Der Stickstoffkreislauf

Wenn ihr heute den Hüpfwettbewerb gewinnen wollt, müsst ihr Karotten futtern, damit ihr viel Energie habt! Karotten brauchen zum Wachsen Sonnenlicht, Kohlendioxid und Wasser – aber auch Nährstoffe. Zwei der wichtigsten Nährstoffe sind Stickstoff und Phosphor. Michael hat etwas Pflanzendünger, den er zum Düngen der Karotten verwenden kann. Der Dünger enthält Stickstoff...

aber warum brauchen Pflanzen Stickstoff, wenn die Luft ohnehin mehrheitlich aus Stickstoffgas besteht? Wir sind von Unmengen an Stickstoff umgeben – und dennoch schränkt oft ein Mangel an Stickstoff das Wachstum der Pflanzen ein! Wie ist das möglich? Das liegt daran, dass Pflanzen und Tiere den Stickstoff in der Luft nicht direkt nutzen können. Er kann aber auf eine Weise Teil des biologischen Kreislaufs werden.

Um für Pflanzen und Tiere von Nutzen zu sein, muss Stickstoff in Stickstoffverbindungen umgewandelt werden. Dieser Prozess – Stickstofffixierung genannt – erfordert sehr viel Energie. Im Erdreich und im Wasser gibt es eine bestimmte Art von Bakterien. Diese Bakterien können den Stickstoff aus der Luft fixieren, indem sie Ammoniumionen bilden. Dann können die Ammoniumionen in andere Stickstoffverbindungen wie zum Beispiel Nitrate umgewandelt werden.

Das geschieht ebenfalls durch Bakterien. Oft finden wir die Stickstoff-fixierenden Bakterien im Erdreich zusammen mit den Wurzeln von Hülsenfrüchten. Die Stickstoff-fixierenden Bakterien im Meer werden Cyanobakterien genannt. Stickstoff kann auch durch Blitzschläge fixiert werden – wenn der Stickstoff in der Luft mit Sauerstoff reagiert. Das erzeugt Stickoxide, die in Nitrate umgewandelt werden können.

Sobald der Stickstoff eine Verbindung eingegangen ist, kann er von Pflanzen absorbiert und in pflanzliche DNA und Proteine umgewandelt werden. Tiere ernähren sich von den Pflanzen. Der Stickstoff gelangt dann durch den Urin und Kot der Tiere in den Boden zurück... ...oder wenn eine Pflanze oder ein Tier stirbt. Tote Pflanzen und Tiere werden durch Pilze und Bakterien abgebaut. Der Stickstoff, der in den Pflanzen und Tieren gebunden war, wird schließlich in Ammonium umgewandelt.

Dieses Ammonium kann dann entweder von einer anderen Pflanze absorbiert... ...oder in Nitrat umgewandelt werden. Andere Bakterien können Nitrationen zurück in gasförmigen Stick- und Sauerstoff umwandeln. Nur so kann der Stickstoff wieder zurück in die Luft gelangen. Diesen Vorgang nennt man Entstickung, und er ermöglicht es Bakterien, selbst an sauerstoffarmen Orten, wie zum Beispiel Sümpfen, Energie zu erzeugen. Der Stickstoffkreislauf sieht wie folgt aus.

Der Stickstoff in der Luft wird in Ammonium- oder Nitratverbindungen fixiert, die an Pflanzen und Tiere weitergegeben werden. Durch die Tierexkremente, oder wenn Tiere oder Pflanzen sterben, werden die Stickstoffverbindungen dann wieder ins Erdreich absorbiert. Einige der Nitrationen können dann – von anderen Bakterien – wieder in gasförmigen Stickstoff umgewandelt werden. So Michael, jetzt weißt du, warum Karotten zusätzlichen Stickstoff benötigen, um zu gedeihen.