Stickstoffkreislauf

Den Kreislauf des Stickstoffs durch die Natur verstehen

Der Stickstoffkreislauf beschreibt den Weg des Elements Stickstoff- durch die Natur. Stickstoff ist lebensnotwendig – er kommt in Aminosäuren, Proteinen und genetischem Material vor. Stickstoff ist auch das am häufigsten vorkommende Element in der Atmosphäre (~78 %). Allerdings muss gasförmiger Stickstoff in einer anderen Form „fixiert“ werden, damit er von lebenden Organismen genutzt werden kann.

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Stickstoff-Fixierung

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Es gibt zwei Hauptwege, wie Stickstoff zu ' Fest :'

Fixierung durch Blitz:Die Energie des Blitzes verursacht Stickstoff (N_zwei) und Wasser (H_zweiO) zu Ammoniak (NH₃) und Nitrate (NO₃). Niederschlag trägt das Ammoniak und die Nitrate zu Boden, wo sie von Pflanzen aufgenommen werden können.Biologische Fixierung:Etwa 90 % der Stickstofffixierung erfolgt durch Bakterien. Cyanobakterien wandeln Stickstoff in Ammoniak und Ammonium um: N_zwei+ 3 Std_zwei→ 2NH_3.Ammoniak kann dann direkt von Pflanzen genutzt werden. Ammoniak und Ammonium können im Nitrifikationsprozess weiter umgesetzt werden.

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Nitrifikation

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Die Nitrifikation erfolgt durch folgende Reaktionen:

2 NH3 + 3 O2 → 2 NO2 + 2 H+ + 2 H2O
2 NO2- + O2 → 2 NO3-

Aerobe Bakterien verwenden Sauerstoff, um Ammoniak und Ammonium umzuwandeln. Nitrosomonas-Bakterien wandeln Stickstoff in Nitrit (NO2-) um, und dann wandelt Nitrobacter Nitrit in Nitrat (NO3-) um. Einige Bakterien leben in einer symbiotischen Beziehung mit Pflanzen (Hülsenfrüchte und einige Wurzelknöllchenarten), und Pflanzen nutzen das Nitrat als Nährstoff. Tiere hingegen erhalten Stickstoff, indem sie Pflanzen oder pflanzenfressende Tiere fressen.

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Ammonifikation

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Wenn Pflanzen und Tiere sterben, wandeln Bakterien Stickstoffnährstoffe wieder in Ammoniumsalze und Ammoniak um. Dieser Umwandlungsprozess wird als Ammonifikation bezeichnet. Anaerobe Bakterien können Ammoniak durch Denitrifikation in Stickstoffgas umwandeln:

NO3- + CH2O + H+ → ½ N2O + CO2 + 1½ H2O

Die Denitrifikation führt Stickstoff in die Atmosphäre zurück und schließt den Kreislauf.