Siklus Nitrogen: Pengertian, Fakta, Tahapan, Hasil, dan Contohnya

Table of Contents

Siklus Nitrogen

Pengertian Siklus Nitrogen

Siklus nitrogen adalah suatu proses konversi senyawa yang mengandung unsur nitrogen menjadi berbagai macam bentuk kimiawi yang lain. Transformasi ini dapat terjadi secara biologis maupun non-biologis. Siklus nitrogen memiliki peran yang amat penting bagi suatu ekologi, dimulai dari tumbuhan hingga makhluk hidup lain seperti hewan dan manusia.

Walaupun terdapat sangat banyak molekul nitrogen di dalam atmosfer, nitrogen dalam bentuk gas tidaklah reaktif. Hanya beberapa organisme yang mampu untuk mengkonversinya menjadi senyawa organik dengan proses yang disebut fiksasi nitrogen.

Fiksasi nitrogen yang lain terjadi karena proses geofisika, seperti terjadinya kilat. Kilat memiliki peran yang sangat penting dalam kehidupan, tanpanya tidak akan ada bentuk kehidupan di bumi. Walaupun demikian, sedikit sekali makhluk hidup yang dapat menyerap senyawa nitrogen yang terbentuk dari alam tersebut.

Hampir seluruh makhluk hidup mendapatkan senyawa nitrogen dari makhluk hidup yang lain. Oleh sebab itu, reaksi fiksasi nitrogen sering disebut proses topping-up atau fungsi penambahan pada tersedianya cadangan senyawa nitrogen.

Fakta Tentang Nitrogen

Berikut data dan fakta mengenai nitrogen di antaranya,
1. Sekitar 78% dari atmosfer terdiri dari nitrogen. Namun, sebagian besar makhluk hidup yang ada di bumi tidak dapat memanfaatkannya secara langsung
2. Nitrogen yang digunakan untuk pembuatan pupuk bertujuan untuk membuat tanaman lebih cepat tumbuh
3. Nitrous Oxide adalah gas rumah kaca. Jika terlalu banyak di atmosfer maka dapat menyebabkan hujan asam
4. Nitrogen tidak berwarna, tidak berbau, dan tidak berasa
5. Nitrogen dapat digunakan sebagai bahan peledak
6. Sekitar 3% dari berat badan manusia adalah nitrogen

Tahapan Siklus Nitrogen

Siklus nitrogen terjadi pada beberapa tahap di antaranya,
1. Fiksasi
Proses pertama yakni fiksasi nitrogen yaitu mengubah nitrogen yang terdapat di udara menjadi ammonia (NH3). Mikroorganisme yang melakukan proses fiksasi nitrogen yaitu diazotrof. Biasanya bakteri ini mempunyai enzim nitrogenaze yang dapat menggabungkan nitrogen dengan hidrogen.

Bakteri ini bersimbiosis dengan tanaman kacang – kacangan atau hidup bebas sehingga dapat memperbaiki nitrogen menjadi nitrogen organik. Bakteri – bakteri yang dapat melakukan fiksasi nitrogen yaitu Azotobacteraceae, Cyanobacteria, Clostridium, Frankia, dan Rhizonia.

2. Nitrifikasi
Tahap selanjutnya yaitu nitrifikasi yang merupakan konversi amonium berubah menjadi nitrat. Tahap ini dilakukan oleh bakteri hidup yang berada di dalam tanah serta bakteri nitrifikasi yang lain. Untuk tahap utama dari proses nitrifikasi yakni bakteri nitrifikasi (Nitrosomonas) melakukan oksidasi terhadap amonium (NH4+) serta mengubah amonia menjadi nitrit (NO2–).

Sedangkan untuk spesies bakteri lainnya seperti nitrobacter melakukan oksidasi pada nitrit menjadi nitrat (NO3–). Perubahan nitrit menjadi nitrat sangat penting, mengingat nitrit adalah racun bagi tanaman. Untuk proses nitrifikasi dapat sendiri terbagi menjadi 4 macam di antaranya,
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

3. Asimilasi
Semua tumbuhan memperoleh nitrogen yang berasal dari tanah melalui proses absorbsi akar dalam bentuk ion amonium atau ion nitrat. Tumbuhan menyerap ion tersebut yang berada di dalam tanah melalui rambut-rambut akar.

Untuk menyerap nitrat, pertama harus diubah terlebih dahulu menjadi ion nitrit kemudian menjadi ion amonium untuk selanjutnya dimasukkan pada asam nukleat, asam amino dan klorofil. Untuk beberapa jenis tumbuhan yang bersimbiosis dengan rhizobia, nitrogen tersebut diasimilasi menjadi bentuk ion amonium secara langsung di nodul (bintil akar).

4. Amonifikasi
Ketika tumbuhan atau hewan mati, nitrogen organik diubah dalam bentuk amonium (NH4+) oleh jamur dan bakteri yang ada di dalam tanah. Amonifikasi sendiri merupakan suatu proses pembentukan dari amonium oleh bakteri yang tinggal di dalam tanah.

Amonium tidak hanya terbentuk dari hasil fiksasi nitrogen saja, namun juga bisa berasal dari dekomposisi atau penguraian organisme yang sudah mati baik itu tumbuhan maupun hewan oleh bakteri pengurai. Tidak hanya dekomposisi sampah organik, amonifikasi bisa saja terjadi sebagai akibat aktivitas bakteri dalam merubah senyawa nitrat menjadi amonium.

5. Denitrifikasi
Proses terakhir pada siklus nitrogen yaitu denitrifikasi. Denitrifikasi merupakan proses mereduksi nitrat untuk diubah kembali dalam bentuk gas nitrogen (N2). Pada proses ini membutuhkan bantuan spesies bakteri seperti Clostridium dan Pseudomonas dalam kondisi anaerob. Nitrat ini digunakan sebagai akseptor elektron di tempat adanya oksigen selama proses respirasi.

Fakultatif anaerob bakteri bisa juga terjadi pada kondisi aerobik sekalipun. Secara umum proses denitrifikasi terjadi oleh beberapa kombinasi bentuk peralihan  di antaranya,
NO3– -> NO2– -> NO +N2O -> N2 (g)

Namun secara lengkap proses denitrifikasi dapat dilihat dari reaksi redoks, sebagai berikut:
2NO3– + 10e– + 12H+ -> N2 + 6H2O

Nitrogren yang tersedia di alam hadir dalam berbagai bentuk nitrogen organik seperti amonium, nitrit, nitrat serta gas nitrogen. Pada siklus nitrogen sendiri yaitu mengubah nitrogen menjadi banyak bentuk kimia. Sehingga ada banyak proses yang dilakukan oleh mikroba baik dalam menghasilkan energi ataupun mengumpulkan nitrogen menjadi bentuk yang dibutuhkan oleh tumbuhan.

Hasil Siklus Nitrogen

Berikut hasil dari perubahan bentuk nitrogen di antaranya,
1. Amonium. Amonium atau ammonia serta beberapa garam sangat mudah larut dalam air. Sumber dari amonia sendiri berasal dari hasil reduksi gas nitrogen yang telah melalui proses difusi udara atmosfer, limbah industri serta domestik.
2. Nitrit. Nitrit adalah bentuk peralihan antara amonia menjadi nitrat atau nitrifikasi serta nitrat menjadi gas nitrogen (denitrifikasi) dalam kondisi anaerob. Sumber dari nitrit dapat berasal dari limbah industri serta limbah domestik. Di dalam sebuah perairan alami ada sekitar 0,001 mg/liter atau jumlahnya cukup sedikit dibandingkan dengan nitrat karena sifatnya yang tidak stabil.
3. Nitrat. Nitrat merupakan sumber utama dari nitrogen yang ada di perairan akan tetapi amonium lebih dipilih oleh tumbuhan. Bisa dikatakan jika nitrat adalah bentuk utama nitrogen sebagai nutrien utama untuk tumbuhan dan juga alga. Nitrat nitrogen bersifat mudah larut di dalam air serta stabil.

Contoh Siklus Nitrogen

Contoh daur nitrogen yang terjadi di sekitar di antaranya,
1. 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.
2. 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.
3. Nitrogen juga terdapat di lautan akibat limpasan air tanah dan air hujan. Nitrogen sampai ke lautan melalui proses presipitasi, kemudian mengalami fiksasi yang dilakukan oleh bakteri cynobacteria. Setelah tahap fiksasi, nitrogen dalam bentuk biologis bermanfaat bagi fitoplankton.
4. 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.
5. 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. 

Dari berbagai sumber

Download