Сельскохозяйственная экология. Под ред. Н.А. Уразаева

Основная масса азота сосредоточена в свободном состоянии в атмосфере. Содержание его в воздухе 78,09 % (N₂ по объему), в литосфере 1,9 ■ 10“^° % (по массе). Превращение атмосферного азота в азотные соединения, усваиваемые организмами, осуществляют свободноживущие почвенные микроорганизмы и водоросли. В биологической фиксации молекулярного азота важную роль играют клубеньковые бактерии в симбиозе с бобовыми растениями. Свободноживущие азотфиксирующие бактерии могут связать 25— 40 кг молекулярного азота на 1 га в год. Клубеньковые бактерии, живущие на клубеньках бобовых культур, усваивают еще больше азота — до 250 кг на 1 га в год.

Накопленные в почвах азотные соединения потребляют растения, затем травоядные и хищники, паразиты и сверхпаразиты, другие гетеротрофные организмы, составляющие трофическую цепь. Азот накапливается в растительных и животных организмах, в продуктах их метаболизма в форме белка, аминокислот, мочевины и других азотсодержащих веществ. В биосфере содержится 150 млрд т азота, связанного в органических соединениях почв (1,5 ■ 10¹¹ т), в биомассе растений (1,1 • 10⁹ т) и животных (6,1 • 10⁷т).

При минерализации фито- и зоомассы образуется аммиак (аммонификация), который поглощается почвой в виде катионов аммония (NH4) или окисляется в ней. При окислении аммония, поглощенного почвой, и аммиачных солей образуются нитраты и нитриты (нитрификация). Аммонификация и нитрификация — составные элементы биотического и геологического круговоротов азота. Одна часть продуктов нитрификации усваивается растениями, другая превращается в молекулярный азот (динитрификация). Азот, усвоенный растениями, вовлекается в биотический цикл. Молекулярный азот, поступающий в атмосферу, участвует в геологическом круговороте.

С развитием земледелия, растениеводства и животноводства биотический круговорот азота существенно преобразился. На круговорот азота оказывало влияние широко распространенное ранее внесение местных органических удобрений (навоза). Но оно было незначительным. С помощью навоза возмещали лишь потери азота при выносе его из почв с урожаем. Затем стали использовать минеральные азотные удобрения. Ежегодно в мире производят и вносят в почвы в форме минеральных удобрений 30—35 млн т азота. В некоторых странах дозы азота, вносимого с удобрениями, достигли 150 и даже 250 кг/га.

Фосфор, как и азот, относят к облигатным биофилам. Биотические круговороты этих элементов в некоторых случаях протекают совместно. Однако биогеохимия фосфора резко отличается от биогеохимии азота. В геохимическом цикле азота обязательно Присутствует газовая форма этого элемента. Фосфор же в форме газа (например, РН₃) в биотическом и геологическом круговоротах, по существу, не представлен.

Среднее содержание фосфора в земной коре составляет 0,09 %. Основные его запасы сосредоточены в горной породе, гумусовом горизонте почв, донных осадках морей и океанов. К числу наиболее распространенных фосфатов, образующих залежи фосфора, относят апатиты. В почвах, и особенно гумусовой оболочке суши, аккумулированы соединения фосфора.

Под влиянием биотического круговорота веществ концентрация фосфора в почве заметно выше (в среднем 0,1—0,3 %), чем в земной коре. Гумусовые горизонты ненарушенных почв богаты фосфором, в лесной подстилке иногда содержится до 100 кг/га этого элемента. Большое количество фосфора (10⁶ — 10⁷т) удерживается в веществе биосферы. Содержание данного элемента в фитомассе природных (естественных) луговых степей достигает 30 кг/га. Для диких травоядных млекопитающих такой уровень фосфора в кормовых растениях вполне достаточен.

Круговорот фосфора представлен на рисунке 14.

Цивилизация заметно повлияла на биотический и геологический круговороты фосфора. В тех местах, где земледельцы для удобрения почв широко использовали навоз, круговорот фосфора изменялся незначительно. Там, где навоз применяли недостаточно или совсем не использовали, возврат фосфора в биогеохимический цикл сократился или даже прекратился.

При высоких урожаях из почв выносится значительное количество фосфора. Притока в почвы соединений фосфора в виде атмосферных выпадов или биогенной фиксации из воздуха не происходит. Поэтому даже лучшие почвы без регулярного внесения фосфорных удобрений через 40—50 лет использования под посевы резко истощаются, концентрация фосфора в почвенном покрове сильно снижается.

В результате водной эрозии с поверхностным стоком с почвы смывается большое количество гумуса и, следовательно, содержащегося в нем фосфора. Почвенный слой, уносимый при эрозии, в 3—5 раз богаче органическим веществом, фосфором и другими биофилами. В настоящее время около 3—4 млн т фосфатов смывается с континентов и безвозвратно захороняется в глубинах Мирового океана. Перемещение фосфора из биотического круговорота в геологический осложняет фосфорную проблему. В результате фосфорного голодания снижается урожайность сельскохозяйственных культур и кормовых трав, ухудшается качество кормов, нарушается фосфорное питание домашних животных.