9. Биохимический цикл фосфора

Несмотря на невысокий кларк в земной коре (около 1 %), фосфор играет очень важную роль в биосфере [12, с. 426]. Основные запасы его находятся в горных породах земной коры, в донных отложениях морей и океанов, в гумусовом горизонте наземных и подводных почв. Главное геохимическое направление мирового круговорота соединений фосфора направлено в сторону озер, устьев рек, морей и шельфа океана.

Распределение масс фосфора (в тоннах) в биосфере следующее:

Резервуары 110⁹

Мировая суша

природная растительность суши

(до вмешательства человека) 5,0

органическое вещество педосферы 4,7

Океан

Биомасса фотосинтетиков 0,04

Растворенное неорганическое вещество 15,0

Земная кора

Осадочная оболочка 311 000

Гранитный слой континентального блока 6 330 000

По содержанию в организме человека (0,95 %) фосфор относится к макроэлементам. Фосфор – элемент-органоген (основу живых систем составляют только шесть элементов: С, Н, О, N, P, S, получивших название органогенов; эти элементы составляют в организме 97,4 %) и играет исключительно важную роль в обмене веществ. В форме фосфата фосфор представляет собой необходимый компонент внутриклеточной АТФ. Он входит в состав белков (0,5 - 0,6 %), нуклеиновых кислот, нуклеотидов и других биологически активных соединений. Фосфор является основой скелета животных и человека (кальций ортофосфат, гидроксил- апатит), зубов (гидроксилапатит, фтороапатит).

Многие реакции биосинтеза осуществляются благодаря переносу фосфатных групп от высокоэнергетического акцептора к низкоэнергетическому. Фосфатная буферная система является одной из основных буферных систем крови

(H₂PO₄^-  H⁺ + HPO₄^2-).

Живые организмы не могут обходиться без фосфора. Значение фосфора состоит и в том, что сахара и жирные кислоты не могут быть использованы клетками в качестве источников энергии без предварительного фосфорилирования.

Круговорот фосфора в биосфере связан с процессами обмена веществ в растениях и животных (рис. 35).

Рис. 35. Глобальный цикл фосфора в биосфере (по ДиVigneaud, 1974)

Резервуаром фосфора является минеральная часть литосферы. Основными источниками неорганического фосфора являются изверженные породы (апатиты) или осадочные породы (фосфориты). Из пород неорганический фосфор вовлекается в циркуляцию выщелачиванием и растворением в континентальных водах. Попадая в экосистемы суши, почву, фосфор поглощается растениями из водного раствора в виде неорганического фосфат-иона (PO₄^3-) и включается в состав различных органических соединений, где он выступает в форме органического фосфата. По пищевым цепям фосфор переходит от растений к другим организмам экосистемы. Химически связанный фосфор попадает с остатками растений и животных в почву, где вновь подвергается воздействию микроорганизмов и превращается в минеральные ортофосфаты, а в дальнейшем происходит повторение цикла.

В водные экосистемы фосфор переносится текучими водами. Реки непрерывно обогащают фосфатами океаны. В соленых морских водах фосфор переходит в состав фитопланктона, в последующем накапливаясь в тканях морских животных, например рыб. Отмершие остатки организмов приводят к накоплению фосфора на разных глубинах. Отсюда следует, что фосфор, попадая в водоемы, насыщает, а нередко и перенасыщает их экосистемы. Частичный возврат фосфатов на сушу связан с поднятием земной коры выше уровня моря. Определенное количество фосфора переносится на сушу морскими птицами, а также благодаря рыболов- ству.

В почвах и породах широко распространено явление фиксации фосфора. Фиксаторами фосфора являются гидроксиды железа, марганца, аммония, глинистые минералы (особенно группы каолинита). Повышенная кислотность среды, образование Н₂СО₃ способствуют десорбции фосфора и усилению миграции фосфорных соединений. В восстановительной среде образуются соединения фосфора с двухвалентным железом и это тоже способствует выносу фосфора из почвы. Миграция фосфора возможна и за счет таких явлений, как водная и ветровая эрозия.

Соединения фосфора, как и азота, являются важнейшими минеральными удобрениями почв в современном земледелии. Дефицит фосфора для растений объясняется низкой физиологической доступностью его нерастворимых соединений и особенно необратимой фиксацией в почве самого фосфора.

Укажите характерные особенности глобального цикла фосфора…

[1] фосфор в отличие от других биофильных элементов в процессе миграции не образует газовой формы;

[2] присутствие постоянно действующего геохимического потока, возвращающего крупные массы элемента на сушу;

[3] глобальный цикл фосфора является наименее замкнутым по сравнению с углеродом, серой, азотом, водородом, кислородом;

[4] «фосфор – наиболее слабое звено в жизненной цепи, которая обеспечивает существование человека» (П. Дювиньо).