Ongeveer 78% van een droge atmosfeer bestaat uit stikstof. Planten hebben altijd stikstof nodig om te kunnen groeien -- ze zijn ermee omringd, maar ze kunnen er niets mee. Luchtstikstof moet eerst omgezet worden in ammonium voordat ze deze kunnen opnemen. Daar hebben ze bacteriën voor nodig. Rhizobiumbacteriën zijn symbionten die met miljoenen tegelijk in de wortelknolletjes van vlinderbloemigen leven. Ze binden (of fixeren) daar luchtstikstof (distikstof of N2) in ammoniumvorm. Van dat ammonium maken ze aminozuren en eiwitten; het overschot is voor het gewas dat daar hetzelfde mee doet. De plant geeft door middel van fotosynthese aangemaakte koolhydraten (exsudaten) aan de bacteriën en voorziet ze op die manier van energie -- stikstof binden kost nu eenmaal veel energie.
- Op zure grond ontwikkelen de wortelknolletjes zich slecht. Maar voor rode klaver is een hogere pH belangrijker dan voor bijvoorbeeld witte klaver, dus het kan per plant verschillen.
- Alleen als je een wortelknolletje doorsnijdt en het is van binnen roze/rood, bindt het stikstof. Alleen als er onvoldoende opneembare stikstof in de bodem zit, bindt de bacterie stikstof en anders niet. Er kan dus nooit een overschot ontstaan zolang de bodem niet verstoord wordt. Als die situatie echter te lang aanhoudt kan een bacterie verdwijnen. Ook verdwijnen de bacteriën als er geen symbiont voor ze is: als er een jaar of vijf geen vlinderbloemigen van een bepaalde soort hebben gestaan, kan de juiste bacterie verdwenen zijn. De plant zal dan proberen met een andere streng een symbiose aan te gaan, maar dit kan minder stikstof opleveren.
- Als je vlinderbloemigen wilt gebruiken voor de stikstofbinding, is het handig om te weten dat de plant de gebonden stikstof voor een groot deel naar zijn zaden zendt (zaden zijn eiwitrijk). Om profijt te hebben van de gebonden stikstof, moet je de plant dus afknippen/maaien voor of tijdens de bloei.
Vrijlevende stikstofbinders
Er zijn ook vrijlevende bacteriën en archaea die stikstof binden. Deze kunnen uitbundig voorkomen in basische en neutrale bodems, maar niet in zure. De bijdrage van vrijlevende stikstofbinders, zoals Beijerincka, Azosprillum (aeroob) en Clostridium (anaeroob), wordt geschat op 4 kg stikstof per ha per jaar. Van Azotobacter (aeroob) wordt gezegd dat dit gemiddeld 20 kilo per ha is. De aanwezigheid van minerale stikstof uit kunstmest of uit stikstofdepositie zorgt ervoor dat de bacteriën minder goed kunnen werken en afsterven.
Symbiotische en vrijlevende stikstofbinders zijn dus de eerste stap in de stikstofkringloop. De stikstof komt in ammoniumvorm in de bodem terecht.
- Ammonium is opneembaar voor planten, maar als de pH rond de wortels van de plant boven de 5 uitkomt, wordt het ammonium door bacteriën genitrificeerd: het wordt omgezet naar nitraat. Nitrificerende bacteriën krijgen hun energie uit de oxidatie van stikstofverbindingen. Bepaalde soorten, zoals Nitrosomonas, zetten het ammonium om in nitriet. Andere soorten, zoals Nitrobacter, zetten het nitriet daarna om naar nitraat en dan kan het weer opgenomen worden door een plant.
- Planten nemen het ammonium of nitraat op, zodat ze weer kunnen groeien. Het is dan geïmmobiliseerd, zodat het niet meer kan uitspoelen. Met name nitraat spoelt namelijk heel makkelijk uit, wat voor eutrofiëring zorgt.
- Gelukkig zijn er ook denitrificerende bacteriën, die overtollig nitraat om kunnen zetten in het onschadelijke luchtstikstof.
- Als de plant sterft of opgegeten wordt, komt de stikstof via de uitwerpselen (of stoffelijke resten) van het organisme weer in de bodem terecht in ammoniumvorm.
- Minder dan 10% van de natuurlijke stikstofbinding gebeurt bij ontladingen tijdens onweer: bij bliksem komt voldoende energie vrij om het luchtstikstofmolecuul (N2) te breken.
Deze weergave van de stikstofkringloop is sterk vereenvoudigd, want stikstof heeft vele verschijningsvormen. Zo komt er veel ammoniak vrij door de vee-industrie en veel distikstofmonoxide (N2O) door kunstmestgebruik. Deze zorgen respectievelijk voor stikstofdepositie en opwarming van de Aarde.
Meer lezen: Stikstof: essentieel maar lastig – deel 1: de natuurlijke stikstofkringloop