De stikstofcyclus is een biogeochemische cyclus waardoor stikstof wordt omgezet in verschillende chemische vormen terwijl het circuleert tussen de atmosfeer, terrestrische en mariene ecosystemen. Stikstofomzetting kan worden uitgevoerd door biologische of fysieke processen.
De belangrijke processen in de stikstofcyclus zijn nitrificatie, denitrificatie, fixatie en ammonificatie. Het grootste deel van de atmosfeer van de aarde bestaat uit stikstof. Het is goed voor 78% en is daarmee de belangrijkste bron van stikstof. Luchtstikstof is echter beperkt beschikbaar voor biologisch gebruik. Dit leidt in veel soorten ecosystemen tot schaarste aan bruikbare stikstof.
De stikstofcyclus is van groot belang voor ecologen omdat de beschikbaarheid van stikstof de snelheid van belangrijke ecosysteemprocessen zoals afbraak en primaire productie kan beïnvloeden. Menselijke activiteiten zoals de verbranding van fossiele brandstoffen, het gebruik van kunstmest en het vrijkomen van stikstof in afvalwater hebben de wereldwijde stikstofcyclus sterk veranderd. Menselijke verandering van de wereldwijde stikstofcyclus kan een negatief effect hebben op het systeem van de natuurlijke omgeving en ook op de menselijke gezondheid.
STIKSTOFCYCLUS PROCESSEN
Stikstof is in het milieu beschikbaar in verschillende chemische vormen zoals organische stikstof, nitriet (NO - 2 ), ammonium (NH 4 + ), lachgas (N 2 O), nitraat (NO 3 ), anorganisch stikstofgas (N 2 ) of stikstofmonoxide (NO).
Organische stikstof kan de vorm hebben van humus, een levend organisme of de tussenproducten van de afbraak van organisch materiaal. Stikstofcyclusprocessen zijn bedoeld om stikstof van de ene vorm in de andere om te zetten. Veel van deze processen worden uitgevoerd door microben, in hun poging om stikstof te accumuleren of energie te oogsten. Zo worden stikstofhoudende afvalstoffen in de urine van dieren afgebroken door nitrificerende bacteriën in de bodem voor gebruik door planten.
STIKSTOF FIXATIE
De omzetting van stikstofgas in nitrieten en nitraten via industriële, biologische en atmosferische processen staat bekend als stikstofbinding. Atmosferische stikstof moet worden (gefixeerd) of verwerkt tot bruikbare vormen om door planten te kunnen worden opgenomen. Fixatie kan worden gedaan door blikseminslag, maar het meeste wordt gedaan door vrijlevende of symbiotische bacteriën die diazotrofen worden genoemd. De meeste biologische stikstoffixatie vindt plaats door de activiteit van Mo-nitrogenase dat wordt aangetroffen in een grote verscheidenheid aan bacteriën en in sommige Archaea. Een voorbeeld van vrijlevende bacteriën is Azotobacter. Symbiotische stikstofbindende bacteriën zoals Rhizobium leven normaal in de wortelknollen van peulvruchten zoals erwten en luzerne. Ze vormen dan een mutualistische relatie met de plant en produceren ammoniak in ruil voor koolhydraten.
ASSIMILATIE
Planten kunnen via hun wortelharen ammonium of nitraat uit de grond opnemen. In gevallen waarin nitraat wordt geabsorbeerd, wordt het eerst gereduceerd tot nitrietionen en vervolgens tot ammoniumionen voor opname in chlorofyl, aminozuren en nucleïnezuren.
AMMONIFICATIE
Wanneer een dier of plant sterft of een dier afval uitscheidt, is de oorspronkelijke vorm van stikstof organisch. Schimmels of bacteriën zetten de organische stikstof in de resten weer om in ammonium (NH 4+ ) , een proces dat mineralisatie of ammonificatie wordt genoemd. Enkele van de betrokken enzymen zijn Gln-synthetase en Glu-dehydrogenase.
NITRIFICATIE
De omzetting van ammonium naar nitraat gebeurt door bodemlevende bacteriën en andere nitrificerende bacteriën. Bacteriën zoals de Nitrosomonas-soort voeren de primaire fase van nitrificatie uit, de oxidatie van ammonium. Dit zet ammoniak om in nitrieten. Andere bacteriesoorten zoals Nitrobacter voeren de oxidatie van nitrieten (NO 2 ) tot nitraten (NO - 3 ) uit.
DENITRIFICATIE
Denitrificatie verwijst naar de reductie van nitraten tot stikstofgas. Hiermee is de stikstofcyclus voltooid. Dit proces wordt uitgevoerd door bacteriesoorten zoals Paracoccus en Pseudomonas onder anaërobe omstandigheden.
ANDERE PROCESSEN
Ondanks dat stikstoffixatie in de meeste ecosystemen de primaire bron van voor planten beschikbare stikstof is, dient de afbraak van dit gesteente in gebieden met een stikstofrijk gesteente ook als stikstofbron.
