Значение серы в природе и сельском хозяйстве

Роль серы в биомолекулах. Среднее содержание серы в сухой массе растений (0,05%) немногим меньше содержания фосфора (0,07%). Таким образом, сера — один из важных биогеных элементов. Однако биохимическое значение серы изучено меньше, чем фосфора.

Дисулъфидные мостиковые связи —S—S— создают третичную структуру белков. Третичная структура — это функционально необходимое взаимное расположение в пространстве элементов вторичной структуры белков — спиралей и слоев, образованных полипептидными цепями. Дисульфидные мостики образуются из сульфгидрильных групп —S—Н серосодержащей аминокислоты — цистеина.

Очень важной является группа серосодержащих белков, которые называют ферредоксинами или железосеропротеинами. Эти белки участвуют в широком круге биохимических процессов, включая перенос электронов при фотосинтезе, а также фиксацию азота при участии важнейшего фермента этого процесса — нитрогеназы. Атом серы проявляет донорные свойства и образует прочные связи с атомами d-металлов. В ферредоксинах и нитрогеназе важнейшая роль переносчиков электронов принадлежит сульфидам железа и молибдена. Эти сложные сульфиды имеют в качестве структурной единицы тетраэдрические кластеры, изображенные на рис. 20.7. Каждый атом железа связан с тремя атомами серы и одной молекулой аминокислоты цистеина. Четыре молекулы цистеина вместе с кластером Fe^S/, входят в белок ферредоксин.

Способность железа легко переходить из степени окисления +3 в степень +2, а серы менять свою степень окисления от -2 до -1 и создает свойство подобных комплексов участвовать в переносе электронов.

Применение соединений серы в сельском хозяйстве. Для устранения избыточной щелочности солонцовых и солонцеватых почв проводят гипсование — внесение гипса CaS04 -2H₂0 (см. гл. 16).

Катионы предпочтительно вносить в почву в виде сульфатов, потому что сера — биогенный элемент, который может быть использован растением. Так, в мировом производстве азотных удобрений сульфат аммония (NH^SC^ составляет около 25%. Меньше производят сульфата калия K9SO4. Многие микроудобрения, например CuS04−5H₂0, MnS04*7H₂0, Z11SO4 • 7H₂Q вносят в почву в виде сульфатных добавок к фосфорным или азотным макроудобрениям.

Рис. 20.7. Схема кластера Fe^S^ ферредоксина Сульфаты меди и железа, медный и железный купоросы — ценные неорганические ядохимикаты, являющиеся средствами борьбы с возбудителями грибковых заболеваний. Бордоская жидкость — производное CuS0₄. Так называемый серный цвет — коллоидно-дисперсную серу — также часто используют как фунгицид. В тех же целях осуществляют окуривание складов S0₂, убивающим болезнетворные микроорганизмы и насекомых. Однако важнейшим для сельского хозяйства серосодержащим соединением является все же серная кислота, которая в огромных количествах расходуется для производства фосфорных удобрений.

Круговорот и экологические аспекты химии серы. Сера относится к числу элементов с довольно интенсивным естественным круговоротом. Это объясняется значительной растворимостью сульфатов, их способностью уходить с атмосферными осадками и грунтовыми водами в океан и возвращаться на сушу в виде аэрозолей. Аэрозоли образуются во время штормов из морской иены и переносятся на расстояния в тысячи километров ветрами. Заметный вклад в круговорот серы вносят вулканы, выделяющие S0₂. Очень значительно поступление сероводорода, выделяемого серовосстанавливающими бактериями суши и морей. Эти бактерии восстанавливают сульфаты и выбрасывают в атмосферу ~10⁸ т серы в год.

Естественный круговорот серы сильно деформирован промышленной деятельностью человека. Антропогенные выбросы оксидов серы в атмосферу превышают 200 млн т в год, что превосходит мировое производство H₂S0₄. Главный загрязнитель атмосферы — тепловые электростанции, сжигающие топливо со значительными примесями серы, а нс сернокислотные заводы.

Атмосферные потоки переносят диоксид серы на расстояния в тысячи километров, S0₂ окисляется кислородом воздуха до S0₃, который образует с водой серную кислоту. Поэтому даже вдали от зон промышленного развития могут выпадать кислотные дожди с pH ~ 3,5—4,5, приводящие к сильному закислению почв.

Сернистый газ опасен не только закислением почв. Он чрезвычайно токсичен для растений, так как в световую фазу фотосинтеза конкурирует с С0₂. Предельно допустимое содержание S0₂ в воздухе составляет 10″ ⁵% (по объему). Растения гибнут, если содержание этого газа составляет в воздухе 10 ⁴% (по объему).