Siklus Nitrogen

Nitrogen merupakan unsur kimia yang sangat penting bagi makhluk hidup. Unsur nitrogen selalu ada pada setiap tubuh makhluk hidup. Asam amino yang dikenal sebagai zat kimia penyusun kehidupan pun disusun dari unsur-unsur nitrogen.

Unsur Nitrogen terbesar yang ada di bumi ini berada dalam bentuk gas nitrogen (N2), sedangkan dalam bentuk lain unsur ini dalam bentuk garam nitrat yang berasimilasi pada sitoplasma makhluk hidup yang berperan sebagai protein guna menjadi cadangan pangan.

Menurut Turk (1985) dan Killham (1996) unsur Nitrogen banyak tersimpan pada udara, senyawa anorganik (nitrat, nitrit, dan amoniak), dan senyawa organik (protein, urin, dan asam urin).

Nitrogen yang dalam wujud gas di udara jumlahnya sangat melimpah, yaitu sebesar 78% dari total zat kimia berwujud gas yang ada di udara. Sayangnya, organisme yang dapat memanfaatkan unsur nitrogen secara langsung ini sangat sedikit.

Siklus Unsur Nitrogen

Tumbuhan sendiri tidak bisa memanfaatkan unsur nitrogen secara langsung, tumbuhan dapat memanfaatkan nitrogen ketika unsur tersebut membentuk senyawa nitrat (NO3). Pengubahan bentuk gas nitrogen menjadi senyawa nitrat disebut dengan proses fiksasi (pengikatan) nitrogen. Pengikatan nitrogen ini dapat terjadi secara biologis maupun kimiawi.

Siklus Nitrogen

Bagan daur nitrogen di atas merupakan penyederhanaan dari proses siklus nitrogen atau biasa disebut juga daur nitrogen yang dijelaskan lebih detail di bawah ini.

Fiksasi Nitrogen secara Biologis

Fiksasi nitrogen yang merupakan salah satu tahapan dalam siklus nitrogen yang secara biologis dapat dilakukan oleh organisme bakteri nonsimbiotik, bakteri simbiotik, dan ganggang hijau biru. Nitrat yang terdapat di dalam tanah dan air pun biasanya terbentuk karena proses biologis.

Bakteri nonsimbiotik (bakteri bebas) yang berperan dalam fiksasi nitrogen ini contohnya adalah

  • Azotobacter chroococcum
  • Azotobacter beijerinckii
  • Azotobacter vinelandii
  • Azotobacter agilis
  • Azotobacter indicum
  • Bacillus sacharobutyricus
  • Bacillus asterosporus
  • Clstridium pasteurianum
  • Klebsiella spp.
  • Beijerinckia spp.
  • Derxia spp.
  • Diplococcus pneumoniae
  • Aerobacter aerogenes
  • Rhodospirillum spp.

Sedangkan ganggang biru-hijau yang memiliki peran dalam fiksasi nitrogen secara biologis adalah Nostoc dan Anabaena.

Pengikatan nitrogen oleh organisme-organisme yang telah disebutkan di atas memiliki kemampuan dalam fiksasi nitrogen sebanyak 5 sampai 30 kg per ha per tahun.

Bakteri simbiotik yang memiliki peranan dalam fiksasi nitrogen secara biologis adalah bakteri yang termasuk ke dalam genus Rhizobium, seperti

  • R. speciosa
  • R. japonikum
  • R. lupini
  • R. phaseoli
  • R. leguminosarum
  • R. meliloti
  • R. trifolii

Bakteri pengikat nitrogen di atas bersimbiosis dengan akar tumbuhan polong-polongan yang membentuk bintil akar. Selain dengan akar tumbuhan polong-polongan, bakteri bergenus Rhizobium ini juga dapat bersimbiosis dengan akar tumbuhan

  • Pinus spp.
  • Ginko biloba
  • Araucaria spp.
  • Alnus spp.
  • Casuarina spp.
  • Myrica spp.
  • Ceanothus spp.
  • Coriana spp.
  • Eleagnus spp.
  • Hippophae spp.
  • Phycotria spp.
  • Sheperdia spp.

Pengikatan nitrogen menjadi nitrat oleh bakteri-bakteri tersebut dapat memberikan kurang lebih 400 kg per ha per tahun. Nilai ini akan lebih besar apabila fiksasi nitrogen terjadi pada simbiosis tumbuhan polong-polongan tropis.

Proses Perpindahan Nitrogen secara Biologis

Senyawa nitrat yang telah diserap (absorpsi) oleh akar tumbuhan yang sebelumnya telah disebutkan kemudian disintesis kembali menjadi protein tumbuhan agar bisa dimanfaatkan oleh tumbuhan. Selanjutnya, hewan herbivora yang memakan tanaman tadi mengubah protein tumbuhan menjadi protein hewani.

Tumbuhan dan hewan yang telah mati kemudian terdekomposisi sehingga protein yang terdapat dalam organisme tersebut terurai menjadi asam amino dan amonia.

Penguraian dari protein menjadi asam amino inilah yang disebut dengan proses amonifikasi.

Amonifikasi biasanya dilakukan oleh organisme dari golongan fungi dan bakteri, yaitu Bacillus subtilis dan Bacillus mesenterilus.

Pengubahan amonia menjadi nitrit dan nitrat disebut dengan proses nitritifikasi. Nitritifikasi dapat dilakukan oleh bakteri

  • Nitrosomonas
  • Nitrospira
  • Nitrosoglea
  • Nitrococcus
  • Nitrocytis

Proses selanjutnya adalah denitrifikasi. Denitrifikasi sendiri adalah pengubahan nitrat menjadi gas nitrogen yang melibatkan peran beberapa bakteri, antara lain adalah bakteri

  • Bacillus cereus
  • Bacillus licheniformis
  • Achromobacter
  • Micrococcus
  • Thiobacillus denitrificans
  • Pseudomonas denitrificans

Fiksasi Nitrogen secara Kimiawi

Pengikatan nitrogen secara kimiawi dikenal juga sebagai proses pengikatan secara elektrokimia yang membutuhkan energi dari halilintar.

Energi listrik yang terjadi akibat dari adanya halilintar menyebabkan gas nitrogen dan gas oksigen yang terdapat di udara membentuk senyawa nitrogen dioksia (NO2).

Halilintar yang ada seringkali disertai dengan hujan. Air hujan inilah yang kemudian bereaksi dengan gas nitrogen dioksida membentuk asam nitrat. Sebagian ion nitrat (NO3) ini kemudian diserap oleh akar tumbuhan, sebagiannya terdenitrifikasi, dan sisa dari senyawa ini akan mengendap.

Selain siklus nitrogen ini, di alam terdapat berbagai siklus zat kimia yang sangat penting untuk dipelajari, salah satunya adalah siklus karbon.

Daur nitrogen yang termasuk ke dalam daur biogeokimia ini harus terjaga karena apabila terdapat ketidakseimbangan dalam daur nitrogen ini maka berbagai masalah akan muncul, seperti pertumbuhan tanaman pertanian yang kurang baik, meledaknya populasi organisme yang berhubungan dengan siklus nitrogen, penyakit kekurangan protein pada makhluk hidup, dan lain-lain hal yang merugikan manusia dan lingkungan.

 

Referensi:

Indriyanto. 2012. Ekologi Hutan. Jakarta (ID): Bumi Aksara

Siklus Nitrogen
Rating: 4.9 from 113 votes

2 pemikiran pada “Siklus Nitrogen”

Tinggalkan komentar