Цикл фосфора: понять, как он работает

Биогеохимический цикл фосфора все больше страдает от вмешательства человека.

Чтобы понять, как работает цикл фосфора, вам сначала нужно знать его главный компонент: фосфор (P). Фосфор - это химический элемент, который очень легко вступает в реакцию с другими веществами. По этой причине он не может быть найден естественным образом без связи с каким-либо другим элементом. Это также один из самых важных компонентов в природе - чтобы вы поняли, он занимает второе место (сразу после кальция) по содержанию в тканях человека.

Функции в организме

В организмах он также является важным компонентом клеток, являясь частью молекул ДНК и РНК. Некоторые из его функций в организме:

быть частью структуры костей и зубов (придавая им большую прочность);
участвовать в реакциях с органическими молекулами, образованными водородом, кислородом и углеродом (называемыми углеводами);
действуют на сокращение мышц.

Некоторые из основных углеводов - это глюкоза, сахароза, крахмал и целлюлоза.

Простейший

Биогеохимический цикл (названный так потому, что он включает в себя химическую, геологическую и биологическую часть экосистемы) фосфора считается одним из самых простых, и это связано с тем, что этот элемент не находится в атмосфере, а скорее присутствует в ней. Кроме того, входящий в состав горных пород земной коры. По этой причине его цикл не классифицируется как атмосферный, как, например, в случае азотного цикла. В этом случае он классифицируется как осадочный.

Еще одна причина, по которой биогеохимический цикл считается простейшим, заключается в том, что единственное соединение фосфора, которое действительно важно для живых существ, - это фосфат, состоящий из соединения одного атома фосфора и трех атомов кислорода (PO43-).

Фосфатные группы

По отношению к живым клеткам важной функцией фосфатных групп является их роль в качестве накопителя энергии. Эта энергия хранится в химических связях молекул АТФ, аденозинтрифосфата, в результате метаболизма (или распада) молекул углеводов; процесс, который генерирует энергию. Эта накопленная энергия затем может быть передана для выполнения любого клеточного процесса.

Эти же фосфатные группы также способны активировать и дезактивировать клеточные ферменты, которые катализируют различные химические реакции. Кроме того, фосфор также важен для образования молекул, называемых фосфолипидами, которые являются основными компонентами клеточных мембран; мембраны, которые окружают клетки снаружи, с тремя основными функциями: покрытие, защита и избирательная проницаемость (выбирает, какие вещества входят в клетку и покидают ее).

Цикл

Основным резервуаром фосфора в природе являются горные породы, которые высвобождаются из них только в результате выветривания. Выветривание - это набор явлений (физических, химических или биологических), которые приводят к разрушению и изменению химического и минералогического состава горных пород, превращая их в почву с выделением фосфатов.

Поскольку это растворимое соединение, оно легко переносится в реки, озера и океаны в процессе выщелачивания (растворение химических составляющих горных пород, минералов или почвы под действием жидкости, например дождя) или включается в организмы. в живых.

Это включение происходит в растениях за счет поглощения фосфата почвой. Таким образом, он используется организмами для образования органических фосфатных соединений, необходимых для жизни (и в дальнейшем называемых органическим фосфатом). В животные организмы фосфат попадает через прямое потребление воды и биомагнификацию (процесс, при котором концентрация соединения увеличивается по всей пищевой цепочке).

При разложении органических веществ разлагающимися организмами органический фосфат возвращается в почву и воду в неорганической форме.

Микроорганизмы, обнаруженные в почве, в свою очередь, играют важную роль в круговороте фосфора и его доступности для растений благодаря следующим факторам:

Включение фосфора в микробное органическое вещество;
Солюбилизация неорганического фосфора;
Ассоциация между растениями и грибами;
Минерализация органического фосфора.

Включение фосфора в микробное органическое вещество

При попадании в живые организмы фосфор может быть иммобилизован, то есть он становится «захваченным», и в этот период цикл этих молекул прерывается. Его высвобождение для продолжения цикла может происходить посредством следующих явлений:

Нарушение микробных клеток;
Климатические колебания и управление почвами;
Взаимодействие с микрофауной, которая при питании микроорганизмами выделяет в почву различные питательные вещества.

У такого включения фосфора в живые организмы есть некоторые преимущества. Например, этот процесс предотвращает его фиксацию на длительное время в почвенных минералах (откуда он может быть удален только в результате выветривания), повышая эффективность фосфорных удобрений.

Солюбилизация неорганического фосфора

Бактерии и грибы, в том числе микоризы, выделяют органические кислоты, которые работают, непосредственно растворяя неорганический фосфор.

Многие почвенные микроорганизмы описаны как способные растворять различные типы фосфатов горных пород;
Самый большой механизм солюбилизации - это действие органических кислот, синтезируемых бактериями.
Эти кислоты, вырабатываемые организмами, являются отличными генераторами ионов H +, которые способны растворять минеральный фосфат и делать его доступным для растений.

Связь между растениями и грибами

Это происходит через микоризу, бактерии, связанные с корнями растений, которые способствуют взаимному взаимодействию между корнями растений и почвенными грибами, так что растение обеспечивает грибы энергией и углеродом посредством фотосинтеза, и они возвращают пользу, поглощая минеральные питательные вещества и передавая их растениям. корнеплоды.

Минерализация органическим фосфором

Помимо фосфора из микробного органического вещества, действие солюбилизирующих фосфат микроорганизмов и грибов, связанных с корнями, производство ферментов некоторыми микроорганизмами и растениями отвечает за минерализацию органического фосфора, то есть его преобразование в неорганический фосфор.

Попадая в озера и моря, фосфор может не только поглощаться организмами, но и встраиваться в горные породы, замыкая круговорот.

Цикл фосфора имеет тенденцию быть долгим. Один атом может циклически повторяться до 100000 лет, пока не осядет обратно в скалы. С отложениями фосфор может оставаться связанным более 100 миллионов лет.

Проблемы

Человеческая деятельность все больше меняет естественный цикл этого макроэлемента, будь то в результате такой деятельности, как горнодобывающая промышленность или широкое использование удобрений.

Избыток фосфора при выщелачивании в водотоки в конечном итоге увеличивает биодоступность этого питательного вещества в водной среде и, как следствие, может усилить развитие водорослей. Увеличение количества водорослей в озере, например, уменьшит количество света, проникающего в эту среду (резко уменьшая трофическую зону), нанося вред другим местным организмам. Этот процесс называется эвтрофикацией (подробнее о влиянии использования удобрений на процесс эвтрофикации можно прочитать в статье «Что такое удобрения?»).

lovesouthernsocial.com