Stickstoff ist ein essentielles Element für das Wachstum der Pflanzen. Nur durch die Stickstoff-Fixierung kann molekularer Stickstoff (N2) aus der Atmosphäre zu Ammonium-Ionen (NH4+) reduziert werden. Stickstoff-fixierende Bakterien, die in Böden und Gewässern (Azobacter, Klebsiella, Clostridium, Blaualgen) teils in Symbiose mit Pflanzen leben (Knöllchenbakterien mit Hülsenfrüchtlern, Strahlenpilze mit Erlen und Sanddorn), sind als Einzige in der Lage elementaren Stickstoff aus dem Boden aufzunehmen und in eine für Pflanzen verwertbare Form umzuwandeln. Die einzige natürliche Umsetzung von Nitrat in molekularen Stickstoff erfolgt über denitrifizierende Mikroorganismen (Denitrifikation). Im Boden liegt Stickstoff überwiegend in organisch gebundener Form vor.
Freisetzung von Nitrat
Durch Mikroorganismen können im Boden Ammonium- und Nitrat-Ionen freigesetzt werden (Rohmann & Sontheimer 1985). Im ersten Schritt wird bei der Ammonifizierung der organisch gebundene Stickstoff in Ammoniak überführt (R: organische Grundmasse):
Im Bodenwasser löst sich das gebildete Ammoniak unter Bildung von Ammonium-Ionen.
Im zweiten Schritt, der Nitrifikation, wird Ammonium in Nitrat überführt. Dabei wird zuerst Nitrit gebildet, welches zu Nitrat oxidiert wird.
In den globalen Stickstoff-Kreislauf greifen technische Prozesse ein. Ammonium wird durch das Haber-Bosch-Verfahren und Nitrat wird durch die katalytische Verbrennung von Ammoniak gewonnen. Durch die Synthese von Kohlenstoffdioxid und Ammoniak wird Harnstoff hergestellt, der als Düngemittel Verwendung findet.
Überschüssiger nicht von den Pflanzen während der Vegetationszeit aufgenommener Stickstoff wird im Boden zu Nitrat umgewandelt, das leicht mobilisierbar ist. Bei der Umwandlung von organischen zu anorganischen Stickstoffverbindungen unter oxidierenden Bedingungen entsteht immer Nitrat, deshalb können Gewässer eine biogene Grundlast an Nitrat enthalten.
Die Nitratverbindungen sind alle leicht wasserlöslich und somit sehr mobil. Sie können nicht durch Ausfällung, Adsorption oder Ionenaustauschvorgänge aus dem Wasser entfernt werden.
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