Biologi Kelas 10 | 5 Tahap Siklus Nitrogen Pada Tanah Beserta Penjelasannya

Seluruh benda – benda yang terdapat di alam semesta diketahui tersusun atas berbagai macam unsur – unsur, seperti air (H₂O), karbon dioksida (CO₂) dan lain sebagainya. Namun ada juga yang tersusun oleh unsur itu sendiri seperti oksigen (O₂). Setiap unsur memiliki peran dan fungsi tersendiri yang tentunya sangat berguna untuk keberlangsungan hidup makhluk hidup di  muka bumi. Perlu kita ketahui jika lapisan atmosfer yang melindungi Planet Bumi tersusun atas berbagai macam unsur gas, tidak hanya oksigen dan karbon dioksida saja, tetapi juga nitrogen. Jumlah nitrogen di alam sangatlah banyak jika dibandingkan dengan oksigen, yaitu sekitar 78% dari total keseluruhan gas yang ada di atmosfer. Meskipun begitu tidak semua makhluk hidup memanfaatkan nitrogen ini secara langsung seperti oksigen. Sehingga untuk memanfaatkan nitrogen dibutuhkan tahapan atau proses tertentu atau bisa disebut sebagai siklus.

Seperti halnya dengan siklus air, nitrogen juga mengalami siklus yang dikenal dengan nama siklus nitrogen. Siklus nitrogen yaitu suatu proses konversi atau perubahan dari senyawa yang terdapat unsur nitrogen untuk berubah menjadi bentuk kimiawi lainnya. Perubahan ini bisa terjadi secara biologis maupun non-biologis.

Seperti yang telah disinggung di atas, jumlah nitrogen yang terdapat di alam sangatlah banyak, namun hanya makluk hidup tertentu yang dapat mengubah nitrogen menjadi senyawa organik. Secara tidak langsung siklus nitrogen memiliki peran yang amat penting bagi suatu ekologi, dimulai dari tumbuhan hingga makhluk hidup lain seperti hewan dan manusia. Bisa dikatakan siklus nitrogen sebagian besar terjadi di dalam tanah, sebab nitrogen yang terdapat di udara ditangkap oleh bakteri Rhizobium. Bakteri ini banyak terdapat pada tanaman Leguminose atau kacang – kacangan. Leguminose terbukti sebagai tanaman yang dapat menyuburkan tanah dan banyak ditanam pada sekitar perkebunan untuk meningkatkan kapasitas nitrogen di dalam tanah. Lalu bagaimana siklus nitrogen di dalam tanah terjadi dan bagaimana proses atau tahapannya? Siklus nitrogen terjadi pada beberapa tahap, yakni:

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 dengang 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, yakni:

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 yaitu:

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.

Berikut ini adalah hasil dari perubahan bentuk nitrogen:

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.

Itulah tadi penjelasan mengenai siklus nitrogen yang terjadi pada tanah. Semoga dapat menambah pengetahuan dan wawasan.

Gambaran lebih jelasnya bisa disimak pada video di bawah ini