Кругообіг фосфору: зрозуміти, як він працює

Біогеохімічний кругообіг фосфору все більше страждає від втручання людини

Щоб зрозуміти, як працює цикл фосфору, спочатку потрібно знати його основний компонент: фосфор (P). Фосфор є хімічним елементом, який дуже легко реагує з іншими. З цієї причини його не можна знайти в природі без зв’язку з якимось іншим елементом. Це також один з найважливіших компонентів природи – щоб дати вам уявлення, він може похвалитися другим місцем (відразу за кальцієм) за кількістю в тканинах людини.

Функції в організмі

В організмах він також є важливим компонентом клітин, будучи частиною молекул ДНК і РНК. Деякі з його функцій в організмі:

бути частиною структури кісток і зубів (надати їм більшу міцність);
беруть участь у реакціях з органічними молекулами, утвореними воднем, киснем і вуглецем (називаються вуглеводами);
діють на скорочення м’язів.

Одними з основних вуглеводів є глюкоза, сахароза, крохмаль і целюлоза.

Найпростіший

Біогеохімічний цикл (так називається тому, що він охоплює як хімічну, геологічну та біологічну частину екосистеми) фосфору вважається одним з найпростіших, і це пов’язано з тим, що цей елемент не міститься в атмосфері, а є Крім того, входить до складу гірських порід земної кори. З цієї причини його цикл не класифікується як атмосферний, як, наприклад, у випадку з циклом азоту. У цьому випадку його відносять до осадових.

Інша причина, чому він вважається найпростішим біогеохімічним циклом, полягає в тому, що єдина сполука фосфору, яка дійсно важлива для живих істот, — це фосфат, що складається з об’єднання одного фосфору і трьох атомів кисню (PO43-).

Фосфатні групи

По відношенню до живих клітин важливою функцією фосфатних груп є їх роль як джерела енергії. Ця енергія зберігається в хімічних зв’язках молекул АТФ, аденозинтрифосфату, в результаті метаболізму (або розпаду) молекул вуглеводів; процес, який генерує енергію. Цю накопичену енергію потім можна передати для здійснення будь-якого клітинного процесу.

Ці самі фосфатні групи також здатні активувати та дезактивувати клітинні ферменти, які каталізують різні хімічні реакції. Крім того, фосфор також важливий для утворення молекул, які називаються фосфоліпідами, які є основними компонентами клітинних мембран; мембрани, які оточують клітини зовні, з трьома основними функціями: покриття, захист і селективна проникність (вибирає, які речовини потрапляють і виходять з клітини).

Цикл

Основним резервуаром фосфору в природі є гірські породи, які звільняються з них лише в результаті вивітрювання. Вивітрювання — це сукупність явищ (фізичних, хімічних чи біологічних), які призводять до руйнування та зміни хімічного та мінералогічного складу гірських порід, перетворення їх у ґрунт, вивільнення фосфатів.

Оскільки це розчинна сполука, вона легко переноситься в річки, озера та океани шляхом процесу вилуговування (розчинення хімічних складових гірських порід, мінералів або ґрунту під дією рідини, наприклад, дощу) або вбудовується в організми. живий.

Ця інкорпорація відбувається в рослинах через поглинання фосфатів через ґрунт. Таким чином, він використовується організмами для утворення органічних фосфатних сполук, які необхідні для життя (і відтепер називаються органічним фосфатом). У організми тварин фосфат потрапляє шляхом прямого забору води та біозбільшення (процес, при якому концентрація сполуки збільшується вздовж харчового ланцюга).

Розкладання органічної речовини організмами, що розкладаються, призводить до повернення органічного фосфату в ґрунт і воду в його неорганічній формі.

Мікроорганізми, що знаходяться в ґрунті, у свою чергу, відіграють важливу роль у кругообігу фосфору та його доступності для рослин через такі фактори:

Включення фосфору в мікробну органічну речовину;
Розчинення неорганічного фосфору;
Асоціація між рослинами та грибами;
Мінералізація органічного фосфору.

Включення фосфору в мікробну органічну речовину

Потрапляючи в живі організми, фосфор може бути іммобілізований, тобто він стає «захопленим», і в цей період цикл цих молекул переривається. Його вивільнення, щоб цикл можна було продовжити, може відбуватися через такі явища:

Порушення мікробних клітин;
Кліматичні коливання та управління ґрунтами;
Взаємодія з мікрофауною, яка, живлячись мікроорганізмами, виділяє в ґрунт різні поживні речовини.

Таке включення фосфору в живі організми має деякі переваги. Наприклад, цей процес запобігає його фіксації протягом тривалого періоду в мінеральних речовинах ґрунту (звідки він був би видалений лише вивітрюванням), підвищуючи ефективність фосфорного удобрення.

Розчинення неорганічного фосфору

Бактерії та гриби, включаючи мікоризу, виділяють органічні кислоти, які діють шляхом безпосереднього розчинення неорганічного фосфору.

Багато ґрунтових мікроорганізмів описані як здатні розчиняти різні типи фосфатів гірських порід;
Найбільшим механізмом солюбілізації є дія органічних кислот, синтезованих бактеріями.
Ці кислоти, що виробляються організмами, є чудовими генераторами іонів Н+, які здатні розчиняти мінеральний фосфат і робити його доступним для рослин.

Асоціація між рослинами та грибами

Це відбувається через мікоризу, бактерії, пов’язані з корінням рослин, які сприяють взаєморозумінню між корінням рослин і ґрунтовими грибами, завдяки чому рослина забезпечує грибам енергію та вуглець за допомогою фотосинтезу, які повертають їм користь, поглинаючи мінеральні поживні речовини та передаючи їх рослині. коріння.

Мінералізація органічного фосфору

Крім фосфору з мікробної органічної речовини, за мінералізацію органічного фосфору, яка полягає в його перетворенні в неорганічний, відповідає дія мікроорганізмів, що розчиняють фосфати, і грибів, пов’язаних з корінням, вироблення ферментів деякими мікроорганізмами і рослинами.

Потрапляючи в озера і моря, фосфор може, крім того, що поглинається організмами, включатися в гірські породи, замикаючи цикл.

Цикл фосфору, як правило, тривалий. Один атом може провести до 100 000 років, перебуваючи в циклі, поки він не осяде назад у скелі. З відкладеннями фосфор може залишатися пов’язаним понад 100 мільйонів років.

Проблеми

Діяльність людини дедалі більше змінює природний кругообіг цього макроелементу, чи то через такі види діяльності, як видобуток корисних копалин або широке використання добрив.

Надлишок фосфору при вилуговуванні у водотоки призводить до збільшення біодоступності цієї поживної речовини у водному середовищі і, як наслідок, може інтенсифікувати розвиток водоростей. Наприклад, збільшення кількості водоростей в озері зменшить кількість світла, що проникає в це середовище (різко зменшуючи трофічну зону), завдаючи шкоди іншим місцевим організмам. Цей процес називається евтрофікацією (докладніше про вплив використання добрив на процес евтрофікації можна прочитати у статті: «Що таке добрива?»).

lovesouthernsocial.com