Dasar Dasar Ekologi : Siklus Nitrogen

Posted by : Unknown 13 Des 2014

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Semua makhluk hidup memerlukan atom nitrogen untuk pembentukan protein dan berbagai molekul organic esensial lainnya. Udara, yang berisi 79 % nitrogen, berfungsi sebagai reservar bahan ini. Walaupun ukuran keberadaan nitrogen di atmosfer itu besar, acapkali merupakan unsure pembatas bagi makhluk hidup. Hal ini dikarenakan kebanyakan organisme tidak dapat menggunakan nitrogen dalam bentuk unsure, yakni sebagai gas N₂.

Konsentrasi nitrogen di atmosfir mencapai 780,90 cm³/liter udara sedangkan konsentrasi nitrogen di dalam air laut hanya mencapai 13 cm³/liter air laut. Namun demikian konsentrasi nitrogen masih lebih tinggi dibandingkan dengan gas-gas lainnya seperti oksigen, argon, neon, helium, dan gas xrypton. Tingginya konsentrasi gas nitrogen dibandingkan dengan gas-gas lain hal ini disebabkan selain faktor siklus alamiah yang berlangsung, nitrogen juga memegang peranan kritis dalam daur organik untuk menghasilkan asam-asam amino yang membentuk protein.

1.2 Rumusan Masalah

1. Apa itu Nitrogen dan apa manfaatnya?

2. Bagaimana siklus Nitrogen di alam?

1.3 Tujuan

1. Kita dapat mengetahui apa itu Nitrogen dan bagaimana manfaatnya.

2. Kita dapat mengetahui siklus Nitrogen yang terjadi di alam

BAB II

PEMBAHASAN

2.1 Definisi Nutrien atau Nitrogen

Nitrat merupakan zat nutrisi yang dibutuhkan oleh tumbuhan untuk dapat tumbuh dan berkembang, sementara nitrit merupakan senyawa toksik yang dapat mematikan organisme air. Keberadaan nitrat diperairan sangat dipengaruhi oleh buangan yang dapat berasal dari industri, bahan peledak, pirotehnik dan pemupukan. Secara alamiah kadar nitrat biasanya rendah namun kadar nitrat dapat menjadi tinggi sekali dalam air tanah didaerah yang diberi pupuk nitrat/nitrogen.

Amonia (NH₃) merupakan senyawa komersil nitrogen yang paling penting. Diproduksi menggunakan proses Haber. Gas natural (metana, CH₄) bereaksi dengan uap panas untuk memproduksi karbon dioksida dan gas hidrogen (H₂) dalam proses dua langkah. Gashidrogen dan gas nitrogen lantas direaksikan dalam proses Haber untuk memproduksiamonia. Gas yang tidak bewarna ini bau yang menyengat dapat dengan mudah dicairkan.Bahkan bentuk cair senyawa ini digunakan sebagai pupuk nitrogen. Amonia jugadigunakan untuk memproduksi urea {(NH₂)₂CO}, yang juga digunakan sebagai pupuk dalam industri plastik dan dalam industri peternakan sebagai suplemen makanan ternak.

Senyawa-senyawa nitrogen ditemukan di makanan pupuk, racun dan bahan peledak. Sebagai gas nitrogen tidak bewarna, tidak memilikiaroma dan dianggap sebagai inert element (elemen yang tak bereaksi). Sebagai bendacair, ia juga tidak bewarna dan beraroma dan memiliki ketampakan yang sama denganair. Gas nitrogen dapat dipersiapkan dengan memanaskan solusi amonium nitrat (NH₄NO₃) dalam air. Nitrogen suatu gas inert yang sangat sulit diikat langsung olehmahkluk hidup tingkat tinggi, di udara Nitrogen sepertinya tak terbatas jumlahnyakarena jumlahnya 78 % paling besar diatara gas-gas lainnya seperti oksigen , sulfur ,carbon dan lainnya.

Nitrogen dalam bentuk senyawa terdapat pada Nitrat, Protein, Asam amino, Lipoprotein dan lainya yang semua itu penting dalam metabolisme. Berikut adalah beberapa fungsi Nitrogen :

1. Pembentukan membran sel

2. Pembentukan enzim

3. Pertumbuhan

4. Regenerasi sel

5. Antibody

Dengan melihat kepentingannya itu, berarti tidak ada satupun mahkluk hidup yang tubuhnya tanpa kandungan unsur Nitrogen ini. Terbukti selalu mahkluk hidup setelah di lakukan analisa Abu oleh Sachs, selalu ditemukan Nitrogen dalam skala besar (sebagai unsur Makro). Nitrogen berfungsi sebagai pembentuk asam amino (NH₂) merupakan persenyawaan pembentuk molekul protein (yang tersusun atas unsur CHON yang membedakan dengan lemak dan karbohidrat kan hanya Nitrogennya). Selanjutnya protein sebagai faktor penting dalam pertumbuhan dan lainya.

2.2 Siklus Nitrogen di Alam

Siklus nitrogen adalah proses di mana nitrogen dari atmosfer diubah menjadi bentuk yang dapat digunakan oleh tanaman dan hewan. Hal ini terjadi melalui aksi bakteri, dan dimulai pada abad ke-20, aktivitas manusia. Ketika nitrogen diubah menjadi bentuk yang dapat digunakan, dikatakan harus diperbaiki, dan tanaman dan ganggang menggabungkan nitrogen menjadi asam amino, protein, dan asam deoksiribonukleat (DNA). Hewan memperoleh senyawa yang mengandung nitrogen dari tanaman, sehingga siklus nitrogen penting bagi semua kehidupan di bumi. Ketika makhluk hidup mati, jenis bakteri melepaskan nitrogen dalam zat ini kembali ke atmosfer, menyelesaikan siklus.

Dalam bentuk N₂, nitrogen membuat sampai sekitar 80% dari atmosfer bumi. Bentuk nitrogen tidak dapat digunakan oleh tanaman atau hewan yang bergantung pada mereka. Bakteri adalah diperlukan untuk mengubah N₂ menjadi amonia (NH₃) dan ion amonium (NH⁴⁺). Dalam proses yang disebut nitrifikasi, bakteri tanah mengkonversi amonia menjadi ion nitrat (NH₃). Ini bagian dari siklus nitrogen, yang dikenal sebagai fiksasi nitrogen, memungkinkan tanaman untuk menghasilkan asam amino dan senyawa yang mengandung nitrogen lainnya bahwa semua kehidupan hewan tergantung padanya. Sebuah jumlah yang sangat kecil nitrogen tetap dihasilkan setiap tahun oleh sambaran petir dan beberapa proses kimia non-hidup.

Berikut adalah uraian bagaimana saja Senyawa Nitrogen itu bisa berada di daratan /tanah sehingga bisa digunakan oleh mahklluk hidup :

1. Ketika petir terbentuk diatmosfer menyebabkan nitrogen bersenyawa jadi nitrat. Nitrat itu disentuhkan ke bumi, sehingga semakin daerah itu banyak petir tentu banyak nitrat terbentuk disana.

2. Nitrat yang terbentuk di atmosfer tentu akan terbawa hujan sehingga terjadi perpindahan nitrat dari udara ke daratan yang menjadikan nitrogen dalam bentuk nitrat itu menjadi berguna.

3. Tumbuhan menyerap nitrat dari tanah untuk dijadikan protein lalu tumbuhan dimakan oleh kosumer senyawa nitrogen pindah ke tubuh hewan dan manusia.

4. Urin dan faeces sebagai Ekresta , bangkai hewan, dan tumbuhan mati , sisa kehidupan (ranting, daun tua) yang disebut Egesta akan diuraikan oleh pengurai jadi ammonium dan ammoniak.

5. Amoniak hasil pembusukan itu oleh bakteri Nitrifikans akan dirombak jadi Nitrat melalui Nitrifikasi. Nitrifikasi adalah proses biokimia yang tergolong anabolisme mengubah senyawa sederhana anorganik berupa amoniak NH₃ menjadi senyawa organik nitrat HNO₃ dengan energi berasal dari energi hasil reaksi kimia/khemosintesis yang dipunyai bakteri.

6. Nitrifikasi diperlukan bakteri (NS, NC dan NB) Bakteri Nitrosomonas dan Nitrococcus. Nitrobacter mengubah amoniak jadi nitrat yang berjalan secara aerob (butuh aerasi ditanah oleh karenanya tanah harus digemburkan agar terbentuk banyak nitrat).

7. Proses berjalan dua kali yaitu nitritasi membentuk nitrit dan nitratasi membentuk nitrat. Nitrifikasi yaitu nitritasi dan nitratasi.

8. Amoniak NH₃ dirubah menjadi nitrit HNO₂ oleh NS dan NC disebut nitritasi lalu Nitrit diubah lagi Nitrat HNO₃ oleh bakteri NB (Nitrobacter) Nitratasi. Kemudian nitrat diserap oleh tumbuhan. Karena Nitrogen ditanah hanya bisa diserap dalam bentuk nitrat (Amoniak, Nitrit tidak bisa diserap).

9. Selain melalui petir juga melalui Fikasasi , Fikasasi itu berbeda dengan Nitrifikasi. Fikasasi itu pengikatan langsung Nitrogen di udara oleh mikroorganisme Fiksasi (Rhizobium, Azotobacter, Clostridium pasteurianum, Nostoc, Anabaena)

10. Rhizobium bersimbiosis dengan kacang kacangan membentuk bintil akar yang sebenarnya bintil itu karena infeksi bakteri Rhizobium leguminosorum, yang berguna bagi kacang karena punya kemampuan mem-fiksasi Nitrogen dari udara untuk dipersembahkan ke kacang dalam pertumbuhannya, sehingga petani nggak perlu lagi memberi pupuk (Urea atau NPK).

11. Anabaena bersimbiosis dengan Paku air Azolla dan Pakis haji Cycas rumpii. Azotobacter, Clostridium dan Nostoc soliter hidupnya.

12. Nitrogen juga bisa dari Air hujan, hujan asam (Acid rain) , dari pupuk buatan Urea yang dilepaskan ke tanah.

2.2.1 Fiksasi Nitrogen

Fiksasi nitrogen adalah proses alam, biologis atau abiotik yang mengubah nitrogen di udara menjadi ammonia (NH₃). Mikroorganisme yang mem-fiksasi nitrogen disebut Diazotrof. Mikroorganisme ini memiliki enzim nitrogenaze yang dapat menggabungkan hidrogen dan nitrogen. Reaksi untuk fiksasi nitrogen biologis ini dapat ditulis sebagai berikut :

N₂ + 8H⁺ + 8e− 2NH₃ + H₂

Mikroorganisme yang melakukan fiksasi nitrogen antara lain Cyanobacteria, Azotobacteraceae, Rhizobia, Clostridium, dan Frankia. Selain itu ganggang hijau biru juga dapat memfiksasi nitrogen. Beberapa tanaman yang lebih tinggi, dan beberapa hewan (rayap), telah membentuk asosiasi (simbiosis) dengan Diazotrof. Selain dilakukan oleh mikroorganisme, fiksasi nitrogen juga terjadi pada proses non-biologis, contohnya sambaran petir. Lebih jauh, ada empat cara yang dapat mengkonversi unsur nitrogen di atmosfer menjadi bentuk yang lebih reaktif :

a. Fiksasi biologis : beberapa bakteri simbiotik (paling sering dikaitkan dengan tanaman polongan) dan beberapa bakteri yang hidup bebas dapat memperbaiki nitrogen sebagai nitrogen organik. Sebuah contoh dari bakteri pengikat nitrogen adalah bakteri Rhizobium mutualistik, yang hidup dalam nodul akar kacang-kacangan. Spesies ini diazotrophs. Sebuah contoh dari hidup bebas bakteri Azotobacter.

b. Industri fiksasi nitrogen : Di bawah tekanan besar, pada suhu 600⁰C, dan dengan penggunaan katalis besi, nitrogen atmosfer dan hidrogen (biasanya berasal dari gas alam atau minyak bumi) dapat dikombinasikan untuk membentuk amonia (NH₃). Dalam proses Haber-Bosch, N₂ adalah diubah bersamaan dengan gas hidrogen (H₂) menjadi amonia (NH₃), yang digunakan untuk membuat pupuk dan bahan peledak.

c. Pembakaran bahan bakar fosil: mesin mobil dan pembangkit listrik termal, yang melepaskan berbagai nitrogen oksida (NO_x).

d. Proses lain: Selain itu, pembentukan NO dari N₂ dan O₂ karena foton dan terutama petir, dapat memfiksasi nitrogen.

2.2.2 Asimilasi

Tanaman mendapatkan nitrogen dari tanah melalui absorbsi akar baik dalam bentuk ion nitrat atau ion amonium. Sedangkan hewan memperoleh nitrogen dari tanaman yang mereka makan.

Tanaman dapat menyerap ion nitrat atau amonium dari tanah melalui rambut akarnya. Jika nitrat diserap, pertama-tama direduksi menjadi ion nitrit dan kemudian ion amonium untuk dimasukkan ke dalam asam amino, asam nukleat, dan klorofil. Pada tanaman yang memiliki hubungan mutualistik dengan rhizobia, nitrogen dapat berasimilasi dalam bentuk ion amonium langsung dari nodul. Hewan, jamur, dan organisme heterotrof lain mendapatkan nitrogen sebagai asam amino, nukleotida dan molekul organik kecil.

2.2.3 Amonifikasi

Jika tumbuhan atau hewan mati, nitrogen organik diubah menjadi amonium (NH⁴⁺) oleh bakteri dan jamur.

2.2.4 Nitrifikasi

Konversi amonium menjadi nitrat dilakukan terutama oleh bakteri yang hidup di dalam tanah dan bakteri nitrifikasi lainnya. Tahap utama nitrifikasi, bakteri nitrifikasi seperti spesies Nitrosomonas mengoksidasi amonium (NH⁴⁺) dan mengubah amonia menjadi nitrit (NO^2-). Spesies bakteri lain, seperti Nitrobacter, bertanggung jawab untuk oksidasi nitrit menjadi dari nitrat (NO^3-). Proses konversi nitrit menjadi nitrat sangat penting karena nitrit merupakan racun bagi kehidupan tanaman.

Proses nitrifikasi dapat ditulis dengan reaksi berikut ini :

1. NH₃ + CO₂ + 1.5 O₂ + Nitrosomonas → NO₂^- + H₂O + H⁺

2. NO₂^- + CO₂ + 0.5 O₂ + Nitrobacter → NO₃^-

3. NH₃ + O₂ → NO₂⁻ + 3H⁺ + 2e⁻

4. NO₂⁻ + H₂O → NO₃⁻ + 2H⁺ + 2e

Karena kelarutannya yang sangat tinggi, nitrat dapat memasukkan air tanah. Peningkatan nitrat dalam air tanah merupakan masalah bagi air minum, karena nitrat dapat mengganggu tingkat oksigen darah pada bayi dan menyebabkan sindrom methemoglobinemia atau bayi biru. Ketika air tanah mengisi aliran sungai, nitrat yang memperkaya air tanah dapat berkontribusi untuk eutrofikasi, sebuah proses dimana populasi alga meledak, terutama populasi alga biru-hijau.

Hal ini juga dapat menyebabkan kematian kehidupan akuatik karena permintaan yang berlebihan untuk oksigen. Meskipun tidak secara langsung beracun untuk ikan hidup (seperti amonia), nitrat dapat memiliki efek tidak langsung pada ikan jika berkontribusi untuk eutrofikasi ini.

2.2.5 Denitrifikasi

Denitrifikasi adalah proses reduksi nitrat untuk kembali menjadi gas nitrogen (N₂), untuk menyelesaikan siklus nitrogen. Proses ini dilakukan oleh spesies bakteri seperti Pseudomonas dan Clostridium dalam kondisi anaerobik. Mereka menggunakan nitrat sebagai akseptor elektron di tempat oksigen selama respirasi. Fakultatif anaerob bakteri ini juga dapat hidup dalam kondisi aerobik.

Denitrifikasi umumnya berlangsung melalui beberapa kombinasi dari bentuk peralihan sebagai berikut:

NO₃⁻ → NO₂⁻ → NO + N₂O → N₂ (g)

Proses denitrifikasi lengkap dapat dinyatakan sebagai reaksi redoks:

2NO₃⁻ + 10e⁻ + 12H⁺ → N₂ + 6H₂O

2.2.6 Oksidasi Amonia Anaerobik

Dalam proses biologis, nitrit dan amonium dikonversi langsung ke elemen (N₂) gas nitrogen. Proses ini membentuk sebagian besar dari konversi nitrogen unsur di lautan. Reduksi dalam kondisi anoxic juga dapat terjadi melalui proses yang disebut oksidasi amonia anaerobik.

NH₄⁺ + NO₂⁻ → N₂ + 2 H₂O

BAB III

PENUTUP

3.1 Kesimpulan

Dari makalah “Siklus Nitrogen” diatas, dapat disimpulkan hal-hal sebagai berikut :

1. Siklus nitrogen adalah proses di mana nitrogen dari atmosfer diubah menjadi bentuk yang dapat digunakan oleh tanaman dan hewan.

2. Semua makhluk hidup memerlukan atom nitrogen untuk pembentukan protein dan berbagai molekul organic esensial lainnya.

3. Siklus nitrogen dapat terjadi melalui rangkaian proses yang saling berhubungan, yakni nitrifikasi, fiksasi, denitrifikasi dan juga pembusukan.

3.2 Saran

Setelah membaca makalah “Siklus Nitrogen” semoga pembaca dapat memberikan saran yang bersifat membangun agar makalah ini dapat menjadi lebih baik dari sebelumnya.

DAFTAR PUSTAKA

Anonim. 2009. Daur Nitrogen. http://biologigonz.blogspot.com/. Diakses pada tanggal 16 November 2014.

Firdaus. 2013. Siklus Nitrogen. http://daus-luchy.blogspot.com. Diakses pada tanggal 16 November 2014.

Arif. 2009. Siklus Nitrogen. http://ariffadholi.blogspot.com. Diakses pada tanggal 16 November 2014.