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.

Gesponsorde koppelingen

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

Gevolgen van de opwarming van de aarde

Gevolgen van de opwarming

Narcissen planten, Narcissen kweken, goedkope Narcissen

In dit artikel vind je uitgebreide informatie over Narcissen kopen, planten en kweken.

Gazon onderhoud.

hier alles om een mooi gazon aan te leggen en te behouden.

De bermudadriehoek, natuurverschijnsel of meer?

Wat is er nu precies aan de hand met alle ophef rondom de Bermudadriehoek.

Noordpoolijs smelt

Uiteenzetting over het onderwerp Noordpoolijs smelt.