Сульфатредуцирующие бактерии распространены в подземных водах, илах и застойных морских водах. Сероводород - яд для живых организмов, поэтому в таких средах почти нет жизни. Это, например, Черное море ниже 200 м. Поэтому хорошо, когда идет окисление сероводорода до сульфатных ионов, т.е. сера переходит в доступную форму (сернокислых солей). Это осуществляется в природе за счет серобактерий (бесцветных, зеленых и пурпурных). Таким образом, в превращении серы огромная роль также принадлежит живым организмам.

Мировой океан - главный накопитель серы т.к. в него из почвы непрерывно поступают сульфатные ионы. Часть ее возвращается на сушу через атмосферу. Это происходит так:(механизм) поступление в воздух, окисление его до двуокиси серы, растворение последней в дождевой воде с образованием серной кислоты и сульфатов и попадание в почву.

Хозяйственная деятельность человека усиливает круговорот серы в биосфере. Человек извлекает из литосферы и гидросферы значительное количество сульфатов для промышленности и с/х. Добывает элементарную серу и сульфиды.

При сжигании каменного угля, нефтепродуктов, переработки серы - в воздух идет окись серы. Это вредно для всего т.к. окись серы при окислении и растворении превращается в серную кислоту. Идет обогащение почв сульфатами и одновременно коррозия и др. Как важный экологический вывод - необходимость совершенствования производственных процессов.

Среди других макро - микроэлементы необходимы для осуществления жизненных процессов (кроме уже названных) необходимо отметить неорганические .

В водной среде растения получают катионы металлов из окружающей среды. На суше главным источником неорганических катионов служит почва, которая получила их от разрушения материнских пород. Идет передвижение катионов в листья и другие органы. Некоторые (магний, железо, медь и др.) входят в состав биологически важных молекул (хлорофилла, ферментов); другие оставаясь в свободном виде, участвуют в поддержании необходимых коллоидных свойств протоплазмы клеток и выполняют иные разнообразные функции.

При отмирании неорганические катионы в процессе минерализации органических веществ возвращаются в почву. Но эти процессы не непрерывны из-за выщелачивания и выноса катионов металлов с дождевыми водами, за счет отторжения и выноса органического вещества человеком при возделывании с/х растений, рубке леса, скатывании трав и т.д.

Выщелачивание особенно интенсивно происходит во влажных районах жаркого пояса из-за обильных дождей и низкой поглотительной способности почв (мало гумуса) и здесь равновесие этих элементов поддерживать трудно. В умеренных широтах - где много гумуса и меньше осадков, выщелачивание происходит слабее.

Экологически важный вывод - требуется рациональное хозяйствование для поддержания баланса неорганических катионов.

Таким образом рассматриваемые круговороты очень сложны. Многие механизмы до сих пор ясны не в полной мере. Все круговороты тесно взаимосвязаны и образуют сложную, неделимую систему - единый биологический круговорот веществ планеты -Земля. Она охватывает всю биосферу и даже выходит за ее пределы, т.к. в нем участвуют вещества из участков атмосферы и литосферы, лежащих за пределами самой биосферы.