3.1.2.Круговорот азота
Несмотря на то, что в составе воздуха находится 78% азота, непосредственно ассимилировать его высшие организмы - продуценты, не могут. Атмосферный азот фиксируется специфической микрофлорой –клубеньковыми бактериями.. Главная роль азота заключается в том, что он входит в состав жизненно важных структур организма - аминокислот белка, а также нуклеиновых кислот. В целом в живых организмах содержится примерно 3% всего активного фонда азота. Растения ежегодно потребляют около 1 % имеющегося в активном фонде азота, и время его круговорота составляет примерно 100 лет. От растений – продуцентов, азотосодержащие соединения переходят к консументам, а от консументов после отщепления аминов из продуктов жизнедеятельности этих существ азот выделяется в виде аммиака и мочевины (рис. 3.2.), причем мочевина также превращается в аммиак в результате гидролиза. В дальнейшем в процессах окисления азота аммиака (нитрификации) образуются нитриты и нитраты, способные ассимилироваться корнями растений. Часть нитритов и нитратов в процессе денитрификации восстанавливается до молекулярного азота, поступающего в атмосферу. Все эти химические превращения происходят в результате жизнедеятельности почвенных микроорганизмов, в частности свободно живущих аэробных и анаэробных бактерий, сине-зеленых и пурпурных водорослей. Так, хемосинтетики нитрозоамонас превращают аммиак в нитриты, а нитробактер ‑ в нитраты и нитриты.
Рис.3.2. Круговорот азота по Р. Риклефсу, 1979.
Особенно значима в круговороте азота роль симбиотических (от греч. симбиоз ‑ сожительство) клубеньковых бактерий, локализующихся на корнях растений преимущественно семейства бобовых. Бактерии родов азотобактер или ризобиум способны путем ферментативной активности фиксировать атмосферный азот и делать его доступным корневым системам растений.
Круговорот азота в настоящее время подвергается сильному воздействию со стороны человека. С одной стороны, массовое производство азотных удобрений и их использование приводят к избыточному накоплению нитратов, а с другой стороны азот, поступающий на поля в виде удобрений, теряется из-за отчуждения урожая, выщелачивания и денитрификации. При снижении скорости превращения аммиака в нитраты аммонийные удобрения накапливаются в почве. Однако все эти процессы носят достаточно локальный характер. Гораздо большее значение имеет поступление оксидов азота в атмосферу при сжигании топлива на теплоэлектростанциях и на транспорте. Азот, "фиксированный" в промышленных выбросах, токсичен, в отличие от азота биологической фиксации. При естественных процессах оксиды азота появляются в атмосфере в малых количествах, но в городах и промышленных районах их концентрации становятся опасными. Под действием УФ-излучения возникают реакции между оксидами азота и углеводородами с образованием высокотоксичных и канцерогенных соединений.
3.1.3. Круговорот фосфора
Фосфор ‑ один из наиболее важных биогенных элементов: он входит в состав нуклеиновых кислот, клеточных мембран, систем переноса энергии (аденозиндифосфат, аденозинтрифосфат), костной ткани, дентина. Круговорот фосфора, как и других биогенных элементов, совершается по большому и малому циклам и всецело связан с жизнедеятельностью организмов. Фосфор ‑ подвижный элемент, и поэтому процессы, связанные с его круговоротом, зависят от множества факторов окружающей среды, в первую очередь от антропогенных. Например, массовое поступление фосфора с моющими средствами (детергентами) и смыв удобрений с полей приводит к процессам эвтрофикации воды в природных объектах. Биогенный круговорот фосфора представлен на рис. 3.3.
Рис. 3.3. Упрощенная схема биогенного круговорота фосфора по Р.Риклефсу, 1979
Усвоение фосфора растениями в значительной степени зависит от кислотности почвенного раствора. В воде фосфаты натрия и кальция малорастворимы, в щелочной среде - практически нерастворимы, по мере повышения кислотности фосфаты превращаются в хорошо растворимую фосфорную кислоту.