Siklus Nitrogen – Pengertian,
Proses & Contohnya
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.
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.
Proses 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.
