Siklus Nitrogen – Selain oksigen dan unsur kimia lainnya, nitrogen merupakan unsur kimia yang juga penting bagi makhluk hidup. Kandungan nitrogen dipastikan ada dalam setiap tubuh makhluk hidup, misalnya pada zat penyusun kehidupan (asam amino) juga tersusun dari unsur nitrogen.
Daftar Isi
Mengenal Nitrogen
Unsur nitrogen terbesar di bumi terdapat dalam bentuk gas nitrogen (N2). Selain itu, unsur ini juga dapat ditemukan dalam wujud garam nitrat yang mengalami asimilasi pada sitoplasma makhluk hidup. Fungsinya adalah berperan sebagai protein untuk cadangan makanan.
Turk (1985) dan Killham (1996), menyatakan bahwa unsur nitrogen banyak tersimpan pada udara, senyawa anorganik (nitrat, nitrit, dan amoniak), dan senyawa organik (protein, urin, dan asam urin).
Nitrogen dalam bentuk gas di udara jumlahnya sangat banyak, yaitu sekitar 78% dari total zat kimia dalam bentuk gas di atmosfer. Namun, hal ini bertolak belakang dengan jumlah organisme yang dapat memanfaat nitrogen secara langung karena jumlah organisme tersebut sedikit.
Pada dasarnya, tumbuhan tidak dapat memanfaatkan unsur nitrogen secara langsung. Unsur nitrogen dapat dimanfaatkan tumbuhan apabila unsur tersebut telah terbentuk menjadi senyawa nitra (NO3).
Berubahnya gas nitrogen menjadi senyawa nitra (NO3) disebut dengan proses fiksasi (pengikatan) nitrogen yang dapat terjadi secara biologis dan kimiawi.
Pengertian Siklus Nitrogen
Seperti daur sulfur, daur karbon, daur oksigen, daur air dan siklus fosfor, daur nitrogen juga termasuk kedalam siklus biogeokimia. Siklus atau daur nitrogen adalah suatu proses perubahan senyawa yang mengandung unsur nitrogen yang kemudian berubah menjadi berbagai macam bentuk kimiawi lain. Perubahan tersebut dapat terjadi secara biologis maupun non biologis.
Siklus nitrogen sangat dibutuhkan di dalam ekologi karena jumlah ketersediaan nitrogen akan berpengaruh terhadap tingkat ekosistem, termasuk produksi primer dan juga dekomposisi.
Siklus nitrogen dapat terganggu akibat aktivitas manusia, antara lain pembakaran bahan bakar fosil, penggunaan pupuk nitrogen buatan serta pelepasan nitrogen ke dalam air limbah.
BRAINLYProses Siklus Nitrogen Biologis
Nitrogen di lingkungan sekitar terdapat dalam berbagai bentuk, seperti nitrogen organik dan amonium, nitrogen oksida dan nitrat, oksida nitrat dan nitrit, serta gas nitrogen anorganik.
Nitrogen dalam bentuk organik ada dalam sel hidup atau organisme hidup / humus / bentuk produk pada proses dekomposisi bahan organik.
Siklus nitrogen nantinya akan mengubah nitrogen dari satu bentuk ke bentuk yang lain. Sebagian besar proses perubahan ini dilakukan oleh mikroorganisme.
1. Fiksasi Nitrogen
Fiksasi nitrogen adalah proses perubahan nitrogen dari atmosfer menjadi amonia. Bakteri yang berperan dalam proses ini adalah bakteri pada akar tanaman polongan melalui fiksasi biologis. Bakteri tersebut, antara lain seperti rhizobium dan penggunaan enzim nitrogenase cyanobacteria dilibatkan untuk mengubah gas nitrogen menjadi amonia.
Proses fiksasi juga dapat terjadi secara kimiawi. Pengikatan nitrogen secara kimiawi juga dikenal sebagai proses pengikatan elektrokimia yang dibantu oleh energi dari halilintar.
Energi listrik yang terjadi akibat adanya halilintar akan menyebabkan gas nitrogen dan gas oksigen yang terdapat di atmosfer udara membentuk senyawa nitrogen dioksia (NO2).
Petir yang disertai dengan hujan kemudian akan bereaksi dengan gas nitrogen dioksida sehingga membentuk asam nitrat. Sebagian ion nitrat (NO3) kemudian diserap oleh akar tumbuhan, terdenitrifikasi, dan mengalami pengendapan.
2. Nitrifikasi
Nitrifikasi adalah proses oksidasi biologis amonia dengan oksigen menjadi amonium kemudian nitrit dan diikuti oleh proses oksidasi nitrit menjadi nitrat. Degradasi amonia yang menjadi nitrit dikenal dengan nitrifikasi.
Proses tersebut merupakan hal penting dalam siklus unsur hara tanah. Prosesnya dilakukan oleh bakteri autotrof dan bakteri amonia pengoksidasi seperti ß-Proteobacteria dan gammaproteobacteria dan bakteri amonia oksidasi dari genera nitrosomonas serta nitrosococcus.
3. Asimilasi
Asimilasi nitrogen adalah proses pembentukan senyawa nitrogen organik, misalnya asam amino dari senyawa nitrogen anorganik. Setelah proses nitrifikasi oleh bakteri, tanaman akan menyerap nitrogen dalam wujud nitrat. Kemudian gradien proton transporter nitrat akan menyerap nitrat dan kemudian diteruskan oleh xilem dari akar ke tunas.
Pada tunas, reduksi nitrogen dilakukan dalam 2 langkah, yaitu nitrat akan direduksi menjadi nitrit oleh reduktase nitrat dalam sitosol. Sedangkan nitrit dalam kloroplas akan direduksi oleh reduktasi nitrit menjadi amonia.
4. Amonifikasi
Tahapan siklus nitrogen dimana sisa-sia tanaman serta limbah terurai oleh organisme kemudian menghasilkan amonia disebut amonifikasi. Mikroorganisme dalam tanah akan mengurai bahan organik yang mati untuk dijadikan energi dan menghasilkan amonia serta senyawa dasar lain sebagai produk sampingan. Amonia dalam tanah akan bertahan dalam bentuk ion amonium.
5. Denitrifikasi
Denitrifikasi ialah proses reduksi nitrat yang berubah menjadi gas nitrogen inert dalam siklus nitrogen. Denitrifikasi dilakukan oleh bakteri seperti pseudomonas dan clostridium pada kondisi anaerobik.
Selama proses respirasi, bakteri akan menggunakan nitrat sebagai akseptor elektron. Bakteri yang mampu bertahan pada kondisi aerobik ini adalah bakteri jenis anaerob fakultatif.
Fakta Tentang Nitrogen
Berikut ini adalah data dan fakta mengenai nitrogen, yaitu:
- Sekitar 78% dari atmosfer terdiri dari nitrogen. Namun, sebagian besar makhluk hidup yang ada di bumi tidak dapat memanfaatkannya secara langsung
- Nitrogen yang digunakan untuk pembuatan pupuk bertujuan untuk membuat tanaman lebih cepat tumbuh
- Nitrous Oxide adalah gas rumah kaca. Jika terlalu banyak di atmosfer maka dapat menyebabkan hujan asam
- Nitrogen tidak berwarna, tidak berbau, dan tidak berasa
- Nitrogen dapat digunakan sebagai bahan peledak
- Sekitar 3% dari berat badan manusia adalah nitrogen
Contoh Siklus Nitrogen
Contoh daur nitrogen secara tanpa kita sadari terjadi di sekitar, antara lain:
- Pertumbuhan tanaman memerlukan nitrogen dari dalam tanah yang diserap melalui akar. Nitrogen ini tersedia dalam bentuk ion nitrogen. Selanjutnya akan direduksi oleh tanaman menjadi ion nitrit. Kemudian ion nitrit diolah menjadi amonium ion yang masuk ke dalam asam amino atau nuklea menuju klorofil.
- Saat makhluk hidup mati, baik itu tumbuhan, hewan atau manusia, serta termasuk kotoran makhluk hidup akan melepaskan nitrogen organik. Nitrogen ini akan dikonversi oleh bakteri menjadi amonium. Proses ini disebut dengan mineralisasi.
- Nitrogen juga terdapat di lautan akibat limpasan air tanah dan air hujan. Nitrogen sampai ke lautan melalui proses presipitasi, kemudian mengalami fiksasai yang dilakukan oleh bakteri cynobacteria. Setelah tahap fiksasi, nitrogen dalam bentuk biologis bermanfaat bagi fitoplankton.
- Plankton adalah mikroorganisme yang menghasilkan urea dan amonia di dalam air. Zat tersebut akan dikeluarkan pada kedalaman zona euphotic kemudian dikonervis oleh bakteri menjadi nitrat. Konversi ini hanya terjadi di zona eufotik, dimana tidak ada cahaya dapat menghambat proses konversi. Proses konversi ini disebut sebagai ammonification atau mineralisasi.
- Setelah amonia berubah, kemudian dilanjutkan proses nitrifikasi dan menjadi nitrit serta nitrat, maka terjadi percampuran partikel dan upwelling membawa nitrat ke atas untuk digunakan oleh photoplankton melanjutkan siklus nitrogen.
