|
Из всех элементов, присутствующих в живых организмах, фосфор, очевидно, имеет наибольшее экологическое значение, так как отношение его количества к количеству других элементов в организмах обычно гораздо выше, чем соответствующее отношение в тех источниках, откуда организмы черпают необходимые им элементы. Недостаток фосфора в большей степени ограничивает производительность в том или ином районе, чем недостаток любого вещества, за исключением воды. Соединения фосфора входят в состав тканей мозга, скелета, панцирей. Особенно важна роль фосфора в накоплении внутриклеточной энергии -- образование фосфатиллепидов и в синтезе нуклеиновых кислот. При недостатке фосфора нарушается энергетика клетки и синтез белка. Биогеохимический кругооборот фосфора в природе во многом отличен от рассмотренных ранее кругооборотов воды, углерода и азота. Для последних газообразные формы соединений являются обязательным и важнейшим звеном. Газовые же формы соединений фосфора, например фосфин, практически в его биогеохимическом кругообороте не представлены. Кругооборот фосфора по структуре несколько проще кругооборота азота. В отличие от азота резервуаром фосфора служит не атмосфера, а горные породы или другие отложения, образовавшиеся в прошлые геологические эпохи. Породы эти постепенно подвергаются эрозии и высвобождают фосфаты, которые используются растениями для синтеза протоплазмы. Растительная протоплазма служит основой для синтеза животной протоплазмы. Фосфор протоплазмы вновь переводится из органической в неорганическую форму в результате деятельности фосфатредуцирующих бактерий. Много фосфатов с речным стоком попадает в море, где часть их отлагается в мелководных осадках, а часть теряется в глубоководных. Морские рыбы и птицы играют важную роль в возвращении фосфора в кругооборот из моря на сушу. В прошлом этот процесс был значительно более интенсивным, о чем говорит образование, например, знаменитых залежей гуано на побережье Перу.
Как уже отмечалось, фосфор является основным фактором, лимитирующим рост автотрофных организмов, как в водной среде, так и на суше. Таким образом, этот элемент контролирует основную часть первичной продукции биосферы. Имеются серьезные доказательства того, что фосфор -- главный регулятор всех других биогеохимических кругооборотов. Количество нитратов в воде или кислорода в атмосфере зависит от состояния кругооборота фосфора. Без фосфорных удобрений невозможно получать необходимые урожаи сельскохозяйственной продукции. Известные ныне мировые запасы фосфорных руд оцениваются величиной порядка 29*109 т, из которых только 10% имеют промышленное значение. Мировая добыча фосфатов и производство фосфорных удобрений соответствует 18--20*106 т фосфора в год. Таким образом, известные ныне мировые промышленные запасы фосфорных руд весьма ограничены и могут истощиться в ближайшие 100 лет. Поэтому не лишено основания утверждение, что фосфор является наиболее слабым звеном в жизненной цепи, которая обеспечивает существование человека.
В настоящее время механизмы возвращения фосфора в кругооборот недостаточно эффективны. Ежегодно с речным стоком в океан поступает до 4 млн. тонн фосфатов, которые, попадая в глубоководные отложения, на длительный срок выводятся из биогеохимического кругооборота. Процесс переноса фосфора из моря на сушу за счет поднятия отложений и деятельности морских птиц и рыб продолжается и в настоящее время, но в прошлом он был значительно интенсивнее.
В последние десятки лет общая картина распределения и миграции фосфора резко нарушена человеком, что, учитывая относительную необратимость и не замкнутость обще-го кругооборота фосфора на планете, выдвигает его проблему на одно из первых мест. По имеющимся данным фосфор в водах и почвах планеты почти всегда находится в дефиците. Дефицит фосфора постоянно ограничивает биологическую продукцию планеты. Поэтому соединения фосфора, наряду с соединениями азота, являются важнейшими минеральными удобрениями почв в современном земледелии. В производимых мировой химической промышленностью удобрениях содержится до 20 млн. тонн фосфора в год, но этого огромного количества явно не хватает для требуемого повышения урожайности в ближайшие десятилетия.
Дефицит фосфора в почвах объясняется его фиксацией в виде нерастворимых соединений. Почвы способны поглощать и задерживать от последующего выщелачивания практически неограниченное количество фосфора. Таким образом, от 30 до 50% фосфора внесенного с удобрениями остается в почве в малодоступной форме -- происходит т. н. фосфотизация почвы. Эрозия почв сопровождается сильным механическим выносом фосфора и других питательных веществ. Подсчитано, что под влиянием эрозии почвы в среднем теряют в год до 0,02 т/ га фосфора, при этом уносимый материал в 3--5 раз богаче органическим веществом, азотом и фосфором, чем сами почвы. Так, через 50 лет после освоения целинных земель Среднего Запада США содержание в них Р205 уменьшилось на 36%.
|