Nitrifikation

Nitrifikation ist der biologische Prozess der Oxidation von Ammonium (NH4+) zu Nitrit (NO2-) und weiter zu Nitrat (NO3-). Sie findet vor allem in aeroben Umgebungen statt, etwa im Boden, in Süß- und Meerwässern sowie in Kläranlagen, und spielt eine zentrale Rolle im Stickstoffkreislauf.

Der Prozess erfolgt in zwei Schritten. Zunächst oxidieren Ammonium-oxidierende Bakterien (AOB) sowie Ammonium-oxidierende Archaeen (AOA) NH4+ zu NO2-. Im zweiten Schritt oxidieren nitritoxidierende Bakterien (NOB) NO2- zu NO3-. In jüngerer Zeit wurde entdeckt, dass einige Nitrospira-Arten als sogenannte Comammox-Bakterien auch die vollständige Umwandlung von NH4+ zu NO3- in einem Organismus durchführen können, was die klassische, zweistufige Sicht ergänzend erweitert.

Nitrifizierende Mikroorganismen sind Chemoautotrophe; sie gewinnen Energie aus der Oxidation anorganischer Verbindungen und verwenden CO2 als Kohlenstoffquelle. Der Prozess ist aerober, wächst relativ langsam und ist empfindlich gegenüber Umweltbedingungen. Oberflächen-pH-Werte nahe neutral, ausreichender Sauerstoffgehalt und moderate Temperaturen begünstigen die nitrifizierende Aktivität; extreme Temperaturen, starke Absenkung des pH-Werts oder Sauerstoffmangel hemmen sie. Hohe Nitritkonzentrationen können ebenfalls hemmend wirken.

Bedeutung und Anwendungen: Nitrifikation ist ein zentraler Schritt im Stickstoffzyklus, der Bodenfruchtbarkeit beeinflusst und Nitrat als lösliches Pflanzennitrat bereitstellt. In der Abwassertechnik wird sie genutzt, um Ammonium zu Nitrat zu oxidieren, während Nitrit-Emissionen (N2O) als Nebenprodukt Treibhausgasemissionen beitragen können. Landwirtschaftliche Bewirtschaftung setzt häufig Inhibitoren ein, um die Nitratbildung und damit Leaching zu steuern.