Der natürliche Stickstoffkreislauf, auch Stickstoffzyklus genannt, beschreibt die Wanderung und Umsetzung von Stickstoff auf der Erde.
Stickstoff ist in jedem lebenden Organismus enthalten sei es Bakterie, Pflanze, Pilz oder Tier, da es sowohl in Proteinen, Aminosäuren und der DNA als wichtiger Baustoff vorkommt. Da die Zellen regelmäßig erneuert werden müssen, müssen sie dementsprechend neu mit notwendigen Stoffen wie Stickstoff versorgt werden.
Der natürliche Stickstoffkreislauf:
- Ammonifikation
- Nitrifikation
- Stickstoffassimilation
- Denitrifikation
- Stickstofffixierung
- Nitrifikation durch Energie
1. Die Ammonifikation
Der Stickstoffkreislauf „startet“ mit der Ammonifikation. Bei diesem Vorgang wird der Stickstoff, der in allen Verbindungen in organischen Stoffen enthalten ist, durch Destruenten wie Bakterien und Pilze freigesetzt. Diese Destruenten zersetzen die organischen Teile und gewinnen damit Energie. Ammonifikation kann aber nicht nur durch Destruenten erfolgen, sondern auch durch andere chemische Prozesse wie z.B. die Hydrolyse von Urin.
Durch die Ammonifikation steht Stickstoff wieder in Form von NH3 oder NH4+ dem Ökosystem zur Verfügung.
2. Die Nitrifikation
Die Nitrifikation erfolgt durch einen zweistufigen Prozess aus zwei Gruppen von Bakterien, den Nitritbaktieren und den Nitratbakterien. Die beiden Bakteriengruppen arbeiten voneinander abhängig, da Ammoniak zunächst in Nitrit und anschließend in Nitrat umgewandelt werden muss.
Der erste Schritt erfolgt durch die Nitritbakterien. Diese oxidieren Ammoniak mit molekularem Sauerstoff zu Nitrit, um aus diesem Prozess Energie zu gewinnen.
NH3 + 1,5 O2 → NO2- + H2O
Für den nächsten Schritt sind Nitratbakterien wie die Nitrobacter nötig, da hier durch Oxidation Nitrit in Nitrat umgewandelt wird.
NO2- + 0,5 O2 → NO3-
3. Stickstoffassimilation
Nitrat und Ammoniak sind anorganische Verbindungen und werden von Pflanzen und anderen Organismen aufgenommen, um stickstoffhaltige organische Verbindungen wie z.B. Amino- und Nucleinsäuren oder Proteine zu bilden.
Auf Pflanzen wirkt sowohl Ammoniak als auch Nitrat düngend und regt zum Wachstum an.
Viele Pflanzen speichern mehr Nitrat als sie benötigen, weshalb es gesundheitlich bedenklich sein kann, stark nitratspeicherndes Gemüse wie Mangold oder Spinat mehr als einmal aufzuwärmen. Bei einer künstlichen Nitrifikation durch Hitze z.B. im Kochtopf ensteht Nitrit, das vor allem für Kinder giftig sein kann.
Die Ausscheidungen und Überreste von Mirkroorganismen, Pflanzen, Pilzen und Tieren enthalten ebenfalls Stickstoff. Dieser wird entweder durch Ammonifikation zu Ammoniak umgewandelt oder durch andere chemische Vorgänge frei.
4. Denitrifikation
Diverse anaerobe Bakterien können Nitrat oder Nitrit zur Oxidation verwenden und gewinnen so für sich Energie. Dabei wird in mehreren Zwischenschritten aus Nitrat oder Nitrit N2, welches zum Großteil in die Atmosphäre entweicht.
5. Stickstofffixierung
Die wenigsten Lebewesen sind in der Lage, Stickstoff in seiner ursprünglichen Form zu binden und somit erreichbar für Pflanzen und Kleinstlebewesen zu machen. Zu den seltenen Spezies gehören Cyanobakterien, Bakterien der Gattung Frankia und diverse andere Bakterien wie die Knöllchenbakterien.
Diese leben zumeist in Symbiose mit Pflanzen, wo sie vom Stoffaustausch profitieren.
6. Nitrifikation durch Energie
Stickstoff, der in der Atmosphäre vorkommt, wird während eines Gewitters zu Nitrat gebunden.
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