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27.9: Der Stickstoffkreislauf
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Der Stickstoffkreislauf
 

PROTOKOLLE

27.9: Der Stickstoffkreislauf

Stickstoffatome werden zwischen abiotischen und biotischen Komponenten des Ökosystems recycelt. Sie kommen auch in allen Proteinen und der DNA vor. Die primäre Form des Stickstoffs auf der Erde ist jedoch Stickstoffgas, das von den meisten Tieren und Pflanzen nicht genutzt werden kann. Daher muss das Stickstoffgas zunächst von stickstofffixierenden Bakterien in eine nutzbare Form gebracht werden, bevor es durch andere lebende Organismen zirkulieren kann. Die Verwendung von stickstoffhaltigen Düngemitteln und tierischen Abfallprodukten in der menschlichen Landwirtschaft beeinflusst den natürlichen Stickstoffkreislauf stark.

Der biologische Stickstoffzyklus

Rund 78% der Luft die wir atmen besteht aus Stickstoffgas. In der Form N2 sind jedoch nur wenige Organismen in der Lage, es zu nutzen. Stickstoff bildet in allen Organismen wesentliche Moleküle, wie Proteine und DNA. Da die meisten Organismen nicht in der Lage sind, die atmosphärische Form von Stickstoff zu verwerten, verwenden sie die Nebenprodukte von stickstofffixierenden und nitrifizierenden Prokaryonten. Die Stickstoff-Fixierung wandelt Stickstoffgas (N2) in Ammoniak (NH3) um, während die Nitrifikation NH3 in Nitrite (NO2-) und Nitrate (NO3-) umwandelt. Pflanzen können Ammoniak und Nitrate direkt nutzen. Pflanzenfressende Organismen nehmen Stickstoff durch die Aufnahme von Pflanzen zu sich. Wenn diese Organismen absterben, sind die Bakterien im Boden in der Lage, den organischen Stickstoff in Ammoniak umzusetzen. Diesen Prozess bezeichnet man als Ammonifizierung. Durch Denitrifikation können aerobe Bakterien dann Ammoniak in Stickstoffgas umwandeln, das wieder in die Atmosphäre freigesetzt wird, wodurch der Zyklus abgeschlossen wird.

Stickstoffsenken

Das primäre Reservoir für die langfristige Speicherung von Stickstoff ist das Stickstoffgas in der Atmosphäre. Es gibt jedoch auch andere, kleinere Stickstoffsenken im Ökosystem. Stickstoff kann über relativ lange Zeiträume in Sümpfen, Meeressedimenten und Sedimentgestein gespeichert werden. Da Stickstoffverbindungen jedoch sehr gut wasserlöslich sind, kann die Verwitterung von Sedimentgestein Stickstoff wieder in das Ökosystem freisetzen.

Menschliche Einflüsse auf den Stickstoffkreislauf

Da Stickstoff in natürlicher Umgebung oft ein limitierender Faktor für das Pflanzenwachstum ist, geben die Landwirte dem Boden Stickstoff als Dünger zu, um den landwirtschaftlichen Ertrag zu erhöhen. Der Abfluss der Landwirtschaft in aquatische Ökosysteme kann zu Eutrophierung und unnatürlich schnellem Wachstum von toxischen Algenarten führen. Die Aufzucht einer großen Zahl von Tieren kann auch die Menge an Stickstoffabfällen im Boden und in lokalen Wasserquellen drastisch erhöhen.


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