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==Stickstoffdünger== | ==Stickstoffdünger== | ||
Stickstoff stellt das bedeutendste Nährelement für Pflanzen dar, denn er ist ein wesentlicher Bestandteil des Rubisco Enzyms, welches für die Photosynthese essentiell ist. Ohne die Photosynthese könnten Pflanzen weder den für Menschen und Tiere lebensnotwendigen Sauerstoff noch Biomasse produzieren, die anderen Lebewesen letztendlich als Nahrung dient. Die Verfügbarkeit von Stickstoff im Boden begrenzt somit die Biomasseproduktion und die landwirtschaftlichen Erträge. Durch die Zugabe von Stickstoffdüngern auf landwirtschaftlich genutzten Flächen wird die Verfügbarkeit von Stickstoff im Boden erhöht und stellt so einen | Stickstoff stellt das bedeutendste Nährelement für Pflanzen dar, denn er ist ein wesentlicher Bestandteil des Rubisco Enzyms, welches für die Photosynthese essentiell ist. Ohne die Photosynthese könnten Pflanzen weder den für Menschen und Tiere lebensnotwendigen Sauerstoff noch Biomasse produzieren, die anderen Lebewesen letztendlich als Nahrung dient. Die Verfügbarkeit von Stickstoff im Boden begrenzt somit die Biomasseproduktion und die landwirtschaftlichen Erträge. Durch die Zugabe von Stickstoffdüngern auf landwirtschaftlich genutzten Flächen wird die Verfügbarkeit von Stickstoff im Boden erhöht und stellt so einen Mindesternteertrag sicher. Ohne Stickstoff gäbe es außerdem keine Mikroorganismen oder höhere Lebensformen, da Stickstoff ein grundlegender Bestandteil der DNA, RNA, Aminosäuren und Proteinen ist.[1] Stickstoff ist in verschiedenen Verbindungen und Mengen in organischen Düngemitteln (z.B. Gülle, Stallmist, Kompost, Ernte-Nebenprodukte) und mineralischen Düngemitteln (z.B. Ammoniumdünger, Nitratdünger, Ammoniumnitratdünger) enthalten. Mineralische Düngemittel haben heute in der intensiven Landwirtschaft eine wichtige Bedeutung und kommen in großen Mengen zum Einsatz. Sie verdrängen früher verwendete Substanzen, wie Mergel, Guano, Asche oder Salpeter. Sie werden meist in fester Form als Granulat, oder auch flüssig als Spritzdünger produziert, um eine einfache Verteilung zu gewährleisten.[2] | ||
Stickstoff ist in verschiedenen Verbindungen und Mengen in organischen Düngemitteln (z.B. Gülle, Stallmist, Kompost, Ernte-Nebenprodukte) und mineralischen Düngemitteln (z.B. Ammoniumdünger, Nitratdünger, Ammoniumnitratdünger) enthalten. Mineralische Düngemittel haben heute in der intensiven Landwirtschaft eine wichtige Bedeutung und kommen in großen Mengen zum Einsatz. Sie verdrängen früher verwendete Substanzen, wie Mergel, Guano, Asche oder Salpeter. Sie werden meist in fester Form als Granulat, oder auch flüssig als Spritzdünger produziert, um eine einfache Verteilung zu gewährleisten.[2] | Stickstoffdünger werden mittlerweile meist nur noch synthetisch hergestellt, da nur noch wenige natürliche Lagerstätten bestehen. Jährlich werden etwa 100 Millionen Tonnen Stickstoff zu Stickstoffdünger verarbeitet. Dies entspricht einer Menge von ca. 400 Millionen t Dünger pro Jahr. Die Basis für die Produktion von Stickstoffdünger stellt das Haber-Bosch-Verfahren dar, bei dem Ammoniak synthetisiert wird. Das Haber-Bosch-Verfahren bindet Stickstoff aus der Luft mithilfe von Wasserstoff (zum Beispiel aus Erdgas) und synthetisiert so Ammoniak als Grundlage von Stickstoffdünger.[2] Die vereinfachte Gleichgewichtsreaktion dieses Grundlagen-Verfahrens zur Herstellung von Kunstdünger lautet[2]<br /> | ||
Stickstoffdünger werden mittlerweile meist nur noch synthetisch hergestellt, da nur noch wenige natürliche Lagerstätten bestehen. Jährlich werden etwa 100 Millionen Tonnen Stickstoff zu Stickstoffdünger verarbeitet. Dies entspricht einer Menge von ca. 400 Millionen | |||
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:<chem>N2 + 3 H2 -> 2 NH3</chem> | :<chem>N2 + 3 H2 -> 2 NH3</chem> | ||
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Nitrat und Nitrit können auf verschiedene Wege in den Boden und in das Grundwasser gelangen. Entweder durch chemische Umwandlungen stickstoffhaltiger Ausgangsstoffe, wie Proteine und Harnstoffe, oder direkt durch das Ausbringen von Düngemitteln. Die Stickstoffverbindungen in Düngemitteln bestehen größtenteils aus Nitrat und Ammonium, denn diese sind pflanzenverfügbar. Das bei der Zersetzung von stickstoffhaltigen Ausgangsstoffen entstehende oder in Düngemitteln vorhandene Ammonium bzw. Ammoniak wird mit Hilfe von Mikroorganismen im Boden zunächst zu Nitrit oxidiert (siehe Gleichung 2 und Gleichung 3). [3] Dies geschieht durch aerobe Oxidation (Nitrifikation) von Ammonium zu Nitrit | Nitrat und Nitrit können auf verschiedene Wege in den Boden und in das Grundwasser gelangen. Entweder durch chemische Umwandlungen stickstoffhaltiger Ausgangsstoffe, wie Proteine und Harnstoffe, oder direkt durch das Ausbringen von Düngemitteln. Die Stickstoffverbindungen in Düngemitteln bestehen größtenteils aus Nitrat und Ammonium, denn diese sind pflanzenverfügbar. Das bei der Zersetzung von stickstoffhaltigen Ausgangsstoffen entstehende oder in Düngemitteln vorhandene Ammonium bzw. Ammoniak wird mit Hilfe von Mikroorganismen im Boden zunächst zu Nitrit oxidiert (siehe Gleichung 2 und Gleichung 3). [3] Dies geschieht durch aerobe Oxidation (Nitrifikation) von Ammonium zu Nitrit | ||
: <chem>2 NH4^+ + 3 O2 -> 2 O2^- + 4 H^+ +2 H2O</chem> | :<chem>2 NH4^+ + 3 O2 -> 2 O2^- + 4 H^+ +2 H2O</chem> | ||
und aerobe Oxidation von Ammoniak zu Nitrit | und aerobe Oxidation von Ammoniak zu Nitrit | ||
: <chem>2 NH3 + 3 O2 -> 2 O2^- + 2 H^+ +2 H2O</chem> | :<chem>2 NH3 + 3 O2 -> 2 O2^- + 2 H^+ +2 H2O</chem> | ||
Unter aeroben Bedingungen (aerobe Oxidation) wird dann Nitrit zu Nitrat oxidiert | Unter aeroben Bedingungen (aerobe Oxidation) wird dann Nitrit zu Nitrat oxidiert | ||
: <chem>2 NO2^- + O2 -> 2 NO3^-</chem> | :<chem>2 NO2^- + O2 -> 2 NO3^-</chem> | ||
Es ist aber auch möglich, dass unter anaeroben Bedingungen (anaerobe Reduktion) Nitrat von Mikroorganismen wieder zu Nitrit reduziert wird (Denitrifikation) | Es ist aber auch möglich, dass unter anaeroben Bedingungen (anaerobe Reduktion) Nitrat von Mikroorganismen wieder zu Nitrit reduziert wird (Denitrifikation) | ||
: <chem>NO3^- + 2 H -> NO2^- + H2O</chem> | :<chem>NO3^- + 2 H -> NO2^- + H2O</chem> | ||
Abbildung 1 zeigt die Vorgänge des Stickstoffkreislaufs im Boden. Der elementare Stickstoff N2 der Atmosphäre kann im Boden über biologische N2-Bindungen zu Ammoniak, Ammonium und Nitrat mineralisiert werden. Diese Verbindungen können weiter über eine Assimilation zu organischen Stickstoff¬verbindungen umgewandelt werden, und dieser Prozess ist durch Mineralisierung umkehrbar. Außerdem kann das Nitrat wieder zu Ammoniak und Ammonium reagieren. Über die Nitrifikation, bei der das Ausgangsprodukt oxidiert wird, können Ammoniak und Ammonium zu Nitrit werden. Das Nitrit reagiert dann entweder wieder zu N2 (Denitrifikation) oder über eine weitere Nitrifikation zu Nitrat. Auch dieses kann über eine Denitrifikation wieder zu N2 werden.[4] | Abbildung 1 zeigt die Vorgänge des Stickstoffkreislaufs im Boden. Der elementare Stickstoff N2 der Atmosphäre kann im Boden über biologische N2-Bindungen zu Ammoniak, Ammonium und Nitrat mineralisiert werden. Diese Verbindungen können weiter über eine Assimilation zu organischen Stickstoff¬verbindungen umgewandelt werden, und dieser Prozess ist durch Mineralisierung umkehrbar. Außerdem kann das Nitrat wieder zu Ammoniak und Ammonium reagieren. Über die Nitrifikation, bei der das Ausgangsprodukt oxidiert wird, können Ammoniak und Ammonium zu Nitrit werden. Das Nitrit reagiert dann entweder wieder zu N2 (Denitrifikation) oder über eine weitere Nitrifikation zu Nitrat. Auch dieses kann über eine Denitrifikation wieder zu N2 werden.[4] | ||
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==Literatur== | ==Literatur== | ||
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