Stickstoffkreislauf einfach erklärt

Etwa 78 % des Volumens trockener Luft bestehen aus molekularem Stickstoff N₂. Lebewesen benötigen Stickstoff für Aminosäuren, Proteine und Nukleinsäuren wie DNA. Die starke Dreifachbindung macht N₂ reaktionsträge. Die meisten Pflanzen können es daher nicht direkt nutzen.

Reaktiver Stickstoff umfasst leichter umsetzbare Verbindungen wie Ammonium (NH₄⁺), Nitrit (NO₂⁻) und Nitrat (NO₃⁻). Pflanzen nehmen vor allem Ammonium oder Nitrat auf. Dass Stickstoff in der Luft reichlich vorkommt, sagt also noch nichts über seine Verfügbarkeit für Pflanzen aus.

Die fünf Vorgänge bilden ein Netz, keine starre Einbahnstraße. Fixierung: Bestimmte frei lebende Bakterien und Knöllchenbakterien an Leguminosen wie Klee überführen N₂ in Ammoniak (NH₃) beziehungsweise Ammonium (NH₄⁺). Nitrifikation: Bei Sauerstoff oxidieren spezialisierte Mikroorganismen Ammonium erst zu Nitrit, dann zu Nitrat: NH₄⁺ → NO₂⁻ → NO₃⁻.

Assimilation: Pflanzen nehmen Ammonium oder Nitrat auf und bauen Stickstoff in organische Stoffe ein; Konsumenten übernehmen ihn über Nahrung. Ammonifikation: Pilze und Bakterien setzen aus Ausscheidungen und toter Biomasse Ammoniak beziehungsweise Ammonium frei. Denitrifikation: Bei Sauerstoffmangel nutzen Mikroorganismen Nitrat und geben Stickstoff unter anderem als N₂ an die Atmosphäre zurück.

Produzenten wie Pflanzen und Algen bauen aufgenommenen Stickstoff in Biomasse ein. Konsumenten übernehmen organisch gebundenen Stickstoff durch Pflanzen oder andere Tiere. Destruenten zerlegen Ausscheidungen und tote Biomasse. Die entscheidenden chemischen Umwandlungen leisten spezialisierte Mikroorganismen: Fixierer erschließen N₂, Nitrifizierer bilden Nitrit und Nitrat, Denitrifizierer führen Stickstoff in die Atmosphäre zurück.

Knöllchenbakterien und Leguminosen leben in einer Symbiose: Die Bakterien liefern nutzbare Stickstoffverbindungen, die Pflanze liefert organische Kohlenstoffverbindungen.

Sauerstoffreiche und sauerstoffarme Bereiche begünstigen verschiedene Schritte. Nitrifikation braucht Sauerstoff; Denitrifikation wird bei Sauerstoffmangel begünstigt. Darum können Bodenbereiche oder Wasserschichten verschiedene Umwandlungen ermöglichen.

Düngung bringt reaktiven Stickstoff auf Felder. Wenn Einträge die Aufnahme und Rückführung übersteigen, kann ein Überschuss entstehen. Nitrat kann in Grundwasser und Gewässer ausgewaschen werden. In Gewässern können zusätzliche Nährstoffe das Algenwachstum fördern. Stirbt viel Biomasse, steigt beim Abbau der Sauerstoffverbrauch; Fische und andere Organismen können gefährdet werden. Stickstoff kann auch als treibhauswirksames Lachgas entweichen. Bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe entstehen Stickoxide. Ein Kreislauf führt zusätzliche Mengen nicht automatisch vollständig zurück; Eintragsmenge, Speicher, Umwandlungsraten und Bedingungen bestimmen die Bilanz.