X.1. 3. Круговорот серы

Сера – важный химический элемент, входит в состав аминокислот некоторых белков. Одним из конечных продуктов гниения белков является сероводород, который не усваивается высшими растениями. В почве сера встречается в форме сульфатов – CaSO₄·2H₂O, Na₂SO₄, K₂SO₄, (NH₄)₂SO₄, сульфидов – FeS₂, Na₂S, ZnS и органических соединений.

Органические и неорганические соединения серы под влиянием микроорганизмов подвергаются в почве различным превращениям окислительного и восстановительного порядка (рис. 46).

Рис. 46. Биологический цикл превращения серы

Окисление соединений серы осуществляют группы микроорганизмов, относящихся к родам Thiobaccillus, Thiosphaera, Thiodendron, Sulfolobus, Thiobacterium, Thiospira, Beggiatoa, Thioplaca, фотосинтезирующие пурпурные и зеленые серные бактерии, а также цианобактерии и другие микроорганизмы.

Серобактерии окисляют H₂S c выделением свободной серы:

H₂S + О₂  2 Н₂О + 2S

Далее сера поступает внутрь клетки и под действием ферментов восстанавливается до сульфидного иона, окисление которого происходит в дальнейшем внутриклеточно:

2S + 2 Н₂О +3О₂  H₂SО₄

Образующиеся сульфаты (соли H₂SО₄) служат прекрасным питательным веществом для высших растений. H₂S в серную кислоту окисляют различные виды пурпурных серобактерий:

H₂S + 2Н₂О₂ + 2 СО₂  2 (СН₂О) + Н₂SО₄

Восстановление неорганических соединений серы осуществляется при различных обменных процессах. Вызывают восстановление сульфатов бактерии р. Desulfovibrio (D. desulfuricans, D. vulgaris, D. gigas); р. Desulfotomaculum (D. nigrificans, D. acetooxidans) и другие.

Выделение H₂S десульфурирующими бактериями происходит в глубинах морей и содержание H₂S доходит до 6,5 мл на 1 л воды (например, в Черном море). Значительное накопление H₂S в результате биологического восстановления серы наблюдается в целебных грязях, лиманах и других водоемах. Сульфатредуцирующие бактерии участвуют в образовании сульфидных руд.

X.1. 4. Круговорот фосфора

Фосфор входит в состав нуклеотидов и нуклеозидов, фосфолипидов различных мембран. Фосфор встречается в живых организмах только в пятивалентном состоянии в виде фосфатных ионов (РО₄^3-) или в составе органических фосфатных компонентов клетки. Фосфаты играют особую роль в энергетическом обмене, расщеплении углеводов и в мембранном транспорте.

Фосфор содержится в почве, как правило, в виде труднодоступных минеральных и органических соединений, которые становятся доступными для растений только после их минерализации микроорганизмами. Минеральные вещества представлены главным образом ортофосфатами кальция (нейтральные и щелочные почвы), железа и алюминия (кислые почвы). Органические соединения фосфора встречаются в виде ионозитфосфатов, фосфорсодержащих белков, фосфолипидов и др. Около половины органического фосфора почвы содержится в наиболее устойчивых к действию микроорганизмов фосфатах ионозита (фитатах). Микроорганизмы, синтезирующие фосфатазу, способны отщеплять от органических фосфатов фосфорную кислоту, которая, взаимодействуя с катионами, переходит в соли фосфорной кислоты, доступные для растений.

Многие микроорганизмы могут переводить нерастворимые соединения фосфорной кислоты в растворимое состояние. Среди них представители бактерий, актиномицетов, грибов (р. Pseudomonas, р. Bacillus, р. Micrococcus, р. Micobacterium, р. Penicillium, р. Aspergillus).