Nitrat og fosfat i søen

Derfor er gødning nødvendig for en plante

Planter består ikke kun af glukose og stivelse, men også protein og fedt. C6H12O6 omdannes til de stoffer, men de 3 grundstoffer C H og O er ikke altid nok – især ikke til proteiner og DNA, som kræver nitrogen og fosfat + en lang række andre stoffer i meget lille koncentration. Fosfat er især interessant for os i søer, da det ofte optræder som begrænsende faktor, og dermed kan styre algeopblomstringen.

Kulhydrat har ikke brug for gødning for at dannes, men en stor del af det nitrat en plante optager bruges til at danne proteiner. DNA, RNA og ATP skal ud over glukose bruge både nitrat og fosfat for at blive bygget. Nitrat og fosfat optages igennem rødder.

Gødningsstofferne

Gødningsstofferne styrer væksten hos alger og bundplanter. Det stammer i dag hovedsageligt fra landbruget, men også fra spredte bebyggelser som ikke er tilsluttet et renseanlæg. Vand der ledes igennem et renseanlæg bliver næsten komplet renset for fosfor, men sådan har det ikke altid været. I 1970’erne og 1980’erne blev der udledt store mængder fosfor fra byerne, og resultatet ser vi desværre stadig i dag, fordi det er bundet i slammet i bunden af mange søer – de frigiver og gøder derfor hvert år søer, selvom man har begrænset tilførslen meget i dag.

Top-down eller bottom-up?

Hvad påvirker en sø i negativ retning så den bliver forurenet og uklar, og hvad kan man gøre for at vende udviklingen til en klarvandet sø? Der er to begreber bottom-up og Top-down, som hver forsøger at forklare påvirkningen af forureningstilstanden i en sø. Bottom-up siger at fødekæden påvirkes nedefra af næringsstofferne, som giver algevækst og grumset vand. Top-down forklarer kredsløbet i søen ud fra rovfiskenes påvirkning. Dvs. mange gedder vil spise skaller, som så vil spise færre zooplankton. Dermed vil de overlevende zooplankton filtrere søen for alger og give klart vand.

Selvom man med top-down kortvarigt kan skabe klart vand i en sø ved kortvarigt at udsætte gedder, eller fjerne skallerne i en sø, så vil vandet ofte blive grumset igen hvis der er mange næringsstoffer. Mange studier viser at mængden af næringsstoffer har en stor betydning for forureningstilstanden, og at bottom-up teorien er den bedste forklaring i de fleste søer.

Nitrogenkredsløbet

Nitrogenkredsløbet i søen. Læg mærke til Anammox og Comammoxbakterierne som normalt ikke er beskrevet i andre bøger.

Trin for trin

1. N2 findes i atmosfæren, men er en inaktiv gasart dvs. den ikke kan bruges af planterne. Den er sat sammen af en tripelbinding, så der skal meget energi til at rive atomerne fra hinanden. I sensommeren hvor vandet er varmt, og der er masser af energi fra solen, fikserer cyanobakterierne N2. De mangler nitrogen, men har masser af energi, og den energi bruger cyanobakterierne til at spalte N2 og indbygge det i sine proteiner. Cyanobakterierne er besværlige at æde for dafnier, fordi den trådede sammensætning filtrer sig ind i antennerne. En anden grund til at cyanobakterierne er uønskede er, at de kan danne toksiner (gift) som kan være kraftige nok til at slå mennesker ihjel. Al den biomasse der opbygges indeholder en mængde nitrogen i de proteiner organismerne indeholder. Det N kan frigives som nitrat og ammonium ved nedbrydning.

2. Hvis der er et fraløb fra søen, vil især alger flyde med strømmen og forsvinde fra søen. Det giver et tab af N fra økosystemet. Fiskeri fjerner også fisk og dermed N, men i danske søer er det ikke meget der forsvinder den sidste vej.

3. Fisk og alger dør og falder til bunden, og her rådner de. Hvis der er oxygen ved bunden sker der en almindelig respiration C6H12O6 + O2 CO2 + H2O + ATP. Det er insekter, muslinger, orme og ikke mindst bakterier, der står for den nedbrydning. Ud over CO2 + H2O, dannes der også NH4+, som er gødning til planterne. Hvis ellers ikke der er et springlag, kan de næringsstoffer diffundere op til overfalden og gøde nye alger igen.

4. Især i eutrofe og dybe søer kan der være dårlige oxygenforhold ved bunden, så her sker der en gæring dvs. nedbrydning uden brug af oxygen (anaerob respiration). Resultater kan være sumpgas (metan) eller andre affaldsstoffer, men også her frigives ammonium NH4+, som kan gøde algerne i vandmasserne. I første omgang dannes der ammoniak, men det reagerer hurtigt med vandet og danner ammonium.

5. Ammonium kan omdannes af bakterier til nitrit NO2 og videre af andre bakterier nitrat. Bakterierne er kemo-auto-trofe, dvs. de bruger den kemiske energi fra ammonium til selv (auto) at danne C6H12O6. Planter er foto-auto-trofe og de danner også selv C6H12O6, men fordi de er ”foto”, så får de energien til processen fra lyset. Processerne sker aerobt. Den dannede nitrat kan ligesom ammonium og diffundere op og gøde algerne.

6. Under anaerobe forhold, er der bakterier i sedimentet, der kan omdanne nitraten til frit N2, der forsvinder op i atmosfæren igen som N2. På den måde kan nitrogen fjernes fra søens økosystem, og den proces forsøger man at fremskynde politisk ved at lave vådområder med oversvømmede marker. Det er den omvendte proces af N-fixering.

7. En anden kilde til N-forurening, ud over N-fixering, er fra ammoniakdampe fra gylletanke og nitrogenforbindelser, der dannes ved tordenvejr og som føres til søen eller oplandet med regnvandet.

Cyanobakterier kan fixere denitrogen (N2). De trives ved varme temperaturer og ligger i overfladen. Det er de runde heterozyster som indeholder enzymerne til at fixere N2 og omdanne det til ammoniak. Heterozysterne transporterer gødningen ud til de øvrige celler som laver almindelig fotosyntese. Cyanobakterier har en stor fordel om sommeren, fordi et springlag kan gøre at nitrat er begrænsende faktor i overfladevandet og fordi de kan fixere selv udkonkurrerer de andre alger. Nitraten de fixerer er med til at forurene søen. Dafnier har svært ved at spise cyanobakterier fordi de filtrerer sig ind i antennerne og desuden udskiller nogle cyanobakterier gift der rammer både planter og dyr.

Fosforkredsløbet

1. Fosfor er bundet i organisk stof i alger, zooplankton og fisk i organismernes ATP og DNA.

2. Det bundne fosfat har to skæbner. Enten forsvinder det via et udløb fra søen, hvis der findes sådan et, eller også synker det til bunds, hvor det kan nedbrydes.

3. Nedbryderne æder og respirerer det døde organiske materiale, og fosforen frigives igen, men kun ved dårlige iltforhold. Stor produktion af alger og medfølgende respiration ved bunden (3) kan medføre iltsvind.

4. Hvis der er anaerobe forhold ved bunden, er fosfaten letopløseligt, og hvis ikke der er et springlag kan fosfaten få adgang til de øvre vandlag, og gøde algerne igen.

5. Er der derimod aerobe forhold ved bunden, bliver fosfaten tungtopløselig og bindes i sedimentet. Resultatet er positivt for søen, da det forhindrer opblomstring af alger.