Колообіг фосфору
Колообіг фосфору за структурою дещо простіший, ніж вуглецю й азоту. Фосфор як важливий і необхідний елемент протоплазми циркулює, поступово переходить у фосфати, які знову можуть використовуватися рослинами. Крім того, на відміну від вуглецю й азоту, джерелом фосфору є не атмосфера, а гірські породи чи інші відклади, створені в минулі геологічні епохи.
Фосфор як і азот та калій, належить до найважливіших елементів живлення організмів. Його органічні сполуки необхідні для підтримання процесів життєдіяльності рослин і тварин, він входить до складу нуклеїнових кислот, складних білків, фосфоліпідів мембран, нуклеотидів, фосфопротеїнів та інших сполук.
Як компонент життєво важливих органічних сполук фосфор є носієм енергії у рослинному організмі. Макроергічні фосфатні зв'язки АТФ мають величезне значення у процесах обміну речовин у клітинах і в синтезі білка.
Азотне та фосфорне живлення рослин тісно пов'язані між собою. За нестачі фосфору в тканинах рослин накопичується нітратний азот, а синтез білків уповільнюється.
Фосфор концентрується органічними речовинами, де його вміст майже у 10 разів вищий, ніж у земній корі. На суходолі відбувається інтенсивний колообіг фосфору в системі ґрунт – рослина – тварина – ґрунт.
Фосфор у ґрунті входить до складу мінеральних і органічних сполук.
Мінеральні сполуки фосфору представлені мінералами ґрунтотворчих порід (апатити, фосфорити) і солями фосфорної кислоти. За доступністю рослинам мінеральні фосфоровмісні сполуки ґрунту можна поділити на три групи:
1) водорозчинні солі (гідрофосфати калію, натрію, амонію);
2) солі фосфорної кислоти, розчинні в органічних і мінеральних кислотах (дигідрофосфати кальцію і магнію);
3) солі фосфорної кислоти, розчинні в мінеральних кислотах ґрунту (фосфати кальцію, частково заліза й алюмінію).
За систематичного застосування фосфорних добрив вміст загального фосфору в ґрунті зростає більше, ніж інших елементів, підвищується запас рухомих, доступних рослинам фосфатів.
Із ґрунту рухомі форми фосфору поглинаються у вигляді іонів. Фосфор органічних решток та гумусу мінералізується ґрунтовими мікроорганізмами і більша його частина переходить у слабкорозчинні солі. Органічні кислоти, що виділяються коренями рослин, переводять фосфор цих сполук у рухомі форми і рослини засвоюють його. У рослинному організмі фосфор майже повністю транспортується по ксилемі іфлоемі до зон росту.
Велике значення фосфору на початку вегетації рослин: він інтенсифікує ріст, зокрема кореневої системи, сприяє кращому засвоєнню поживних речовин, вологи. За достатнього фосфорного живлення прискорюється утворення генеративних органів.
Процес засвоєння фосфору рослинами. Перехід незасвоюваних рослинами фосфорних сполук у засвоювані (процес мобілізації фосфорної кислоти у ґрунті) здійснюється різними шляхами. Певну роль у цьому відіграє ґрунтова вода, яка містить вуглекислий газ, здатна частково руйнувати нерозчинні фосфати кальцію і переводити їх у розчинні форми. Також засвоєння нерозчинних у воді мінеральних фосфатів відбувається під впливом органічних кислот кореневих ексудатів рослин.
Умови засвоєння фосфору рослинами. Фосфорна кислота в доступній рослинам формі найенергійніше утворюється в аеробних умовах. Якщо аналогічні процеси відбуваються за анаеробних умов, фосфор звітрюється у атмосферу у вигляді фосфіду водню.
Фосфорний режим ґрунту можна регулювати внесенням фосфорних мінеральних, органічних та вапнякових добрив. Вапнування кислих ґрунтів не змінює загального вмісту розчинних фосфатів, але підвищує ступінь їх рухомості та доступності рослинам.
Щоб встановити забезпеченість ґрунтів фосфором, крім знаходження вмісту рухомих форм, треба визначати його запаси (рихлозв'язані та різноосновні фосфати), із вмістом яких тісно пов’язана врожайність сільськогосподарських культур.
Нині однією із найгостріших проблем є дедалі зростаючий дефіцит рухомого фосфору за достатніх його валових запасів. Фосфор мінеральних добрив засвоюється лише на 20-30 %, а інша його частина перетворюється у ґрунті на важкодоступні рослинам фосфати, які можна мобілізувати за допомогою мікроорганізмів. Тільки ґрунтова мікрофлора здатна вивільнити фосфати із мінеральних і органічних сполук, підвищити їх рухомість за допомогою метаболітів і ферментів.
За високих урожаїв із ґрунту виноситься велика кількість фосфору. Сполуки фосфору із повітря не надходять. Тому навіть найкращі ґрунти без регулярного внесення фосфорних добрив через 40-50 років використання під посіви різко збіднюються, концентрація фосфору в ґрунтовому покриві значно знижується. Внаслідок водної ерозії із ґрунту змивається велика кількість гумусу, а отже – наявного в ньому фосфору
Через фосфорне голодування понижується урожайність польових сільськогосподарських культур і кормових трав, погіршується якість кормів, порушується фосфатна годівля свійських тварин. Тому внесення фосфорних добрив є обов'язковим.
Контрольні запитання і завдання
1. Чим відрізняються біологічний та геологічний колообіги речовин у Біосфері?
2. Які типи біогеохімічного колообігу речовин існують?
3. Назвіть основні умови підвищення ефективності процесу фотосинтезу.
4. Назвіть основні визначальні, формуючі та зберігаючі фактори врожаю сільськогосподарських культур у господарстві.
5. Які стадії мікробіологічного процесу перетворення сполук азоту в грунті існують ?
6. Вкажіть умови та методи, якими можна запобігти прискореному процесу денітрифікації.
7. Про що свідчить висока інтенсивність процесу нітрифікації у грунті і чи потрібно її регулювати ?