Stickstoff ist ein chemisches
Element (Symbol: N). Er ist ein bedeutender Bestandteil im Eiweiß und damit
lebenswichtig für alle Lebewesen. Als Pflanzennährstoff ist
er ebenfalls unentbehrlich.
Stickstoff kommt in der Natur kaum atomar vor, sondern verbindet sich zu molekularem Stickstoff (N2), ein gasförmiger Stoff und Hauptbestandteil der Luft (78 %).
Pflanzen können den Stickstoff aus der Luft aber nicht direkt nutzen.
Dagegen sind einige Bakterien
in der Lage, den molekularen Stickstoff aus der Luft zu binden. Dabei
werden Stickstoffverbindungen gebildet, die löslich sind und so von Höheren Pflanzen
genutzt werden können. Diese Bakterien, sog. Knöllchenbakterien
(Rhizobien), haben sich an den
Wurzeln von Schmetterlingsblütengewächsen
oder Leguminosen (Hülsenfruchtartige, dazu gehören z. B. Erbse,
Bohne, Lupine, die Sojabohne oder verschiedene Kleesorten) angesiedelt.
Sie bilden mit den Wurzeln der Pflanzen eine Symbiose
(Symbiose: Zusammenleben von zwei Organismen zum beiderseitigen
Nutzen). Die Bakterien binden den Luftstickstoff und überführen
ihn in lösliche Stickstoffverbindungen, die die Pflanze als Nährstoff
nutzen kann.
Von den Pflanzen erhalten die Bakterien als "Gegenleistung" Stoffe, die
sie zum Leben benötigen, z. B. Wasser und organische Stoffe. Beim
Absterben der frei lebenden Stickstoff
bindenden Bakterien und beim Unterpflügen der mit ihnen in Symbiose
lebenden Pflanzen bzw. deren Wurzeln, wird der Boden mit Stickstoff angereichert.
Diese Bakterien haben deshalb für den ökologischen Landbau
eine große Bedeutung: Die Knöllchenbakterien der Schmetterlingsblütengewächse
dringen in die
Rindenzellen der Wurzeln ein und veranlassen dort Gewebswucherungen, die
als Wurzelknöllchen bezeichnet werden.
Die Wirtspflanze nutzt dann den aufbereiteten Stickstoff als Nährstoff
und daher ist es Schmetterlingsblütlern möglich, auch auf ungedüngten,
stickstoffarmen Böden zu gedeihen. Deshalb verwendet man Schmetterlingsblütler
zur Gründüngung
auf magerem Boden, indem man die oberirdischen Teile unterpflügt.
So wird der Boden mit Nährstoffen angereichert.
Da Schmetterlingsblütler als Hülsenfruchtartige proteinreiche
Samen bilden, sind sie von hohem wirtschaftlichen Nutzen für den
Menschen, da bei der Ernte hochwertige Nahrungs- und Futtermittel abfallen.
Sie werden daher bevorzugt als Pionierpflanzen für die Kultivierung
von humusarmen Sand- oder Rohböden verwendet. Man geht davon aus
das etwa 200 – 300 kg Luft-Stickstoff je Hektar und pro Jahr mit dieser Symbiose
gebunden werden.
An der Umsetzung des Elements Stickstoff im Naturhaushalt, d. h. am Stickstoffkreislauf, sind viele Bakterien beteiligt:
- Ammoniumoxidierer (Nitritbakterien) wandeln Ammonium in Nitrite um,
- Nitritoxidierer (Nitratbakterien) wandeln Nitrite in Nitrate um und
- denitrifizierende Bakterien wandeln Nitrate in Nitrite um.
Nicht zuletzt sorgen die bereits erwähnten Stickstoff bindenden Bakterien, die frei oder in einer Lebensgemeinschaft (Symbiose) mit Pflanzen leben, für die Umwandlung von Luftstickstoff in Nitrat. Schätzungen zur jährlichen Produktion von Stickstoffverbindungen durch Stickstoff bindende Organismen gehen weltweit von einer Menge von 180 Millionen Tonnen aus, während dagegen die weltweite Stickstoffdüngerproduktion bei schätzungsweise 50 Millionen Tonnen liegt.
Bakterien haben also eine große Bedeutung im Naturhaushalt. Durch
ihre Lebensweise zersetzen sie abgestorbene Pflanzen und Tiere (Destruenten),
bilden nährstoffreichen Humus und helfen u. a. auch mit, die verschmutzten
Abwässer zu reinigen.