Nitrifikaation

Die Nitrifikation ist ein wichtiger Prozess des Stickstoffkreislaufs, bei dem Ammonium-Ionen (NH4+) unter aeroben Bedingungen schrittweise zu Nitrit (NO2-) und weiter zu Nitrat (NO3-) oxidiert werden. Der Prozess erfolgt in zwei aufeinander folgenden Schritten, die typischerweise von unterschiedlichen Mikroorganismen getragen werden: Ammonium-oxidierende Bakterien (AOB) wandeln NH4+ zu NO2- um, während Nitrit-oxidierende Bakterien (NOB) NO2- zu NO3- oxidieren. In einigen Systemen können auch comammox-Organismen wie Nitrospira NH3+ vollständig zu NO3- oxidieren.

Die wichtigsten Enzyme der AOB sind Ammonium-Monooxygenase (AMO) und Hydroxylamin-Oxidoreduktase (HAO). Die Nitritoxidation durch NOB wird durch Nitritoxidoreduktase (NXR) vermittelt. Die Nitrifikation ist eine aerobe, chemoautotrophe Form der Energiegewinnung: Die Mikroorganismen nutzen die Oxidation von reduziertem Stickstoff als Energiequelle und fixieren gleichzeitig Kohlendioxid als Primärkohlenstoffquelle.

Vorkommen und Bedeutung: Nitrifikation tritt in Böden, Sedimenten, Süß- und Salzwasserkörpern sowie in Kläranlagen auf. Die Raten hängen von Sauerstoffgehalt, Temperatur, pH-Wert, Verfügbarkeit von NH4+ und NO2- sowie von der Zusammensetzung der Mikroben-Gemeinschaft ab.

Anwendungen und Auswirkungen: In der Abwasserbehandlung ist die Nitrifikation typischerweise der erste Schritt der biologischen Stickstoffentfernung, oft gefolgt von Denitrifikation. In der Landwirtschaft kann nitrifizierter Nitrat zu Boden- und Grundwasserverschmutzung sowie zur Eutrophierung beitragen; unter bestimmten Bedingungen entstehen auch Treibhausgasemissionen wie N2O.