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Stickstoffkreislauf – Fixierung, Nitrifikation, Denitrifikation und Eutrophierung

BiologieÖkologie und UmweltAlter 17–18

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Ein Kompartimentmodell des Stickstoffkreislaufs im Boden einer beweideten Wiese: N₂-Fixierung durch Rhizobium in den Wurzelknöllchen der Leguminosen, frei lebende Bakterien, Blitze und Dünger aus dem Haber-Verfahren; Aufnahme, Fressen, Tod und Ausscheidung; Ammonifikation, Nitrifikation (Nitrosomonas, Nitrobacter), Denitrifikation und Auswaschung. Ändern Sie die Bodenbelüftung, setzen Sie den Boden unter Wasser, düngen Sie, säen Sie Leguminosen oder pflügen Sie, und beobachten Sie, wie jeder Speicher und jeder Fluss (kg/ha/Jahr) reagiert; verfolgen Sie ein einzelnes N-Atom durch den Kreislauf und sehen Sie, wie ausgewaschenes Nitrat und Phosphat einen See eutrophieren. Ein Phosphorteil zeigt, wie P aus Gestein in DNA und ATP gelangt und in Sedimenten endet.

Lektion: Stoffkreisläufe: Stickstoff- und Phosphorkreislauf

Was sie zeigt

Luft besteht zu 78 % aus Stickstoff, doch Pflanzen und Tiere können N₂ nicht direkt nutzen. Stickstoff gelangt erst in Lebewesen, nachdem Bakterien, Blitze oder das Haber-Verfahren ihn fixiert haben. Pflanzen nehmen Ammonium- und Nitrat-Ionen auf und bilden daraus Aminosäuren, Proteine und Nukleinsäuren; Tiere erhalten Stickstoff mit der Nahrung, und Destruenten geben ihn als Ammonium an den Boden zurück. Nitrifizierende Bakterien brauchen Sauerstoff, denitrifizierende Bakterien in staunassen Böden geben Stickstoff an die Luft zurück. Überschüssiges Nitrat und Phosphat, das in Seen gelangt, verursacht Algenblüten und Sauerstoffmangel.

So funktioniert es

Drücken Sie Abspielen und verschieben Sie Bodenbelüftung, stellen Sie Staunass, Stickstoffdünger und Leguminosen ein oder drücken Sie Pflügen. Pfeildicken und Flusstabelle zeigen jeden Prozess in kg N/ha pro Jahr. Drücken Sie N-Atom verfolgen und dann Nächster Schritt, um ein Atom zu verfolgen. Wählen Sie unter Diagramm Boden, Lebewesen oder See und stellen Sie Kreislauf auf Phosphor.

Einstellbare Parameter

  • Kreislauf Stickstoff, Phosphor
  • Bodenbelüftung 0–100 %
  • Staunasser Boden Nein, Ja
  • Stickstoffdünger 0–300 kg N/ha/Jahr
  • Leguminosen Nein, Ja (Klee mit dem Gras gesät)

Fragen zum Erkunden

  1. Warum verliert ein dauerhaft staunasser Boden Stickstoff, und welche Bakterien sind dafür verantwortlich?
  2. Warum reichern Leguminosen den Boden mit Stickstoff an, und warum fixieren sie bei starker Düngung weniger?
  3. Wie verändert starke Düngung den See flussabwärts, und warum können die Fische sterben?

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