Круговорот фосфора в природе

В наземных экосистемах фосфор проходит примерно 46 циклов начального и повторного использования. После этого путем выветривания и поверхностных стоков этот элемент попадает в океан, где, прежде чем перейти в донные отложения, он еще около 800 раз перерабатывается морскими организмами. Через десятки миллионов лет, в результате тектонического поднятия этот же фосфор может снова оказаться на суше.

В настоящее время сбор урожаев сельхозкультур нарушает этот круговорот, удаляя фосфор с обрабатываемых земель. В сельском хозяйстве донаучного периода, когда удобрениями служили отходы жизнедеятельности людей и животных, питательные вещества возвращались в почву примерно в той же пропорции, в какой извлекались из нее. В современной жизни отделение друг от друга производства и потребления продуктов питания ограничивает нашу возможность полноценно решать эту проблему. Сегодня все почвенные питательные вещества используются нами всего лишь один раз, после чего мы попросту избавляемся от них.

Кроме того, современное сельское хозяйство ускоряет развитие почвенной эрозии. Перепахивание и культивация разрушают структуру почвы и лишают ее внешней защиты, что увеличивает выведение с полей фосфора вместе с поверхностными стоками. Например, в США в бассейне реки Иллинойс каждый килограмм выращенной кукурузы обходится примерно в 1, 2 кг эродированной почвы.

Нарушению естественного фосфорного цикла способствует и борьба с наводнениями. Обычно посредством речных паводков в природе осуществляется перераспределение богатых фосфором отложений в низины, где они вновь становятся доступными для экосистем. Вместо этого сооружаемые человеком плотины попросту улавливают такие отложения, либо береговые валы прочно удерживают их в пределах речного русла, из-за чего происходит вынос этих отложений непосредственно в море.

Смывание с полей удобрений и сброс сточных вод способствуют эвтрофикации - неконтролируемому массовому развитию цианобактерии в океанах, морях и водоемах, которое часто приобретает такие размеры, что его можно видеть с орбиты. Цианобактерии (сине-зеленые водоросли) потребляют азот и фосфор из удобрений. Отмирая, они разлагаются, обедняя воду кислородом и медленно удушая водные флору и фауну, в результате чего образуются " мертвые зоны".

Самая большая в водах США " мертвая зона", площадь которой в июле 2008 г. превышала 20 тыс. кв. км, находится вблизи дельты Миссисипи. Справа на сделанном в 2001 г. спутниковом снимке видны отложения, которые эта река выносит в Мексиканский залив. Во всем мире сегодня существует более 400 подобных " мертвых зон", имеющих суммарную площадь более 245 тыс. кв. км. Исследователи расходятся в том, какой именно элемент - фосфор или азот - должен стать главным объектом мероприятий по обработке воды для предупреждения эвтрофикации. Живущие в пресной воде цианобактерии могут извлекать из воздуха азот, поэтому важно ограничивать поступление с поверхностным стоком фосфора - это подтвердили в 2008 г. результаты 37-летнего исследования, во время которого ученые намеренно добавляли питательные элементы в одно из озер в Канаде. " Еще никто и ни в одном случае не доказал, что можно уменьшить эвтрофикацию, контролируя один лишь азот", - замечает главный инициатор исследования Дэвид Шиндлер (David Schindler) из Университета провинции Альберта в городе Эдмонтон.

Как указывают другие исследователи, в морской воде цианобактерии, похоже, не способны поглощать азот из атмосферы, однако они вполне обеспечены фосфором из отложений. Азот, впрочем, также требует контроля.

Круговорот фосфора.

Фосфор - 1 из главных компонентов (по большей части в виде) живого соединения и входит в состав нуклеиновых кислот (ДНК и РНК), клеточных мембран, аденозинтрифосфата (АТФ) и аденозиндифосфата (АДФ), жиров, костей и зубов. Круговорот фосфора, как и иных биогенных элементов, совершается по большому и малому циклам.

Запасы фосфора, доступные живым существам, целиком сконцентрированы в литосфере. Основные источники неорганического фосфора - осадочные или изверженные породы. В земной коре содержание фосфора не превышает 1 процент, что лимитирует продуктивность экосистем. Из пород земной коры неорганический фосфор вовлекается в циркуляцию континентальными водами. Он поглощается растениями, которые при его участии синтезируют разные органические вещества и так включаются в трофические цепи. После органические фосфаты вместе с трупами, отходами и выделениями живых существ возвращаются в землю, где вновь подвергаются влиянию микроорганизмов и превращаются в минеральные формы, употребляемые зелеными растениями.

В экосистеме океана фосфор приносится текучими водами, что способствует развитию фитопланктона и живых организмов.

В наземных системах круговорот фосфора проходит в оптимальных естественных условиях с минимумом потерь. В океане дело обстоит иначе. Это связано с постоянным оседанием (седиментацией) органических в-в. Осевший на маленький глубине органический фосфор возвращается в круговорот. Фосфаты, отложенные на крупных морских глубинах не принимают участие в малом круговороте. Хотя тектонические движенья способствуют подъему осадочных пород на поверхность.

Так фосфор медленно перемещается из фосфатных месторождений на суше и мелководных океанических осадков к живым организмам и обратно (рис. 4).

Запасы фосфора на земле мелкие. Потому принято считать, что фосфор - основной фактор, лимитирующий рост первичной продукции биосферы. Полагают даже, что фосфор - главный регулятор всех иных биогеохимических циклов, это - максимально слабое звено в жизненной цепи, которая обеспечивает существование человека.

Антропогенное влияние на круговорот фосфора состоит в следующем:

1. Жертва крупных количеств фосфатных руд для минеральных удобрений и моющих препаратов приводит к уменьшению числа фосфора в биотическом круговороте;

2. Стоки с полей, ферм и коммунальные отходы приводят к увеличению фосфат - ионов в водоемах, к резкому росту водных растений и нарушению равновесия в водных экосистемах.

Список литературы

Бернард Н. Наука об окружающей среде. - М.: Мир, 1993

Болбас М.М. Основы промышленной экологии. Москва: Высшая школа, 1993

Бринчук В.А. Экологическое право. – М.: Просвещение, 1996

Владимиров А.М. и др. Охрана окружающей среды. Санкт-Петербург: Гидрометеоиздат 1991

Комягин В.М. Экология и промышленность. - М., Наука, 1998

Коцубинский А.О. Проблемы производства. - М., Наука, 2001

Ливчак И.Ф., Воронов Ю.В. Охрана окружающей среды. - М., Наука, 2000

Петров В.В. Экологическое право России. - М.: Просвещение, 1996

Радзевич Н.Н., Пашканг К.В. Охрана и преобразование природы. – М.: Просвещение, 1986

Чернова Н.М., Былова А.М. Экология. СПб., Знание, 1999

Экология, окружающая среда и человек/под ред. Ю.В.Новикова. Издательско-торговый дом «Гранд», Москва, 1998