Stickstoffkreislauf Quiz: Teste dein Biologie-Wissen

Der Stickstoffkreislauf einfach erklärt

Stickstoff macht etwa 78 Prozent unserer Atmosphäre aus, liegt dort aber als sehr stabiles Stickstoffgas (N2) vor, das Pflanzen nicht direkt verwerten können. Der Stickstoffkreislauf beschreibt, wie dieser Stickstoff in biologisch nutzbare Verbindungen überführt wird und wieder zurück ins Gasreservoir gelangt. Der entscheidende erste Schritt ist die Stickstofffixierung: Freilebende Bakterien wie Azotobacter und vor allem Knöllchenbakterien der Gattung Rhizobium, die symbiotisch in den Wurzelknöllchen von Schmetterlingsblütlern wie Klee und Bohnen leben, wandeln N2 mit dem Enzym Nitrogenase in Ammonium (NH4+) um. Auch Blitzentladungen und industrielle Verfahren wie das Haber-Bosch-Verfahren fixieren Stickstoff.

Im nächsten Schritt bauen Fäulnisbakterien organische Stickstoffverbindungen aus abgestorbenem Material – etwa Proteine und Nukleinsäuren – ab und setzen dabei Ammonium frei; dieser Vorgang heißt Ammonifikation. Anschließend folgt die Nitrifikation, eine Oxidation in zwei Stufen: Zuerst wandeln Ammoniak-Oxidierer wie Nitrosomonas Ammonium zu Nitrit (NO2-) um, dann Oxidierer wie Nitrobacter Nitrit zu Nitrat (NO3-). Nitrat ist die wichtigste Stickstoffquelle für Pflanzen. Ein häufiges Missverständnis ist, dass Pflanzen Stickstoffgas aufnehmen können – das können nur wenige spezialisierte Mikroorganismen. Ebenso wird oft verwechselt, dass Nitrat nicht das Endprodukt des Kreislaufs ist, sondern Ausgangspunkt der Denitrifikation.

Die Denitrifikation schließt den Kreislauf: Unter sauerstoffarmen Bedingungen, etwa in überfluteten Böden oder Sedimenten, nutzen Bakterien wie Pseudomonas und Paracoccus Nitrat statt Sauerstoff als Elektronenakzeptor für ihre Atmung und reduzieren es über Zwischenstufen zu Stickstoffgas, das in die Atmosphäre entweicht. Damit geht Stickstoff für Pflanzen vorübergehend verloren – ein natürlicher Verlust, der durch Fixierung ausgeglichen wird. Ein weiteres Missverständnis betrifft die Richtung: Nitrifikation und Denitrifikation sind keine Umkehrung derselben Reaktion durch dieselben Organismen, sondern unterschiedliche Prozesse verschiedener Bakteriengruppen unter verschiedenen Sauerstoffbedingungen. Wer diese Rollen sauber trennt, versteht auch, warum Überdüngung mit Nitrat zu Auswaschung, Eutrophierung und erhöhtem Lachgas (N2O) in der Atmosphäre führen kann.