De Stikstofkringloop.


Publicatie datum:

Uitleg over de stikstofkringloop.

Gesponsorde koppelingen

Dagelijks is men bezig met de stikstofkringloop, zonder dat men er zelf bewust van is. De stikstofkringloop is een kringloop die belangrijk is voor het handhaven van leven op aarde. De weg van een stikstofatoom in deze cyclus wordt in dit artikel beschreven. Verder wordt er zo duidelijk mogelijk uitgelegd wat de stikstofkringloop inhoudt.

Producenten, consumenten en reducenten

In de stikstofkringloop zijn de planten de producenten. Planten zijn autotrofe organismen. Een autotroof organisme kan zelf organische stoffen (zoals eiwitten, koolhydraten) produceren uit anorganische stoffen (zoals H2O en CO2). Dieren en mensen kunnen dat echter niet en zijn de consumenten. Consumenten zijn heterotroof. Heterotrofe organismen kunnen geen organische stoffen maken uit anorganische stoffen, zo leven de consumenten van organische stoffen van andere organismen. De reducenten in de stikstofkringloop zijn onder andere de nitrificerende bacteriën. Deze bacteriën zorgen in de stikstofkringloop voor het omzetten van stoffen tot nitraat.

Het element N2

Stikstof is het meest voorkomende element in lucht. Het is een bestandsdeel van aminozuren, eiwitten, DNA en co-enzymen. Je kunt dus begrijpen dat stikstof een belangrijke stof is voor vele organismen. In de bodem komt dit element voor als ammoniumionen (NH4+), nitrietionen (NO2-) en nitraationen (NO3-). Verder zit het merendeel van de stikstof in de lucht (78% van de samenstelling van lucht is stikstof).Ondanks het hoge stikstofpercentage, kan bijna geen enkel organismen stikstof uit de lucht halen en omzetten tot nitraat.1) De meeste organismen zijn zo dus afhankelijk van de vastgelegde stikstof in de biosfeer op aarde. De reden waarom ze dit niet kunnen ligt aan het feit dat het voor organismen teveel energie kost om N2 tot NO3- te oxideren. Oftewel, er is veel energie nodig om de driedubbele binding tussen de stikstofatomen te breken9). Alleen speciale bacteriën zijn hiertoe in staat, de zogenaamde cynanobacteriën, stikstofbacteriën en de knolletjesbacteriën (Deze bacteriën komen vooral voor in de wortelknolletjes van vlinderbloemigen). Verder kan stikstof ook op een andere manier uit de lucht worden vastgelegd. Bij bliksem wordt stikstof omgezet tot nitraat. Dit proces noemt men fotochemische stikstoffixatie, een proces waarbij licht nodig is. In de stikstofkringloop nemen planten de stikstof op en dieren eten deze planten weer. Bij het uitscheiden en afsterven, komt deze stikstof door een cyclus weer terug in de lucht en in het grondwater. De stikstofkringloop is de route die een stikstofatoom kan afleggen in het ecosysteem.2),4) Hierbij komen verschillende processen om de hoek kijken zoals; stikstoffixatie (stikstofbinding), ammonificatie, nitrificatie en denitrificatie. Dankzij kringlopen kunnen elementen, zoals hier stikstof, steeds opnieuw gebruikt worden door allerlei organismen.

De cyclus

Planten nemen stikstof op uit de bodem in de vorm van nitraat (NO3-) wat opgelost zit in het grondwater. Via de wortels neemt de plant het grondwater op waardoor het nitraat in de cellen van de plant komt. Zodra het nitraat in de cellen van de plant zit kan de plant beginnen met het maken van aminozuren en eiwitten. Oftewel, het kan beginnen aan de zogenaamde stikstofassimilatie. Zo komen eiwitten in het voedsel die planten leveren zoals: fruit, groenten, blaadjes etc. maar natuurlijk ook in de plant zelf.

Wanneer een plant door een hongerige consument gegeten wordt, worden de plantaardige eiwitten van de plant omgezet in dierlijke eiwitten. Zoals we weten zijn eiwitten opgebouwd uit aminozuren. De eiwitmoleculen die het lichaam binnenkomen, door de darmen, worden afgesplitst in afzonderlijke aminozuurmoleculen. Vervolgens gaan de aminozuren via de poortader naar de lever en dan via het bloed naar de cellen van organen. In de cellen van de organen worden de aminozuurmoleculen weer aan elkaar gekoppeld in de volgorde die specifiek is voor het organisme die de plant heeft gegeten. Je noemt dit proces eiwitsynthese. 7) Van de plantaardige eiwitten wordt een gedeelte gedissimileerd, waarbij ammoniak NH3 vrijkomt. Deze stof wordt door waterdieren uitgescheiden in het water. Bij landdieren zit het net iets even anders. Zij zetten NH3 eerst om in ureum en scheiden het dan vervolgens uit door urine. Omdat ammoniak een schadelijke stof is, wordt ammoniak met koolstofdioxide omgezet in een minder giftige stof, ureum.

Wanneer deze consument plast komt het ureum wat in de urine zit op de grond terecht. In de grond zitten rottingsbacteriën (urobacteriën) die van het ureum ammoniak maken, ammonificatie. Die bacteriën gebruiken de eiwitten in het ureum als brandstof waardoor NH3 kan ontstaan. Een deel van het ontstane ammoniak vervlucht, wat duidelijk ruikbaar is als iemand heeft geplast. Maar het grootste gedeelte van het ammoniak wordt in het grondwater omgezet in ammonium (NH4+). Planten nemen maar een klein deel van deze ionen op. Het grootste gedeelte van deze ammoniumionen worden eerst omgezet in nitrietionen (NO2-) wat gedaan wordt door nitrietbacteriën. Daarna worden deze nitrietionen omgezet in nitraationen (NO3-) wat dan gedaan wordt door nitraatbacteriën. Deze twee bacteriën bij elkaar noem je nitrificerende bacteriën. Maar deze nitrificerende bacteriën hebben bij de vorming van nitraationen uit ammoniumionen wel zuurstof nodig. (ze zijn dus alleen werkzaam in een aërobe omgeving). Zodra er nitraationen worden gevormd kan het weer opgenomen worden door de plant. De plant kan hier eiwitten van maken en kan zo dus ook gaan groeien. Vervolgens komt de hongerige consument weer langs waardoor de cyclus opnieuw begint.

Verder zijn er ook bacteriën die in een zuurstofarme bodem werkzaam zijn, de zogenaamde denitrificerende bacteriën. Deze bacteriën in de bodem ontrekken zuurstof uit nitraationen (NO3-). Er wordt steeds meer zuurstof wegenomen uit deze ionen waardoor uiteindelijk het gas N2 ontstaat. Dus de functie van denitrificerende bacteriën is eigenlijk dat deze bacteriën nitraationen omzetten in N2-gas die vervolgens weer in de lucht verdwijnt. Het proces noem je denitrificatie. Nadeel is wel dat in de bodem dan minder stikstofhoudende ionen voorkomen met als gevolg dat er een grote kans ontstaat dat planten niet meer goed gaan groeien. Stikstof is namelijk een belangrijke stof voor de groei.

Voordeel ondervinden echter wel andere bacteriën in de bodem die de stikstof in de lucht goed kunnen gebruiken voor hun stofwisseling, stikstoffixatie. Doordat deze bacteriën het enzym nitrogenase hebben kunnen ze N2-moleculen splitsen. Aan de stikstof die vrijkomt worden weer waterstofatomen gebonden waardoor ammoniak ontstaat (NH3). Met die ammoniak kunnen dan weer aminozuren worden gevormd. Een ander deel komt als nitraat in de bodem. Hierdoor kan er een nitraatrijke bodem ontstaan (wat goed is voor de groei), mits er veel stikstofbacteriën zijn. Maar de kans is erg klein dat dit gebeurd. Doordat het water door de bodem stroomt, kunnen stikstofzouten erin oplossen, hierdoor kunnen ze gemakkelijk worden uitgespoeld. De beschikbaarheid van stikstofzouten neemt voor de plant dus af.

Belangrijk om te weten is dat de stikstofbinding/stikstoffixatie alleen kan plaatsvinden in afwezigheid van zuurstof. (anaërobe omgeving). Zoals al eerder verteld is, wordt stikstofgas niet alleen door bacteriën gebonden. Dit gebeurt ook bij onweer. De stikstof reageert dan vervolgens met O3, de ozon, waardoor er onder andere nitraat (NO3-) ontstaat. (fotochemische stikstofbinding) Verder kan scheikundig gezien ook motoren van auto’s ervoor zorgen dat er stikstofoxiden NOx in de lucht komen.

Een ander onderdeel van de stikstofkringloop is, is wanneer planten en dieren dood gaan. Stikstof is vooral aanwezig in de eiwitten van de dode resten. Als het rottingsproces plaatsvindt, dan breken de bacteriën eiwitten af tot aminozuren en vervolgens tot ammoniak. Dat ammoniak lost op in grondwater waardoor er NH4+ ontstaat. Planten nemen maar een klein deel van dat ammonium op. Verder zetten nitrificerende bacteriën ammonium om in nitriet en vervolgens in nitraat. Nitraat wordt opgenomen door planten, waardoor de cyclus weer opnieuw begint.

Je zult waarschijnlijk gemerkt hebben dat er veel processen in de stikstofkringloop langs komen. Hier staan de processen nog even op een rijtje + de essentie van de stikstofkringloop:

De kringloop van stikstof beschrijft een circulatie van stikstof in het milieu naar de grond, water, organismen en vervolgens weer naar de lucht.

Processen van de stikstofkringloop in het kort

Stikstofassimilatie: om organische stoffen te krijgen die stikstof bevatten, hebben planten nitraat of ammoniumionen uit de grond nodig. Planten halen deze stoffen uit de grond doormiddel van hun wortels. Van deze stoffen worden eiwitten en aminozuren gemaakt. Dit proces noem je stikstofassimilatie.

Ammonificatie: bij dit proces zetten ammonificerende bacteriën in de grond stikstofhoudende organische moleculen (zoals eiwitten en koolhydraten) om in ammonium.

Nitrificatie: dit is het proces dat ammonium omzet tot nitriet en nitriet weer omzet naar nitraat. Het is een belangrijke stap in de stikstofkringloop. Het omzetten van ammonium tot nitraat gebeurt door nitrificerende bacteriën. Dit proces vindt plaats in een zuurstofrijke bodem want dan pas zijn de nitrificerende bacteriën actief. Het proces is een oxidatieproces.

Denitrificatie: denitrificerende bacteriën zetten nitraat om in stikstof gas. Nitraat kan dan niet langer door de planten worden gebruikt. Denitrificatie treedt op in een zuurstofarme bodem omdat de dentrifcerende bacteriën dan actief zijn. Het proces is een reductieproces.

Stikstoffixatie

Dit is niets ander dan het binden van stikstof (N2) uit de lucht tot verbindingen die door planten kunnen worden gebruikt. Met verbindingen wordt bijvoorbeeld ammonium bedoeld. Dit wordt onder andere gedaan door stikstofbindende bacteriën. Stikstofbinding kan alleen optreden als er anaërobe omstandigheden zijn.


Auteursinformatie


Geschreven artikelen: 16
Leden aangebracht: 1

Meer uit de categorie natuur

Alles over fossielen

Alles over fossielen: definitie, ontstaan, weetjes, etc.

Stars: live and death

In een notendop het leven van een ster.

Het leven van de pinguïn

Even een woordje uitleg over de pinguins, het zijn zo'n leuke dieren die grappig uit de hoek kunnen komen.

Medische spijsvertering

Dit artikel geeft zicht in de medische spijsvertering en dan met name die van dieren.

Stromend water

de Typologie van stromend water

Tijdreizen is mogelijk

Door veel mensen wordt tijdreizen onmogelijk geacht. In dit artikel wordt het tegendeel bewezen.

Natuurrampen en het ontstaan ervan

De uitleg over het ontstaan van verschillende natuurrampen.

Kaapse Zonnedauw (Drosera capensis)

De Kaapse Zonnedauw (Drosera capensis) is een vleesetende plant

Het einde van het universum?

Een informatieve tekst met een korte uitleg van de theorieen over het einde van het universum.

De patrijs

Het leven van de patrijs in Nederland.

Waarom is biodiesel veroorzaker van grootschalige bijensterfte.

Opeens is het weer actueel, bijensterfte die veroorzaakt wordt door bestrijdingsmiddelen.

Lente bloemen, welke bloemen brengen nu het zonnetje in huis

Dit artikel gaat over lentebloemen en hun oorsprong

Actiepotentiaal in zenuwcellen

Uitleg hoe een zintuigcel een zenuwcel activeert.

Aardbevingen voorspellen - Deel 1 - Geschiedenis

Deel 1: Hoe werd vroeger gedacht over het ontstaan en voorspellen van aardbevingen?

Minder dan vierentwintig uur per dag

In maart 2011 was er een beving in Japan die tot veel slachtoffers en schade heeft geleid. Deze tekst beschrijft het achterliggende mechanisme en het effect van de beving op de as van onze aarde.

The Cove, het geheim van Taiji

Tot op heden vindt er een dolfijnenslachterij plaats in het Japanse plaatsje Taiji.

Beekdalen

De verscheidenheid van de natuur in een beekdal

Rudimentaire organen bij de mens, hebben ze werkelijk geen functie?

Rudimentaire organen worden beschreven als organen die in de loop der tijd hun functie zijn verloren of bijna door het evolueren van een organisme. In dit artikel gaan we dieper in op de rudimentaire organen die wij als mens bezitten; hebben ze nou werkelijk geen functie?

Hoe maakt een koe melk?

In dit artikel kom je alles te weten over het spijsverteringsstelsel van de koe en de melkproductie!

De Plastic Kringloop

De kringloop van plastic: van product tot afval tot product... maar niet altijd zoals je het verwacht.

Processierups

De eikenprocessierups zorgt op steeds meer plaatsen voor steeds meer overlast. Hoe herken je de rups, een nest en de symptomen?

Enzymen

Enzymen, uitleg over de werking.

Ralstonia solanacearum

Ralstomia solanacearum in een pathogene becterie.

Het leven verandert de aarde volgens de Gaia theorie of Gaia-hypothese.

Volgens de Gaia theorie Creëert het leven op aarde zijn eigen ideale levensomstandigheden.

Stikstofbinding door vrijlevende en door in symbiose levende bacteriën

in dit artikel wordt gekeken naar het gebruik van vrij stikstof in de lucht wat gebruikt kan worden door stikstof bindende bacteriën als bouwstof.