Nitrogensyklusen

Der Nitrogensyklusen beschreibt den natürlichen Kreislauf des Elements Stickstoff durch Luft, Boden, Wasser und Organismen. Er zeigt, wie Stickstoff in biologisch verfügbare Formen überführt, von Organismen genutzt und wieder in die Umwelt freigesetzt wird. Obwohl N2 die größte Komponente der Atmosphäre ist, ist er für viele Organismen nicht direkt nutzbar; durch verschiedene biologische und chemische Prozesse wird er in Formen überführt, die Lebensformen aufnehmen können.

Wesentliche Prozesse des Nitrogensyklusen sind Stickstofffixierung, Nitrifikation, Assimilation, Mineralisation und Denitrifikation. Die Fixierung wandelt N2 in Ammonium (NH4+) um, etwa durch Knöllchenbakterien in Leguminosen oder durch freilebende Bakterien; auch Blitze verursachen eine abiotische Fixierung. In der Nitrifikation oxidieren Bakterien NH4+ zu Nitrit (NO2-) und weiter zu Nitrat (NO3-). Die Assimilation bezeichnet den Einbau von NH4+ oder NO3- durch Pflanzen, die wiederum von Konsumenten aufgenommen werden. Die Mineralisation (Ammonifikation) zerlegt organische Stickstoffverbindungen zu NH4+. Die Denitrifikation reduziert NO3- unter sauerstoffarmen Bedingungen zu N2 oder N2O, das erneut in die Atmosphäre entweicht. In Gewässern kann zusätzlich der Anammox-Prozess NH4+ und NO2- direkt zu N2 umsetzen.

Reservoire des Stickstoffs sind die Atmosphäre als N2, Böden, Gewässer, Organismen sowie Sedimente. Der Nitrogensyklusen ist eng verknüpft mit dem Kohlenstoff- und dem Phosphorkreislauf und beeinflusst Verfügbarkeit, Produktivität, Bodenfruchtbarkeit und Wasserqualität in Ökosystemen.

Menschliche Aktivitäten haben den Nitrogensyklusen stark beeinflusst: Industrielle Stickstofffixierung (Haber-Bosch) erhöht den globalen N-Input erheblich, Düngemittelanwendung steigert die Verfügbarkeit, was zu Eutrophierung, Algenblüten und Sauerstoffmangel führt; N2O wirkt als Treibhausgas und trägt zum Treibhauseffekt bei. Der Nitrogensyklusen ist damit zentral für Umwelt, Landwirtschaft und Klima.