SIKLUS NITROGEN ( Nitrogen cycle )

Semua kehidupan memerlukan senyawa nitrogen, misalnya protein dan asam nukleat.

79% dari udara ini adalah merupakan gas nitrogen, ini merupakan penyedia nitrogen yang utama. Tetapi kebanyakan organisme tidak dapat memakai nitrogen dalam bentuk ini.Tanaman harus memperolaeh nitrogen dalam bentuk yang "tetap", yaitu, yang tergabung dalam senyawa, seperti:

Hewan memperoleh senyawa nitrogen ( dan lainnya ) mereka dari tumbuhan ( atau hewan yang telah memakan tumbuhan ).

Ada 4 proses yang berperan dalam siklus nitrogen melalui biosfer :

• fiksasi nitrogen (nitrogen fixation)
• pembusukan (decay)
• nitrifikasi (nitrification)
• denitrifikasi (denitrification)

Mikroorganisme memainkan peran utama dalam keempat proses tersebut.

FIKSASI NITROGEN (nitrogen fixation)

Molekul nitrogen (N2) merupakan molekul yang cukup inert (tidak mudah bereaksi). Untuk dapat memecah molekul tersebut sehingga dapat bergabung dengan atom yang lain, dibutuhkan energi yang besar.

3 proses yang bertanggung jawab untuk sebagian besar fiksasi nitrogen dalam biosfer :

• Fiksasi atmosferik dengan menggunakan petir
• Fiksasi biologis oleh mikroba tertentu - baik satu mikroba tertentu maupun dalam hubungan simbiosis dengan beberapa tanaman dan hewan.
• Fiksasi industri

Fiksasi Atmosferik

Energi besar dari petir memecah molekul nitrogen dan memungkinkan atom-atom nitrogen untuk bergabung dengan oksigen dalam udara membentuk nitrogen oksida. Molekul ini larut dalam air hujan, membentuk nitrat, yang dibawa ke bumi.

Fiksasi nitrogen atmosferik mungkin memberikan kontribusi sekitar 5 - 8% dari total nitrogen tetap.

Fiksasi Industri
Dibawah tekanan yang besar, pada temperatur , dan dengan menggunakan katalis, nitrogen atmosferik dan hidrogen ( biasanya berasal dari gas alam atau minyak bumi) dapat dikombinasikan untuk membentuk amoniak (NH3). Amoniak dapat digunakan langsung sebagai pupuk, tetapi sebagian besar diproses lebih lanjut untuk menjadi urea dan amonium nitrat ( NH4NO3)

Fiksasi Biologis
Kemampuan untuk mengikat nitrogen hanya ditemukan di beberapa bakteri dan arkae tertentu.

• Beberapa hidup dalam hubungan simbiotik dengan tumbuhan dari keluarga Fabaceae ( misalnya : kedelai, alfalfa ).
• Beberapa bakteri membangun hubungan simbiotik dengan tanaman selain kacang ( misal: alder ).
• Beberapa membangun hubungan simbiotik dengan hewan, misalnya rayap dan "shipworms" (bivalvia pemakan kayu).
• Beberapa bakteri pengikat nitrogen hidup bebas di tanah.
• Cyanobakteri pengikat nitrogen sangat penting untuk menjaga kesuburan lingkungan semi-akuatik seperti sawah.

Fiksasi nitrogen biologis membutuhkan serangkaian kompleks enzim dan pengeluaran ATP yang besar.

Meskipun produk pertama yang stabil dari proses ini adalah amoniak, hal ini dengan cepat dimasukkan ke dalam protein dan senyawa nitrogen organik.

PEMBUSUKAN ( decay )

Protein yang telah dibuat oleh tanaman masuk dan melewati jaring - jaring makanan seperti yang dilakukan oleh karbohidrat. Pada setiap tingkat trofik, metabolisme mereka memproduksi senyawa nitrogen organik yang kembali ke lingkungan, terutama di ekskresi. Penerima akhir dari materi-materi ini   adalah mikroorganisme pembusuk. Mereka memecah molekul-molekul dalam ekskresi dan organisme mati menjadi amoniak.

NITRIFIKASI ( nitrification )

Amoniak dapat digunakan secara langsung oleh tumbuhan, biasany melalui akar-akar tumbuhan. Tetapi sebagian besar amoniak yang diproduksi oleh pembusuk diubah menjadi nitrat. Hal ini dilakukan dalam dua langkah :

• Bakteri dari genus Nitrosomonas mengoksidasi NH3 menjadi nitrit  .
• Bakteri dari genus Nitrobacter mengoksidasi nitrit menjadi nitrat  .

Kedua kelompok bakteri autotropik tersebut disebut sebagai bakteri nitrifikasi. Melalui aktivitas bakteri ini ( yang memasok mereka dengan semua energi yang dibutuhkan oleh bakteri tersebut ), nitrogen disediakan bagi akar tanaman..

Baik tanah (daratan) dan laut mengandung mikroba archaea, yang dapat mengkonversi amoniak menjadi nitrit. milroba archaea lebih berlimpah daripada bakteri nitrifikasi dan mungkin ternyata meminkan peran penting dalam siklus nitrogen.

Banyak kacang, disamping memperbaiki nitrogen di atmosfer, juga melakukan nitrifikasi - mengkonversi beberapa nitrogen organik mereka untuk nitrit dan nitrat. Hal ini dilakukan untuk mencapai tanah ketika mereka merontokkan daunnya.

DENITRIFIKASI ( denitrification )
Ketiga proses diatas menghilangkan nitrogen dari atmosfer dan menyebarkannya melalui ekosistem.
Denitrifikasi nitrat untuk mengurangi gas nitrogen sehingga mengisi kembali atmosfer.

Bakteri merupakan agen denitrifikasi. Bakteri - bakteri ini tinggal jauh di dalam tanah dan dalam sedimen perairan dimana kondisinya anaerobik. Bakteri-bakteri ini menggunakan nitrat sebagai alternatif untuk oksigen untuk akseptor elektron terakhir dalam respirasi.
Dengan demikian, bakteri-bakteri ini menutup siklus nitrogen.


Pertanian bertanggung jawab untuk satu setengah dari fiksasi nitrogen di bumi melalui :

• penggunaan pupuk yang diproduksi oleh industri fiksasi
• tumbuhnya kacang-kacangan seperti kedelai dan alfalfa.

Sumber : http://users.rcn.com/jkimball.ma.ultranet/BiologyPages/N/NitrogenCycle.html