Biologische Stickstofffixierung in der Landwirtschaft
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Questions and Answers

Was verursacht hohe Konzentrationen von reaktiven Stickstoffformen in der Umwelt?

  • Stickstofffixierung
  • Bodenverdichtung
  • Wasserverschmutzung (correct)
  • Atmosphärischer Transport (correct)

    • Warum ist die biologische Stickstoff-Fixierung für die Landwirtschaft wichtig?

  • Sie sorgt für eine Erhöhung des CO2-Gehalts im Boden.
  • Sie stellt molekularen Stickstoff für pflanzliches Wachstum zur Verfügung. (correct)
  • Sie verwandelt reaktiven Stickstoff in chemisch inerten Stickstoff.
  • Sie produziert am Ende Stickstoffdünger. (correct)

    • Welche der folgenden negativen Effekte sind mit hohen Stickstoffkonzentrationen verbunden?

  • Globale Versauerung (correct)
  • Zunahme der landwirtschaftlichen Erträge
  • Biodiversitätsverlust (correct)
  • Ozonbildung in der Troposphäre

    • Wie viel Energie benötigt man, um molekularen Stickstoff (N2) zu fixieren?

    <p>946 Kilojoule pro Mol</p> Signup and view all the answers

    Was ist ein häufiges Ergebnis von Eutrophierung, die durch Stickstoffüberschuss verursacht wird?

    <p>Algenblüten in Gewässern</p> Signup and view all the answers

    Wie viel Energie kostet die Haber-Bosch-Methode zur Stickstoffproduktion für 1 kg N?

    <p>1.5 bis 2.2 Liter Benzin/Öl</p> Signup and view all the answers

    Welche der folgenden Pflanzen kann Stickstoff aus Stickstoff bindenden Bakterien erhalten?

    <p>Wicke (Vicia)</p> Signup and view all the answers

    Welches Produkt wird in Bezug auf die biologische Stickstofffixierung mit einer Ernte von bis zu 323 kg N ha-1 pro Jahr assoziiert?

    <p>Klee</p> Signup and view all the answers

    Was ist ein potenzieller Vorteil von Gründüngung?

    <p>Gesparte Düngemittel</p> Signup and view all the answers

    Was ist die Hauptnahrungsquelle für Leguminosen bei der Stickstofffixierung?

    <p>Luftstickstoff</p> Signup and view all the answers

    Welcher Faktor beeinflusst die Erträge und das Bodenleben in der Landwirtschaft?

    <p>Einsatz von Gründünger</p> Signup and view all the answers

    Was ist die empfohlene Düngemittelmenge für Winterweizen im Vergleich zur Kontrolle?

    <p>140 kg N/ha</p> Signup and view all the answers

    Wie viel Stickstoff wird in einer vollständigen Düngung für Mais empfohlen?

    <p>45 kg N/ha</p> Signup and view all the answers

    Welche Rolle spielen Rhizobien in der Landwirtschaft?

    <p>Sie fördern die biologische Stickstofffixierung.</p> Signup and view all the answers

    Was ist ein Beispiel für eine Leguminosenart, die mit Rhizobien zusammenarbeitet?

    <p>Trifolium repens</p> Signup and view all the answers

    Was ist der Hauptzweck der biologischen Stickstofffixierung?

    <p>Umwandlung von atmosphärischem Stickstoff in für Pflanzen verfügbarem Stickstoff.</p> Signup and view all the answers

    Welches Element wird typischerweise in der Isotopenökologie zur Analyse von Stickstofffixierung verwendet?

    <p>15N</p> Signup and view all the answers

    Was zeigt das Verhältnis von δ15N in Pflanzen an?

    <p>Die Effizienz der Stickstoffaufnahme aus dem Boden.</p> Signup and view all the answers

    Welches der folgenden Elemente wird nicht durch Rhizobien verbessert?

    <p>Bodenfeuchtigkeit.</p> Signup and view all the answers

    Was erfordert die Landwirtschaft zur Erhöhung der Produktivität?

    <p>Nachhaltigere Anbaumethoden.</p> Signup and view all the answers

    Welches Ziel verfolgt die Forschung zur biologischen Stickstofffixierung?

    <p>Optimierung der Ernteerträge ohne synthetische Düngemittel.</p> Signup and view all the answers

    Was beschreibt der Prozess der Nitrifikation?

    <p>Die bakterielle Oxidation von Ammoniak zu Nitrat.</p> Signup and view all the answers

    Welches Ergebnis hat die Denitrifikation?

    <p>Umwandlung von Nitrat in molekularen Stickstoff.</p> Signup and view all the answers

    Was ist ein Hauptenergieträger für Bakterien während der Denitrifikation?

    <p>Nitrat</p> Signup and view all the answers

    Was geschieht während der aerobischen Nitrifikation?

    <p>Oxidation von NH4+ zu NO2− und NO3−.</p> Signup and view all the answers

    Welche chemische Reaktion ist Teil des Nitrifikationsprozesses?

    <p>2 NH4+ + 3 O2 → 2 NO2− + 2 H2O + 4 H+.</p> Signup and view all the answers

    Welche der folgenden Aussagen trifft auf anaerobe Bedingungen zu?

    <p>Denitrifikation erfordert spezifische Bakterien mit Zugang zu Nitrat.</p> Signup and view all the answers

    Was sind häufige Umweltprobleme, die mit intensiver Landwirtschaft in Verbindung stehen?

    <p>Klimawandel und Ozonabbau.</p> Signup and view all the answers

    Welche Prozessfolge beschreibt die Umwandlung von NH4+ zu N2?

    <p>Denitrifikation.</p> Signup and view all the answers

    Welchen Einfluss haben arbuskuläre Mykorrhiza-Pilze (AMF) auf die N2O-Emissionen?

    <p>Reduzieren den N2O-Ausstoß</p> Signup and view all the answers

    Welche der folgenden Gene sind mit der Denitrifikation verbunden?

    <p>nosZ (Distickstoffoxidreduktase)</p> Signup and view all the answers

    Wie beeinflusst N-Düngung das Wachstum von Gräsern?

    <p>Stimuliert das Wachstum erheblich</p> Signup and view all the answers

    Was sind die Folgen der Abnahme der Biodiversität in landwirtschaftlichen Systemen?

    <p>Erhöhung der Stickstoffverluste</p> Signup and view all the answers

    Was geschieht mit Nitrat im Grundwasser im schweizerischen Mittelland?

    <p>Liegt über den gesetzlichen Anforderungen von 25 mg/l</p> Signup and view all the answers

    Welches sind potenzielle negative Effekte der Eutrophierung?

    <p>Wachstum von Algenblüten</p> Signup and view all the answers

    Was beschreibt die Stickstoffbilanz in landwirtschaftlichen Systemen?

    <p>Die Differenz zwischen Stickstoffzufuhr und -verlusten</p> Signup and view all the answers

    Wie kann die Auswaschung von Nährstoffen aus dem Boden verringert werden?

    <p>Durch Anwendung von Schleppschlauchsystemen</p> Signup and view all the answers

    Was wird durch die Hülsenfrüchte im Dünengrasland aufgenommen?

    <p>Atmosphärischer Stickstoff</p> Signup and view all the answers

    Welches Isotop hat ein Atomgewicht von 15?

    <p>15N</p> Signup and view all the answers

    Was beschreibt das Verhältnis 14N/15N in der Natur?

    <p>Es ist 0,003663.</p> Signup and view all the answers

    Was bedeutet δ15N in der Formulierungen δ15N (‰ ) = ((RProbe/RStandard) -1)?

    <p>Es ist die Abweichung in Teilen pro tausend.</p> Signup and view all the answers

    Welche Form von Stickstoff wird bei der N2-Fixierung nicht signifikant fraktioniert?

    <p>N2</p> Signup and view all the answers

    Welcher Index wird zur Bestimmung der Artenvielfalt verwendet?

    <p>Shannon Diversitätsindex</p> Signup and view all the answers

    Was beschreibt die Biomasse im Bezug auf Leguminosen und Kräuter?

    <p>Leguminosen und Kräuter liefern unterschiedliche Biomassewerte.</p> Signup and view all the answers

    Welche der folgenden Pflanzenarten ist eine Hülsenfrucht?

    <p>Lotus corniculatus</p> Signup and view all the answers

    Was misst die Stickstoffkonzentration in einem Boden?

    <p>Stickstoffgehalt</p> Signup and view all the answers

    Welche Methode wird nicht zur Bearbeitung des Bodens verwendet?

    <p>Spritztechnik</p> Signup and view all the answers

    Was bedeutet Fraktionierung im Kontext von Isotopen?

    <p>Die Vorliebe eines Isotops bei biochemischen Reaktionen.</p> Signup and view all the answers

    Welches Element hat die geringste natürliche Häufigkeit von 15N?

    <p>15N</p> Signup and view all the answers

    Was ist der Hauptvorteil der minimalen Bodenbearbeitung?

    <p>Verbessert die Wasseraufnahme.</p> Signup and view all the answers

    Study Notes

    Stickstoffkreislauf und Ökosysteme (EEE201)

    • Stickstoff (N) in molekularer Form (N₂) ist ein inertes, farbloses, duftloses Gas.
    • Die relative Häufigkeit von 14N beträgt 99,63 %, 15N 0,37 %. 13N und 12,16-24N sind instabil.
    • Die Halbwertszeit von 13N beträgt ca. ~ 10 min, während die Halbwertszeit von 12,16-24N unter ≤7 Sekunden liegt.
    • Wichtige Stickstoffquellen sind die Atmosphäre (3,9 × 10⁶ Gt N, 2,3 %), die Biosphäre (280 Gt N, 0,0002 %) und die Hydrosphäre (2,3 × 10⁴ Gt N, 0,014 %).
    • Die Geosphäre enthält 163,6 × 10⁹ Gt N (97,7 %).
    • Stickstoff ist im Erdkern und -mantel in einer nicht zugänglichen Form gespeichert.
    • Stickstoff ist ein wichtiger Bestandteil von Nukleinsäuren (DNA, RNA), Aminosäuren, Enzymen (u.a. für Photosynthese und Atmung), Proteinen und Chlorophyll.
    • Stickstoff ist essenziell und limitierend für das Pflanzenwachstum.
    • Stickstoff in der Natur kommt in verschiedenen Oxidationsstufen vor (NH3, NH4+, N2, N2O, NO, NO2−, NO3−, HNO3).
    • Der Haber-Bosch-Prozess (Gesamtreaktion: N₂ + 3H₂ → 2NH₃) wurde 1910 von BASF patentiert und verbraucht 1-2% der globalen Energie.
    • Der Haber-Bosch-Prozess erhielt 1918 einen Nobelpreis für Fritz Haber und 1931 für Carl Bosch.
    • Biologische Stickstofffixierung ist ein energieaufwändiger Prozess (N₂ + 8H⁺ + 8e⁻ = 2NH₃ + H₂), der von Bakterien und Cyanobakterien durchgeführt wird.
    • Die Biologische Stickstofffixierung ist für die biologische Landwirtschaft essenziell und sehr wichtig.
    • Pflanzen wie Sojabohnen, Luzerne und Klee erhalten ihren Stickstoff von Bakterien.
    • 1 Kg Stickstoff benötigt 1,5-2,2 Liter Benzin/Öl.
    • Unterschiedliche Bodenarten, unterschiedliche Bewässerungsarten, Anbaumethoden (Pflug, Direktsaat), Zwischenfrüchte haben Einfluss auf den Stickstoffhaushalt.
    • Der Stickstoffkreislauf befindet sich in einem weltweiten Austausch.
    • Nitrifikation ist die bakterielle Oxidation von Ammoniak (NH3) bzw. Ammoniumionen (NH4+) zu Nitrat (NO3−). Dieser Prozess liefert den beteiligten Organismen Energie für Wachstum.
    • Denitrifikation ist die Umwandlung von Nitrat (NO3−) zu molekularem Stickstoff (N2) und Stickoxiden. Dies geschieht durch Bakterien als Energiegewinnung.
    • Höhere Bodenbiodiversität fördert die Nährstoffkreisläufe, aber auch mehr Nährsverluste.
    • Die Nutzung von Gründünger führt zu einer Reduzierung des Düngemittelbedarfs.
    • Die menschliche Tätigkeit hat den Stickstoffkreislauf weltweit verändert.
    • Die Zunahme im Gebrauch von Stickstoffdünger korreliert mit der Weltbevölkerung.
    • Immer mehr Stickstoff wird verwendet für die Nahrungsproduktion, wodurch Probleme wie die Auswaschung von Nitrat in das Grundwasser und die Emission von Lachgas entstehen.

    Wichtige Quellen

    • Atmosphäre
    • Biosphäre
    • Hydrosphäre
    • Geosphäre

    Atmosphärische Zusammensetzung der Troposphäre

    • N₂: 78,08 %
    • O₂: 20,95 %
    • H₂O: 0-4 %
    • Ar: 0,93 %
    • CO₂: 0,036 %

    Isotopenökologie

    • 14N (Atomgewicht): 14
    • 15N (angereicherte Stickstoff-Isotopen): 15
    • Natürliches Verhältnis 14N/15N: 0,003663 oder 0,3663 %
    • Die relative Häufigkeit von Stickstoff-Isotopen auf der Erde variiert leicht.

    N-Kreislauf

    • Der Stickstoffkreislauf ist ein wichtiger Kreislauf im Ökosystem.
    • Die Prozesse des Stickstoffkreislaufs beinhalten die Fixierung, Nitrifikation, Denitrifikation, etc.
    • Der Stickstoffkreislauf wird stark von menschlicher Aktivität beeinflusst.

    Landwirtschaftliche Kulturen

    • Sojabohnen, Luzerne, Klee

    Biologische Stickstofffixierung

    • Eine Vielzahl von Mikroorganismen und Pflanzenarten beteiligen sich an der Fixierung von molekularem Stickstoff in andere Formen für die Nutzung im Pflanzenwachstum.
    • Aktinorrhiza, Gunnera, Cycade sind Beispiele für die biologische Stickstofffixierung.

    Bodennährstoffverluste

    • Auswaschung von Nitrat (NO₃⁻) in Grundwasser.
    • Denitrifikation (Bildung von Stickoxiden, z. B. Lachgas (N₂O) und N₂ . Diese Prozesse können zu Umweltproblemen führen.

    Forschung

    • Das Projekt OSCAR, das einen Einfluss von Gründünger auf die Erträge und das Bodenleben evaluiert.
    • Experimente mit verschiedenen Düngemitteln und Methoden zur Durchführung der Versuche und die Errungenschaften.

    Tierhaltung und Stickstoffbilanz

    • Importierte Futtermittel, Düngemittel und Recyclingprodukte sind Inputs.
    • Tierische und pflanzliche Produkte und Überschuss/Verluste sind Outputs.

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    Dieses Quiz behandelt die Ursachen und Auswirkungen von hohen Konzentrationen reaktiver Stickstoffformen in der Umwelt. Zudem wird die Bedeutung der biologischen Stickstofffixierung für die Landwirtschaft und ihre Auswirkungen auf Erträge und Bodenleben untersucht. Fragen zur Energieaufnahme bei der Stickstofffixierung werden ebenfalls gestellt.

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