Lokale Stoffkreisläufe im Wald

Damit Pflanzen und Tiere wachsen können, brauchen sie Stoffe wie Kohlenstoff oder Stickstoff. Diese werden von Lebewesen zu Lebewesen weitergegeben. Durch sogenannte Stoffumwandlungen wird dafür gesorgt, dass von beidem immer genug vorhanden ist. Produzenten sind hauptsächlich Pflanzen, die Fotosynthese betreiben und somit anorganischen Stoffe zu organischen Stoffen umwandeln. Konsumenten, wie Tiere und Menschen, nehmen die hergestellten organischen Stoffe über die Nahrung auf und Destruenten, wie Bakterien, Pilze und Mikroorganismen im Boden zersetzen dann wieder die organischen Stoffe in ihre anorganischen Bestandteile und schliessen den Kreislauf.

Kohlenstoffkreislauf

Kohlenstoff befindet sich erstmal in der Luft in Form von Kohlenstoffdioxid (CO₂). Produzenten (Pflanzen) nehmen Kohlenstoffdioxid auf und wandeln es mithilfe der Fotosynthese in Sauerstoff und organische Kohlenstoffe um, wie zum Beispiel Zucker. Konsumenten (Tiere) nehmen den Kohlenstoff über die Nahrung auf und bauen ihn durch die Zellatmung ab und geben zum Teil den Kohlenstoff wieder in Form von Kohlenstoffdioxid über die Atmung ab. Der andere Teil wird im Körper gespeichert. Tote Lebewesen und Pflanzen werden durch Destruenten (Bakterien, Pilze) letztendlich auch wieder zu Kohlenstoffdioxid zersetzt und in die Luft abgegeben. Dadurch schliesst sich der Kreislauf.

Es herrscht ein Gleichgewicht im Kohlenstoffkreislauf. Der Kohlenstoffkreislauf durchläuft über das Jahr verschiedene Phasen.

Biologie; Ökosysteme in unserer Umgebung; 1. Sek / Bez / Real; Lokale Stoffkreisläufe im Wald — Kohlenstoffdioxid (CO₂) aus der Atmosphäre (1.) wird von Pflanzen fixiert (2). Konsumenten (Tiere) nehmen Kohlenstoff über die Nahrung auf (7.), und wandeln ihn in der Zellatmung wieder zu Kohlenstoffdioxid um und atmen ihn entweder aus (8.) oder fixieren ihn im Körper. Wenn Pflanzen (3.) und Tiere (5.) sterben, bauen Destruenten den fixierten Kohlenstoff in den Zellen auch zu Kohlenstoffdioxid um, der in die Atmosphäre freigesetzt wird (6). Organische Verbindungen, die hunderte Millionen Jahre unter Sauerstoffausschluss und viel Druck zu Kohle und anderen fossilen Brennstoffen (4.) umgewandelt wurden, werden seit der Industrialisierung von Menschen verbrannt, um Energie zu gewinnen (9.).

Stickstoffkreislauf

Pflanzen und Tiere benötigen Stickstoff für die Synthese von Proteinen und Nukleinsäuren, in Form von DNA und RNA. Die Atmosphäre besteht zu $78%$ % aus Stickstoff (N₂), kann aber nicht direkt aus der Luft von Pflanzen und Tieren verwendet werden. Stickstoff wird von Pflanzen über die Wurzeln aus dem Boden aufgenommen und über die Nahrungskette weitergereicht, bevor es durch Verwesung und Zersetzung zurück in die Atmosphäre gelangt und sich der Stickstoffkreislauf wieder schliesst.

Konsumenten und Destruenten nehmen über die Nahrung meist mehr Stickstoff auf, als sie brauchen. Überschüssiger Stickstoff wird deshalb in Form von Ammonium (NH₄⁺) oder Harnstoff beziehungsweise Harnsäure ausgeschieden. Bestimmte Bakterien können Harnstoff zu Ammoniak umwandeln. Ammoniak kann entweder im Boden mit Wasser reagieren oder als Gas in die Atmosphäre gelangen. Im Boden lebende nitrifizierende Bakterien oxidieren Ammoniak zu Stickstoffdioxid (NO₂) oder direkt zu Nitrit (NO₂−). Dabei nutzen sie die dabei frei werdende Energie zur Bildung von Nährstoffen. Diese Bakterien sind also chemoautotroph und stellen einen wichtigen Teil des Stickstoffkreislaufs dar, weil sie Stickstoff für die Pflanzen wieder verfügbar machen. Das Gegenstück zu nitrifizierenden Bakterien stellen denitrifizierende Bakterien dar, indem sie Stickstoffverbindungen aus dem Boden binden und als Gas wieder in die Atmosphäre zurückgeben.

Biologie; Ökosysteme in unserer Umgebung; 1. Sek / Bez / Real; Lokale Stoffkreisläufe im Wald — Stickstoff (N₂) aus der Atmosphäre (1.) muss erst umgewandelt werden, damit Pflanzen und Tiere es nutzen können. Stickstoff-fixierende Bakterien (2.) im Boden können den Stickstoff aus dem Boden fixieren und in Ammoniak umwandeln. Konsumenten und Destruenten (3.) scheiden überflüssigen Stickstoff in Form von Ammonium (NH₄⁺) und Harnstoff aus, welcher durch nitrifizierende Bakterien (4.) entweder zu Stickstoffdioxid (NO₂) oder direkt zu Nitrit (NO₂−) umgewandelt wird. Denitrifizierende Bakterien wandeln anschliessend die verschiedenen Formen von Stickstoff wieder zu gasförmigen Stickstoff (5.) um, welcher zurück in die Atmosphäre gelangt.