Stikstofbinding

Stikstofbinding, ook wel stikstoffixatie, is het proces waarbij stikstofgas (N2) uit de atmosfeer wordt omgezet in vormen die biologisch bruikbaar zijn, zoals ammoniak (NH3) en ammonium (NH4+). Omdat N2 een sterke binding heeft, is het voor de meeste organismen niet direct beschikbaar. Stikstoffixatie speelt een cruciale rol in de stikstofkringloop en de beschikbaarheid van stikstof voor planten en micro-organismen.

Biologische stikstoffixatie vindt plaats bij bepaalde micro-organismen, meestal diaotrofen. Vrijlevende bacteriën zoals Azotobacter en sommige cyanobacteriën kunnen N2 fixeren, maar vooral symbiotische relaties leveren stikstof aan planten via wortelknolletjes bij peulvruchten, waarin Rhizobium-achtige bacteriën aanwezig zijn. Het proces wordt mogelijk gemaakt door het enzym nitrogenase, dat N2 omzet in NH3. Nitrogenase vereist veel ATP en is zuurstofgevoelig. In symbiotische nodules houdt leghemoglobine de zuurstofconcentratie laag, zodat nitrogenase kan functioneren; bij sommige cyanobacteriën dienen heterocysten als zuurstofarme plekken.

Naast symbiotische fixatie vindt stikstoffixatie plaats door vrije bacteriën in bodem en water. Cyanobacteriën dragen in rijstvelden en andere ecosystemen lokaal bij aan stikstofvoorziening. Deze vormen leveren doorgaans minder stabiele stikstofoplossingen op dan kunstmatige input, maar dragen bij aan bodemvruchtbaarheid en functie van het stikstofbudget in ecosystemen.

Industrieel wordt stikstof gefixeerd via het Haber-Bosch-proces, waarbij N2 en waterstof onder hoge druk en temperatuur met een katalysator ammoniak vormen. Deze energie-intensieve methode is de belangrijkste bron van kunstmest wereldwijd en heeft een grote invloed op de landbouwproductiviteit, maar ook op het milieu door verhoogde stikstofafvoer en eutrofiëring.

Invloed op ecologie en landbouw: stikstoffixatie is essentieel voor plantengroei, maar overmatige kunstmest kan leiden tot eutrofiëring en verlies van biodiversiteit. Duurzaam beheer combineert natuurlijke stikstoffixatie met efficiënte Meststoffen en gewasrotatie.