Ученые изучат кристаллизацию фосфора

В 2019 году в мире будет использовано свыше 45 млн. тонн фосфорных удобрений. Тем не менее, лишь часть  фосфора станет доступна для выращиваемых культур.

Особенно плачевно ситуация с фосфором выглядит для фермеров американского штата Флорида, где менее 20% вносимого в почву фосфора успевает поглощаться растениями перед тем, как данный химический элемент переходит в другую форму, недоступную для сельскохозяйственных культур. В результате столь низкой эффективности использование фосфорных удобрений не только бьет по карману фермеров (удобрения весьма недешевы), но и наносит серьезный ущерб окружающей среде. Кроме того, фосфориты, из которых и производятся удобрения, заканчиваются — считается, что последние запасы фосфоритов будут добыты человеком уже в течение ближайших 50-200 лет.

Команда ученых из Флоридского международного университета решила проверить, насколько способствуют переходу фосфора из доступной для растений формы в недоступную колонии грибов, процветающие в почвах. Данное исследование также поможет лучше изучить влияние земледелия на почвенные грибы и почвенно-фосфорную динамику.

«В целом, грибы играют огромную роль в циркуляции фосфора в почве. Именно они способны извлекать фосфор из минеральных и органических источников, после чего данный элемент становится доступным для растений», — считает глава проекта Мэри Тайдмен (Mary Tiedeman).

Однако в ходе исследования выяснилось, что при определенных обстоятельствах грибы могут выполнять прямо противоположную функцию. Так, в почвах Флориды почвенные грибы кристаллизируют химические элементы, растворенные в воде, включая и фосфор. Данный процесс, получивший название «биопреципитация», оказался чуть ли не главным фактором столь низкой эффективности фосфорных удобрений в штате. Кроме того, ситуация с почвой в этих краях усложняется тем, что земли в течение многих лет опрыскивались известняком, состоящим из карбоната кальция. Фосфор, попадая в раствор с карбонатом, формирует микроскопический слой на поверхности извести. В результате доступность одного из основных нутриентов для растений падает еще больше.

«Со временем, данное покрытие может стать причиной для формирования еще более устойчивой и менее доступной для растений формы фосфора», — добавила Мэри Тайдмен.

Таким образом, несмотря на долгие годы внесения фосфорных удобрений, растения, выращиваемые на флоридских фермах, страдают от нехватки данного элемента. И это при том, что химический анализ почвы показывает концентрации фосфора в 100-200 раз превышающие аналогичный показатель в нормальной, не обработанной земле. Удивляет и разнообразие фосфорных соединений в этих землях, среди которых встречается и апатит — минерал, обычно образующийся при воздействии высоких температур и давления.

«Мы планируем анализировать образцы грибов и любые побочные продукты их роста с помощью сканирующего электронного микроскопа. Это позволит нам искать кристаллические формы фосфора и поможет лучше понять, каким образом грибы образуют кристаллы», — отметила Мэри Тайдмен.

По ее мнению, результаты исследования будут применимы не только для местных условий, но и вообще для засушливых областей, 10% из которых отличаются высокими концентрациями карбонатов, имеющих аналогичные свойства карбонату кальция извести.

В случае, если удастся определить все процессы, отвечающие за кристаллизацию фосфора в богатых известью почвах позволит выработать стратегии для борьбы с этим эффектом. Это, в свою очередь, может поможет не только фермерам, но и окружающей среде.