DAUR NITROGEN

Nitrogen suatu gas inert yang sangat sulit diikat langsung oleh mahkluk hidup tingkat tinggi , di udara Nitrogen sepertinya tak terbatas jumlahnya karena jumlahnya 78 % paling besar diatara gas gas lainnya seperti oksigen , sulfur , carbon dan lainnya .

• Jumlahnya nitrogen yang 78 % itu dalam bentuk unsur bukan dalam senyawa.
• padahal mahkluk hidup memerlukan niterogen dalam suatu persenyawaan misalnya nitrat , asam amino , protein dan sangat penting untuk pertumbuhan .
• Jadi Nitrogen udara itu harus di proses sehingga bisa membentuk senyawa yang penting untuk dapat memenuhi kebutuhan mahkluk hidup.
• Proses itulah yang nanti kita pelajari dalam Daur BIOGEOKIMIA khususnya daur Nitrogen .
• apa sih BIOGEOKIMIA , Bio = Mahkluk hidup , Geo = Bumi/Lingk, Kimia = zat /unsur kimia , jadi siklus zat kimia dari bio ke geo atau dari Geo ke bio ( memutar membentuk daur ) OK itu konsepnya
• Misal siklus karbon gas CO2 ada di udara (Geo ) gas CO2 itu diperlukan oleh Mahkluk hidup ( bio) untuk apa ? tentu gas itu diikat hanya bisa untuk fotosintesis . OK
• Di tubuh Mahkluk hidup CO2 sangat banyak akibat respirasi , gas itu akan dikembalikan ke udara ( Geo) pada peristiwa Respirasi
• Jadi karena siklus itulah Zat kimia CO2 dan O2 itu selalu ada .
• OK

SIKLUS NITROGEN
Nitrogen dalam bentuk senyawa terdapat pada Nitrat , Protein , Asam amino , Lipoprotein dll yang semua itu penting dala metabolisme
untuk apa nitrogen

1. pembentukan membran sel
2. pembentukan enzim
3. pertumbuhan
4. regenerasi sel
5. antibody
6. dll.

• 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 dll .

Nitrogen dialam diudara sekitar 78 % itu bagaimana bisa berada di daratan , perairan sehingga bisa digunakan mahkluk hidup ?
Secara mudah kami berikan terlebih dahulu uraian bagaimana saja Senyawa nitrogen itu bisa berada di daratan / tanah sehingga bisa digunakan oleh mahklluk hidup

• Ketika petir terbentuk diatmosfer menyebabkan nitrogen bersenyawa jadi nitrat.
• Nitrat itu disentuhkan ke bumi , sehingga semakin daerah itu banyak petir tentu banyaknitrat terbentuk disana
• 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
• Tumbuhan menyerap nitrat dari tanah untuk dijadikan protein lalu tumbuhan dimakan oleh kosumer senyawa nitrogen pindah ke tubuh hewan dan manusia
• 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.
• Amoniak hasil pembusukan itu oleh bakteri Nitrifikans akan dirombak jadi Nitrat melalui Nitrifikasi OK
• Nitrifikasi adala 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
• 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)
• proses berjalan dua kali yaitu nitritasi membentuk nitrit dan nitratasi membentuk nitrat
• Nitrifikasi : nitritasi dan nitratasi
• 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 )
• 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 )
• Rhizobium bersimbiosis dengan kacang kacangan membentuk bintil akar yang sebenarnya bintil itu karena infeksi bakteri Rhizobium leguminosorum , yang berguna bagi kacang karena punya kemampuan membFIKSASI Nitrogen dari udara untuk dipersembahkan ke kacang dalam pertumbuhannya , sehingga petani nggak perlu lagi memberi pupuk (Urea atau NPK) karena ada free download nitrogendari udara hehe
• Anabaena bersimbiosis dengan Paku air Azolla dan Pakis haji Cycas rumpii.
• azotobacter, Clostridium dan Nostoc soliter hidupnya
• Nitrogen juga bisa dari Air hujan , hujan asam ( Acid rain) , dari pupuk buatan Urea yang dilepaskan ke tanah

Nitrogen Tanah
Nitrogen adalah unsur hara yang paling dinamis di alam.

• Keberadaannya di tanah sangat dipengaruhi oleh keseimbangan antara input dan outputnya dalam sistem tanah.
• Di alam, Nitrogen terdapat dalam bentuk senyawa organik seperti urea, protein, dan asam nukleat atau sebagai senyawa anorganik seperti ammonia, nitrit, dan nitra
• Daur nitrogen adalah transfer nitrogen dari atmosfir ke dalam tanah.
• Selain air hujan yang membawa sejumlah nitrogen, penambahan nitrogen ke dalam tanah terjadi melalui proses fiksasi nitrogen.
• Fiksasi nitrogen secara biologis dapat dilakukan oleh bakteri Rhizobium yang bersimbiosis dengan polong-polongan, bakteri Azotobacter dan Clostridium.
• Selain itu ganggang hijau biru dalam air juga memiliki kemampuan memfiksasi nitrogen.
• Nitrat yang di hasilkan oleh fiksasi biologis digunakan oleh produsen (tumbuhan) diubah menjadi molekul protein.
• Selanjutnya jika tumbuhan atau hewan yang mengandung protein itu mati, mikroorganisme pengurai akan merombak protein itu menjadi menjadi gas amoniak (NH3) dan garam ammonium yang larut dalam air (NH4+) ( Demineralisasi )Proses ini disebut dengan amonifikasi.
• kemudian diteruskan ke proses Nitrifikasi oleh bakteri Nitrifikasn
• Bakteri Nitrosomonas mengubah amoniak dan senyawa ammonium menjadi nitrat oleh Nitrobacter. Apabila oksigen dalam tanah terbatas, nitrat dengan cepat ditransformasikan menjadi gas nitrogen atau oksida nitrogen oleh proses yang disebut denitrifikasi.
• Keseimbangan Nitrogen ini digambarkan pada Gambar

• Jika kita kaitkan dengan kondisi musim penghujan , maka sebenarnya masih tersedia cukup Nitrogen bagi perkembangan tanaman karena Nitrogen yang telah terlepas atau mengalami volatilisasi (hilang di udara bebas) kembali terikat oleh adanya petir / kilat dan akan kembali ke tanah melalui pertolongan air hujan yang turun.
• Meskipun Nitrogen seringkali mengalami perubahan bentuk, tetapi sangatlah mudah bagi tanaman untuk menyerap unsur ini akibat adanya keseimbangan siklus Nitrogen tadi.
• Tanaman menyerap unsur Nitrogen dalam bentuk Ammonium (NH4+) dan Nitrat (NO3-).
• Keberadaan NH4+ ini sangat relatif bagi tanaman karena mudah mengalami perubahan bentuk menjadi Nitrat Nitrogen (NO3-) akibat proses nitrifikasi
• Nitrifikasi adalah perubahan Ammonium / Amoniak menjadi Nitrat oleh organisme tanah berupa bakteri nitrifikans
• Sayangnya bentuk Nitrat ini mudah hilang akibat pencucian dalam tanah karena aliran air / terikat oleh mineral-mineral liat tanah yang bisa berpindah saat adanya perkolasi dalam tanah.
• Alternatif pemecahan masalah hilangnya unsur hara akibat pencucian ini adalah dengan memberikan pupuk yang berimbang
• namun ada juga yang tanpa diberikan unsur hara makro maupun mikro lewat pupuk melalui slow release (penguraiannya dalam tanah lambat) tetap tersedia nutrisi tanaman tetap terjaga. Selain itu juga perlu diperhatikan keseimbangan siklus unsur hara di alam agar tetap terjaga kestabilannya sehingga mampu meningkatkan produksi tanaman.

Jadi sebelum dipahami gambar Daur nitrogen itu perlu pemahaman Dari mana saja Nitrogen ditanah ? OK

1. lewat hujan yang membawa material N dari udara *(NOx , HNO3 karena petir)
2. lewat sentuhan petir dari udara ( meskipun banyak orang yang mati kesamber petir tetapi daerahnya subur)
3. dari demineralisasi / penguraian oleh dekomposer bahan mati yang mengandung protein (CHON)
4. dari Proses pengendapan akibat suatu tempat terkena erosi / pencucian
5. pemberian pupuk buatan atau alami
6. proses Fiksasi oleh organisme mikro yang handal punya kemampuan mengikat gas Inert N22 udara yang tidak dipunyai oleh organisme tumbuhan tingkat tinggi
7. Nitrifikasi oleh bakteri nitrifikans yang luar biasa ( kalau Denitrifikasi justru mengembalikaan Nitrogen ke udara )

Review

• Sekali lagi saya ingatkan bahwa bakteri fiksasi nitrogen ini berbeda sekali dengan bakteri Nitrifikasi , kalau bakteri fiksasi ini punya keahlian memfiksasi / mengikat nitrogen dari udara bebas, yang tidak bisa dilakukan oleh mahkluk hidup tingkat tiinggi jenis apapun.
• sedang bakteri Nitrifikasi ini keahliannya mengubah bahan anorganik amoniak hasil penguraian sisa organisme yang ada dilingkungan disulap menjadi bahan organik nitrat yang akar tanaman mampu menyerapnya sehingga jadi subur sehingga ia bersifat autotrop yaitu Khemoautotrop karena kemampuan khemosintesisnya.
• Nitrat yang di hasilkan oleh proses biologis digunakan oleh produsen (tumbuhan) diubah menjadi molekul protein.
• Selanjutnya jika tumbuhan atau hewan mati, mahluk pengurai merombaknya menjadi gas amoniak (NH3) dan garam ammonium yang larut dalam air (NH4+). Proses ini disebut dengan amonifikasi. Bakteri Nitrosomonas/Nitrocoocus mengubah amoniak dan senyawa ammonium menjadi nitrat oleh Nitrobacter Kedua proses yang berturutan itu disebut dengan Nitrifikasi Apabila oksigen dalam tanah terbatas, nitrat dengan cepat ditransformasikan menjadi gas nitrogen atau oksida nitrogen oleh proses yang disebutDenitrifikasi.
• Denitrifikasi menyebabkan tanah jadi tidak subur karena nitrat yang diperlukan oleh tumbuhan terurai kembali . Bakteri yang melakukannya disebut bakteri Denitrifikans contoh : Bakteri Pseudomonas denitrifikans

Berikut reaksi Jelasnya proses khemosintesa - Nitrifikasi oleh bakteri NS,NC dan NB bekerja
Bakteri nitrifikasi adalah bakteri-bakteri tertentu yang mampu menyusun senyawa nitrat dari amoniak yang berlangsung secara aerob di dalam tanah. Nitrifikasi terdiri atas dua tahap yaitu:

Oksidasi amoniak menjadi nitrit oleh bakteri nitrit. Proses ini dinamakan nitritasi.

Oksidasi senyawa nitrit menjadi nitrat oleh bakteri nitrat. Prosesnya dinamakan nitratasi.

Reaksi nitratasi 

• Dalam bidang pertanian, nitrifikasi sangat menguntungkan karena menghasilkan senyawa yang diperlukan oleh tanaman yaitu nitrat.
•  Tetapi sebaliknya di dalam air yang disediakan untuk sumber air minum, nitrat yang berlebihan tidak baik karena akan menyebabkan pertumbuhan ganggang di permukaan air menjadi berlimpah dan terjadi Eutrofikasi karena Oksigen diperlukan oleh bakteri diair untuk pembentukan nitratnya so Oksigen air berkurang ( DO ) turun ikan pada mati

Siklus Nitrogen (N2) 

• Gas nitrogen banyak terdapat di atmosfer, yaitu 80% dari udara.
•  Nitrogen bebas dapat ditambat/difiksasi terutama oleh tumbuhan yang berbintil akar (misalnya jenis polongan) dan beberapa jenis ganggang.
• Nitrogen bebas juga dapat bereaksi dengan hidrogen atau oksigen dengan bantuan kilat/ petir.
•  Tumbuhan memperoleh nitrogen dari dalam tanah berupa amonia (NH3), ion nitrit (N02- ), dan ion nitrat (N03- ).
• Beberapa bakteri yang dapat menambat nitrogen terdapat pada akar Legum dan akar tumbuhan lain, misalnya Marsiella crenata.
•  Selain itu, terdapat bakteri dalam tanah yang dapat mengikat nitrogen secara langsung, yakni Azotobacter sp. yang bersifat aerob dan Clostridium sp. yang bersifat anaerob. Nostoc sp. dan Anabaena sp. (ganggang biru) juga mampu menambat nitrogen.
• Nitrogen yang diikat biasanya dalam bentuk amonia.
• Amonia diperoleh dari hasil penguraian jaringan yang mati oleh bakteri.
•  Amonia ini akan dinitrifikasi oleh bakteri nitrit, yaitu Nitrosomonas dan Nitrosococcus sehingga menghasilkan nitrat yang akan diserap oleh akar tumbuhan.
•  Selanjutnya oleh bakteri denitrifikan, nitrat diubah menjadi amonia kembali, dan amonia diubah menjadi nitrogen yang dilepaskan ke udara.
• Dengan cara ini siklus nitrogen akan berulang dalam ekosistem.

JADI

• Gas nitrogen ikatannya stabil dan sulit bereaksi, sehingga tidak bisa dimanfaatkan secara langsung oleh makhluk hidup.
• Nitrogen dalam tubuh makhluk hidup merupakan komponen penyusun asam amino yang akan membentuk protein.
• Nitrogen bebas juga dapat bereaksi dengan hidrogen atau oksigen dengan bantuan kilat atau petir membentuk nitrat (NO).
• Tumbuhan menyerap nitrogen dalam bentuk nitrit ataupun nitrat dari dalam tanah untuk menyusun protein dalam tubuhnya.
• Ketika tumbuhan dimakan oleh herbivora, nitrogen yang ada akan berpindah ke tubuh hewan tersebut bersama makanan.
• Ketika tumbuhan dan hewan mati ataupun sisa hasil ekskresi hewan (urine) akan diuraikan oleh dekomposer menjadi amonium dan amonia.
• Oleh bakteri nitrit (contohnya Nitrosomonas), amonia akan diubah menjadi nitrit, proses ini disebut sebagai nitritasi.
• Kemudian, nitrit dengan bantuan bakteri nitrat (contohnya Nitrobacter) akan diubah menjadi nitrat, proses ini disebut sebagai proses nitratasi.
• Peristiwa proses perubahan amonia menjadi nitrit dan nitrat dengan bantuan bakteri disebut sebagai proses nitrifikasi.
• Adapula bakteri yang mampu mengubah nitrit atau nitrat menjadi nitrogen bebas di udara, proses ini disebut sebagai denitrifikasi.