11.04.2021 transkription
05.03.2021 Ökologie

Informationen und Materialien zum Fach Biologie in allen Schulformen und für alle Schulstufen


Stickstoffverbindungen

Die wichtigsten Stickstoffverbindungen sind Ammoniak (NH3), Ammoniumsalze mit dem Ammonium-Ion (NH4+), Nitrite mit dem Nitrit-Ion (NO2-) und Nitrate mit dem Nitrat-Ion (NO3-). Diese Verbindungen können ineinander umgewandelt werden.

Nitrate sind Nährsalze, die Wasser- und Sumpfpflanzen für ein gesundes Wachstum benötigen. Ammoniak und Nitrite sind giftig.

Vom Ammonium-Ion zum Nitrat-Ion: Nitrifikation

Aus dem Ammonium-Ion entsteht Ammoniak und daraus Nitrit und daraus wieder Nitrat durch die sog. nitrifizierenden Bakterien Nitrosomonas und Nitrobacter.

  • Nitrosomonas: 2 NH3 + 3 O2 -> 2 NO2- + 2 H2O + 2 H+ (-272kJ)

  • Nitrobacter: 2 NO2- + O2 -> 2 NO3-

Die Nitrifikation findet in natürlichen Gewässern und in Kläranlagen statt.

Vom Nitrat-Ion zum Stickstoff: Denitrifikation

Aus Nitrat entsteht Nitrit und daraus Stickstoff durch die sog. denitrifizierenden Bakterien und durch Tiere wie Wimpertierchen und Tubificiden. Nitrat und Nitrit dienen dabei bspw. als Spender von Sauerstoffatomen zur Oxidation von Kohlenhydraten, wenn Sauerstoff selber (O2) nicht zur Verfügung steht.

  • Pseudomonas stutzeri: X NO3- + X H+ + C6H12O6 -> 6 CO2 + 6 H20 + X/2 N2

Die Denitrifikation wird in Kläranlagen im Anschluss an die Nitrifikation unter (relativem) Luftausschluss durchgeführt.

Stickstoffverbindungen im Aquarium

Besonders beim Einfahren eines neuen Aquariums hat man mit Stickstoffverbindungen zu kämpfen und zwar v.a. mit dem Nitrit. Beim Aufbau einer gesunden Bakterienflora im Filter und im Boden entsteht durch die Belastung durch die Fütterung anfänglich vornehmlich das Ammonium-Ion, später das Nitrit-Ion und abschließend das Nitrat-Ion. Fische sollten deswegen erst eingesetzt werden, wenn der sog. "Nitritpeak" vorbeigegangen ist.

Stickstoffverbindungen in der Natur

Stickstoffverbindungen gelangen zum einen aus der Atmosphäre und aus Zuflüssen in das Wasser von Standgewässern, außerdem durch die Verarbeitung von atmosphärischem Stickstoff (N2) durch bestimmte Bakterien. Zum anderen werden Stickstoffverbindungen durch Abwassereinleitung, Düngung und Eiweißzersetzung in Standgewässer eingetragen. Als stark belastet gelten Gewässer mit mehr als 4,4 mg*l-1 Nitrat, 0,33 mg*l-1 Nitrit und 0,65 mg*l-1 Ammonium.

Deswegen sind die Konzentration von Stickstoffverbindungen in Quellwasser sehr niedrig. Sie nehmen im Verlauf des Quellabflusses kontinuierlich zu.

Nitratverunreinigungen von fließenden und stehenden Gewässern stammen zu über 50% aus der Verunreinigung von Grundwasser durch Nitrat. Im Zeitraum 2000 - 2002 waren über 50% des Grundwassers mit mehr als 50mg*l-1 belastet (Quelle: Umweltbundesamt).

Die Konzentrationen von Ammonium und Nitrat in einem Standgewässer sind nicht überall gleich. Phytoplankton verbraucht bspw. in der oberflächennahen Schicht das Ammonium. Also ist im Sommer die Ammoniumkonzentration in der oberflächennahen Schicht geringer als in der grundnahen Schicht. Das gilt v.a. für nährstoffreiche Standgewässer.

Aufgaben

  • Messen der Ammonium-, Nitrit- und Nitratkonzentrationen während der ersten 4 Wochen des Einfahrens eines Aquariums, im eingefahrenen Aquarium, in einem unbelasteten und einem belasteten Bach.