Biologische Stickstofffixierung Wie es funktioniert

Inhaltsverzeichnis

• Stickstoff als Pflanzennährstoff
  • Formen des Stickstoffs
• Der Stickstoffzyklus
  • Stickstoff in den Boden eindringen
  • Stickstoff verlassen den Boden
  • Stickstoff -Immobilisierung
• Wie Bakterien Stickstoff reparieren
• Symbiotische Stickstofffixierung
  • Knotenbildung
• Heterotrophe Stickstofffixierung
• Assoziative Stickstofffixierung
• So verwenden Sie Stickstofffixierkulturen bei der Rotation
• Häufig gestellte Fragen

Stickstoff ist ein wesentlicher Nährstoff, der das Pflanzenwachstum unterstützt, und Stickstofffixierung ist einseitige Pflanzen, die es zum Wachstum erhalten. Stickstofffixierbakterien im Boden nehmen Stickstoffgas (N) und verwandeln es in eine nutzbare Form für Pflanzen. Diese Formen sind in verschiedenen Typen erhältlich, aber die symbiotische Stickstofffixierung ist die häufigste. Dies ist die Beziehung, die Hülsenfrüchte zu Bakterien haben.

Hülsenfrüchte sind ein wichtiger Bestandteil der Pflanzenrotation und des Bodengebäudes. Aufgrund ihrer Beziehung zu stickstofffixierenden Bakterien fügen sie Stickstoff für zukünftige Pflanzen in einer Rotation hinzu. Wenn Sie neugierig auf die Pflanzenrotation sind, sollten Sie unseren Artikel zu diesem Thema lesen!

Dieser Artikel sollte Ihnen eine Vorstellung von Stickstoff als Pflanzennährstoff, Informationen zur Stickstoffdynamik und ein Verständnis der im Boden vorhandenen Stickstofftypen geben. Das Verständnis der biologischen Stickstofffixierung hilft Ihnen, Pflanzen-Mikroben-Wechselwirkungen zu verstehen. Das Verständnis, wie feste Stickstoff funktioniert.

Stickstoff als Pflanzennährstoff

Stickstoff ist ein kritischer Bestandteil des Pflanzenwachstums. Im Allgemeinen benötigen Pflanzen Stickstoff in größter Menge im Vergleich zu anderen Nährstoffen. In Pflanzen wird Stickstoff für Chlorophyll verwendet. Chlorophyll macht Pflanzen grün. Es liegt in photosynthetischen Chloroplasten. Stickstoff ist bei Aminosäuren von entscheidender Bedeutung, die als Bausteine ​​von Proteinen dienen.

Warum sind Aminosäuren für die Pflanzenphysiologie so wichtig?? Nun, sie produzieren Chlorophyll, das direkt zur Photosynthese in Verbindung steht. Wenn ein Stickstofffixiermikroorganismus eine gesunde Beziehung zu einer Pflanze hat, bietet eine von Pflanzen abgeleitete Membran, die Thylakoid-Membran namens. Eine bessere Lichtabsorption führt zu einer besseren Aufnahme von Wasser und Pflanzenernährung.

Formen des Stickstoffs

Es gibt verschiedene Formen von Stickstoff in der Pflanzenwelt. Die beiden von Pflanzen verwendeten Formen sind Nitrat und Ammonium. Nitrat ist eine negativ geladene Stickstoffverbindung, die aus einem Stickstoffatom und drei Sauerstoffatomen besteht. Eine positiv geladene Verbindung mit einem Atom Stickstoff und vier Wasserstoffatomen bilden Ammonium. Wenn Pflanzen die Wahl zwischen Nitrat und Ammonium haben, bevorzugen sie Nitrat. Sie sind jedoch beide akzeptable Formen für Pflanzen in der Stickstoffwirtschaft.

Es gibt einige andere wichtige Formen von Stickstoff, die mit Pflanzen und dem Stickstoffzyklus beteiligt sind. Dinitrogengas macht 78% der Luft um uns herum aus. Es besteht aus zwei Stickstoffatomen, die drei drei zusammengebunden sind. Diese Bindungen sind extrem schwer zu brechen. Eine weitere wichtige gasförmige Stickstoffverbindung ist Ammoniak. Ein Stickstoff und drei Wasserstoffatome bilden Ammoniak. Dieses giftige Gas ist Teil des N -Zyklus und kann sich in bestimmten landwirtschaftlichen Umgebungen ansammeln. Eine letzte wichtige Stickstoffverbindung, die zu berücksichtigen ist, ist gelöster organischer Stickstoff gelöst. Diese kohlenstoffhaltigen Verbindungen sind organische Säuren in Böden.

Der Stickstoffzyklus

Bevor Sie als Ganzes in die Stickstofffixierung eingehen, ist es wichtig, die Grundlagen des N -Zyklus zu verstehen. In diesem Zyklus gibt es mehrere Teile, und wir werden die Grundlagen abdecken, um Ihnen ein Verständnis dafür zu vermitteln, wie sich Stickstoff in diesem Prozess verändert. Die Komponenten des Zyklus umfassen Boden, Atmosphäre und lebende Gewebe. Der einfachste Weg, dieses Thema zu diskutieren, besteht darin, zu untersuchen, wie Stickstoff in den Boden eintritt und verlässt.

Stickstoff in den Boden eindringen

Stickstoff tritt durch Zersetzung organischer Substanz in den Boden ein. Dies kann auftreten, wenn Gärtner Kompost, verfallene Organismen, Zersetzung von Pflanzenmaterial, Dünger und anderen in ihren Gärten hinzufügen. Ein anderer Weg ist die Stickstofffixierung im Boden selbst. Dieses Verfahren beinhaltet spezifische Stickstofffixierbakterien, die Dinitickstoffgas aufnehmen und es in Formulare verwandeln können, die Pflanzen verwenden können. Es gibt drei verschiedene Arten von Stickstofffixierung: Stickstofffixierungs-Symbiose, heterotrophe Fixierung und assoziative Fixierung). Sie alle haben die Fähigkeit, die dreifache Bindung im Dinitrogengas zu brechen und dabei Stickstoff im Boden abzulehnen.

Stickstoff verlassen den Boden

Denitrifikation, Ammoniak -Verflüchtigung und Auslaugung oder Abfluss sind die wichtigsten Möglichkeiten, wie Stickstoff den Boden verlässt. Denitrifikation ist der Prozess, durch den Nitrat im Boden durch anaeroben Bakterien in Gas umgewandelt wird. Niedrige Sauerstoffkonzentrationen erzeugen anaerobe Bedingungen. Für die Denitrifikation sind auch zersetzbare organische Substanz-, Nitrat- und warme Temperaturen erforderlich. Dabei werden Dinitrogengas und Dinitrogenmonoxid als atmosphärischer Stickstoff in die Luft freigesetzt.

Dinitrogenmonoxid (bestehend aus zwei Stickstoff und einem Sauerstoffatom) ist ein Treibhausgas, das in einer viel geringeren Konzentration freigesetzt wird als Dinitrogengas, das kein Treibhausgas ist. Faktoren, die die Menge des freigesetzten Dinitrogenmonoxids beeinflussen, umfassen den pH -Wert des Bodens und die Temperatur.

Eine andere Form des verlorenen Stickstoffs tritt durch seine Verflüchtigung in Ammoniakgas auf. Dies geschieht, wenn die Böden trocken, warm sind und eine kationäre Austauschkapazität haben - die Fähigkeit des Bodens, positiv aufgeladene Ionen zu halten. Das Ergebnis dieser Bedingungen ist die Anwendung von Ammonium auf die Bodenoberfläche.

Ein Beispiel für den Verflüchtigungsprozess kann in Harnstoff gefunden werden. Harnstoff ist eine häufige organische Form des weltweit verwendeten N -Düngers und ein Nebenprodukt von Urin von Menschen oder anderen Tieren. Es kann oft zur Verflüchtigung von Ammoniakgas führen, wenn die Bedingungen richtig sind. Während die Ammoniak verdampft und in die Atmosphäre aufsteigt, fehlt der Boden ohne Stickstoffverbindungen auf Ammoniakbasis, die über den Harnstoff hinzugefügt wurden. Stellen Sie sich vor!

Auslaugen und Abfluss sind zwei andere Möglichkeiten, wie Stickstoff den Boden verlässt, insbesondere wenn es um Anbausysteme geht, die regelmäßige chemische Düngemitteln erhalten. Oft wird Stickstoff nicht im Boden gut beschlagnahmt, insbesondere als Nitrat. Es bewegt sich leicht durch das Bodenprofil und landet schließlich im Grundwasser, das unter der Erde fließt. Der Stickstoff landet dann in Flüssen, Bächen und anderen Wasserkörpern.

Diese Nährstoffverschmutzung führt zu einer Eutrophierung oder einem Aufbau der Nährstoffkonzentration in Feuchtgebieten und Wasserstraßen. So wie stickstoffhaltige Düngemittel das Wachstum der Pflanzen fördern, verursacht ihr Abfluss ein übermäßiges Wachstum von Pflanzen in diesen Bereichen, was zu Grenzen der Sauerstoffmenge führt, die anderen Organismen zur Verfügung steht.

Tote Zonen sind ein weiteres Ergebnis des Abflusses, da sich Algenblüten entwickeln, wobei Sauerstoff aus Wildtieren in Ozeanen entfernen.

Stickstoff -Immobilisierung

Eine weitere wichtige Sache, die mit Stickstoff berücksichtigt werden muss, ist die Immobilisierung oder Stickstoff, die für Pflanzen nicht verfügbar ist, vor allem, weil der Stickstoff in den Geweben frei lebender Bakterien im Boden gefunden wird. Immobilisierung kann mehr auftreten, wenn Kompost- und Änderungsanträge zu viel leicht verfügbarer Kohlenstoff hinzufügen. Kohlenstoff dient als Energie für Mikroorganismen im Boden. Diese Organismen verwenden Stickstoff im Boden für Gewebe und Proteine. Betrachten Sie dies, wenn Sie Stroh- und Holzmulchen in einen Garten geben. Da diese hauptsächlich Kohlenstoff mit wenig Stickstoff sind, können sie zur Immobilisierung führen.

Gärtner müssen mehr N -Dünger- und N -Fixieranlagen in den Garten hinzufügen, um dem Immobilisierungszyklus entgegenzuwirken. Kompost kann auch zu Immobilisierung führen, wenn er nicht das korrekte kombinierte Verhältnis von Stickstoff zu Kohl. Ein Überschuss an Stickstoff in Form von Nitrat ist durch Gerüche gekennzeichnet, die von einem Kompoststapel emittiert werden. Um das Verhältnis wieder auszahlen und eine bessere Ammoniakassimilation zu fördern, um Kohlenstoff hinzuzufügen.

Wie Bakterien Stickstoff reparieren

N Gas wird durch rhizobielle Bakterien in den Boden „fixiert“, aber wie wie? Die dreifachen Bindungen innerhalb des Dinitrogens sind unglaublich stark und machen es schwer zu brechen. Diese Stickstofffixierorganismen verwenden ein Enzym, Stickstoffase, um diese Bindung zu brechen. Das Stickrogenase-Enzym wird in Rhizobialbakterien und in Stickstofffixierung von Cyanobakterien gefunden. Der Stickstoffasekomplex verwandelt das Dinitrogen in Ammoniak, dann verwandeln Reaktionen es in nutzbare Formen für die Ernteanlage.

Menschen haben herausgefunden, wie man diese dreifache Bindung zu Beginn des 20. Jahrhunderts über den Haber Bosch -Prozess brechen kann. Diese industrialisierte Methode zur Aufnahme von atmosphärischem Stickstoffgas und die Umwandlung in nutzbare Formen für Pflanzen linderte den Stamm der Beschaffung von Stickstoffdüngeren. Aus diesem Prozess stammen Düngemittel aus anorganischen Verbindungen und können nicht auf zertifizierten Bio -Farmen verwendet werden.

Symbiotische Stickstofffixierung

Die häufigste Form der Fixierung ist die symbiotische Stickstofffixierung. Dies sind die Beziehung Hülsenfrüchte und Actinorhiza-Pflanzen zu stickstofffixierenden Bakterien im Boden. Kulturen, die N-Fixing-Bakterien unterstützen. Einige andere Arten sind Hülsenfrüchte, enthalten aber einige Bäume und Sträucher.

Die meisten Landpflanzen haben diese Symbiose nicht mit Bakterien. Diese Wirtspflanzen bilden Wurzelknoten, die stickstofffixierende Mikroorganismen enthalten, einschließlich pflanzlicher Wachstumserklärung Rhizobakterien. Symbiotische Beziehungen zugute kommen beide Parteien: Die Rhizobium -Arten erhalten Zucker, während die Pflanze verwendbare Stickstoffverbindungen erhält. Wenn Sie N-Dünger auftragen, bilden sich diese Knötchen nicht, da die Pflanzen nicht die Hilfe von Stickstofffixierbakterien benötigen, um Stickstoff an Pflanzen mitochondrien zu versorgen.

Jede Hülsenfischspezies unterscheidet sich im Niveau der Knoten und Effizienz. Gemeinsame Bohnen wie grüne Bohnen sind nicht so gut wie Getreide Hülsenfrüchte wie Erdnüsse, Cowpeas und Sojabohnen. Streibstoff ist noch besser, Stickstoff zu fördern. Diese Kulturen umfassen Clovers und Alfalfa. Es gibt viele Optionen für solche Pflanzen, die Stickstoff anstellen.

Knotenbildung

Unterschiedliche Pflanzen haben unterschiedlich geformte Knötchen. Der Knotenbildungsprozess ist tatsächlich eine Infektion von N-Fixing-Bakterien. Jährliche Pflanzen haben erbsengröße Knötchen, während Stauden längere Knötchen haben. Aber wie bilden sich diese Knötchen?? Erstens dringen die pflanzenassoziierten Bakterien in den Pflanzenwirt ein. Bakterien, die im Boden leben, betreten die Pflanzenzellen und wohnen innerhalb der Wurzelkortex. Die Bakterien bleiben im intrazellulären Bereich von Pflanzengeweben und bilden schließlich die Knötchen, die Sie sehen.

Ich empfehle Gärtner, in den Garten zu gehen und eine reife Stickstofffixierpflanze hochzuziehen. Sie werden diese Knötchen sehen. Schneiden Sie einen auf, um das Innere zu sehen. Aktive Knötchen erscheinen innen rot rot, da eine Verbindung ähnlich dem Hämoglobin im menschlichen Blut ähnlich ist.

Heterotrophe Stickstofffixierung

Heterotrophe stickstofffixierende Bakterien sind anders als symbiotische. Sie haben keine Beziehung zu Pflanzen, um Kohlenstoff und andere Verbindungen zu erhalten, die sie benötigen. Stattdessen unterstützen sie die Stickstofffixierung passiv, indem sie verfallende Materie im Boden konsumieren.

Diese von Eckford und einem Forscherteam durchgeführte Studie identifizierten mehrere heterotrophe Bakterien in antarktischen Böden mit Kohlenwasserstoffbrennstoffen. Die Studie betont auch, dass in Böden auf der ganzen Welt Stickstofffixierung auftritt.

Diese Bakterien gewinnen Energie, indem sie andere Verbindungen im Boden konsumieren, was sie heterotrophisch macht. Menschen sind heterotrophisch, weil wir Lebensmittel produzieren und konsumieren müssen, um zu überleben. Pflanzen, Algen und andere photosynthetische oder chemosynthetische Organismen sind Autotrophen, weil sie das für das Überleben in sich erforderliche Nahrung produzieren können.

Assoziative Stickstofffixierung

Die assoziative Fixierung ähnelt den anderen Typen in dem Sinne, dass Dinitrogengas in den Boden fixiert wird, jedoch in einer ungezwungenen Beziehung zu Pflanzen. Während die Symbiose Bakterien betrifft, die in Pflanzengeweben leben, bezieht sich Assoziation auf Bakterien innerhalb des Pflanzenmikrobioms. Sie sind frei lebende Bodenbakterien, die nicht auf Pflanzen angewiesen sind, um ihre Arbeit zu erledigen.

In dieser Studie untersuchten Reley und andere die potenziellen Beziehungsbakterien mit Switchgras. Sie fanden heraus, dass das mehrjährige Gras oft nicht auf Stickstoffdünger reagierte. Sie untersuchten den Boden, der die Wurzeln umgab, um die Aktivität von Bakterien zu erkennen. Sie fanden heraus, dass diese Ernte von Bakterien im Boden profitiert, die mit der Anlage in Verbindung stehen, um Stickstoff zu liefern, während sie Kohlenstoff aus der Umgebung erhalten.

So verwenden Sie Stickstofffixierkulturen bei der Rotation

Der beste Weg, Stickstofffixierpflanzen zu verwenden, besteht darin, sie in eine Rotation aufzunehmen. Lebensmittelpflanzen verwenden unterschiedliche Stickstoffmengen. Die meisten sind schwere Stickstofffuttermittel wie Zuckermais, Kürbisse, Kürbis und Paprika. Die meisten Pflanzen im Garten und auf der Farm profitieren von rotierenden Stickstofffixern. Die Stickstofffixierung findet statt, wenn Gärtner stickstofffixierende Pflanzenarten pflanzen, bevor sie schwere Feeder pflanzen. Dies neben jährlichen Pflanzen kann auch für Pflanzenboden von Vorteil sein.

Interpflanzen Hülsenfrüchte mit den anderen Pflanzen können beide Pflanzen zugute kommen. Es ist wichtig zu beachten. Es ist immer noch vorteilhaft, sie zusammen zu pflanzen, aber Hülsenfrüchte Knötchen sind möglicherweise nicht in der Lage, den gesamten Stickstoff an eine andere Ernte wie Paprika oder Tomaten zu versorgen.

Denken Sie bei der Verwendung von Stickstofffixern vor schweren Feeder daran, dass die Pflanzenwurzeln (und über dem Boden) im Garten bleiben sollten. Das Entfernen der Pflanzen wird im Wesentlichen den von Bakterien durchgeführten festen Stickstoff wegnehmen. Daher wird das Häfen und Ablegen oder Abnehmen eines Stickstofffixers am Ende seiner Lebensdauer vorteilhafter sein, als ihn durch die Wurzel nach oben zu ziehen.

Erwägen Sie, Pflanzen zu wählen, die die Fähigkeit haben, mehr Stickstoff festzulegen. Gemeinsame Bohnen bieten weniger angemessene Stickstofffixierung als so etwas wie Sojabohnen oder Erdnüsse. Während stickstofffixierende Getreide wie Sojabohnen normalerweise nicht im Garten verwendet werden, einschließlich Edamame, Fava oder Erdnüsse, könnten dem Boden zugute kommen. Auch einschließlich Getreidekulturen und Pflanzen ohne Stickstofffixierungsgene im Allgemeinen in der Rotation können organische Substanz aufbauen und dem Garten zugute kommen.

Häufig gestellte Fragen

F: Was sind Stickstofffixierpflanzen??

A: Stickstofffixierpflanzen sind diejenigen, die als Wirtsanlage für bestimmte Arten von Bakterien fungieren. Die Wirtspflanze selbst repariert den Stickstoff nicht. Vielmehr stehen die Bakterien in einer symbiotischen Beziehung zu der Pflanzenarten.

F: Welche Bäume reparieren Stickstoff?

A: Es gibt viele Baumarten, die Stickstoff anstellen,. Einige von ihnen sind Herbst Olive, Black Locust, Eastern Redbud und Alder.

F: Welches Gemüse sind Stickstofffixer?

A: Common Beans Affix Stickstoff (obwohl nicht so effektiv wie andere). Gemeinsame Ernteanlagen sind grüne Bohnen, schwarze Bohnen und Pintobohnen. Sowie Erbsen wie Zuckerschnapp- und Schneeerbsen. Wenn Sie den Boden auch angemessene Stickstoffmengen hinzufügen möchten, können bessere Kulturen wie Erdnüsse oder Edamame gute Optionen sein. Edamame ähnelt Getreide Sojabohnen und leistet einen besseren Job als Stickstoff als gemeinsame Bohnen. Die meisten anderen Gemüse wie Tomaten, Pfeffer, Mais, Auberginen und Kürbis sind keine Stickstofffixer.

F: Welche Blumen fixieren Stickstoff?

A: Lupin ist die bemerkenswerteste Blume, die Stickstoff repariert. Hyazinthe Bohnen sind Hülsenfrüchte, die schöne Blumen produzieren. Sie werden häufig als Zierpflanzen verwendet.

F: Welche Pflanzen reparieren am meisten Stickstoff?

A: Mehrjährige Hülsenfrüchte wie Alfalfa und Klee haben das Potenzial, den meisten Stickstoff zu reparieren. Getreide -Hülsenfrüchtepflanzen wie Erdnüsse, Fava -Bohnen, Sojabohnen und Cowpeas leisten jedoch auch einen guten Job, um Stickstoff zu fördern. Gemeinsame Bohnen wie grüne Bohnen und getrocknete Bohnen sind nicht so gut darin, Stickstoff zu reparieren.