Nitrogenkredsløbet
I naturen indgår nitrogen i et kredsløb, hvor grundstoffet (N) veksler mellem at findes i uorganiske forbindelser i luft, jord eller vand og i organiske forbindelser i de levende organismer. Selv om der er store mængder nitrogen i atmosfæren, er mangel på nitrogen alligevel ofte det, der begrænser planternes vækst i naturen.
Fakta
Atmosfærens indhold:
- Nitrogen (N2) 78 %
- Oxygen (O2) 21 %
- Argon (Ar) 0,90 %
- CO2 0,04 %
- Andet Under 1 %
Nitrogen – en væsentlig del af de levende organismer
Nitrogen er uundværlig for alle levende organismer, idet det indgår i de organiske stoffer, som cellerne er opbygget af.
Det er bl.a. en væsentlig bestanddel i proteinerne og i DNA.
Nitrat – et vigtigt plantenæringsstof
De fleste planter optager nitrogen i form af nitrat, NO3-, fra jorden. Nitrat er opløst i vand og optages gennem rødderne.
Det transporteres gennem rødder og stængler til bladene. Her bruges det sammen med det organiske stof, der er dannet ved fotosyntesen, bl.a. ved dannelse af proteiner og DNA.
Vidste du, at ...
bønner og linser er rige på proteiner, fordi de har knoldbakterier på rødderne, som er i stand til at optage nitrogen direkte fra luften? Det øger dannelsen af protein, fordi nitrogen indgår i aminosyrerne, som protein består af.
Nitrogen fra atmosfæren kan udnyttes af bakterier
Nogle bakterier har specialiseret sig i at udnytte luftformigt nitrogen, N2, og indbygge det i organiske forbindelser. Det kaldes nitrogenfiksering.
Bælgplanter som fx ærter og bønner lever i symbiose med sådanne bakterier. Derfor er de i stand til at udnytte N2 fra atmosfæren. Bakterierne findes i særlige knolde på rødderne af bælgplanterne og kaldes derfor også for knoldbakterier.
Organiske stoffer omdannes ved formuldning
Når dyr spiser planter eller dyr, som indeholder organiske stoffer med nitrogen, bliver disse stoffer optaget i dyrene. Når planter eller dyr dør, bliver de nedbrudt af mikroorganismer, som omdanner de organiske stoffer til uorganiske stoffer. Når bladene falder af træerne i en skov om efteråret, ligger de som et tykt lag på skovbunden. De døde plantedele på jorden kaldes førnen. Det er regnorme og andre smådyr i jorden, som sammen med mikroorganismerne sørger for formuldningen, så plantedelene med tiden omdannes til muld. Dermed er der igen frigivet bl.a. nitrogenholdige uorganiske stoffer, som planterne kan optage gennem rødderne.
Ammonium omdannes til nitrat i jorden
Når mikroorganismer nedbryder de nitrogenholdige organiske stoffer, dannes ammoniak, NH3. Ammoniakken reagerer videre med vandet i jorden og danner ammonium, NH4+:
$$ Organisk \ stof \ med \ nitrogen \ + \ O_2 \rightarrow CO_2 \ + \ H_2O \ + \ NH_3 \\[10pt]
NH_3 \ + \ H_2O \rightleftharpoons NH_4^+ \ + \ OH^- $$
I jorden er der imidlertid andre bakterier, som kan bruge NH4+ til at skaffe sig energi. De kaldes nitrificeringsbakterier. Resultatet af nitrificeringsbakteriernes aktivitet er, at der dannes nitrat, NO3-, som planterne kan udnytte. Først omdanner bakterierne ammonium, NH4+, til nitrit, NO2-:
$$ 2NH_4^+ \ + \ 3O_2 \rightarrow 2NO_2^- \ + \ 4 H^+ \ + \ 2H_2O $$
Bagefter omdanner nogle andre bakterier nitrit, NO2-, til nitrat, NO3-, som planterne kan optage:
$$ 2NO_2^- \ + \ O_2 \rightarrow 2NO_{3}^{-} $$
Denitrificering
Hvis der ikke er tilstrækkeligt oxygen i jorden – hvilket kan være tilfældet i meget våd jord eller i jord, som er hårdt trykket sammen – vil nogle bakterier i stedet skaffe sig oxygen fra nitraten i jorden. Det kaldes denitrificering. Resultatet af de denitrificerende bakteriers aktivitet er, at nitrat omdannes til luftformig nitrogen, N2, som frigives til atmosfæren.