Stikstofcyclus

Stikstof is een onderdeel van vitale organische stoffen in microorganismen, zoals aminozuren, eiwitten en DNA. In zijn gasvormige staat (N₂), is stikstof goed voor 78% van de troposfeer. In tegenstelling tot wat u zou denken, betekent dit niet dat er altijd genoeg stikstof voor handen is. Gasvormig kan stikstof niet geabsorbeerd worden en gebruikt worden als een voedingsstof voor planten en dieren. Hiervoor moet het eerst door nitrificerende bacteriën omgezet worden, zodat het de voedselketens als een onderdeel van de stikstofcyclus binnen kan komen. 

Bij de omzetting van stikstof zetten cyaanbacteriën stikstof eerst om in ammoniak en ammonium, tijdens het stikstoffixatieproces. Planten kunnen ammoniak gebruiken als een stikstofbron. 

Stikstoffixatie vindt als volgt plaats:
N₂ + 3 H₂ -> 2 NH₃

Na de ammoniumfixatie, worden de ammoniak en ammonium die gevormd zijn tijdens het nitrificatieproces verder overgedragen. Aërobe bacteriën gebruiken zuurstof om deze stoffen om te zetten. Nitrosomonasbacteriën zetten eerst stikstofgas om in nitriet (NO2-) en daarna zet de nitrobacter bacterie nitriet om in nitraat (NO3-), een voedingsstof voor planten. 

De nitrificatie vindt volgens deze reacties plaats:
2 NH₃ + 3O₂ - > 2 NO₂ + 2 H⁺ + 2 H₂O
2 NO₂^- + O₂ -> 2 NO₃^-

Planten absorberen ammonium en nitraat tijdens het assimilatieproces. Daarna worden deze omgezet in stikstofbevattende organische moleculen, zoals aminozuren en DNA.
Dieren kunnen niet direct nitraten opnemen. Zij ontvangen hun voedingsstoffen door planten of plantenetende dieren te eten. 
Wanneer stikstofvoedingsstoffen door dieren en planten gebruikt zijn, verteren gespecialiseerde bacteriën ammonium. Dit wordt het ammonificatieproces genoemd. Hierbij wordt stikstof weer omgezet in ammoniak en in wateroplosbare ammoniumzouten. Nadat de voedingstoffen zijn omgezet in ammoniak, zetten anaërobische bacteriën het weer om in stikstofgas. Dit proces wordt denitrificatie genoemd. 

Denitrificatie vindt zo plaats:
NO₃^- + CH₂O + H⁺ -> ½ N₂O + CO₂ + 1½ H₂O

Daarna komt het stikstof weer in de atmosfeer en begint het hele proces opnieuw. 

Hieronder staat een schematische voorstelling van de stikstofcyclus:

Stikstof als een beperkende factor

Hoewel de stikstofomzettingsprocessen vaak plaatsvinden en er grote hoeveelheden voedingsstoffen voor planten gevormd worden, is stikstof vaak een beperkende factor wat betreft de plantengroei. Dit wordt veroorzaakt door het water dat door de bodem stroomt. Stikstofvoedingsstoffen zijn in wateroplosbaar en worden daarom makkelijk uitgespoeld, zodat ze niet langer beschikbaar zijn voor planten.

De annamox-reactie

In 1999 werd in de waterzuivering van de Gist-Brocades van Delft een nieuwe reactie ontdekt die aan de stikstofkringloop kan worden toegevoegd, de zogeheten annamox reactie. Deze blijkt zich nu ook in het water van de Zwarte Zee voor te doen. De reactie houdt in de omzetting van nitriet en ammonium naar zuivere stikstof (N₂), die vervolgens weer naar de lucht ontsnapt. Deze omzetting wordt teweeg gebracht door een nieuw ontdekte anaërobe bacterie die men Brocadia anammoxidans wil noemen. De bacterie blijkt gecompartimentaliseerd; binnen het celmembraan liggen twee compartimenten die door aparte membranen worden omgeven, een vrij zeldzaam verschijnsel. Als tussenproducten van de reactie werden hydroxylamine en het giftige hydrazine gevonden. De membranen van de bacteriën bleken uit slecht doordringbare lipiden te bestaan, waarvan wordt gedacht dat ze dienen om hydrazines binnen te houden. De ontdekking heeft nogal grote gevolgen, omdat de hele bijdrage van de oceanen aan de stikstofbalans erdoor verandert.

Bron: NRC Handelsblad, 12-04-2003
 

Zie voor meer informatie over stikstof het periodiek systeem der elementen

Kijk hier voor meer informatie over de invloed van de mens op de stikstofkringloop

Terug naar de hoofdpagina van de stoffenkringlopen

Lees nu een artikel over milieu- en gezondheidseffecten van het mestbeleid