MAKALAH SIKLUS NITROGEN

BAB I

PENDAHULUAN

A.    Latar Belakang

Materi yang menyusun tubuh organisme berasal dari bumi.Materi yang berupa unsur-unsur terdapat dalam senyawa kimia yang merupakan Materi dasar makhluk hidup dan tak hidup.Unsur-unsur seperti karbon, nitrogen, fosfor, belerang, hidrogen, dan oksigen adalah beberapa di antara unsur yang penting bagi kehidupan. Unsur-unsur tersebut diperlukan oleh makhluk hidup dalam jumlah yang banyak, sedangkan unsur yang lain hanya dibutuhkan dalam jumlah yang sedikit. Meskipun setiap saat unsur-unsur yang ada tersebut dimanfaatkan oleh organisme, keberadaan unsur-unsur tersebut tetap ada. Hal tersebut dikarenakan unsur yang digunakan oleh organisme untuk menyusun senyawa organik dalam tubuh organisme, ketika organisme-organisme tersebut mati, unsur-unsur penyusun senyawa organik tadi oleh pengurai akan dikembalikan ke alam, baik dalam tanah ataupun dikembalikan lagi  ke udara. Jadi, dalam proses tersebut melibatkan makhluk hidup, tanah, dan reaksi-reaksi kimia di dalamnya.

Nitrogen terdapat di alam terutama sebagai dinitrogen, N2 (titik didih 77,3 K). Gas nitrogen banyak terdapat di atmosfer, yaitu 80% dari udara.Nitrogen bebas dapat 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 petir.Tumbuhan memperoleh nitrogen dari dalam tanah berupa amonia (NH³), ion nitrit (N0²), dan ion nitrat (N0^3-).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. Di negara-negara maju, nitrogen bebas dikumpulkan untuk keperluan industri. Selain karena proses secara alami melalui proses nitrifikasi, penambahan unsur nitrogen di alam dapat juga melalui proses buatan melalui pemupukan.

B.    Rumusan Masalah

Berdasrkan latar belakang diatas dapat diambil beberapa yang dapat dijadikan sebagai rumusan masalah yakni :

1.  Apa yang dimaksud dengan siklus nitrogen?

2.  Bagaimanakah proses terjadinya siklus nitrogen?

C.    Tujuan Penulisan

1.   Mengetahui pengertian siklus nitrogen.

2.   Mengetahui tentang terjadinya siklus nitrogen.

D.    Manfaat Penulisan

            Makalah ini dibuat dengan harapan bahwa makalah ini memiliki manfaat bagi rekan-rekan yang berkesempatan untuk membacanya, dan didalam makalah ini manfaat yang dapat diambil yakni kita akan lebih memahami apa yang dimaksud dengan nitogen serta siklus nitrogen itu sendiri .

BAB II

ISI

A.    Definisi Siklus Nitrogen

Nitrogen merupakan suatu bagian dari sel hidup dan bagian utama dari semua protein, enzim dan proses metabolik yang disertakan pada sintesa dan perpindahan energi.sedangkan Siklus nitrogen adalah proses di mana nitrogen dari atmosfer diubah menjadi bentuk yang dapat digunakan oleh tanaman dan hewan atau merupakan proses perubahan nitrogen anorganik menjadi nitrogen organik yaitu amonia (NH3), NO2,NO3 kemudian menjadi nitrogen anorganik lagi. 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 (Alaerts, 1987). Gas nitrogen banyak terdapat di atmosfer, yaitu 80% dari udara. Nitrogen bebas dapat 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 petir. Unsur hara yang tidak kalah pentingnya dengan karbohidrat ialah protein, yakni suatu senyawa yang mengandung nitrogen disamping C,H, dan O. Dan kita ketahui, udara mengandung 79 % nitrogen. Nitrogen bebas ini (dalam bentuk N2) dapat difiksaasi terutama oleh tumbuhan yang berbintil akar (misalnya jenis polongan) dan beberapa jenis ganggang. Nitrogen bebas ini mempunyai sifat lembab (tidak mudah bereaksi). Sehingga untuk memecahnya diperlukan energi tinggi, seperti contoh bantuan petir. Selain itu , nitrogen bebas ini diasimilasi oleh tumbuhan lewat perakaran dalam bentuk nitrat. 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. Berikut ini penjelasan lebih lanjut dari proses-proses dalam  siklus nitrogen :

Gambar 1. Siklus Nitrogen

Nitrogen hadir di lingkungan dalam berbagai bentuk kimia termasuk nitrogen organik, amonium (NH4 +), nitrit (NO2-), nitrat (NO3-), dan gas nitrogen (N2). Nitrogen organik dapat berupa organisme hidup, atau humus, dan dalam produk antara dekomposisi bahan organik atau humus dibangun. Proses siklus nitrogen mengubah nitrogen dari satu bentuk kimia lain. Banyak proses yang dilakukan oleh mikroba baik untuk menghasilkan energi atau menumpuk nitrogen dalam bentuk yang dibutuhkan untuk pertumbuhan. Diagram di atas menunjukkan bagaimana proses-proses cocok bersama untuk membentuk siklus nitrogen.

1.      Fiksasi

Fiksasi Nitrogen adalah proses alam, biologis atau abiotik yang mengubah nitrogen di udara menjadi amonia (NH₃). Mikroorganisme yang memfiksasi nitrogen disebut diazotrof. Mikroorganisme ini memiliki enzim nitrogenaze yang dapat menggabungkan hidrogen dan nitrogen. Reaksi untuk fiksasi Nitrnitrogen biologis ini dapat ditulis sebagai berikut :

N₂ + 8 H⁺ + 8 e−→ 2 NH₃ + H_2.  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 nonbiologis, contohnya sambaran petir.

  

2.      Asimilasi

Asimilasi merupakan Penyerapan dan penggabungan dengan unsur lain membentuk zat baru dengan sifat baru. Senyawa Nitrat (NO₃)^- diserap oleh tumbuhan mengalami proses asimilasi menjadi bahan penyusun organ pada tumbuhan. Tumbuhan sebagai Produsen dikonsumsi oleh manusia dan hewan. Nitrogen pada biomassa tumbuhan masuk ke dalam proses biokimia pada manusia dan hewan. Jumlah relatif NO₃^- dan nitrogen organik dalam xylem bergantung pada kondisi lingkungan. Jenis tumbuhan yang akarnya mampu mengasimilasi N, dalam cairan xylem dijumpai banyak asam amino, urine, tidak dijumpai NH₄+. Sedangkan jika di dalam cairan xylem mengandung NO₃^- berarti akar tumbuhan itu tidak mampu mengasimilasi NO₃^-. Kalau dalam lingkungan perakaran NO₃^- terdapat dalam jumlah besr, cairan xylem akan mengandung NO₃^- juga. 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.

3.      Amonifikasi

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

4.      Nitrifikasi

Nitrifikasi merupakan reaksi penting dalam siklus nitrogen, yaitu oksidasi amonium menjadi nitrit dan oksidasi nitrit menjadi nitrat. Nitrifikasi autotrofik dilakukan oleh dua kelompok bakteri kemolitotrofik yang berbeda, yaitu ammonia-oxidizing bacteria (AOB) seperti Nitrosomonas dan nitriteoxidizing bacteria (NOB) seperti Nitrobacter (Prosser 1989). Proses nitrifikasi sebenarnya tidak hanya dilakukan oleh bakteri kemolitotrofik tetapi berbagai mikroorganisme lainnya, seperti bakteri heterotrofik, kapang, dan khamir juga mempunyai kemampuan untuk mengoksidasi berbagai komponennitrogen (Sakai et al. 1996). Nitrifikasi heterotrofik pertama kali dilaporkan pada tahun 1894. Proses ini merupakan komponen minor dari biogeokimia siklus nitrogen (Hans et al. 1989). Secara kuantitatif, peran nitrifikasi heterotrofik relatif kecil dibanding nitrifikasi autotrofik, namun nitrifikasi heterotrofik menjadi dominan di tanah hutan konifer yang bersifat asam (Killham 1986, Schimel et al. 1984, Both 1990).Bakteri heterotrofik berperan dalam proses nitrifikasi di alam jika bakteri kemolitoautotrofik berada dalam kondisi tidak aktif, seperti pada tanah yang terlalu asam atau basa, pada kondisi kadar oksigen yang rendah, kadar nitrogen terlarut yang tinggi, suhu yang terlalu rendah atau tinggi, atau terdapatnya senyawa penghambat nitrifikasi seperti nitrapirin (Nishio et al. 1994, Müller 2002).

a.       Tahap pertama nitrifiksasi oksidasi yaitu : 2 NH4 + 3 O2 2HNO2+ 2 H2O + E (79 kalori) Enzimatik

b.      Tahap kedua nitrifikasi oksidasi yaitu: 2 HNO2+ O2 2 HNO3 + E (43 kalori). Enzimatik Bakteri autotrofi (bakteri nitrifikasi) dapat menggunakan N-anorganik untuk melakukan nitrifikasi, seperti genera bakteri Nitosomonos, Nitrosococcus Nitrosospira, Nitrosovibrio, dan Nitrosolobus. Pada proses tahap pertama reaksi berlangsung dari ammonium ke nitrit yang melibatkan bakteri Nitrosomonos dan Nitrosococcus dengan persamaan reaksi sebagai berikut: NH4+ 3/2 O2 NO2 + H2O+ 2 H E = - 65 kcal.Sedangkan reaksi kedua diperankan oleh bakteri Nitrobacter dan Nitrococcus sp. yang melakukan oksidasi dari nitrat ke nitric dengan persamaan reaksi sebagai berikut : NO2+ ½ O2 NO3+ E = - 18 kcal. Reaksi nitrifikasi seperti di atas dapat berlangsung jika adanya oksigen. Proses oksidasi dari NO2 ke nitrit umumnya lebih cepat dari pada proses oksidasi dari NH4 ke nitrit, dan nitri ini terakumulasi di lingkungan.

5.    Denitrifikasi
      Denitrifikasi merupakan proses preduksian senyawa Nitrat menjadi gas nitrogen atau gas nitrogen oksida, dengan nitrogen bertindak sebagai penerima hydrogen. Produksi nitrogen bebas dari senyawa-senyawa organic tidaklah melalui aksi mikroorganisme, namun terbentuk secara tidak langsung oleh saling tindak antara asam nitrat bebas dengan senyawa amino, yang keduanya dihasilkan secara bersama melalui biang bakteri. Dalam keadaan anaerob, bakteri aerob dapat memanfaatkan nitrat untuk menggantikan oksigen sebagai penerima elektron, sehingga mengurangi gas-gas produk akhir seperti NO, N2O atau N2, tahapan dalam nitrifikasi adalah sebagai berikut: NH4+ + 2O2 NO3- +H2O + 2H Gas dinitrogen dan nitrogen oksida adalah dua komponen produk akhir yang sangat penting dan N2 biasanya diproduksi dari N2O sedang dari NO dapat terjadi tetapi dalam kondisi tertentu. Terbentuknya N2O dan N2 tidak saja dari nitrat selama respirasi, tetapi dapat juga konversi dengan cara asimilasi ke NH4+ dalam komponen organic biomasa. Tentu pula mikroorganisme dapat merubah NO3- ke NH4+ melalui mekanisme diasimilasi pada kondisi anaerob, mekanisme ini bersama denitrifikasi adalah proses memanfaatkan energi.

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

      Protein yang dibuat oleh tumbuhan masuk dan melalui jarring-jaring makanan seperti pada karbohidrat. Pada tiap tingkatan trofik, terdapat kehilangan yang kembali ke sekitarnya, terutama dalam ekskresi. Yang terakhir mengambil keuntungan dari senyawa nitrogen adalah mikroorganisme pembusuk yang merombak menjadi ammonia.

B.     Faktor yang mempengaruhi Siklus Nitrogen

Siklus nitrogen dipengaruhi oleh faktor-faktor yang bekerja untuk memfasilitasi konversi nitrogen ke berbagai keadaan dan kembali melalui atmosfer. Faktor-faktor ini meliputi:

1.      Penggunaan pupuk pertanian.

2.      Pertumbuhan tanaman kacang-kacangan oleh petani. Kacang-kacangan dapat mengubah nitrogen menjadi nitrat dan nitrit.

3.      Penggunaan nitrat oleh bakteri dalam tanah.

4.      Mikroba dalam tanah dan air yang mengubah amonia menjadi nitrit.

5.      Bakteri yang disebut Nitrosomonas yang mengkonversi amonia menjadi nitrit.

6.      Bakteri yang disebut Nitrobacter mengubah nitrit menjadi nitrat.

7.      Rayap dan pasangan shipworms dengan bakteri untuk mengubah bentuk nitrogen itu.

8.      Cyanobacteria yang hidup di lingkungan semi-akuatik dapat berpartisipasi dalam siklus nitrogen.

9.      Fiksasi industri dapat digunakan untuk mengkonversi nitrogen untuk amonia pada suhu 600 derajat dan seterusnya dengan menggunakan katalis.

10.  Nitrogen bisa diperbaiki diudara melalui petir.

KESIMPULAN 

Adapun kesimpulan yang dapat di ambil dari makalah siklus nitrogen adalah sebagai berikut:

1.      Siklus nitrogen adalah proses di mana nitrogen dari atmosfer diubah menjadi bentuk yang dapat digunakan oleh tanaman dan hewan atau merupakan proses perubahan nitrogen anorganik menjadi nitrogen organik yaitu amonia (NH3), NO2,NO3 kemudian menjadi nitrogen anorganik lagi.

2.      Siklus nitrogen dapat terjadi melalui rangkaian proses yang saling berhubungan, yakni fiksasi, asimilasi, amonifikasi, nitrifikasi, denitrifikasi dan oksidasi amonia anerobik.

DAFTAR PUSTAKA

Both, GJ. 1990. The ecology of nitriteoxidizing bacteria in grassland soils. Institute for      EcologicalResearch, Heteren.

Dwidjoseputro,1987.Ekologi Manusia dan Lingkungannya. Jakarta:Erlangga.

Hans P, Regina von Berg, I Hinkel, B Thoene and H Rennenberg. 1989. Heterotrophic     Nitrification             byAlcaligenes faecalis: NO2-, NO3- N2O, and NO Production in   Exponentially Growing Cultures.App. Environ. Mic. 55, No. 8: 2068-2072.

Müller, C., RJ. Stevens, RJ. Laughlin. 2002. Evidence of carbon stimulated N        transformations in             grasslandsoil after slurry applications. Soil Biol. Biochem. : 1-9.

Nishio, T., T. Yoshikura, K. Chiba & Z.Inouye. 1994. Effects of organic acids on heterotrophic   nitrification by Alcaligenes faecalis OKK17. Biosci. Biotech. Biochem.        58(9):1574-1578.       
Prosser, JI. 1989. Autotrophic nitrificationin bacteria. Adv. Microb. Physiol.30:125–181.

Sakai, K., Y. Ikehata, Y. Ikenaga, M.Wakayama & M. Moriguchi. 1996.Nitrite oxidation by         heterotrophic bacteria under various nutritional and aerobic conditions. J.Ferment.Bioeng. 82(6): 613-617.