Het element stikstof (N) is essentieel voor het leven op aarde.

Het is een van de belangrijkste bouwstenen voor organische verbindingen waaronder aminozuren, eiwitten en DNA.

Stikstof komt op vele manieren in ons ecosysteem voor: zowel in de atmosfeer, in de bodem en in de biomassa. In de stikstofkringloop is zichtbaar in welke vormen stikstof zich voordoet in de het ecosysteem en hoe de uitwisseling van stikstof tussen deze bronnen verloopt.

Voor een duidelijk overzicht van de stikstofkringloop verwijzen we naar Binal tabel 93G!

Assimilatie

De assimilatie van stikstof begint bij de producenten. De stof nitraat (NO 3 – ) speelt hierbij een centrale rol. Nitraat wordt door de planten uit de bodem gehaald. Uit dit nitraat kunnen planten weer nieuwe organische stikstofverbindingen maken, zoals aminozuren. Dit produceren van nieuwe moleculen die zijn opgebouwd met onder andere stikstof, wordt assimilatie genoemd. Doordat planten een organische stof kunnen creëren uit een anorganische verbindingen, worden planten producenten genoemd.

Deze planten worden opgegeten en verteerd door consumenten, zoals de mens en andere dierlijke organismen. Zij gebruiken de stikstofverbindingen uit de plant om zelf ook weer nieuwe stikstof bevattende verbindingen te maken. Er worden dus nieuwe organische verbindingen gevormd uit bestaande organische verbindingen. Dit proces wordt voortgezette assimilatie genoemd.

Dissimilatie

Planten en dieren scheiden ook stikstofverbindingen uit. Dit gebeurt bijvoorbeeld door middel van urine en uitwerpselen, maar ook wanneer een organisme sterft. Deze stikstofverbindingen komen vervolgens in de grond terecht, waar bacteriën zoals rottingsbacteriën en urobacteriën de verbindingen verbreken en weer omzetten in een anorganische stof: ammoniak (NH 3 ). Dit proces wordt ammonificatie genoemd. De ammoniak wordt onder andere omgezet naar ammonium (NH 4

• ). Daarnaast kunnen anaerobe deammonificerende bacteriën ammoniak omzetten naar stikstofgas (N 2 ).

Daarnaast kunnen verschillende autotrofe nitrietbacteriën dit ammonium door middel van oxidatie omzetten naar nitriet (NO 2 – ). Dit nitriet wordt door andere nitraatbacteriën vervolgens weer omgezet in nitraat (NO 3 – ). Dit proces heet nitrificatie. Nitraat kan vervolgens weer door de producenten geassimileerd worden waardoor de kring weer gesloten is.

Stikstofgas wordt ook geproduceerd uit nitraat door verschillende anaerobe denitrificerende bacteriën, omdat deze gebruik maken van nitraat als energiebron. Dit omzetten van nitraat naar stikstofgas wordt denitrificatie genoemd. Stikstofgas kan niet direct door plant en dier gebruikt worden als voedingsstof. Wel zijn er gespecialiseerde bacteriën die stikstofgas gebruiken als voedingsstof en het weten te vangen in verbindingen, dit heet stikstoffixatie. Hierbij ontstaat ammoniak (NH 3 ) dat wel door planten kan worden opgenomen. Een voorbeeld hiervan is de knolletjesbacterie. Knolletjesbacteriën hebben een mutualistisch samenlevingsverband met planten op stikstofarme bodems. De bacterie ontvangt glucose, de plant ontvangt anorganisch stikstof in de vorm van NH 3 . Deze anorganische stikstofverbinding wordt door de knolletjesbacteriën gemaakt uit stikstofgas.

Daarnaast kan stikstofgas door bliksem worden omgezet naar stikstofoxide-verbindingen (NO x ), zoals nitraat (NO 3 – ). Door fotochemische stikstoffixatie zorgen de bliksemstralen ervoor dat een deel van de stikstof zich met zuurstof bindt. Planten kunnen vervolgens dit nitraat weer gebruiken als voedingsstof.

Zo werkt de app

• Check onze app

Menselijke invloed op de stikstofkringloop

Stikstofverbindingen zijn essentieel voor planten om te groeien. Om deze reden wordt er veelvuldig gebruik gemaakt van stikstofrijke stoffen in de landbouw, zoals kunstmest. Hoge concentraties stikstof kunnen de cyclus uit balans brengen met problemen als bodemverzuring of eutrofiëring als gevolg.

Daarnaast komen er veel stikstofatomen vrij bij verbranding van fossiele brandstoffen. Wanneer stikstofatomen een verbinding aangaan met zuurstofatomen ontstaan er schadelijke stikstofoxide-verbindingen (NO x ). Deze verbindingen komen in de atmosfeer en stratosfeer terecht en zorgen daar voor onder andere verzuring en vorming van ozon.

Probeer onderstaande opdrachten eens te maken! Kom je er nog niet helemaal uit of heb je verdere vragen? Stel je vraag aan Mr. Chadd, onze slimme coaches helpen je graag verder!

Oefenvragen

1. Welke functie hebben de bacteriën in de wortelknolletjes van de vlinderbloemige plant?
2. Is voor nitrificatie van nitrificerende bacteriën zuurstof nodig? En voor denitrificatie?
3. Tot welke stof breken mensen en dieren ammoniak, dat vrijkomt bij de afbraak van aminozuren, af?

Antwoorden

1. Het binden van stikstofgas (N 2 ).
2. Voor nitrificatie is zuurstof nodig (kijk maar naar de molecuulformules van nitriet (NO 3 ) en nitraat (NO 3 – ). Voor denitrificatie is geen zuurstof nodig, dit wordt uitgevoerd door anaerobe bacteriën.
3. Ureum of urinezuur.

Leerlingen die hier vragen over hebben, keken ook naar:

Autotroof en heterotroof

De koolstofkringloop

Ecosystemen