Nährstoffkreislauf

Der Nährstoffkreislauf ist in der Ökologie eine periodische Bewegung und der Austausch von organischer und anorganischer Materie. In einem recht komplexen mehrstufigen Prozess bauen verschiedene Organismen nacheinander zum Beispiel abgestorbene Blätter oder Äste ab und verwandeln sie in anorganische Verbindungen, die für die Wiederaufnahme/Verwendung durch Pflanzen geeignet sind.

Der Nährstoffkreislauf hat nicht nur ökologische und/oder ökonomische Folgen, sondern auch politische. In der am 12. Dezember 1991 verabschiedeten Richtlinie 91/676/EWG hat sich die Europäische Union darauf geeinigt, dass Grundwasser vor zu hoher Nitratbelastung zu schützen.

Der Prozess

Im Laufe der Zeit sammeln sich Blätter, Zweige, Früchte, Tierkadaver und andere organische Verbindungen am Boden. Die entstehende Schicht schützt den Boden vor Sonneneinstrahlung und Erosion. Bodenlebewesen, Bakterien und Pilze bauen das organische Material zu einfacheren Verbindungen ab und durch das allmähliche Verrotten entsteht der gute und nährstoffreiche Waldboden. Alle diese mikrobiellen Prozesse können auch durch die Beweidung von größeren Tieren reguliert werde, die sich von diesen Mikroben ernähren. Wichtige Stoffkreisläufe, die zum Nährstoffkreislauf beitragen, sind vor allem der Kohlenstoffkreislauf, Stickstoffkreislauf und Phosphorkreislauf. Wichtig für die Pflanzen ist vor allen Dingen der Stickstoff, da er zum einen als Ammonium-Stickstoff, sofort von den Pflanzen aufgenommen werden kann und zusätzlich als organisch gebundener Stickstoff, auch erst von den Bodenlebewesen verarbeitet werden muss, bevor er von den Pflanzen aufgenommen werden kann.

Kurzgeschlossener Kreislauf und gebrochener Kreislauf

Ein kurzgeschlossener Nährstoffkreislauf beschreibt den Vorgang, dass Nährstoffe zu einem Großteil in der lebenden Biomasse und nicht im Boden gespeichert sind. Tote Biomasse wird sofort zersetzt und zu 80 Prozent wieder aufgenommen. Die restlichen 20 Prozent gehen dem Ökosystem verloren.

Bei einem gebrochen Nährstoffkreislauf wird die abgestorbene Biomasse deutlich langsamer abgebaut, als in einem kurzgeschlossenen Kreislauf wie zum Beispiel im Regenwald. Aus diesem Grund kann sich eine Humusschicht bilden, Nährstoffe speichern sich im Boden ab.

Nährstoffkreisläufe finden nicht nur am Waldboden sondern auch im Wasser und der Landwirtschaft statt.

Nährstoffkreislauf im Regenwald

Die Böden des Regenwalds sind eigentlich sehr nährstoffarm und ist hauptsächlich eine eisen- und aluminiumhaltige Erde, die wurzelfeindlich ist. Dieser Klimaboden behält an seiner Oberfläche seine eingeschränkt fruchtbare, ausbalancierte Struktur nur so lange, wie er dauerfeucht ist – zum Beispiel im ständig beschatteten Urwaldboden. Trocknet er nach Abholzung des Waldes oder Brandrodung durch, dann bleiben nur harte, kräftig rotbraune Latsole (von lat. later und solum) oder auch Oxisole (oxydierte, also verbrauchte Böden) oder Rotlehme genannte Böden übrig. Die Wurzeln der Bäume im Regenwald wachsen und liegen sehr flach. Der Wald wächst tatsächlich nur auf und kaum aus dem Boden. Für die trotzdem artenreiche Fülle an Pflanzen- und Tierarten ist das eigene Ökosystem zuständig, dass sich im Regenwald bildet. Durch das feuchte und warme Klima wachsen die Pflanzen der tropischen Regenwälder im ganzen Jahr. Dadurch fallen auch ständig Blätter, Äste und andere Pflanzenteile hinab. Die Biomasse verwittert aufgrund des tropischen Klimas sehr schnell. Durch die hohe Feuchtigkeit und Wärme findet nämlich bis etwa zehn Zentimetern Bodentiefe eine außerordentlich schnelle Remineralisation des Laubes und anderer organischer Abfälle wie Kot und Tierleichen statt. Durch die flache wachsenden Wurzeln kommen sie mit dem Pilz Mykorrhiza in Kontakt, die viel besser Wasser und Mineralstoffe aus dem Boden lösen als Pflanzen. Sie liefern den Pflanzen die wichtigen Nährsalze und Wasser – und erhalten im Gegenzug Stoffe, die bei der Photosynthese der Pflanzen entstanden sind. Der Nährstoffkreislauf im Regenwald muss die etwa 20 Prozent verloren gehenden Nährstoffe ausgleichen.

Wichtige Stickstoffverbindungen

• Ammoniak und Ammonium
• Distickstoffmonoxid
• molekularer Stickstoff
• Nitrat

Pflanzen nehmen Stickstoff vor allem in mineralischer Form auf, also als Ammonium oder vor allem als Nitrat und damit in wasserlöslicher Form. Stickstoff-Mineraldünger enthalten entweder Nitrate, Ammoniak oder Ammonium, oder Harnstoff. Da Harnstoff innerhalb von Tagen zu Ammonium vergoren wird, können Pflanzen den Stickstoff des Mineraldüngers leicht aufnehmen. Pflanzen wiederum dienen als Nahrung für Tiere. Diese enthalten den meisten Stickstoff in ihren Proteinen, die von Tieren verdaut und verstoffwechselt werden. Ein Teil des aufgenommenen Stickstoffs wird von Tieren als Harnstoff oder Harnsäure wieder ausgeschieden. Diese werden im Boden zu Ammonium umgesetzt; dabei kann sich Ammoniak in die Luft verflüchtigen. Ein anderer Teil des Stickstoffs findet sich in tierischen Produkten wie Fleisch oder Milch wieder. Bei der Nitrifikation (bakterielle Oxidation von Ammonium zu Nitrat) werden Distickstoffmonoxid und molekularer Stickstoff als Nebenprodukte freigesetzt. Sie werden teils ausgeschwemmt, teils in die Luft abgegeben. Durch Stickstofffixierung des molekularen Stickstoffs der Luft, beispielsweise mit Hilfe von Leguminosen, gelangt Stickstoff aus der Luft wieder zurück in den Boden.

Nährstoffkreislauf und Tiere

Für die Erhaltung der biologischen Vielfalt und der Nahrungskette sind vor allem die Insekten essentiell, da diese zur Struktur, Fruchtbarkeit und räumlichen Dynamik des Bodens beitragen. Vor allem in Agrarökosystemen sind Insekten für die Erhaltung des Nährstoffkreislaufs verantwortlich durch ihre verschiedenen Funktionen, wie Bestäubung, Nährstoff- und Energiekreislauf, Schädlingsbekämpfung, Samenverteilung und Zersetzung von organischer Substanz, Kot und Aas. Mithilfe von Insekten durch ihre Nützlichkeit im Bezug zum Nährstoffkreislauf versucht man im landwirtschaftlichen Bereich anhand von Habitatmanagementpraktiken den natürlichen Kreislauf zu rekonstruieren. Trotz dem wenigen Wissen über die funktionellen Rollen, die Insekten in vielen Ökosystemen spielen, wird vermutet, dass sie wichtiger sind als eingeschätzt. Zudem sind viele Tiere auf ein großes Nahrungsangebot von Insekten angewiesen. Sollte der Nährstoffkreislauf gestört werden, hätte dies Auswirkungen auf die Pflanzen- und Insektenwelt. Im weiteren Verlauf werden aber auch andere Tiere negativ beeinflusst. Der Verlust von Lebensräumen, Umweltverschmutzung, schädliche landwirtschaftliche Methoden und das Aussterben abhängiger Arten tragen auf unterschiedliche Weise zum Rückgang der Insektenpopulation und zum Aussterben von Insekten bei.

Andere Lexika

• Nährstoffkreislauf bei Wikipedia (Erste Wikipedia-Version)

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