Kvælstofkredsløbet

Grundstoffet N (kvælstof) er en del af mange vigtige organiske forbindelser i levende organismer. Uden kvælstof ville der ikke være liv på jorden som vi kender det i dag, de vigtigste organiske molekyler indeholder kvælstof. 78% af vores atmosfære består af frit kvælstof. Kvælstof på formen N₂ er uorganisk og meget vanskeligt at få til at reagere med andre stoffer. Det er derfor – på trods af den store mængde N₂ – kun meget få organismer der er i stand til at få N₂ over på organiske form.

Denne evne besidder nogle blågrønalger, fritlevende kvælstofforbindende bakterier og knoldbakterier som lever sammen med ærteblomstens rødder.

Kvælstofbindingen foregår ved
Luftarten kvælstof omdannes til et organisk stof der indeholder kvælstof, fx aminosyrer.
Disse aminosyrer er af stor betydning for organismerne da de benyttes til opbygning af proteiner.
De kvælstofbindende organismer får selv gavn af de nydannede organiske stoffer, da de kan benytte dem til egen opbygning.

Samarbejde mellem planterne giver begge parter organiske stoffer til opbygning.

Dyrene spiser planterne og på den måde kommer kvælstoffet videre i fødekæden.

Når en organisme dør begynder en forrådnelse og luftarten ammoniak (NH₃, letopløselig) dannes. Noget af ammoniakken (giftig) undviger atmosfæren og noget af det reagerer som base og bliver til ammoniumionen NH₄⁺.

Ammoniumionen kan optages direkte af planterne og omdannes til aminosyrer. (Omdannelse fra uorganisk til organisk igen)

Urinstof kan omdannes af bakterier til ammoniak. (Lugter). Urinstof kan omdannes af mikroorganismerne og der kan frigives nitrationer en mark.

Nitritbakterier kan omdanne ammoniak til nitritioner, NO₂^- hvis der er ilt tilstede.

Nitratbakterier kan omdanne nitritioner til nitrationer, NO₃^- hvis der er ilt tilstede.

De reaktioner der sker ved dannelse af NO₂^- og NO₃^- kaldes nitrifikationsprocessen. Ved hjælp af disse reaktioner opnår bakterierne et energibytte som de bruger til at opbygge organiske kulstofforbindelser ud fra uorganiske kulstofforbindelser (kuldioxid).

Nitrater er letopløselige i vand og nitrationer er vigtige næringssalte for planterne. Planterne optager nitrationer, som de omdanner således at grundstoffet kvælstof bindes i de vigtige organiske molekyler: ATP, Proteiner og i organismens arveanlæg.

Hvis planterne ikke optager nitrationerne kan de sive ned i grundvandet, ud i åer, søer eller havet hvor de kan optages af planterne der lever der.

Hvis der ikke er ammoniumioner eller nitrationer til rådighed for planterne kan de ikke vokse.

Ved elektriske udladninger, lyn i atmosfæren, kan frit kvælstof reagere med ilt og der dannes kvælstofilter. Kvælstofilterne kan igen reagere med regnvand og der fremkommer nitrationer, som planterne så kan optage og udnytte som næringssalte.

Problemstillinger

• Udvaskning af nitrationer
• Fjernelse af afgrøder fra markerne

Løsninger

• Tilføring af urinstof
  • Nedbrydes til plantenæringssalte
• Tilføjelse af andre organiske kvælstofforbindelser (Staldgødning)
  • Nedbrydes til plantenærignssalte
• Tilsåelse af en mark med ærteblomster.
  • Knoldbakterier der lever og samarbejder med ærteblomsterne kan binde frit kvælstof fra atmosfæren.
• Nedpløjning af planterne
  • Tilføjer organiske stoffer til jorden
  • Bakterier nedbryder molekylerne og ammoniak frigives.
  • Der foregår en nitrifikation og ammoniakken omdannes til nitrationer eller nitritioner. (Skal bruge ilt)
• Anvendelse af kunstgødning
  • Indeholder ionerne:
    • Ammonium
    • Nitrat
    • Fosfat
    • Kalium
• Nedfældning af ammoniak på markerne
• Anvendelse af naturgødning
  • Affaldsstoffer fra husdyrene

Gyllespredningen bevirker at der tilføres urinstof til jorden.

Denitrifikation er når nogle nitratspaltende bakterier omdanner nitrationer til frit kvælstof. Der mistet næringssalte som kunne have givet næring til planterne. Denne proces bliver aktiveret af de nitratspaltende bakterier når der ikke er ilt tilstede. Dette giver bakterierne energi til livsprocesser.

Hvis frigivelsen af nitrationer foregår hurtigere end planterne kan optage dem siver nitrationerne med regnvandet ned til grundvandet og forurener.