Kvælstof

Læs om kvælstof´s kredsløb, om nitrifikation, denitrifikation og nitrogenfiksering.

Kvælstofs kredsløb.
Kvælstof
Her kan du læse om grundstoffet kvælstof - eller nitrogen som det også hedder. Kvælstof er et vigtigt næringsstof for planter og dyr.
 
Klik på det, du vil læse om:

Lidt om kvælstof

Hvad er kvælstof
Kvælstof er et grundstof, der på latin kaldes nitrogen. Det findes som frit kvælstof (N2) i luften - og fylder 78 % af vores atmosfærde. Derfor er det også underligt, at planter og dyr skal kæmpe sådan for at få fat på det. Læs mere om hvordan planterne gør det her.
 
anemoner_0.png
Anemoner holder på kvælstof i skovbunden. Se nedenfor.
Foto: Malene Bendix.
 

Kvælstof er vigtig gødning

Næring
Kvælstof (nitrogen) er det man kalder et makronæringsstof. Det betyder at grundstoffet indgår i relativt store mængder i opbygningen af organisk stof. Planter skal optage relativt meget kvælstof for at vokse optimalt. Derfor kalder man kvælstof for et vækstregulerende næringsstof. Hvis der ikke er nok kvælstof i jorden, vil en plante ikke blive så stor, som den har mulighed for.
 
Lidt men godt
Kvælstoffet udgør kun nogle få procent af planters tørstof, men det er som nævnt meget vigtigt i forbindelse med opbygningen af stof i planten - og også i forbindelse med plantens stofskifte og energiomsætning. Kvælstof indgår i mange af de større molekyler som organismer er opbygget af, f.eks. er kvælstof en afgørende vigtig del af alle aminosyrer som i forskellige kombinationer danner alle proteiner. Kvælstof er også en vigtig bestanddel af arvematerialet DNA, RNA og af det energibærende stof ATP.

 

Hvordan optager planterne kvælstof ?

Rødder
Planter, herunder træer, optager kvælstof gennem rødderne. Det kvælstof der bliver optaget er opløst i vand i form af nitrat-ioner (NO3-) eller ammonium-ioner (NH4+).
 
Nitrat-ioner (NO3-) bliver let udvasket fra jorden, mens ammonium-ioner (NH4+) let bliver bundet til de små partikler i jorden (jordkolloiderne). Ammonium-ionerne er ikke bundet fastere end at planternes rødder kan optage dem (ved ionbytning).
 
Anemone_planterne_venter_paa_foraar_2[1]_300p.jpg
Anemone i tidligt forår - rødder og jordstængel.
Foto: Biger Furbo.
 

Kvælstoffiksering

Mest i luften
Den atmosfæriske luft indeholder ca. 4/5 kvælstof, men her findes det som frit kvælstof (N2), som planterne ikke kan udnytte. Det er beregnet, at der over hver hektar (100 x 100 meter) på jorden er ca. 80.000 tons frit kvælstof. Det er imidlertid kun få organismer der kan udnytte det atmosfæriske kvælstof i den proces der kaldes kvælstoffiksering. Dette gælder de såkaldte blågrønalger (cyanobakterier) og - i jorden - især nogle særlige grupper af bakterier (bl.a. slægten Rhizobium).
 
Symbiose mellem plante og bakterie
De kvælstoffikserende bakterier kan leve i symbiose med planter - bl.a. elletræet og bælgplanter som kløver, ært og lupin. Bakterierne påvirker planterødderne, så der dannes nogle rodknolde, hvori de kvælstoffikserende bakterier etablerer sig. I rodknoldene får bakterierne bl.a. energi fra planten i form af glukose fra fotosyntesen, samtidig får de tilført ilt i bundet form.
 
Når de rigtige betingelser herefter er tilstede, er bakterierne ved hjælp af enzymet nitrogenase i stand til at fiksere eller binde luftens kvælstof og omdanne det til organisk bundet kvælstof i form af ammoniak (NH3), som elletræet/bælgplanten derefter kan udnytte. Nitrogenase kræver et iltfrit miljø, da enzymet ellers bliver inaktivt. Rodknoldene er iltfrie indeni.
 
Op til 80% af den kvælstoffiksering der foregår i bælgplanter, bliver afgivet til den omgivende jord i form af bl.a. aminosyrer. Det øvrige økosystem nyder altså godt af denne kvælstoftilførsel fra bælgplanternes rodsystem. Det bruger man bl.a. i landbruget, når man sætter bælgplanter som vinterafgrøder.
 

Ammoniak og ammonium

Luft og salt
Både ammoniak og ammonium er gode kvælstofkilder, som uden energiforbrug kan omdannes til hinanden. Ammoniak er en luftart (= forsvinder let til atmosfæren), mens ammonium indgår i næringssalte som en positiv ion, NH4+ .

 

Kvælstofs kredsløb

Undersøg selv
Nedenfor kan du se en tegning af kvælstofs kredsløb. Kig på den - og læs om processerne nedenunder tegningen:

Kvælstofs kredsløb.
Tegning: Eva Wulff efter Lise Brunberg Nielsen (1971): Jordbundens Økologi side 85
 
  • Fra luften fikseres frit kvælstof (N2) af bælgplanter og bakterier.
  • Ved nedbrydning af dødt organisk materiale bliver frit kvælstof (N2) og ammonium-ioner (NH4+) frigivet. Nitrificerende bakterier omdanner først ammonium (NH4+) til nitrit (NO2-) og derfra videre til nitrat (NO3-).
  • En del af nitraten (NO3-) bliver optaget af planter, en del bliver udvasket, og en del bliver denitrificeret af bakterier til frit kvælstof (N2).
 

Nitrifikation og nitratreduktion

Kvælstofs kredsløb (med nitrifikation)
På tegningen herunder kan du se, hvordan kvælstof, der er bundet i dødt organisk materiale, bliver mineraliseret til ammonium (NH4+), der derpå bliver nitrificeret til nitrit (NO2-) og nitrat (NO3-), som planten kan optage. Inde i planten reduceres nitrat igen til ammonium (NH4+) og bygges så ind i planten, som f.eks. aminosyrer i et protein. Den sidste proces kaldes nitratreduktion. 

 

Kvælstofs kredsløb - hvor kvælstof bundet i dødt organisk materiale mineraliseres og nitrificeres til nitrat (NO3-), der optages i planter og via nitratreduktion bygges ind i plantens proteiner. Tegning: Eva Wullf efter Kåre Fog (1997): Økologi – en grundbog side 138
 

Anemonerne holder på kvælstof om foråret

Kvælstofbinding
I bøgeskoven skal anemonerne udnytte lyset, når solen i april for alvor er kommet højt på himlen. Det skal ske inden bøgetræerne springer ud og dækker skovbunden med skygge. (Bøg er et skyggetræ. Dets blade danner en tæt mosaik, der kun lader 1 – 3 procent af lyset trænge ned til skovbunden). 

På og i skovbunden er ophobet gamle bøgeblade fra de seneste års løvfald. I det tidlige forår med tiltagende varme bliver disse blade nedbrudt af smådyr, bakterier og svampe, og skovbunden tilføres ammonium i store mængder. Ammonium (NH4+) omdannes ved nitrifikation, en bakteriel proces, til nitrat (NO3-) Bøgetræerne er imidlertid endnu ikke i stand til at udnytte det frigjorte nitrat, da de stadig er i vinterdvale. Der er derfor risiko for udvaskning af nitrat til bl.a. grundvandet.

Anemonerne dækker imidlertid skovbunden og er i stand til at optage den frigjorte nitrat. Nogle måneder senere, når anemonerne er visnet ned, kan den del af kvælstoffet, som er bundet i anemonernes blade, blive frigjort til skovbunden – hvilket netop er på et tidspunkt, hvor bøgetræerne er i fuld vækst og i stand til at optage kvælstoffet. Bøgetræerne og anemonerne indgår således i et fælles stofkredsløb – til gensidig fordel.

Bøgetræer og anemoner holder sammen på kvælstof i skoven.
Tegning: Eva Wullf efter Kåre Fog (1997): Økologi – en grundbog side 142
 

Kvælstof, grundvandet og skoven

Grundvand
I landbruget har man gennem mange år gødet med nitrat. Det har mange steder vist sig at et overskud af nitrat bliver vasket ud i vandløb og søer der derved bliver for næringsrige. 
I de senere år er man blevet opmærksom på et andet problem. En del af nitraten bliver vasket ned til grundvandet – og forurener dette.
 
Skoven beskytter grundvandet
Derfor er der i øjeblikket stor opmærksomhed på grundvandet under skovene. I skovene gøder (og sprøjter) man ikke i nær samme grad som i landbruget, så grundvandet under skovene er ikke forurenet som under landbrugsjorden. Mange vandværker forhandler for øjeblikket med skovejere om at få lov til at indvinde vand under skoven. Og flere steder i landet – specielt i nærheden af store byer med stort drikkevandsbehov - planter man skov, for at sikre grundvandet for fremtidige generationer.
 

Hvem, hvad, hvor

Sted:Skov, Åbent land, Sø og å

Kolofon

Forfatter: Malene Bendix og Keld Nørgaard, naturvejleder, fagkonsulent og skolekonsulent.
Tegninger: Eva Wulff.

Kommentarer