Siklus Nitrogen – Nitrogen merupakan unsur kimia yang begitu penting bagi makhluk hidup. Unsur nitrogen selalu ada pada setiap tubuh makhluk hidup. Asam amino sebagai zat kimia penyusun kehidupan pun tersusun dari unsur kimiawi nitrogen.
Tentang Nitrogen
Pada tahun 1772 seorang dokter Skotlandia Daniel Rutherford menemukan nitrogen.
Nitrogen merupakan unsur kelima yang paling melimpah di alam semesta dan terdapat sekitar 78% dari atmosfer bumi, yang berisi sekitar 4.000 triliun ton gas.
Nitrogen diperoleh dari udara cair melalui proses yang dikenal sebagai distilasi fraksional. Nitrogen juga bisa mengalami perubahan menjadi berbagai bentuk lain yang disebut siklus nitrogen.
Nitrogen merupakan unsur yang dapat dengan mudah diakses oleh manusia. Nitrogen berbentuk sebagai senyawa N2 dengan kadar volume sebanyak 78,03% volum dan 75,45% berat.
Baca juga : Struktur Bakteri
Nitrogen adalah gas yang tidak berwarna, tidak berbau dan tidak berasa, serta mencair pada suhu –195,8 derajat Celcius dan membeku pada suhu –210 derajat Celcius.
Proses Penting Peranan Siklus Nitrogen
Siklus nitrogen ialah suatu proses konversi atau perubahan senyawa yang mengandung unsur nitrogen menjadi berbagai macam bentuk kimiawi yang lain.
Perubahan ini dapat terjadi secara biologis maupun non-biologis. Beberapa proses penting pada siklus atau daur nitrogen antara lain :
1. Fiksasi
Fiksasi nitrogen pada dasarnya adalah sebuah proses penggabungan nitrogen atmosfer dengan unsur-unsur lain untuk membentuk senyawa yang berguna.
Hanya ada beberapa cara dimana nitrogen yang memiliki sifat relatif sulit bereaksi dengan unsur lain, ternyata dapat dikombinasikan dengan unsur-unsur lain.
Nitrogen memiliki peran penting untuk makhluk hidup dan karena sebagian besar organisme tidak dapat menggunakan nitrogen jika tidak dikombinasikan dengan unsur-unsur lain, maka fiksasi nitrogen menjadi proses penting untuk keberlangsungan hidup di bumi.
Perbaikan atau penggabungan dalam siklus nitrogen juga diperlukan untuk pembuatan berbagai zat termasuk bahan peledak dan pupuk komersial.
Baca juga : Lumut Tanduk
Nitrogen diperbaiki oleh beberapa mikroorganisme dan petir. Fiksasi alami ini memiliki peran penting dalam siklus nitrogen.
Manusia belajar untuk memperbaiki nitrogen dalam jumlah besar untuk menambah jumlah nitrogen secara alami sejak abad ke-20. Proses fiksasi nitrogen sintetis termasuk proses busur listrik, proses sianamida dan proses Haber.
Reaksi untuk fiksasi nitrogen biologis ini dapat ditulis sebagai berikut : N2 + 8 H+ + 8 e− → 2 NH3 + H2
2. Mineralisasi
Mineralisasi ialah dekomposisi yaitu proses oksidasi dari senyawa kimia dalam bahan organik dimana nutrisi dalam senyawa tersebut dilepaskan dalam bentuk anorganik terlarut yang mungkin tersedia untuk tanaman.
Mineralisasi merupakan kebalikan dari imobilisasi yakni ketidakmampuan untuk bergerak secara aktif.
Mineralisasi meningkatkan bioavailabilitas nutrisi yang tersedia dalam senyawa organik yang terurai terutama karena kuantitasnya, unsur nitrogen, fosfor dan belerang .
3. Nitrifikasi
Nitrifikasi merupakan proses pembentukan senyawa nitrat dari senyawa amonium.
Proses penting dalam siklus nitrogen ini merupakan proses dimana ion amonium dioksidasi menjadi ion nitrit, kemudian ion nitrit menjadi ion nitrat. Proses ini dapat terjadi di tanah, air laut maupun air tawar.
Nitrifikasi akan tersedia secara alami di lingkungan yang didalamnya terdapat keberadaan bakteri khusus untuk proses nitrifikasi. Tingkat reaksi nitrifikasi sangat tergantung pada berbagai faktor lingkungan.
Baca juga : Perbedaan DNA dan RNA
Beberapa faktor tersebut diantaranya adalah substrat dan konsentrasi oksigen, suhu, pH dan adanya zat beracun atau zat yang menghambat proses nitrifikasi.
Perubahan temperatur secara mendadak tidak mampu memengaruhi terhadap kecepatan pertumbuhan bakteri itu sendiri sehingga tidak pula berpengaruh terhadap kecepatan reaksi proses nitrifikasi.
Temperatur yang sesuai dalam proses nitrifikasi ini adalah dari 0 hingga 20 derajat Celcius sebab pada suhu tersebut, bakteri nitrifikasi mengalami pertumbuhan yang maksimum sehingga hal tersebut berpengaruh terhadap kecepatan proses nitrifikasi.
Selain itu, konsentrasi oksigen juga memengaruhi kecepatan proses nitrifikasi. Hal tersebut berhubungan dengan bakteri nitrifikasi yang membutuhkan oksigen.
Kandungan pH dari lingkungan juga berpengaruh terhadap kecepatan reaksi nitrifikasi. Reaksi nitrifikasi ini terjadi paling cepat pada pH 8 hingga 9.
Faktor-faktor tersebut berkaitan dengan keberlangsungan hidup bakteri nitrifikasi.
Proses nitrifikasi dapat ditulis dengan reaksi berikut:
- NH3 + CO2 + 1.5 O2 + Nitrosomonas → NO2- + H2O + H+
- NO2- + CO2 + 0.5 O2 + Nitrobacter → NO3-
- NH3 + O2 → NO2− + 3H+ + 2e−
- NO2− + H2O → NO3− + 2H+ + 2e
4. Denitrifikasi
Denitrifikasi merupakan proses reduksi nitrat menjadi gas nitrogen. Nitrat atau NO3- yang digunakan sebagai akseptor elektron alternatif dalam respirasi anaerobik direduksi menjadi gas-gas nitrogen seperti N2, NO atau N2O.
Di sisi lain denitrifikasi merupakan proses yang merugikan. Misalnya, dalam lahan agrikultur yang diberikan pupuk nitrat bila tergenang oleh air, maka akan terjadi kondisi anoksigenik dan denitrifikasi dapat terjadi sehingga akan melepaskan unsur nitrogen ke udara.
Produksi gas N dan N20 yang dilakukan dalam proses denitrifikasi dapat menimbulkan konsekuensi pada lingkungan.
N2O dapat dioksidasi menjadi NO di atmosfer. NO dapat bereaksi dengan ozon membentuk NO2- dan kembali ke bumi menjadi asam nitrit atau HNO2.
Denitrifikasi memiliki peran dalam rusaknya ozon sehingga sinar ultraviolet dapat masuk ke bumi dan menyebabkan hujan asam.
Hujan asam otomatis akan membuat tanah menjadi asam dan tanah yang asam mengubah struktur tanah serta komunitas mikroba.
Baca juga : Daur Hidup Nyamuk
Proses denitrifikasi diperlukan untuk pengolahan limbah cair. Dengan melepaskan nitrat sebagai nitrogen yang mudah menguap, denitrifikasi dapat meminimalkan fiksasi nitrogen sehingga pertumbuhan alga ketika pengolahan limbah cair akan dilepaskan ke danau atau sungai.
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:
- 2 NO3− + 10 e− + 12 H+ → N2 + 6 H2O
5. Asimilasi
Asimilasi dalam siklus nitrogen adalah pembentukan senyawa nitrogen organik seperti asam amino dari senyawa nitrogen anorganik yang hadir di lingkungan.
Setelah proses nitrifikasi yang diubah oleh bakteri, tanaman menyerap nitrogen dalam bentuk nitrat. Nitrat diserap ke tumbuhan oleh gradien proton transporter nitrat.
Nitrat diangkut dari akar ke tunas melalui xilem. Reduksi nitrogen dilakukan di tunas. Nitrat direduksi menjadi nitrit oleh reduktase nitrat dalam sitosol. Kemudian nitrit direduksi menjadi amonia di dalam kloroplas oleh reduktase nitrit yang tergantung ferredoxin.
6. Amonifikasi
Amonifikasi yaitu tahap dalam siklus nitrogen dimana sisa-sisa tanaman dan produk-produk limbah terurai oleh mikroorganisme untuk menghasilkan amonia.
Mikroorganisme dalam tanah memakan bahan organik mati menjadi energi dan mereka menghasilkan amonia dan senyawa dasar lainnya yang merupakan produk sampingan dari metabolisme mereka. Amonia ini dipertahankan dalam tanah dalam bentuk ion amonium.
Peranan Siklus atau Daur Nitrogen
Siklus nitrogen begitu penting karena nitrogen merupakan salah satu nutrisi yang paling penting untuk pertumbuhan tanaman.
Nitrogen dalam berbagai bentuk selalu melalui sekitar siklus alam dan ekosistem pertanian.
Kandungan nitrogen dan pasokan ke tanah dan hilangnya nitrogen dari tanah menentukan produksi dan keberlanjutan tanaman.
Baca juga : Percobaan Ingenhousz
Pada tumbuhan, nitrogen merupakan salah satu unsur utama yang diperlukan untuk pertumbuhan tanaman dan reproduksi.
Klorofil merupakan nitrogen yang kehadirannya sangat penting untuk proses fotosintesis. Nitrogen diperlukan untuk pertumbuhan tanaman yang cepat.
Bakteri Pendukung Proses Daur Nitrogen
Dalam proses siklus nitrogen tentunya membutuhkan beberapa jenis bakteri tertentu untuk mendukung prosesnya.
Berikut adalah beberapa bakteri yang digunakan dalam daur nitrogen:
Rhizobium
Bakteri Rhizobium merupakan salah satu bakteri yang mampu mengikat unsur nitrogen. Biasanya bakteri ini terdapat pada proses fiksasi sebab bakteri yang bebas di udara akan diikat oleh bakteri tersebut.
Bakteri Rhizobium ini mampu mengikat nitrogen dan mengubah nitrogen menjadi nitrat.
Micrococcus Denitrifican
Bakteri Micrococcys Denitrifican merupakan salah satu bakteri yang ada dalam proses amonifikasi. Amonifikasi merupakan salah satu proses siklus nitrogen.
Sebenarnya proses amonifikasi ini bisa merugikan banyak tanaman karena mengikat nitrat yang ada pada tanah. Pengikatan ini dilakukan oleh bakteri dan kemudian diubah menjadi amonium.
Nitrobacter
Bakteri Nitrobacter merupakan salah satu bakteri yang ada dalam proses pada daur nitrogen yaitu proses nitrifikasi. Pada proses nitrifikasi, bakteri Nitrobacter berfungsi sebagai pendukung dalam proses mengubah nitrit menjadi nitrat.
Baca juga : Protista Mirip Hewan
Siklus nitrogen ternyata banyak dibutuhkan di alam untuk berkolaborasi dengan unsur-unsur lain dan mengubah senyawa yang dikandung menjadi fungsi bagi berbagai proses lainnya yang bisa bermanfaat untuk manusia, tumbuhan dan sebagainya.
