Der Stickstoffkreislauf — Biologie, 14–17 Jahre
Stickstoff wird für den Aufbau von Proteinen und DNA gebraucht, doch der meiste Stickstoff der Luft kann von Pflanzen nicht direkt genutzt werden. Der Stickstoffkreislauf bewegt ihn durch Luft, Boden, Lebewesen und Zersetzer und verbindet so Ökosysteme mit menschlichen Aktivitäten.
Stickstoff verändert seine Form
Stickstoff wandert in einem Ökosystem in mehreren chemischen Formen. Bakterien können Stickstoffgas in Verbindungen umwandeln, die Pflanzen aufnehmen; Pflanzen bauen es in Proteine und DNA ein, Tiere erhalten es durch das Fressen von Pflanzen oder anderen Tieren. Wenn Lebewesen Ausscheidungen bilden oder sterben, geben Zersetzer Stickstoffverbindungen an den Boden zurück; andere Bakterien führen Stickstoff schließlich als Gas in die Atmosphäre zurück.
Warum Stickstoff einen Kreislauf braucht
Lebewesen brauchen Stickstoff zum Aufbau wichtiger Moleküle, doch der Stickstoff der Luft liegt in einer Form vor, die die meisten Pflanzen nicht nutzen können. Ohne Umwandlung und Recycling würde das Wachstum bald durch den Stickstoff im Boden begrenzt. Der Kreislauf erklärt die natürliche Versorgung mit diesem Element und auch, warum zu viel Dünger Gewässer und Ökosysteme stören kann.
Von der Luft zu einer Tomatenpflanze
Verfolge ein Stickstoffatom. Zuerst wandeln stickstofffixierende Bakterien Stickstoffgas im Boden in Ammoniumverbindungen um. Danach machen andere Bakterien daraus Nitrat, das die Wurzeln einer Tomatenpflanze aufnehmen. Die Pflanze nutzt den Stickstoff für Aminosäuren und Proteine in Blättern und Früchten. Stirbt sie, geben Zersetzer Stickstoffverbindungen für einen neuen Kreislauf an den Boden zurück.
Pflanzen können den meisten Luftstickstoff nicht nutzen
Es wirkt logisch, dass Pflanzen Stickstoffgas direkt aufnehmen sollten, weil ihre Blätter von Luft umgeben sind und dort viel Stickstoff vorkommt. Das Problem ist chemisch: Die Atome im Stickstoffgas sind sehr stark miteinander verbunden. Die meisten Pflanzen brauchen Bakterien, Blitze oder industrielle Verfahren, um es in nutzbare Verbindungen umzuwandeln. Deshalb kann die Luft stickstoffreich sein, während im Boden pflanzenverfügbarer Stickstoff fehlt.
Dünger und verschmutztes Wasser
Landwirte geben Stickstoffdünger hinzu, wenn Nutzpflanzen im Boden nicht genug verfügbaren Stickstoff finden. Doch Pflanzen nehmen nicht alles auf. Regen kann überschüssiges Nitrat in Flüsse und Seen spülen, wo Algen schnell wachsen; wenn sie sterben, verbrauchen Zersetzer Sauerstoff, sodass für Fische manchmal zu wenig bleibt. Wer den Kreislauf versteht, kann Mengen und Methoden wählen, die Ernten fördern, ohne Gewässer zu überlasten.
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