Nitrogen adalah gas yang menyusun atmosfer. Komposisi nitrogen dalam atmosfer bahkan paling besar. Komposisinya mencapai 78% dan punya sifat non reaktif. Makhluk hidup sebenarnya membutuhkan nitrogen. Tapi gas ini harus diubah dulu dalam siklus nitrogen.
Melalui serangkaian proses, nitrogen bisa keluar masuk ekosistem. Nitrogen bisa digunakan oleh organisme ataupun unsur abiotik dalam lingkungan.
Nitrogen dalam atmosfer ini diubah oleh organisme menjadi berbagai jenis senyawa yang berbeda.
Pengertian
Siklus nitrogen merupakan proses perubahan senyawa yang mengandung nitrogen menjadi beberapa bentuk senyawa kimia lainnya. Perubahan senyawa nitrogen ini bisa terjadi dalam proses biologis ataupun non biologis.
Nitrogen adalah unsur yang sangat penting di alam. Banyak organisme yang membutuhkan nitrogen. Baik organisme produsen, konsumen, hingga dekomposer membutuhkan nitrogen untuk kelangsungan hidupnya. Nitrogen juga banyak digunakan dalam dunia industri dan pertanian.
Metabolisme Nitrogen
Sebelum menginjak pembahasan daur nitrogen, Anda harus lebih dulu paham bagaimana metabolism nitrogen berlangsung dalam tubuh organisme. Nitrogen secara garis besar berada dalam atmosfer, tumbuhan, dan juga organisme lain.
1. Nitrogen dalam Tumbuhan
Nitrogen masuk ke dalam tumbuhan dalam berbagai bentuk senyawa. Nitrogen tidak berdiri sebagai unsur sendiri. Nitrogen membentuk protein dan juga asam nukleid yang diserap tumbuhan dari tahan.
Tumbuhan harus melakukan serangkaian proses untuk menggunakan nitrogen ini.
2. Nitrogen di Alam
Nitrogen adalah unsur gas yang bentuk senyawanya sangat dinamis. Perubahan ini mengikuti bentuk fisik dan kimia dari daur nitrogen. Uniknya, nitrogen bisa masuk dan keluar dari organisme tumbuhan, tapi tak ada enzim yang bisa memerangkapnya.
Karena itu tumbuhan memerlukan bantuan untuk memerangkap nitrogen. Organisme yang bisa membantunya adalah mikroba prokariotik yang mampu mereduksi senyawa nitrogen.
Selain itu, tumbuhan juga menangkap nitrogen dari air hujan dalam bentuk senyawa NH4+ dan NO3-.
Siklus Nitrogen
Images / qcebiologyrevision.com
Ada banyak senyawa nitrogen di alam. Contohnya adalah senyawa nitrogen organik, nitrogen oksida, amonium, dan juga nitrat. Ada juga jenis senyawa nitrit, oksida nitrat, dan juga nitrogen anorganik. Daur nitrogen intinya mengubah bentuk senyawa ini menjadi bentuk lainnya.
Mayoritas siklus nitrogen dibantu oleh mikroorganisme. Bagaimana proses perubahan senyawa ini? dalam daur nitrogen biologis, ada beberapa tahapan yang harus dilalui yaitu:
1. Fiksasi
Fiksasi adalah tahapan dimana nitrogen di udara akan diubah menjadi amonia. Proses ini dibantu oleh mikroorganisme bakteri. Contohnya adalah bakteri pada akar tanaman polong. Prosesnya dikenal dengan sebutan fiksasi biologis.
Bakteri yang mampu melakukan tahapan ini biasanya adalah rhizobium. Bakteri ini dibantu oleh enzim nitrogenase cyanobacteria. Melalui Kerjasama ini, gas nitrogen akan diubah menjadi amonia.
Fiksasi juga bisa terjadi dalam rangkaian kimiawi. Proses ini dikenal dengan sebutan pengikatan nitrogen elektrokimia. Uniknya proses ini bukan dibantu oleh bakteri, tapi justru mendapatkan bantuan dari kilat atau halilintar.
Energi listrik dalam jumlah besar yang ada dalam petir bisa mengubah unsur oksigen dan nitrogen dalam atmosfer menjadi nitrogen dioksida (NO2). Jika petir terjadi bersama dengan hujan, maka NO2 akan bereaksi menjadi asam sitrat. Ion NO3 sebagian akan diserap akar tanaman.
2. Nitrifikasi
Proses nitrifikasi ini mengoksidasi amonia dan oksigen menjadi nitrit. Kemudian nitrit akan teroksidasi menjadi nitrat. Nitrifikasi adalah proses degradasi amonia menjadi senyawa nitrat. Tahapan ini sangat penting untuk membentuk unsur hara di dalam tanah.
Proses nitrifikasi ini menggunakan bantuan bakteri pengoksidasi amonia. Contohnya adalah beta proteobacteria dan juga gamma proteobacteria. Bakteri lain yang bisa berkontribusi adalah nitrosomonas dan nitrosococcus.
3. Asimilasi
Pada tahapan asimilasi ini, ada proses pembentukan nitrogen organik. Contohnya adalah pembentukan asam amino yang berasal dari nitrogen anorganik. Jadi intinya asimilasi ini mengubah nitrogen anorganik menjadi organik.
Pada proses nitrifikasi, nitrogen akan diubah menjadi nitrat. Senyawa nitrat inilah yang diambil/diserap oleh tumbuhan. Bagian yang bisa menyerapnya adalah gradien proton transporter dan diteruskan ke bagian xilem.
Xilem akan membawa nitrat ke bagian tunas. Begitu sampai tunas, tumbuhan akan melakukan reduksi nitrogen. Pertama nitrat akan direduksi jadi nitrit. Kemudian nitrit yang terkandung dalam kloroplas akan direduksi jadi amonia.
4. Amonifikasi
Pada proses ini sisa-sisa jasad organisme yang sudah mati akan menghasilkan gas amonia. Proses ini dikenal dengan sebutan amonifikasi. Mikroorganisme dekomposer dalam tanah yang membantu menguraikan organisme menjadi amonia dan energi.
Kemudian energi akan digunakan dalam siklus hidup mikroorganisme. Sedangkan amonia akan tetap berada di dalam tanah dalam bentuk senyawa ion amonium.
Senyawa ini lambat laun akan mengendap dan semakin banyak terkandung oleh tanah.
5. Denitrifikasi
Prose denitrifikasi ini ditandai dengan adanya reduksi senyawa nitrat menjadi gas nitrogen. Bakteri pseudomonas merupakan organisme yang membantu proses denitrifikasi ini.
Selain itu ada juga bakteri clostridium yang memungkinkan proses denitrifikasi berjalan dalam kondisi anaerobik.
Contoh-Contoh Siklus Nitrogen
1. Pertumbuhan Tanaman
Pada proses pertumbuhan tanaman, nitrogen akan diserap dari tanah. Akar menyerap ion nitrogen. Kemudian tanaman akan mereduksi ion ini menjadi nitrit. Kemudian ion nitrit ini akan diolah lebih lanjut jadi amonium.
Baca juga: Manfaat tumbuhan bagi kehidupan Manusia
2. Siklus Nitrogen di Laut
Senyawa nitrogen bisa masuk ke laut lewat proses presipitasi dan run off air tanah. Kemudian nitrogen akan mengalami fiksasi dan menjadi nitrogen biologis. Senyawa ini digunakan oleh fitoplankton.
Baca juga: Pengertian biota laut, jenis dan manfaatnya
3. Pembusukan Organisme
Saat organisme mati, maka jasadnya akan dibusukkan oleh dekomposer. Pada saat tersebut, jasad mati ini akan mengeluarkan nitrogen organik. Senyawa nitrogen organik akan diubah menjadi amonium oleh bakteri dekomposer. Prosesnya dikenal dengan istilah mineralisasi.
Baca juga: Pengertian rantai makanan, macam dan contohnya
Pentingnya Nitrogen di Alam
Selain oksigen dan karbon, ternyata nitrogen juga sangat penting dalam kehidupan. Melalui daur nitrogen, makhluk hidup bisa bertahan melakukan fungsinya dengan baik. Nitrogen berperan sebagai:
1. Bagi Manusia dan Hewan
Nitrogen sangat penting bagi dua organisme konsumen ini. Semua jaringan tubuh manusia dan hewan tersusun dari protein. Nitrogen dibutuhkan untuk proses pertumbuhan, pergantian sel, dan juga perbaikan jaringan yang rusak.
Nitrogen juga dibutuhkan untuk membentuk enzim. Tapi manusia dan hewan tidak bisa langsung saja menghirup nitrogen dari atmosfer. Nitrogen ini didapatkan dari senyawa turunannya dalam makanan. Ada banyak sumber makanan yang mengandung nitrogen seperti daging dan susu.
2. Bagi Tanaman
Nitrogen adalah unsur yang penting untuk pertumbuhan tanaman. Klorofil ternyata sebagian besarnya tersusun dari nitrogen. Klorofil sendiri menjadi bagian di mana tumbuhan bisa melakukan fotosintesis untuk menghasilkan energi.
Tanaman mengambil nitrogen dari air dan tanah. Bentuk senyawa yang diambil adalah amonium dan nitrat. Jika tanaman kekurangan unsur nitrogen, maka tanaman akan menguning, layu, dan mati. Bahkan tanaman bisa kerdil dan berbuah kecil dibandingkan ukuran normalnya.
Ternyata siklus nitrogen sangat penting di alam. Tanpa siklus ini, organisme takkan bisa bertahan hidup. Daur nitrogen memungkinkan organisme untuk menyerap nitrogen dalam bentuk senyawa lain.
Kemudian senyawa inilah yang banyak mengandung manfaat untuk pertumbuhan.
