Круговорот фосфора, серы и неорганических катионов

Углерод, кислород, водород и азот в биологических круговоротах образуют газообразные соединения. Следовательно, миграционная спо­собность этих элементов в атмосфере достаточно высока. Для всех ос­тальных вовлеченных в биологический круговорот веществ, кроме серы, образование газообразных соединений нехарактерно. Миграция этих элементов происходит в основном в виде ионов и молекул, растворен­ных в воде.

Круговорот фосфора в биосфере поддерживается благодаря двум процессам — минерализации органического и выветриванию минерального фосфора.

Фосфор усваивается растениями в виде ионов ортофосфорной кис­лоты. Круговорот фосфора незамкнут. После поглощения растениями фосфор по трофическим цепям в конечном итоге опять поступает в по­чву. Основное количество фосфора снова поглощается корнями, но часть вымывается со стоками дождевых вод из почвы в водные бассейны.

В естественных условиях растениям зачастую недостает фосфо­ра, так как в щелочной и кислой средах он находится в нерастворимых соединениях.

Большое количество фосфатов содержится в ряде горных пород. Часть фосфора из них поступает в почву, часть перерабатывается в удоб­рения (5—6 млн. т), большое количество выщелачивается и вымывает­ся в гидросферу, где его влияние сказывается на фитопланктоне и дру­гих водных организмах.

Годовое поступление фосфора с суши в океан составляет от 3,5 до 20 млн. т. В связи с интенсификацией распашки поступление фосфора с поверхностными водами за последние три десятилетия удвоилось.

В Мировом океане потери фосфора происходят в основном за счет отложения органических остатков на больших глубинах. Поскольку фосфор мигрирует с водой из литосферы в гидросферу, возврат его в литосферу осуществляется только биологическим путем: за счет по­требления рыбы морскими птицами (образование гуано), использова­ния бентоса и рыбной муки в качестве удобрений и т. п.

Сера входит в состав серосодержащих аминокислот (цистина,
цистеина, метионина) и ряда других важных соединений. Эти аминокислоты поддерживают структуру белковых молекул. Сера усваивается растениями только в окисленной форме в виде иона SO₄^2-. В растениях она восстанавливается и входит в состав ами­нокислот в виде сульфгидрильных (-SH) и дисульфидных (-S-S-) групп.

Животные организмы усваивают только восстановленную форму серы, включенную в состав органических веществ. После отмирания и тех и других происходит возврат серы в почву, где снова происходит ее преобразование микроорганизмами.

В аэробных условиях микроорганизмы окисляют органическую серу до сульфатов. А последние снова при посредстве корней растений включаются в круговорот. Часть сульфатов вовлекается в водную мигра­цию и выносится из почвы. В гумусовых образованиях 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 сульфат-редуцирующих бактерий. Они используют кислород сульфатов для окис­ления органических веществ и получают необходимую энергию:

2СН₂О + 2Н⁺ + SO₄^2- = H₂S + 2CO₂ + 2Н₂О + 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. Таково, напри­мер, Черное море на глубинах свыше 200 м. Поэтому предпочтительно, когда окисление сероводорода происходит до сульфатных ионов, то есть сера переходит в доступную форму сернокислых солей. Это осуществ­ляется в природе при участии серобактерий (бесцветнькузеленых и пур­пурных). Очевидно, что в превращении серы огромная роль также при­надлежит живым организмам.

Мировой океан — главный резервуар серы, так как в него с суши непрерывно поступают сульфатные ионы. Часть ее возвращается на сушу через атмосферу. Это происходит следующим образом: поступле­ ние серы в воздух, окисление ее до двуокиси серы, растворение после­ дней в дождевой воде с образованием серной кислоты и сульфатов и, на­
конец, возвращение в почву.

Хозяйственная деятельность человека ускоряет круговорот серы в биосфере.

Человек извлекает из литосферы и гидросферы значительное ко­личество сульфатов для промышленности и сельского хозяйства. До­бываются элементарная сера и сульфиды.

При сжигании каменного угля, нефтепродуктов, переработке серы в воздух выбрасывается окись серы, которая при дальнейшем окисле­нии и растворении превращается в серную кислоту, губительную для живого. Идет процесс обогащения почв сульфатами, интенсифициру ется процесс коррозии металлов и др. Уже сейчас стало очевидным, что без совершенствования производственных процессов эти явления гро­зят экологическими катастрофами в самых разных регионах Земли.

Среди других макро- и микроэлементов, необходимых для осу­ществления жизненных процессов, следует выделить некоторые ме­таллы.

С водой растения получают катионы металлов из окружающей среды. На суше главным источником неорганических катионов служит почва, в которой они оказались вследствие разрушения материнских пород. За этим следует передвижение катионов в листья и-другие орга­ны растений. Некоторые металлы (магний, железо, медь, молибден) входят в состав биологически важных молекул (хлорофилла, фермен­тов); другие, оставаясь в свободном состоянии, участвуют в поддержа­нии необходимых коллоидных свойств протоплазмы клеток и выполня­ют иные функции.

При отмирании неорганические катионы в ходе минерализации органических веществ возвращаются в почву. Но этот процесс не мо­жет считаться замкнутым из-за выщелачивания и выноса катионов ме­таллов с дождевыми водами, отторжения и выноса органического ве­
щества человеком при возделывании сельскохозяйственных растений, рубке леса, скашивании трав и т. д.

Выщелачивание особенно интенсивно происходит во влажных районах жаркого пояса из-за обильных дождей и низкой поглощающей способности почв (недостаток гумуса). Здесь равновесие этих элемен­тов поддерживать трудно. В умеренных широтах, где изобилие гумуса и меньше осадков, выщелачивание происходит медленнее.

Отсюда следует экологически важный вы­вод: для поддержания баланса неорганических ка­тионов необходимо рациональное хозяйствование. Мы убедились, что рассмотренные круговороты чрезвычайно сложны. Многие их механизмы до сих пор ясны не в полной мере.

Дата добавления: 2014-10-28; просмотров: 497; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!