Stikstoffixatie

Biologisch

Micro-organismen die stikstof fixeren (diazotrofen)

• Cyanobacteriën, bijvoorbeeld de zeer belangrijke Trichodesmium
• Groene zwavelbacteriën
• Azotobacteraceae
• Rhizobia
• Frankia Gram-positieve bodembacteriën veroorzaken stikstoffixerende knobbels in actinorhizale planten.

Cyanobacteriën komen in de meeste milieus op aarde voor. Zij spelen een sleutelrol in de koolstof- en stikstofcyclus van de biosfeer. Cyanobacteriën gebruiken vele bronnen van gecombineerde stikstof, zoals nitraat, nitriet, ammonium, ureum of sommige aminozuren.

Verscheidene cyanobacteriën zijn ook diazotrofen die stikstof uit de lucht kunnen binden. Dit vermogen kan al aanwezig zijn geweest bij hun laatste gemeenschappelijke voorouder in het Archeen. Cyanobacteriën in koraalriffen kunnen tweemaal zoveel stikstof binden als op het land - ongeveer 1,8 kg stikstof per hectare per dag. De koloniale mariene cyanobacterie Trichodesmium kan op zo'n grote schaal stikstof binden dat zij wereldwijd bijna de helft van de stikstofbinding in mariene systemen voor haar rekening neemt.

Wortelknobbelsymbiose

Peulvruchten

Planten die bijdragen tot stikstoffixatie zijn onder meer de peulvruchtenfamilie - Fabaceae - met taxa als kudzu, klavers, sojabonen, alfalfa, lupine, pinda's en rooibos. Zij hebben symbiotische bacteriën, Rhizobia genaamd, in knobbels in hun wortelstelsels, die stikstofverbindingen produceren die de plant helpen groeien en concurreren met andere planten. Wanneer de plant sterft, komt de gefixeerde stikstof vrij, waardoor deze beschikbaar komt voor andere planten en dit helpt de bodem te bemesten. De meeste peulvruchten hebben deze associatie, maar enkele geslachten (bv. Styphnolobium) niet. In de traditionele landbouwpraktijk worden akkers geroteerd met verschillende soorten gewassen, waaronder meestal één die hoofdzakelijk of geheel uit klaver of boekweit bestaat (niet-leguminosenfamilie Polygonaceae), die vaak "groenbemesters" worden genoemd.

Niet-legumineus

Hoewel de meeste planten die stikstoffixerende wortelknolletjes kunnen vormen tot de vlinderbloemigen behoren, zijn er enkele uitzonderingen:

• Parasponia, een tropisch geslacht uit de Cannabaceae dat ook in staat is tot interactie met rhizobia en de vorming van stikstofbindende knollen

• Actinorhizale planten, zoals els en laurier, kunnen ook stikstoffixerende knollen vormen, dankzij een symbiotische associatie met Frankia-bacteriën. Deze planten behoren tot 25 geslachten in acht plantenfamilies. In deze families kunnen niet alle planten stikstof binden. Van de 122 geslachten in de Rosaceae zijn er bijvoorbeeld slechts 4 die stikstof kunnen binden.

Al deze families behoren tot de ordes Cucurbitales, Fagales en Rosales, die samen met de Fabales een clade vormen. In deze clade waren de Fabales de eerste stam die zich vertakte; het vermogen om stikstof te binden ging dus verloren bij de meeste afstammelingen van de oorspronkelijke stikstofbindende plant.

Biologische stikstoffixatie werd ontdekt door Hermann Hellnegel (1831-1895) en Martinus Beijerinck (1851-1931).

 

Een hele elzenboom wortelknobbel.  


Een doorgesneden wortelknobbel van een elzenboom.  

Niet-biologische

• Bliksem. Stikstofoxide (NO} uit stikstofgas en zuurstofgas door licht en bliksem, zijn belangrijk voor de chemie van de lucht, maar te klein om belangrijk te zijn voor het leven.
• Door het Haber proces. Stikstofgas wordt gecombineerd met waterstofgas tot ammoniak voor kunstmest en explosieven.
• Verbranding.