a.        Siklus Nitrogen

Nitrogen merupakan salah satu unsur kimia utama dalam ekosistem. 78% gas di atmosfer disusun oleh Nitrogen. Meskipun jumlahnya sangat berlimpah, tetapi keberadaan unsur nitrogen untuk langsung digunakan oleh makhluk hidup terutama tumbuhan sangat terbatas. Hal ini disebabkan karena nitrogen merupakan unsur yang tidak mudah beraksi dengan unsur lain sehingga penggunaan nitrogen untuk dimanfaatkan makhluk hidup memerlukan tahapan proses yaitu: fiksasi nitrogen, mineralisasi, nitrifikasi dan denitrifikasi yang melibatkan mikroorganisma yang hidup dalam tanah atau bersimbiosis dengan tanaman.

Nitrogen dalam ekosistem ada dalam berbagai bentuk senyawa kimia seperti nitrogen organik, amonium (NH 4+), nitrit (NO 2-) dan gas Nitrogen (N2) Nitrogen organik ditemukan dalam organisme (makhluk hidup) dalam bentuk asam amino dan protein sebagai penyusun utama DNA dan RNA. Selain itu nitrogen organik dapat ditemukan pula pada humus dan proses pembusukan senyawa organik menjadi humus Gambar berikut  menjelaskan bagaimana siklus nitrogen terjadi di alam dengan melibatkan mikroorganisma

Gambar  Siklus nitrogen

(Campbell, Reece & Mitchell, 2004)

1)        Fiksasi Nitrogen

Fiksasi nitrogen merupakan proses yang terjadi di alam dimana nitrogen di udara menjadi ammonia (NH3). Proses yang fiksasi nitrogen dapat berlangsung secara biologis dan non biologis. Fiksasi nitrogen secara biologis dibantu oleh mikroorganisme diazotrof. Mikroorganisme yang tergolong kedalam diazotrof ini memiliki enzim nitrogenaze yang dapat menggabungkan hidrogen dan nitrogen. Reaksi untuk fiksasi nitrogen ini dapat ditulis sebagai berikut :

N2 + 8H + 8e-  -> 2NH3 + H2

Mikro organisme yang  membantu melakukan fiksasi nitrogen ada  yang hidup bebas dalam tanah misalnya: Azotobacteraceae ganggang hijau biru dan beberapa spesies bersimbiosis dengan tanaman yang lebih tinggi terutama kacang kacangan (legum) seperti misalnya Rhyzobium dan beberapa mikroorganisme bersimbiosis dengan hewan (rayap).

Proses  fiksasi  nitrogen non-biologis  terjadi  karena  aktivitas  manusia  yang melepaskan nitrogen ke atmosfer dan juga dapat terjadi secara alami. Aktivitas manusia yang melibatkan penggunaan gas alam dan minyak bumi dilakukan melalui proses yang memerlukan tekanan besar dan suhu yang tinggi (600oC). Ditambah dengan penggunaan katalis besi, nitrogen atmosfer dan hidrogen dapat dikombinasikan untuk membentuk amonia (NH3). 

Dalam pembuatan pupuk dan bahan peledak, N2 diubah bersamaan dengan gas hidrogen (H2) menjadi amonia (NH3). Pembakaran bahan bakar fosil dari mesin mobil dan pembangkit listrik termal juga melepaskan berbagai nitrogen oksida (NOx). Fiksasi nitrogen non biologis yang terjadi secara alami terjadi ketika NO terbentuk dari N2 dan O2 karena pengaruh foton dari petir.

2)        Asimilasi

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 nitrat 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

Amonifikasi terjadi ketika tumbuhan atau hewan mati dan nitrogen organik diubah menjadi amonium (NH4+) oleh bakteri dan jamur.

4)        Nitrifikasi

Konversi amonia menjadi nitrat dilakukan  terutama  oleh  bakteri  yang  hidup  di dalam     tanah     dan bakteri     nitrifikasi lainnya.  Tahap  utama nitrifikasi, bakteri nitrifikasi seperti   spesies Nitrosomonas   mengoksidasi amonium (NH4+) dan    mengubah amonia menjadi nitrit    (NO2 ). Spesies   bakteri   lain, seperti Nitrobacter,  bertanggung  jawab  untuk oksidasi  nitrit menjadi  dari nitrat (NO3).

Proses   konversi nitrit menjadi nitrat sangat  penting karena nitrit merupakan racun bagi kehidupan tanaman  

5)        Denitrifikasi

Denitrifikasi adalah proses reduksi nitrat untuk kembali menjadi gas nitrogen (N2), untuk menyelesaikan siklus nitrogen. Proses ini dilakukan oleh spesies bakteri seperti Pseudomonas dan Clostridium dalam      kondisi     anaerobik.     Mereka menggunakan nitrat sebagai akseptor elektron di tempat oksigen selama respirasi. Fakultatif   anaerob   bakteri   ini   juga   dapat   hidup   dalam   kondisi   aerobik. Denitrifikasi umumnya  berlangsung  melalui  beberapa  kombinasi  dari  bentuk peralihan sebagai berikut:

NO3  ->  NO2    ->     NO + N2O  ->   N2 (g)

6)        Oksidasi Amonia Anaerobik

Dalam proses biologis, nitrit dan amonium dikonversi langsung ke elemen (N2) gas nitrogen, 

b.        Siklus Fosfor

Siklus fosfor merupakan proses di  mana fosfor menyebar ke  dalam litosfer, hidrosfer dan biosfer. Fosfor merupakan senyawa esensial yang diperlukan oleh makhluk hidup meskipun dalam jumlah yang sangat kecil. Fosfor diperlukan oleh makhluk hidup untuk pertumbuhan, termasuk diperlukan oleh mikroba yang hidup pada tanah untuk menjaga keberadaan mikroba tersebut. Fosfor diperlukan untuk pembentukan nukleotida sebagai penyusun molekul DNA dan RNA. Rangkaian double helix  DNA dihubungkan oleh ikatan fosfor ester. Kalsium fosfat juga merupakan komponen utama dari tulang dan gigi mamalia, skeleton insekta, membran fosfolipid sel dan fungsi biologis lain.

1)        Pencucian

Sumber utama fosfor ditemukan dalam bebatuan. Langkah awal dari siklus fosfor adalah ekstraksi fosfor melalui proses pencucian yang oleh hujan dan erosi yang mengakibatkan fosfor tercuci dan masuk ke dalam tanah.

2)        Absorpsi oleh tumbuhan dan hewan

Setelah fosfor berada dalam tanah maka tanaman, jamur dan mikroorganisma dapat menyerap fosfor. Sebagai tambahan fosfor dapat tercuci dan masuk ke dalam perairan, dan langsung diserap oleh tanaman untuk pertumbuhan. Hewan mendapat fosfor dengan meminum air yang mengandung fosfor atau dari tanaman yang dimakannya.

3)        Dekomposisi

Ketika tanaman dan hewan mati, terjadi proses dekomposisi yaitu pengembalian fosfor ke alam melalui air dan tanah. Tanaman dan hewan yang berada pada lingkungan dimana dekomposisi itu terjadi dapat secara langsung menggunakan fosfor yang dikembalikan tersebut, dan tahap ke 2 dari siklus fosfor kembali terulang.

Gambar  Siklus Fosfor

(Campbell, Reece & Mitchell, 2004) 

Manusia memiliki pengaruh yang signifikan terhadap siklus fosfor dengan berbagai aktivitas yang dilakukannya, seperti misalnya pemupukan, distribusi makanan, dan eutrofikasi. Pemupukan yang mengandung senyawa fosfat akan meningkatkan kandungan fosfor tanah yang kemudian sedikit demi sedikit tercuci dan masuk ke dalam ekosistem perairan. Peristiwa dimana fosfor masuk ke dalam ekosistem perairan melalui proses alami, maka akan terjadi proses eutrofikasi alami. Tetapi ketika fosfor masuk ke alam karena aktivitas manusia seperti misalnya pendistribusian bahan makanan ke wilayah lain yang menyebabkan peningkatan fosfor  di  suatu  wilayah  atau  ekosistem, maka  peristiwa  tersebut  dinamakan sebagai antropologik eutrofikasi yang memicu peningkatan populasi alga atau yang dinamakan dengan istilah algae blooming sepeti yang dijelaskan sebelumnya.

sumber: modul belajar mandiri pppk ipa biologi , Pembelajaran 2. Keanekaragaman Makhluk Hidup dan Ekologi, Kemdikbud

Baca Juga

Bagikan Artikel