Stickstoffkreislauf
Der Stickstoffkreislauf ist die Art und Weise, wie Stickstoff in der Natur in viele verschiedene Formen umgewandelt wird, die von lebenden Organismen genutzt werden.
Luft besteht zu etwa 78% aus Stickstoff. Stickstoffchemikalien werden zum Leben benötigt. Stickstoff ist ein notwendiger Bestandteil von Proteinen, DNA und RNA. In Pflanzen wird Stickstoff für die Photosynthese und das Wachstum benötigt. Allerdings können Lebewesen den elementaren Stickstoff in der Luft nicht für diese Dinge verwenden. Die Fixierung von Stickstoff ist notwendig, um den Stickstoff in der Luft (N2) in Formen umzuwandeln, die vom Leben genutzt werden können. Die meiste Stickstoff-Fixierung erfolgt durch Mikroorganismen, die Bakterien genannt werden. Diese Bakterien haben ein Enzym, das N2 mit Wasserstoffgas (H2) zu Ammoniak (NH3) verbindet.
Einige dieser Bakterien leben in den Wurzeln von Pflanzen (meist Leguminosen). In diesen Wurzeln stellen sie Ammoniak für die Pflanze her, und die Pflanze gibt ihnen Kohlenhydrate. Andere Pflanzen nehmen über ihre Wurzeln Stickstoffverbindungen aus dem Boden auf. Der gesamte Stickstoff in Tieren stammt vom Pflanzenfrass.
Ammonium (NH4) im Boden entsteht durch stickstofffixierende Bakterien und Zersetzer, Bakterien und Pilze, die totes Leben in seine Bestandteile zerlegen. Dieser Prozess wird als Ammonifikation bezeichnet. Ammonium hat eine positive Ladung. Es verbindet sich leicht mit Ton und Humus im Boden. Ammoniak und Ammonium sind giftig für Fische und andere Tiere. Aus diesem Grund werden Abwasser und andere Abwässer regelmäßig gemessen. Wenn der Ammoniakgehalt zu hoch ist, muss eine Nitrifikation stattfinden.
Nitrifikation ist die Oxidation von Ammoniak und Ammonium zu Nitrit (NO2-) und dann zu Nitrat ( NO3-) durch Bakterien. Da Nitrit und Nitrat eine negative Ladung haben, verbinden sie sich nicht leicht mit dem Boden und werden bei Regen und Bewässerung aus dem Boden ausgewaschen. Hohe Nitratgehalte im Trinkwasser sind schädlich für Babys und können das Blue-Baby-Syndrom verursachen. Hohe Nitratgehalte können auch ein zu starkes Algenwachstum in Seen und Tümpeln verursachen. Diese Eutrophierung kann für Fische und andere Wassertiere schädlich sein. Aus diesem Grund wird der Einsatz von Düngemitteln kontrolliert.
Wo es keinen Sauerstoff gibt, machen einige Bakterien Nitrat zu Stickstoffgas (N2), um Energie zu gewinnen. Dadurch beginnt der Stickstoffkreislauf von neuem. Dieser Prozess wird Denitrifikation genannt.
Stickstoffzyklus
Fragen und Antworten
F: Was ist der Stickstoffkreislauf?
A: Der Stickstoffkreislauf ist der Prozess, durch den Stickstoff in der Natur in verschiedene Formen umgewandelt wird, die von lebenden Organismen genutzt werden können.
F: Wie viel Stickstoff ist in der Luft enthalten?
A: Luft besteht zu etwa 78% aus Stickstoff.
F: Welche Rolle spielt Stickstoff in lebenden Organismen?
A: Stickstoff spielt eine wichtige Rolle bei Proteinen, DNA und RNA sowie bei der Photosynthese und dem Wachstum von Pflanzen.
F: Wie wird elementarer Stickstoff für das Leben nutzbar?
A: Elementarer Stickstoff muss einen Prozess durchlaufen, der Stickstofffixierung genannt wird, um in Formen umgewandelt zu werden, die für das Leben nutzbar sind. An diesem Prozess sind in der Regel Bakterien mit einem Enzym beteiligt, das N2 mit Wasserstoffgas (H2) kombiniert, um Ammoniak (NH3) herzustellen.
F: Wie erhalten die Pflanzen ihren Bedarf an Stickstoff?
A: Pflanzen erhalten ihren Bedarf an Stickstoff entweder von Bakterien, die in ihren Wurzeln leben, oder von Verbindungen, die sie über ihre Wurzeln aus dem Boden aufnehmen. Alle Tiere erhalten ihren Stickstoffbedarf durch den Verzehr von Pflanzen.
F: Welche Prozesse laufen ab, wenn der Ammoniumgehalt zu hoch ist?
A: Wenn der Ammoniumgehalt zu hoch ist, muss ein Prozess namens Nitrifikation stattfinden, bei dem Ammoniak und Ammonium durch Bakterien zu Nitrit (NO2-) und dann zu Nitrat ( NO3-) oxidiert werden. Hohe Nitratwerte können im Trinkwasser das Blue-Baby-Syndrom und in Seen oder Pools zu starkes Algenwachstum verursachen.
F: Wie setzt die Denitrifikation den Zyklus wieder in Gang?
A Denitrifikation findet statt, wenn einige Bakterien Nitrat in Stickstoffgas (N2) umwandeln und bei diesem Prozess Energie freisetzen, wodurch der Kreislauf wieder in Gang kommt.
