4.1  Nährstoffe

Nordseezustand  2003

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Tafel  4-1:  Nährstoff-Glossar

Nährsalze  wie  Phosphat  und  anorganische  Stickstoffverbindungen  (Nitrat,  Nitrit,  Ammonium)  sowie  Silikat ­
  sind  für  das  Leben  im  Meer  von  grundlegender  Bedeutung.  Sie  sind  lebensnotwendige  Substanzen  für
den  Aufbau  des  Phytoplanktons  (der  im  Meer  treibenden  mikroskopisch  kleinen  einzelligen  Algen),  auf  dessen ­
  Biomasseproduktion  die  gesamte  marine  Nahrungskette  basiert.  Eiweißstoffe  enthalten  gebundenen
Stickstoff,  Nukleinsäuren  enthalten  zusätzlich  gebundenen  Phosphor  und  Kieselalgen  benötigen  Silikat  als
Gerüstsubstanz.  Da  diese  Spurenstoffe  das  Wachstum  fördern,  werden  sie  als  Nährstoffe  bezeichnet.

Kohlenstoff  wird  in  Form  von  C0 2 ,  HC0 3 “oder  (ausnahmsweise)  C0 3 2_  benötigt.  Da  C0 2  im  Oberflächenwasser ­
  in  hoher  Konzentration  vorliegt,  wirkt  Kohlenstoff  kaum  begrenzend.  Das  Carbonatsystem  liefert
stets  die  jeweils  benötigte  Form.

Stickstoff  wird  für  die  Synthese  von  Aminosäuren  und  Nukleinsäuren  in  der  Form  von  Nitrat  (N0 3 ~),  Nitrit
(N0 2 _ ),  Ammonium  (NFH 4 + )  oder  organischer  Verbindungen  aufgenommen.  So  lassen  sich  Flarnstoff  und
Aminosäuren  als  bevorzugte  Stickstoffquelle  nutzen.  Viele  Bakterien  können  molekularen  Stickstoff  fixieren.
Ammonium  wird  wegen  seiner  reduzierten  Form  zumeist  bevorzugt  aufgenommen,  während  Nitrat  energetisch ­
  aufwendig  durch  das  Enzym  Nitratreduktase  reduziert  werden  muss.  Stickstoff  wird  gegenüber  dem
Kohlenstoff  bei  der  Bildung  organischer  Substanzen  durchschnittlich  im  Verhältnis  1:6.6  (Kohlenstoff)  aufgenommen. ­
  In  den  Ozeanen  ist  Stickstoff  das  wichtigste  die  Produktion  begrenzende  Element.  Nur  in  Küstennähe ­
  und  abgeschlossenen  Meeresteilen  kann  es  zeitweilig  zu  einer  Limitierung  voll  funktionsfähiger
Biomasse  durch  Phosphor  kommen,  der  gegenüber  dem  Kohlenstoff  im  Verhältnis  1:106  (Kohlenstoff)  für
die  Biosynthese  benötigt  wird.  Bei  Stickstoff-  oder  Phosphormangel  endet  die  Primärproduktion  für  einige
Zeit  in  der  Synthese  von  (überwiegend)  Kohlenhydraten  und  wird  schließlich  stark  eingeschränkt  (Ott  1996).

Phosphor  wird  meistens  als  Orthophosphat  (P0 4 3_ )  aufgenommen.  Viele  Algen  können  bei  ausreichender
Stickstoffversorgung  auch  Polyphosphate  oder  organische  Phosphorverbindungen  verwenden,  die  mit  Hilfe ­
  von  Phosphatasen  an  der  Zelloberfläche  hydrolysiert  werden  (Отт  1996).

Silikat  ist  eine  Verbindung  von  Silizium  und  Sauerstoff  (Si x O y ),  einem  oder  mehreren  Metallen  und  eventuell
auch  Hydroxid-Ionen.  Mit  Silikat  bezeichnet  man  auch  die  Salze  des  Siliziums  und  der  Kieselsäuren.  Ein  Mangel ­
  an  Silikat  im  Meerwasser  verhindert  das  Wachstum  bestimmter  Phytoplanktonarten,  nämlich  Kieselalgen ­
  bzw.  Diatomeen,  die  Silikate  zur  Ausbildung  ihrer  Schalen  benötigen.  Wenn  Stickstoff  oder  Phosphor
knapp  werden,  stellt  Phytoplankton  generell  das  Wachstum  ein.  Wird  Silikat  knapp,  so  setzt  sich  das  Wachstum ­
  des  Phytoplanktons  fort,  aber  andere  Arten  treten  hervor,  wie  nackte  oder  mit  Zelluloseplatten  beschälte ­
  Flagellaten,  zu  denen  auch  giftige  Arten  gehören  können.

Phytoplankton  enthält  die  Elemente  C,  N  und  P  in  einem  mittleren  Atomverhältnis  von  106:16:1.  Dies  wird
als  Redfield-Verhältnis  bezeichnet  (Redfield  1934).  Abweichungen  im  N:P  Verhältnis  deuten  auf  Produktionsbegrenzung ­
  durch  das  jeweils  im  Minimum  befindliche  Element  hin  (Nährstofflimitierung).  Andererseits
können  veränderte  N:P-Verhältnisse  zu  Verschiebungen  in  der  Phytoplanktonpopulation  und  eventuell  auch
zu  erhöhter  Toxizität  bei  einigen  Algen  führen.

Das  Phytoplankton  wird  i.  d.  R.  vom  Zooplankton  gefressen.  Stirbt  das  Phytoplankton  ab,  kann  es  als
Schwebstoff  auch  noch  vom  Zooplankton  aufgenommen  werden  oder  wird  von  Bakterien  und  benthischen
Organismen  verwertet.  Auf  diese  Weise  wird  das  organische  Material  unter  Sauerstoffverbrauch  wieder  in
Kohlendioxid  umgewandelt  und  die  Nährstoffe  werden  wieder  freigesetzt.  Diese  Prozesse  werden  als  Remineralisierung
  bezeichnet.

Eutrophierung  bedeutet  eine  Anreicherung  des  Gewässers  mit  Nährstoffen,  die  zu  einem  erhöhten  Pflanzenwachstum ­
  führt,  welches  wiederum  eine  unerwünschte  Störung  des  Gleichgewichtes  zwischen  den  Organismen ­
  und  eine  Beeinträchtigung  der  Wasserqualität  zur  Folge  hat.  Eutrophierung  bezieht  sich  daher  auf
unerwünschte  Effekte,  die  auf  eine  anthropogene  Anreicherung  mit  Nährstoffen  zurückzuführen  sind  (Eutrophierungsdefinition, ­
  im  Rahmen  von  OSPAR  abgestimmt  (www.ospar.org)).