Stickstoffkreislauf
Klare Gewässer

Neben Phosphat ist Stickstoff ebenfalls ein bedeutender Nährstoff im Ökosystem Gewässer.

Die Hauptakteure im Stickstoffkreislauf sind Mikroorganismen. Diese wandeln entweder unter aeroben Bedingungen (mit Sauerstoff) oder unter anaeroben (Sauerstofffreien) Bedingungen Stickstoffverbindungen unterschiedlicher Oxidationsstufen ineinander um.

Die wenigsten Organismen können elementaren Stickstoff umwandeln. Aus diesem Grund findet zunächst die Stickstofffixierung statt, in der elementarer Stickstoff zu Ammonium gebunden wird. Dieses Ammonium wird während der Nitrifikation unter aeroben Bedingungen zu Nitrit und weiter zu Nitrat umgewandelt.
Bei der Denitrifikation wird das Nitrat durch meist anaerobe Mikroorganismen zu Nitrit und dieses wiederum zu elementarem Stickstoff oder Distickstoffmonooxid umgewandelt. Der elementare Stickstoff entweicht in die Atmosphäre.

Neben diesen Prozessen können unter anaeroben Verhältnissen auch Prozesse wie die dissimilatorische Nitratreduktion oder die anaerobe Ammonium Oxidation (Anammox) stattfinden.

Während unterschiedlicher Stoffwechselprozesse wird Ammonium von verschiedenen Organismen aufgenommen und in körpereigene Biomasse umgewandelt (Assimilation). Andersherum ist während der Ammonifikation auch die Umwandlung von organisch gebundenen Stickstoffverbindungen zu Ammonium möglich.

Je nach vorherrschenden Wachstumsbedingungen der Mikroorganismen kann sich der Kreislauf in verschiedene Richtungen verschieben und so für einen Überschuss an freiverfügbaren Nährstoffen sorgen. Des Weiteren kann es zu Verschiebungen des pH-Wertes durch die Ablaufenden Prozesse kommen. Diese wiederum begünstigen bei einem hohen pH-Wert beispielsweise die Umwandlung von Ammonium zu Ammoniak, welches fischtoxisch ist.  

Durch die Zufütterung und durch die Ausscheidungen der Fische reichert sich organisches Material sowie Stickstoff-Verbindungen im Gewässer an. Dadurch kann es zu einer Überdüngung des Teiches kommen und vor allem Primärproduzenten wachsen vermehrt.

Durch die Zersetzung der abgestorbenen Algen und Pflanzen wird viel Sauerstoff gezehrt. Dadurch kann die Denitrifikation begünstigt werden und es kommt vermehrt zur Bildung von Nitrit, welches ab einer bestimmten Konzentration toxisch für Fische ist.
Des Weiteren kann es auch zu pH-Wert Veränderungen kommen, welche weitere negative Effekte, wie beispielsweise Rücklösungen bestimmter Stoffe aus dem Sediment begünstigen. Außerdem können nicht alle Organismen mit pH-Wert Schwankungen umgehen.

Reineke, W. & Schlömann, M. (2020) Umweltmikrobiologie. 3. Auflage: Springer Spektrum: 18-32, 78-84, 306-317, 321-342

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