N-Fixierung
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Dr. Kerstin Michel atmosphärischer N N-Fixierung N in der Biomasse mineralischer N abiotische N-Fixierung N2 + O2 → 2 NO 2 NO + 3/2 O2 + H2O → 2 HNO3 industrielle N-Fixierung (Haber-Bosch) N2 + 3 H2 ↔ 2 NH3 biologische N-Fixierung N2 + 8 H+ + 8 e- + 16 ATP → 2 NH3 + H2 + 16 ADP + 16 Pi Typen freilebende, anaerobe Bakterien Bacillus polymyxa (textbookofbacteriology.net) Typen freilebende, anaerobe Bakterien Rhizobium-Symbiosen Weißklee + Rhizobium trifolii Typen freilebende, anaerobe Bakterien Rhizobium-Symbiosen Frankia-Symbiose Frankia-Actinorhiza (TU Darmstadt) Typen freilebende, anaerobe Bakterien Rhizobium-Symbiosen Frankia-Symbiose freilebende Cyanobakterien Heterozyste Nostoc sp. (University of Ohio) Typen Azolla filiculoides freilebende, anaerobe Bakterien Rhizobium-Symbiosen Frankia-Symbiose freilebende Cyanobakterien Cyanobakterien-Symbiosen Flechte (TU Darmstadt) Typen freilebende, anaerobe Bakterien Rhizobium-Symbiosen Frankia-Symbiose freilebende Cyanobakterien Cyanobakterien-Symbiosen Assoziationen Azotobacter vinelandii (John Innes Centre) Einflußstärke N-Fixierung direkt N-Verfügbarkeit Gehalt an Mo (V) indirekt Mineralisierung, Dünger Pflanzenaufnahme Ausgangsgestein Ionenaustauschkapazität Aufbau des Nitrogenase-Enzymkomplexes (Buchanan et al. 2000) Einflußstärke N-Fixierung direkt N-Verfügbarkeit Gehalt an Mo (V) pH-Wert C-Verfügbarkeit indirekt Mineralisierung, Dünger Pflanzenaufnahme Ausgangsgestein Ionenaustauschkapazität Ausgangsgestein, Klima Pflanzen bzw. Mikroorganismen C-Mineralisation Pflanzen bzw. Mikroorganismen atmosphärischer N Deposition mineralischer N N in der Biomasse atmosphärischer N Immobilisierung/ Pflanzenaufnahme mineralischer NO3- N NH4+ Nitrifikation Mineralisierung (Ammonifikation) organischer N (SOM) N in der Biomasse Zersetzung Einflußstärke Ammonifikation direkt Substrat (C/N) indirekt Vegetation Boden (Nährstoffe) ! Substanz C/N-Verhältnis Mikroorganismen 4 - 15 Leguminosen 20 - 30 Weizenstroh 50 - 100 Holz 100 - 400 Huminsäuren 14 - 17 Einflußstärke Nitrifikation direkt indirekt NH4+Verfügbarkeit Ammonifikation O2-Gehalt Temperatur pH-Wert Pflanzenaufnahme Bodenart/-gefüge Bodenfeuchte Klimazone Höhenlage Ausgangsgestein, Klima Pflanzen bzw. Mikroorganismen " atmosphärischer N N in der Biomasse mineralischer N Auswaschung organischer N (SOM) #$ % & ' #$ % ( % ! "# $ %&&% % " atmosphärischer N NH3-Volatilisierung mineralischer N organischer N (SOM) N in der Biomasse " atmosphärischer N Denitrifizierung mineralischer N organischer N (SOM) N in der Biomasse ) "' " ( ( )* %&&+ ) *# N-Verluste durch Nitrifikation und Denitrifikation aus einem Grünlandboden (Müller et al. 2003) ) *# N2O- und N2-Freisetzung in Abhängigkeit von der Wassersättigung (Bareth 2000) ) & Einflußstärke Denitrifikation direkt O2-Gehalt NO3-Verfügbarkeit C-Verfügbarkeit indirekt Bodenart/-gefüge Bodenfeuchte Nitrifikation, NO3-Auswaschung Pflanzen bzw. Mikroorganismen C-Mineralisierung Pflanzen bzw. Mikroorganismen ( + , &- . Pool (global) Atmosphäre Auflagehumus C in organischer Bodensubstanz Lebende Biomasse Ozeane: oberflächennah Ozeane: Tiefsee Sedimentgestein fossiler C C in Gt 720 70 1 600 630 1 060 38 000 7 200 000 5 000 , &- . Pool (global) C in Gt Atmosphäre 720 Auflagehumus 70 aktiv C in organischer Bodensubstanz 1 600 4 110 Gt Lebende Biomasse 630 Ozeane: oberflächennah 1 060 Ozeane: Tiefsee 38 000 inaktiv Sedimentgestein 7 200 000 7 243 000 Gt fossiler C 5 000 , & - ,(-. C-Kreislauf des Bodens Atmosphärischer C (CO2) Assimilation Bodenoberfläche C-Kreislauf des Bodens Atmosphärischer C (CO2) Respiration Aufnahme Bodenoberfläche /0 1 Ökosystem ( / Nettoprimärproduktion [t C ha-1 a-1] tropische Regenwälder 11 temperate Wälder 6 temperate Grasökosysteme 3 borealer Nadelwald 4 Tundra 0.06 Wüsten 0.03 Sümpfe und Marschen 11 C-Kreislauf des Bodens Atmosphärischer C (CO2) Rhizodeposition Eintrag von Residuen organische Bodensubstanz (SOM) Bodenoberfläche labile Fraktion intermediäre Fraktion passive Fraktion & Wälder annuelle Kulturen Dauergrünland ' oberirdisch unterirdisch ca. 50 – 80 % ca. 20 – 50 % ca. 80 % ca. 20 % 30 – 50 % 50 – 70 % # "& Aminosäuren, -zucker Pektin 5% 1% Protein 5% Lignin 15% &+ W achse, Pigmente 1% " Sonstige 3% Cellulose 50% Hemicellulose 20% Durch Pflanzenreste eingetragene C-Formen (Killham 1994) # "& Material &+ " Cellulose Hemicell. Lignin Protein Weidelgras 19 – 26 16 – 23 4–6 12 – 20 Luzerne (Stengel) 13 – 33 8 – 11 4 – 16 15 – 18 Weizenstroh 27 – 29 21 – 26 18 – 24 3 Fichtenholz 42 – 49 24 – 30 25 – 30 0.5 – 1 Hauptkomponenten in pflanzlichen Rückständen in % des Trockengewichtes (Haider 1996, verändert) C-Kreislauf des Bodens Atmosphärischer C (CO2) Bodenoberfläche CO2 in der Bodenluft Abbau/ Mineralisierung organische Bodensubstanz (SOM) aktive Fraktion intermediäre Fraktion passive Fraktion /2 " Zeitlicher Verlauf von Mineralisierung und Humifizierung (Haider 1996) / Initialphase Zerkleinerungsphase Mikrobielle Phase L Of L Ah Oh Aeh Mull Rohhumus Abbaugeschwindigkeit: abhängig von Abbaubarkeit der organischen Substanz Hemmstoffen Lebensbedingungen der Organismen
