Круговорот фосфора.

Круговорот фосфора относительно прост и весьма неполон. Этот элемент является одной из основных составляющих живого вещества, в котором он содержится в довольно большом количестве (напомним хотя бы существенное биологическое значение различных фосфорилированных молекул, таких, как нуклеотиды или фосфатил-липиды).

Запасы фосфора, доступные живым существам, полностью сосредоточены в литосфере. Основными источниками неорганического фосфора являются изверженные породы (например, апатиты) или осадочные породы (например, фосфориты). Минеральный фосфор — редкий элемент в биосфере, в земной коре его содержание не превышает 1 %, что является основным фактором, лимитирующим продуктивность многочисленных экосистем. Неорганический фосфор из пород земной коры вовлекается в циркуляцию выщелачиванием и растворением в континентальных водах. Он попадает в экосистемы суши и поглощается растениями, которые при его участии синтезируют различные органические соединения, и таким образом включается в трофические сети. Затем органические фосфаты вместе с трупами, отходами и выделениями живых существ возвращаются в землю, где снова подвергаются воздействию микроорганизмов и превращаются в минеральные ортофосфаты, готовые к употреблению зелеными растениями и другими автотрофами.

В водные экосистемы фосфор приносится текучими водами. Реки непрерывно обогащают океаны фосфатами, что способствует развитию фитопланктона и живых организмов, расположенных на различных уровнях пищевых цепей пресноводных или морских водоемов. Возвращение минеральных фосфатов в воду осуществляется посредством биовосстановителей. Во всех водных экосистемах, так же как и в континентальных, фосфор встречается в четырех формах, соответственно нерастворимых или растворимых:

Органические фосфаты биомассы

Минеральные ортофосфаты, Органические фосфаты,

растворенные (или растворимые) главным образом из мертвого

органического вещества

Органические фосфаты, растворенные (или растворимые)

Замечено, что в водах умеренных широт в зимнее время возрастает содержание растворенных минеральных фосфатов. Максимального значения концентрация фосфатов достигает весной, в то время года, когда биосфера особенно сильно в них нуждается (подобные изменения концентраций во времени касаются и растворенных в воде нитратов). Фосфор, накопленный в отложениях на мелководьях, например в иле, высвобождается, когда в зимнее время среда становится анаэробной (почти полная остановка процесса фотосинтеза). Таким образом, естественные условия, способствующие выбыванию серы из круговорота при ее восстановлении в присутствии железа, обеспечивают высвобождение фосфатов.

Если мы проследим все превращения фосфора в масштабе биосферы, то заметим, что его круговорот не замыкается.

Действительно, если в наземных экосистемах круговорот фосфора проходит в оптимальных естественных условиях с минимумом потерь на выщелачивание, то в океане дело обстоит далеко не так. Это связано с беспрестанной седиментацией органических веществ и, в частности, обогащенных фосфором трупов рыб, фрагменты которых, не использованные в пищу детритофагами и деструкторами, постоянно накапливаются на дне морей. Органический фосфор, осевший на небольшой глубине приливо-отливных и неритических зон, может быть возвращен в круговорот после минерализации, однако это не распространяется на отложения на дне глубоководных зон, которые занимают 85 % общей площади океанов. Фосфаты, отложенные на больших морских глубинах, выключаются из биосферы и не могут больше участвовать в круговороте. Конечно, как заметил Ковда (1968 г.), элементы биогеохимического осадочного круговорота не могут накапливаться до бесконечности на дне океана. Тектонические движения способствуют медленному подъему к поверхности осадочных пород, накопленных на дне геосинклиналей. Таким образом, замкнутый цикл осадочных элементов имеет продолжительность, измеряемую геологическими периодами, т. е. десятками и сотнями миллионов лет.

Рассматривая круговорот фосфора в масштабе биосферы за сравнительно короткий период, можно отметить, что он полностью не замкнут. Действительно, происходит частичное поступление фосфора из океана на сушу, которое осуществляется главным образом птицами, питающимися рыбой. Перуанские залежи гуано свидетельствуют о крупномасштабности этого явления в некоторых районах земного шара. Вылавливая морских животных, человек в какой-то степени также участвует в этом процессе. Однако количество фосфора, ежегодно поступающее на сушу благодаря рыболовству, довольно незначительно, около 60 000 т (Hutchinson, 1957), и явно уступает выносу фосфора в гидросферу при выщелачивании растворимых фосфатных удобрений, вносимых в агроэкосистемы, который достигает многих миллионов тонн в год.

Таким образом, в естественных условиях механизм возвращения фосфора из океанов на сушу совершенно не способен компенсировать потери этого элемента на седиментацию. К тому же человек ускоряет эту естественную тенденцию, внося в обрабатываемые земли удобрения, богатые фосфором.

Поскольку на Земле запасы фосфора — элемента, важного для функционирования экосистем, малы, то любые воздействия человека на биогеохимический круговорот фосфора имеют ряд отрицательных последствий.

Фосфор является основным фактором, лимитирующим рост автотрофных организмов как в водной среде, так и в наземных биотопах. Этот же элемент контролирует основную часть первичной продукции биосферы. Можно даже полагать, что фосфор — главный регулятор всех других биогеохимических круговоротов. Количество нитратов в воде или кислорода в атмосфере зависит от состояния круговорота фосфора. Таким образом, как подчеркивал Дювиньо (Duvigneaud, 1967), «положение однажды окажется весьма угрожающим, и можно согласиться с Уэллсом, Хаксли и Уилсом (Wells, Huxley, Willes, 1939) в том, что фосфор — наиболее слабое звено в жизненной цепи, которая обеспечивает существование человека».