Der Stickstoffkreislauf ist ein biogeochemischer Kreislauf, durch den Stickstoff in verschiedene chemische Formen umgewandelt wird, während er zwischen der Atmosphäre, den terrestrischen und marinen Ökosystemen zirkuliert. Die Stickstoffumwandlung kann durch biologische oder physikalische Prozesse durchgeführt werden.
Zu den wichtigen Prozessen im Stickstoffkreislauf gehören Nitrifikation, Denitrifikation, Fixierung und Ammonifikation. Der Großteil der Erdatmosphäre besteht aus Stickstoff. Es macht 78% aus und ist damit die führende Stickstoffquelle. Luftstickstoff ist jedoch nur begrenzt für die biologische Nutzung verfügbar. Dies führt in vielen Arten von Ökosystemen zu einer Verknappung des nutzbaren Stickstoffs.
Der Stickstoffkreislauf ist für Ökologen von großem Interesse, da die Verfügbarkeit von Stickstoff die Geschwindigkeit wichtiger Ökosystemprozesse wie Abbau und Primärproduktion beeinflussen kann. Menschliche Aktivitäten wie die Verbrennung fossiler Brennstoffe, die Verwendung von künstlichem Stickstoffdünger und die Freisetzung von Stickstoff im Abwasser haben den globalen Stickstoffkreislauf stark verändert. Die menschliche Veränderung des globalen Stickstoffkreislaufs kann das System der natürlichen Umwelt und auch die menschliche Gesundheit negativ beeinflussen.
STICKSTOFFKREISLAUFVERFAHREN
Stickstoff ist in der Umwelt in verschiedenen chemischen Formen wie organischer Stickstoff, Nitrit (NO - 2 ), Ammonium (NH 4 + ), Lachgas (N 2 O), Nitrat (NO 3 ), anorganisches Stickstoffgas (N 2 ) oder Stickoxid (NO).
Organischer Stickstoff kann in Form von Humus, einem lebenden Organismus oder den Zwischenprodukten der Zersetzung organischer Materie vorliegen. Stickstoffkreislaufprozesse sollen Stickstoff von einer Form in eine andere umwandeln. Viele dieser Prozesse werden von Mikroben durchgeführt, um Stickstoff anzusammeln oder Energie zu gewinnen. Zum Beispiel werden stickstoffhaltige Abfälle im Urin von Tieren durch nitrifizierende Bakterien im Boden zur Verwendung durch Pflanzen abgebaut.
STICKSTOFF-FIXIERUNG
Die Umwandlung von Stickstoffgas in Nitrite und Nitrate durch industrielle, biologische und atmosphärische Prozesse wird als Stickstofffixierung bezeichnet. Luftstickstoff muss (fixiert) oder in verwertbare Formen aufbereitet werden, damit er von Pflanzen aufgenommen werden kann. Die Fixierung kann durch Blitzeinschläge erfolgen, aber das meiste davon wird von frei lebenden oder symbiotischen Bakterien, sogenannten Diazotrophen, erledigt. Der größte Teil der biologischen Stickstofffixierung erfolgt durch die Aktivität der Mo-Nitrogenase, die in einer Vielzahl von Bakterien und in einigen Archaeen vorkommt. Ein Beispiel für frei lebende Bakterien ist Azotobacter. Symbiotische stickstofffixierende Bakterien wie Rhizobium leben normalerweise in den Wurzelknollen von Hülsenfrüchten wie Erbsen und Luzerne. Sie bilden dann eine wechselseitige Beziehung mit der Pflanze und produzieren Ammoniak im Austausch gegen Kohlenhydrate.
ASSIMILATION
Pflanzen können über ihre Wurzelhaare Ammonium oder Nitrat aus dem Boden aufnehmen. In Fällen, in denen Nitrat absorbiert wird, wird es zuerst zu Nitritionen und dann zu Ammoniumionen zum Einbau in Chlorophyll, Aminosäuren und Nukleinsäuren reduziert.
AMMONIFIKATION
Wenn ein Tier oder eine Pflanze stirbt oder ein Tier Abfall ausscheidet, ist die Ausgangsform von Stickstoff organischer Natur. Pilze oder Bakterien wandeln den organischen Stickstoff in den Überresten wieder in Ammonium (NH 4 + ) um, ein Vorgang, der als Mineralisierung oder Ammonifikation bekannt ist. Einige der beteiligten Enzyme umfassen Gln-Synthetase und Glu-Dehydrogenase.
NITRIFIZIERUNG
Die Umwandlung von Ammonium in Nitrat erfolgt durch bodenlebende Bakterien und andere nitrifizierende Bakterien. Bakterien wie die Nitrosomonas-Arten führen die Primärstufe der Nitrifikation durch, die Oxidation von Ammonium. Dadurch wird Ammoniak in Nitrite umgewandelt. Andere Bakterienarten wie Nitrobacter führen die Oxidation von Nitriten (NO 2 ) zu Nitraten (NO - 3 ) durch.
DENITRIFIZIERUNG
Denitrifikation bezieht sich auf die Reduktion von Nitraten zurück zu Stickstoffgas. Damit schließt sich der Stickstoffkreislauf. Dieser Prozess wird von Bakterienarten wie Paracoccus und Pseudomonas unter anaeroben Bedingungen durchgeführt.
ANDERE PROZESSE
Obwohl die Stickstofffixierung in den meisten Ökosystemen die Hauptquelle für pflanzenverfügbaren Stickstoff ist, dient der Abbau dieses Gesteins in Gebieten mit stickstoffreichem Grundgestein auch als Stickstoffquelle.
