Vorlesung 8.2 Flashcards
Stickstoff Geschichte
Düngung und Urin von Kamelen
wurden gesammelt zur Produktion von
salt of Ammon
Ammon –> Ammonium
Phlogiston
Hypothetische Substanz, die bei Atmungsprozessen/ Verbrennungsprozessen entsteht
1774
Daniel Rutherford entdeckt noxious air
–> azooic (ohne Leben)
stick = ersticken
N20
entdeckt 1772 von Joseph Priestly
Einfluss N20
untersucht von Humphry Davy 1800
Agrikulturchemie
Albrecht Daniel Thaer
Anfechter Humus Theorie 1811
–> Pflanzen nehmen Humus auf, um Kohlenstoffbedarf zu decken
–> Saussure wiedelegt dies, CO2 aus Luft
Agrikulturchemie
Carl Sprengel
schlussfolgerte, dass lösliche Salze im Humus die wirklichen Pflanzennährstoffe waren
–> Gründer Minimum Gesetz
1828
Justus Liebig Professor mit 21
-zeigt Zusammenhang Ernteertrag und Düngerauftrag
-zeigt Wichtigkeit Mineralische Verbindungen, die der Pflanze durch den Zerfall von organischem Material zur Verfügung gestellt werden
-pupliziert Minimum Gesetz ohne Sprengel
Biosphäre verbindet ?
Hydro, Atmo, und Lithosphäre
N im Ökosystem
- Atmosphäre
- Biosphäre
- Hydrospähre
- Pedosphäre
- Lithosphäre
hauptsächlich :
- 78% N2, wenig N2O (325 ppb)
- OrgN, weniger N2
- N2, NO3^- , weniger orgN, NH4^+
- N2, NO3^- > orgN > NH4^+
- orgN,N
=> alle Sphären durch Stickstioffkreislauf verbunden, jede Sphäre hat unterschiedliche N2-Moleküle, Verbindungen
Globale N2-Pools
meiste N2 kommt in der Atmosphäre vor
–> 80%, nichtreaktiver Stickstoff
Paradigma Theorie (N- Kreislauf Theorie)
A-classical
B- new Paradigm
A- Nadelöhr: Mineralization
B-Nadelöhr: Aufnahme von Niedermolekularem Stcikstoff mittels Transportersysteme, von Pflanzen und Mirkroben
Stickstofffixierung
- freilebend
- symbiontische Fixieret–> 90 % mit Knöllchen(Leguminosen)
E aufwändiger Prozess, benötigt viel ATP aus Zellatmung, bei dem Stickstoffdioxid aus der Atmosphäre zu Ammonium reduziert wird
biologische N2-Fixierung
freilebende N2-Fixierer:
Beispiel?
Nitrogenase
kalte/ warme Gebiete
Azotobacter pro 1 g N fix. -> 50-100 g Glukose
Clostridium pro 1 g N fix.-> 100-200 g Glukose
O2 empfindlich, T Optimum 20-30°C, keine Aktivität bei 0°C
0,1-2 kgN/haa, 50-70 kgN/haa
–> kalte Gebite viel weniger N Fixierung, aufgrund Nitrogenase aktivität bei 20-30 °C
biologische N2-Fixierung
symbiontishce N2-Fixierer:
Wirte und ihre Diazotrophen:
–> 1. Rhizobiales
4 wichtige Welternährungspflanzen?
Beispiele ?
symbitotische Fixierewr nutzen feste, spezielle Verbindungen alle mit allen geht nicht
4: Sojabohne und Wurzelknöllchen glycine max Erbse pisum sativum Erdnuss arachis hypogaea Ackerbohne vicia faba
- -> Rhizobium, Bradi-, Azo-, Mesorhizobium, Methylobacterium
- nur 10 % näher erfoscht
biologische N2-Fixierung
symbiontishce N2-Fixierer
Wirte und ihre Diazotrophen:
–> 2. Aktinomycetales
Pflanzen?
Beispiele ?
Grauerle, Grünerle, Schwarzerle
Gattung Frankie sp. (ACTINOMYCETEN => KEINE PILZE, sonder Bakterien)
-> symbiose mit Erlen
Erlenwurzel mit Franckia alnus (Knöllchen)
biologische N2-Fixierung
symbiontishce N2-Fixierer:
Wirte und ihre Diazotrophen
–> 3. Cyanobakteria
Pflanzen?
Beispiele?
Gunnera, Flechte Pelziger, Cycas, Lebermoose
Cyanobakterien: Anabeana sp. , Nostoc sp.
biologische N2-Fixierung
Leguminosen- Rhizobien Symbiose
Gleichung symbiontishce N2-Fixierung
N2+ 8 H^+ + 8 e^- + 16 ATP –>/ N2 unter ATP zu Ammonium fixiert
Pflanze liefert 1-2/3 des fixierten Org an Knöllchen
Bakterien liefern N
N org Transportform
Erbse
Soja
–> Pflanzenarttypisch
Erbse: Asparagin
Soja: Allantoin
N Deposition
1880
1990
2050
1880 wenig 1990 schon mehr 2050 sehr viel, zusätlich durch Industrialisierung Harber Bosch Verfahren: hoher Druck/ Temp. benötigt viel Energie zum erzeugen mineralischer Düngung -> CO2 entsteht
N Deposition
N-Kreislauf
N Fixierung durch Blitze
kann N2 in NOx umwandlen
Reaktion von N2 mit O2 zu oxidierten N Verbindungen (in Troposphäre)
N-Deposition
Verfügbarkeit N im Boden
From Fixierung Ammonium an ?
Kationenaustauscher: NH4+ ist Pflanzenverfügbar
Tonmineralien: NH4+ ist wenig / nicht Pflanzenverfügbar
Nitrifiaktion
-autotroph unter aeroben Bedingungen
-heteroptroph unter aeroben Bedingungen
unter aeroben Bedingungen (O2) wird Ammonium zu Nitrat oxidiert (über mehere Zwischenschritte)
Nebenprodukt kann N2O entstehen
unter aeroben Bedinungen (O2) wird organische Substanz oxidiert zu Nitrat mit Nitrit als Zwischenprodukt
Nebeknprodukt kann N2O entstehen
DNRA
dissimilatorische Nitratreduktion zu Ammonium
Ox. org. C-Verbindungen + Red. von N-Verbindungen
Denitrifikation
Gleichung ?
NO3^- –> NO2^- –> NO –> NO2–>N2
unter anaeroben Bedinugnen (kein O2) wird Nitrat zu N2O und N2 reduziert
nitrifikatin
denitrifikation
mit O2, über mehrere Zwischenschritte, N2o evtl. als Nebenprodukt
ohne O2
Bilanzen
220 Terragramm N pro Jahr über N2-Fixierung
(terrestrisch 60 , marin 160)
11 Tg N pro Jahr verlässt das System
Bilanzen heute
Zunahme von reaktiven N-Verbindungen in Bio, Pedo und Hydrosphäre
durch Harber Bosch und Verbrennung-verfahren
(terrestrich 60 + 60 , marin 160 und anthropogen –> 136 Harter bösch, 25 Verbrennung)
Insgesamt 220 + 224
Probleme durch vermehrten Eintrag reaktiven Stickstoffs
- Eutrophierung (Tiere die empfindlich auf N2 sind sterben aus)
- Rückgang Biodiversität/Verdrängung empfindlicher Arten
- Ozonbildung
- erhöhte N2O Emission
- Nitratbelastung im Trinkwasser
Stickstoffkreislauf in verschiedenen terrestrischen Ökosystemen
Auf dem Acker viel mehr N-Fluss als in Wäldern !!
jedoch nicht verallgemeinerbar muss man einzeln betrachten
Atmosphäre N2 O2 CO2 N2O CH4
N2 78% O2 21 % CO2 407 ppm N2O 325 ppb CH4 1789 ppb
Treibhausgase
Global Warming Potential GWP
stetiger Anstieg in Atmosphäre der Treibhausgase
- N2O nur 325 ppb in Atmo, jedoch ein Erwärmungspotenzial, welchse 298 höher ist als das von CO2
GWP:
Index
wichtige Parameter für GWP
- basierend auf Strahlungseigenschaften der Gase, integriert über bestimmten Zeitraum
- Verweildauer in Atmo, Absorptionsverhalten, Molekülgeometrie
