§8.3 Stikstofkringloop

• newEditor
• Biologie
• Middelbare school
• havo

Introductie

Hoe gaat stikstof rond in een ecosysteem? Leerlingen volgen stikstof van bodem naar plant, consument en reducent en terug, leren de vier processen (assimilatie, ammonificatie, nitrificatie, fixatie) en zien hoe groenbemesting en overbemesting de kringloop beïnvloeden. Instructie van ongeveer 20 minuten.

8.3

H O O F D S T U K 8

E C O S Y S T E M E N E N E V E N W I C H T

Stikstofkringloop

Hoe stikstof van bodem naar plant en terug gaat, en wat te veel kunstmest doet.

Gemaakt bij Nectar 4 havo, 4e editie

Welkom. Stikstof zit in eiwitten en DNA, dus elk organisme heeft het nodig. Vandaag volgen we stikstofatomen door een kringloop en kijken we wat de landbouw daarmee doet. ± 1 min. Image credit: Eugene Golovesov, Unsplash

8.3

Stikstofkringloop

Dit leer je

Je kunt de stikstofkringloop beschrijven met assimilatie, ammonificatie, nitrificatie en fixatie.

Je kunt groenbemesting en de gevolgen van overbemesting uitleggen.

Lees de twee doelen voor. Aan het eind van de les komen ze terug in de afsluitende vragen. ± 1 min.

8.3

Stikstofkringloop

A C T I V E R E N

Wat weet je al over stikstof en planten?

Laat woorden noemen als mest, kunstmest, eiwit, wortels, lucht, bacteriën. Ga niet corrigeren, we komen er in de les op terug. ± 3 min.

8.3

Stikstofkringloop

T E R U G B L I K

Uit: §8.2 Koolstofkringloop

Wat gebeurt er met koolstofatomen in een kringloop?

A

Ze verdwijnen als een organisme doodgaat

B

Ze worden steeds opnieuw gebruikt door organismen

C

Ze worden omgezet in energie

D

Ze blijven altijd in de lucht

Goed is B: atomen worden hergebruikt, ze gaan rond. Bij A: dode organismen worden door reducenten afgebroken, de atomen blijven bestaan. C: atomen worden niet in energie omgezet. D: de atomen komen ook in organismen en bodem. Vandaag geldt hetzelfde voor stikstof. ± 2 min.

8.3

Stikstofkringloop

Stikstof in lucht en bodem

Stikstof (N) zit in ATP, DNA en eiwitten. In de lucht komt het voor als stikstofgas (N₂), maar planten kunnen dat niet opnemen.

In de bodem zit stikstof als ammonium (NH₄⁺), nitriet (NO₂⁻) en nitraat (NO₃⁻). Planten nemen nitraat op.

Gewassen halen hun stikstof als nitraat uit de bodem.

Stikstofgas is 78% van de lucht, maar voor planten onbruikbaar. Ze hebben het als nitraat uit de bodem nodig. Let op: stikstof zit in eiwitten, ATP en DNA (ATP en DNA zijn zelf geen eiwitten). ± 2 min. Image credit: Steven Weeks, Unsplash

8.3

Stikstofkringloop

Stikstofassimilatie

Hoe komt stikstof in planten en dieren?

1

Plant neemt nitraat op

Producenten halen nitraat uit de bodem.

2

Aminozuren en eiwitten

Ze bouwen er aminozuren van en koppelen die tot eiwitten.

3

Consument eet de plant

Eiwitten worden aminozuren; daarvan maakt de consument eigen eiwitten.

Stikstofassimilatie: stikstof gebruiken om grotere, organische moleculen te bouwen.

Benadruk dat assimilatie 'opbouwen' is: van nitraat naar eiwit. Consumenten krijgen hun stikstof via voedsel, niet uit de lucht of bodem. ± 3 min.

8.3

Stikstofkringloop

Van dode resten naar ammonium

Wat gebeurt er met de stikstof in dode planten en dieren?

1

Dode resten

Dode planten en dieren zijn een stikstofbron voor reducenten.

2

Reducenten breken af

Schimmels en bacteriën maken er ammoniak en ammonium van.

3

Ammonium komt vrij

Planten nemen het op, of bacteriën zetten het om (volgende dia).

Ammonificatie: het ontstaan van ammoniak bij anaerobe afbraak van dood organisch materiaal, zoals rotten.

Rotten is afbraak zonder zuurstof; dat is ammonificatie. Reducenten kennen ze al. Vraag: wat ruik je bij rottend vlees of vis? Ammoniak. ± 2 min.

8.3

Stikstofkringloop

Nitrificatie

Bacteriën in de bodem zetten ammonium stap voor stap om.

1

Ammonium

NH₄⁺ ligt in de bodem na de afbraak van dode resten.

2

Nitriet

Nitrietbacteriën zetten ammonium om in nitriet (NO₂⁻).

3

Nitraat

Nitraatbacteriën maken er nitraat (NO₃⁻) van. Planten nemen dat op.

Nitrificatie: ammonium → nitriet → nitraat. De bacteriën hebben daarbij zuurstof nodig.

Nitrificatie is het hele traject ammonium → nitriet → nitraat, niet alleen de laatste stap. Het contrast met ammonificatie: dat gaat zonder zuurstof, nitrificatie niet. ± 2 min.

8.3

Stikstofkringloop

De stikstofkringloop

Planten  nemen nitraat op: stikstofassimilatie

Consumenten  eten planten en maken eigen eiwitten

Reducenten  breken dode resten af tot ammonium

Bacteriën  ammonium → nitriet → nitraat: nitrificatie

Stikstof

De stikstofkringloop: stikstofatomen gaan van bodem naar organismen en weer terug.

Laat de kringloop rondlopen met de klas. Vergelijk met de koolstofkringloop: ook hier gaan atomen rond. Wijs op de rol van reducenten (ammonificatie) en nitrificerende bacteriën. ± 2 min.

8.3

Stikstofkringloop

O N T H O U D

Nitraat → plant → consument → dode resten → ammonium → nitraat.

Eén zin om vast te houden voor de vragen. ± 1 min.

8.3

Stikstofkringloop

V R A A G 1

Een tuinder geeft tomatenplanten nitraat. Wat doen de planten ermee?

A

Ze maken er stikstofgas van

B

Ze zetten het om in nitriet

C

Ze bouwen er aminozuren en eiwitten van

D

Ze breken er eiwitten mee af

Goed is C: dit is stikstofassimilatie. A: stikstofgas maken bacteriën, planten niet. B: nitriet maken nitrietbacteriën uit ammonium. D: eiwitten afbreken doen reducenten en consumenten. ± 1 min.

1

Nitrietbacteriën maken nitriet

2

Nitraatbacteriën maken nitraat

3

Reducenten breken eiwitten af tot ammonium

4

Een plant neemt nitraat op

8.3

Stikstofkringloop

V R A A G 2

Hoe komt stikstof uit een dode plant in een nieuwe plant? Zet in volgorde.

Volgorde zoals getoond: ammonificatie, dan de twee stappen van nitrificatie, dan opname door de plant. ± 2 min.

Bij welk proces hoort het?

8.3

Stikstofkringloop

V R A A G 3

Stikstof­assimilatie

Ammonificatie

Nitrificatie

Ammonium wordt nitriet

Een vis rot weg zonder zuurstof

Een plant bouwt eiwitten uit nitraat

Nitriet wordt nitraat

Er ontstaat ammoniak uit dood materiaal

Een koe maakt eiwitten uit aminozuren

Assimilatie: plant bouwt eiwitten uit nitraat; koe maakt eigen eiwitten uit aminozuren. Ammonificatie: rotten van vis, ammoniak uit dood materiaal. Nitrificatie: ammonium naar nitriet en nitriet naar nitraat. ± 2 min.

8.3

Stikstofkringloop

Meer stikstof in de bodem

Vlinderbloemige planten, zoals lupine, groeien goed op stikstofarme bodem. Ze leven in mutualistische symbiose met knolletjesbacteriën in hun wortelknolletjes.

Die bacteriën zetten N₂ uit de lucht om in NH₃. Dat heet stikstoffixatie.

Lupine is een vlinderbloemige plant.

De bacteriën krijgen suikers van de plant, de plant krijgt stikstof: mutualisme (§7.3). Fixeren betekent het stikstofgas uit de lucht vastleggen in een verbinding. Let op: stikstoffixatie is iets anders dan nitrificatie. ± 2 min. Image credit: Eugene Golovesov, Unsplash

8.3

Stikstofkringloop

Groenbemesting met lupine

Boeren gebruiken planten met knolletjesbacteriën om de bodem te verrijken.

1

Lupine laten groeien

De knolletjesbacteriën fixeren stikstof in de wortelknolletjes.

2

Omploegen

Reducenten breken de planten af; NH₄⁺ komt vrij in de bodem.

3

Nitrificatie

Bacteriën maken er NO₃⁻ van, dat gewassen opnemen.

Dit heet groenbemesting. Het omploegen vormt ook humus: de bodem houdt meer water en zuurstof vast.

Groenbemesting is mest van levende planten: je laat ze groeien en ploegt ze onder. Het gewas daarna profiteert van het nitraat. Bijkomend voordeel: humus en betere bodemstructuur. ± 2 min.

8.3

Stikstofkringloop

V R A A G 4

Een boer zaait klaver, een vlinderbloemige, op arme grond. Waarom groeit het goed?

A

Klaver neemt stikstofgas direct uit de lucht op

B

Klaver maakt zelf nitraat uit ammonium

C

Reducenten leven in de bladeren van klaver

D

Knolletjesbacteriën in de wortels fixeren stikstofgas

Goed is D. A: planten kunnen stikstofgas niet opnemen, de bacteriën doen dat. B: nitrificatie doen bacteriën in de bodem. C: de bacteriën zitten in wortelknolletjes. ± 1 min.

8.3

Stikstofkringloop

V R A A G 5

Noem twee voordelen van groenbemesting met lupine.

Model: er komt stikstof in de bodem (NH₄⁺ dat via nitrificatie nitraat wordt), waardoor gewassen beter groeien; en er vormt humus, waardoor de bodemstructuur verbetert en de bodem meer water en zuurstof vasthoudt. Bespreek enkele antwoorden. ± 3 min.

8.3

Stikstofkringloop

Kunstmest

Kunstmest bestaat uit niet-biologische stoffen die de groei van gewassen bevorderen. Het bevat veel stikstof- en fosfaatverbindingen.

Vaak wordt er te veel gebruikt. Regen spoelt die stoffen uit de bodem naar het oppervlaktewater.

Op een akker wordt vaak meer bemest dan gewassen opnemen.

Fosfaat: een groep met fosfor en zuurstof die in ATP zit en veel energie in zijn binding vasthoudt; ook een voedingsstof voor planten.

Kunstmest is het tegenovergestelde van groenbemesting: stoffen uit de fabriek in plaats van planten. Het probleem is overbemesting: meer dan de planten opnemen. Het uitspoelen komt op de volgende dia terug. Fosfaat staat op de kaart. ± 2 min. Image credit: Hannah Shedrow, Unsplash

8.3

Stikstofkringloop

Overbemesting en waterbloei

1

Overbemesting: stikstof en fosfaat spoelen uit naar het oppervlaktewater.

2

Water met veel mineralen is eutroof (voedselrijk). Dat is eutrofiëring.

3

Algen en planten groeien volop: waterbloei. Het water kleurt groen.

4

Er komt minder licht in het water, andere waterplanten sterven.

Een meer. Bij waterbloei kleurt het water groen door algen.

Eutrofiëring kennen ze uit §7.2: hier is de oorzaak overbemesting. Sommige plantensoorten overwoekeren andere, dus de soortensamenstelling verandert. Vraag welke gevolgen dat heeft voor vissen (zuurstof, licht). ± 3 min. Image credit: Lea Kobal, Unsplash

8.3

Stikstofkringloop

V R A A G 6

Na een natte maand is een sloot naast een maisakker groen. Wat is de oorzaak?

A

Reducenten hebben alle nitraat afgebroken

B

Uitgespoelde meststoffen veroorzaken waterbloei

C

Knolletjesbacteriën fixeren stikstof in het water

D

De mais heeft het water groen geverfd

Goed is B: regen spoelt stikstof- en fosfaatverbindingen uit de akker naar het sloot, het water wordt eutroof en algen groeien volop. A: reducenten maken juist ammonium. C: knolletjesbacteriën zitten in wortels van vlinderbloemigen. ± 1 min.

1

Stikstof en fosfaat spoelen uit naar het water

2

Er wordt te veel kunstmest gebruikt

3

Door minder licht sterven waterplanten

4

Algen groeien volop, het water wordt groen

8.3

Stikstofkringloop

V R A A G 7

Gevolgen van overbemesting: zet in volgorde.

Volgorde zoals getoond. Dit is de afsluiting van het tweede doel. ± 2 min.

8.3

Stikstofkringloop

V R A A G 8

Hoe komt stikstof uit een dode vis weer in een plant?

Model: reducenten breken de eiwitten af tot ammoniak en ammonium (ammonificatie, zonder zuurstof). Nitrietbacteriën maken er nitriet van, nitraatbacteriën nitraat (nitrificatie, met zuurstof). De plant neemt nitraat op en bouwt er eiwitten van (stikstofassimilatie). Goed als de volgorde en minstens twee processen kloppen. ± 3 min.

8.3

Stikstofkringloop

Begrippen

stikstofkringloop

stikstofatomen gaan rond tussen bodem, organismen en weer bodem

ammonium / nitraat

NH₄⁺ en NO₃⁻, stikstofvormen in de bodem

stikstofassimilatie

stikstof gebruiken om organische moleculen te bouwen

ammonificatie

ammoniak ontstaat bij anaerobe afbraak van dood materiaal

nitrificatie

ammonium → nitriet → nitraat, met zuurstof

stikstoffixatie

bacteriën zetten N₂ uit de lucht om in NH₃

knolletjesbacterie

bacterie in wortelknolletjes die stikstof fixeert

vlinderbloemige

plant met knolletjesbacteriën, zoals lupine

groenbemesting

planten laten groeien en onderploegen voor stikstof

kunstmest

niet-biologische stof met stikstof en fosfaat voor gewassen

eutroof

voedselrijk, met veel mineralen

waterbloei

sterke groei van algen en planten, groen water

Laat dit staan als afsluiting; loop de termen langs en laat ze in eigen woorden herhalen. ± 2 min.