Die Ammonifikation ist ein wichtiger Schritt im Stickstoffkreislauf, einem natürlichen Kreislauf, der die Versorgung der Erde mit diesem essentiellen Element für lebende Organismen zur Verfügung stellt. Es wird von einer Vielzahl von Mikroorganismen durchgeführt, die in Boden und Wasser vorkommen, die Proteine und Aminosäuren in abgestorbenem Pflanzen- und Tiermaterial sowie im Kot abbauen und Ammoniak freisetzen, das normalerweise in Form des Ammoniumions im Boden oder Wasser zurückgehalten wird . Andere Gruppen von Mikroorganismen wandeln dieses dann in Nitrat um, das von Pflanzen aufgenommen werden kann und den Kreislauf aufrechterhält. Ammonifikation ist daher für alle Pflanzen und Tiere auf dem Planeten unerlässlich. In der Landwirtschaft und im Gartenbau stellt die Zugabe von Kompost und Dünger dem Boden eine zusätzliche Stickstoffquelle für die Ammonifikation zur Verfügung.
Der Stickstoffkreislauf
Stickstoff ist für alle Lebensformen essentiell, da er für Aminosäuren, Proteine und DNA benötigt wird; Obwohl es in der Atmosphäre reichlich vorhanden ist, kann es von den meisten Organismen jedoch nicht direkt in seiner elementaren Form aufgenommen werden. Bestimmte Arten von Bodenbakterien sind in der Lage, atmosphärischen Stickstoff einzufangen – ein Prozess, der als Stickstofffixierung bekannt ist – und ihn mit Wasserstoff zu kombinieren, um Ammoniak zu produzieren, das dann von nitrifizierenden Bakterien zu Nitriten und dann zu Nitraten oxidiert wird. Diese Form des Elements kann von Pflanzen aufgenommen und in Aminosäuren umgewandelt werden, die zu Proteinen verbunden sind. Diese Verbindungen werden beim Absterben von Pflanzen oder Tieren, die sie fressen, und durch tierische Abfälle in den Boden zurückgeführt, aber die meisten Organismen können sie nicht aufnehmen und verarbeiten: Sie müssen zuerst in eine geeignete Form abgebaut werden.
Ammonifikation ist der Prozess – durchgeführt von einer Vielzahl von Mikroorganismen – der Proteine, Aminosäuren und andere stickstoffhaltige Verbindungen in toten und organischen Abfallstoffen abbaut, um Ammoniak zu bilden. Proteine werden zunächst von Bakterien mit Hilfe von Enzymen, den sogenannten Proteasen, in Aminosäuren gespalten, bei denen es sich um Verbindungen mit einer Amingruppe (NH2) handelt. Die Aminosäuren und andere Verbindungen mit Amingruppen, wie Nukleinsäuren und Harnstoff, werden dann durch Mikroorganismen, die als ammonisierende Bakterien bekannt sind, abgebaut, wobei Ammoniak (NH3) freigesetzt wird. Dieses löst sich in Wasser auf und bildet normalerweise Ammonium-(NH4+)-Ionen, indem es sich mit Wasserstoff-(H+)-Ionen verbindet, die in den meisten Böden reichlich vorhanden sind. Dieses Ammonium wird von nitrifizierenden Bakterien zu Nitriten und Nitraten oxidiert, ebenso wie Stickstoff, der aus der Atmosphäre „fixiert“ wurde.
Stickstoffverlust aus dem Boden
Obwohl Stickstoff unter idealen Umständen im Boden recycelt wird, kann er manchmal verloren gehen. Das bei der Ammonifikation freigesetzte Ammoniak wird in der Regel in NH4+ umgewandelt, das tendenziell im Boden verbleibt und dort wie oben beschrieben wieder umgewälzt wird. In alkalischen Böden sind H+-Ionen jedoch nicht verfügbar, und Ammoniak, das ein Gas ist, kann entweichen, was zu einem Stickstoffverlust führt. Ein häufigerer Grund für Stickstoffverlust ist das Auswaschen von Nitraten, die sehr gut löslich sind, durch Wasser. Wenn einer dieser Prozesse schneller abläuft als die Fixierung, kann es zu einem Gesamtverlust des Elements kommen, was zu einem schlechten Pflanzenwachstum führt.
Verlorenen Stickstoff ersetzen
Auf landwirtschaftlichen Flächen und in Gärten gibt es hauptsächlich zwei Möglichkeiten, verlorenen Stickstoff zu ersetzen. Nitratdünger liefern das Element in einer löslichen, direkt verwendbaren Form und werden üblicherweise in landwirtschaftlichen Betrieben eingesetzt. Zerfallende organische Stoffe wie Kompost und Mist liefern das Element durch Ammonisierung von Stickstoffverbindungen durch Mikroorganismen. Düngemittel können schnellere Ergebnisse bringen, aber Nitrate können manchmal weggespült werden, bevor sie von Pflanzen aufgenommen werden. Kompost und Mist haben den Vorteil, dass verwertbarer Stickstoff langsamer freigesetzt wird, aber das Ausbringen von Mist auf landwirtschaftlichen Flächen kann zu Geruchsproblemen für die Anwohner führen.
Probleme aufgrund von Stickstoffüberschuss
Landwirtschaftliche Praktiken können dazu führen, dass übermäßige Mengen an verfügbarem Stickstoff in die Umwelt gelangen. Nitrate, die von landwirtschaftlichen Flächen in Bäche und Seen gespült werden, können beispielsweise zu einem übermäßigen Wachstum von Algen und anderen Mikroorganismen führen, ein Phänomen, das als Eutrophierung bekannt ist. Gelangen diese Verbindungen ins Trinkwasser, können sie gesundheitliche Probleme verursachen. Diese Probleme sind in der Regel auf den übermäßigen Einsatz von Nitratdüngern zurückzuführen, können aber auch durch die Ammonifikation und anschließende Nitrifikation von Mist entstehen. Die Verwendung übermäßiger Mengen an organischen Abfällen wie Mist kann auch zu einer Ansammlung von Ammoniak führen, die für Pflanzen giftig ist, wenn die Ammonisierung mehr dieser Verbindung produziert, als nitrifizierende Bakterien bewältigen können.