Contoh Siklus Nitrogen: Pengertian, tahapan, peranan

Siklus nitrogen

Siklus nitrogen adalah proses dimana nitrogen berubah menjadi berbagai keadaan atau bentuk. Proses ini dapat terjadi secara biologis atau fisik dan memiliki empat bagian: fiksasi, ammonification, nitrifikasi dan denitrifikasi.

Karena begitu banyak atmosfer bumi terdiri dari nitrogen (lebih dari ¾), adalah sangat penting bagi para ilmuwan untuk memahami proses siklus nutrogen ini untuk menentukan dan memahami dampaknya pada berbagai ekosistem.

Nitrogen adalah nutrisi yang paling penting dalam mengatur produktivitas primer dan keanekaragaman spesies di ekosistem perairan dan darat (Vitousek et al. 2002).

Proses yang digerakkan secara mikro seperti fiksasi nitrogen, nitrifikasi, dan denitrifikasi, merupakan bagian terbesar dari transformasi nitrogen, dan memainkan peran penting dalam nasib nitrogen dalam ekosistem Bumi.

Namun, ketika populasi manusia terus meningkat, konsekuensi dari aktivitas manusia terus mengancam sumber daya kita dan telah secara signifikan mengubah siklus nitrogen global.

Pengertian Siklus Nitrogen

Siklus nitrogen adalah perputaran biogeokimia yang memasok nitrogen ke makhluk hidup dan terus beredar di biosfer. Daur nitrogen terdiri dari proses biotik dan abiotik. Ammonium (NH4 +) dan nitrat (NO3-) membentuk beberapa presentasi paling penting dari elemen ini, serta nitrogen biatomik dalam keadaan gas (N2).

Siklus nitrogen adalah salah satu siklus biogeokimia paling penting untuk keseimbangan kehidupan, karena nitrogen (N) adalah unsur kimia yang sangat berlimpah dalam komposisi bahan organik dan di atmosfer bumi (78% dari volumenya).

Dalam siklus nitrogen, berbagai tingkat makhluk hidup, autotrof, dan heterotrof, organisme kecil pembusukan bahan organik, dan volume nitrogen yang sangat besar di atmosfer saling terkait.

Tahapan Siklus Nitrogen

Tahapan siklus nitrogen dapat diringkas sebagai berikut:

  • Fiksasi nitrogen. Unsur gas ini difiksasi oleh bakteri dan prokariota lain melalui berbagai proses metabolisme, mengubahnya menjadi senyawa organik yang dapat digunakan, seperti amonia (NH3). Mikroorganisme ini dapat ditemukan di tanah dan air, atau sebagai simbiotik tanaman. Molekul nitrogen ini digunakan oleh tanaman, yang menyusun berbagai molekul organik bersamanya.
  • Asimilasi (Penularan ke hewan). Mengikuti urutan rantai makanan, nitrogen pada tumbuhan berpindah ke hewan herbivora dan kemudian ke karnivora, menyebar di antara berbagai tautan piramida makanan. Nitrogen yang berlebih dikeluarkan dari tubuh mereka melalui urin, kaya akan amonia, sehingga kembali ke tanah untuk melanjutkan siklus.
  • Dekomposisi Nitrifikasi. Amonia tanah, yang berasal dari urin hewan atau aksi bakteri pengikat, berfungsi sebagai makanan untuk mikroorganisme jenis lain dari tindakan nitrifikasi, yaitu, yang memecah amonia dan mengoksidasi menjadi nitrit (NO2–) dan nitrat (NO3–).
  • Dekomposisi denitrifikasi. Senyawa yang terakhir, pada gilirannya, berfungsi sebagai makanan untuk jenis prokariota lain, kali ini metabolisme denitrifikasi, yaitu, yang memecah molekul nitrit dan nitrat, mendapatkan energi untuk hidup dan melepaskan nitrogen ke atmosfer gas, sehingga siklus dapat dimulai kembali.

Peranan siklus nitrogen

Siklus nitrogen adalah sirkuit vital bagi keberadaan kehidupan seperti yang kita kenal, karena kehidupan terbentuk sebagai hewan, tumbuhan, dan bahkan manusia tidak dapat memperbaiki nitrogen dari bentuk gasnya (N2 ), walaupun kita sangat membutuhkannya untuk jaringan kita.

Karena itu, kita bergantung pada manipulasi gas oleh bentuk kehidupan lain, yang tidak kalah pentingnya dengan mikroskopis. Inilah bagaimana nitrogen datang kepada kita melalui rantai transmisi yang panjang.

Siklus nitrogen dalam air

Siklus nitrogen tidak banyak berbeda ketika terjadi di air, yaitu di permukaan danau, laut, dan sungai. Nitrogen dapat mencapai air melalui limpasan, hasil dari pupuk manusia atau alami. Dalam kasus lain, itu ditularkan oleh rantai trofik laut, di mana banyak hewan darat dimasukkan ke laut.

Bagaimanapun, masuknya zat organik nitrogen ini didistribusikan di antara predator yang berbeda, meninggalkan residu bahan nitrogen di dasar laut, di mana ia terurai oleh berbagai jenis mikroorganisme. Dengan demikian, siklus mikroskopis antara nitrifier dan denitrifiers diulangi, dan nitrogen gas dilepaskan kembali ke atmosfer.

Implikasi Ekologis Perubahan Manusia terhadap Siklus Nitrogen

Banyak aktivitas manusia memiliki dampak signifikan pada siklus nitrogen. Membakar bahan bakar fosil, aplikasi pupuk berbasis nitrogen, dan kegiatan lainnya dapat secara dramatis meningkatkan jumlah nitrogen yang tersedia secara biologis dalam suatu ekosistem.

Dan karena ketersediaan nitrogen sering membatasi produktivitas utama banyak ekosistem, perubahan besar dalam ketersediaan nitrogen dapat menyebabkan perubahan siklus nitrogen yang parah di ekosistem perairan dan darat. Fiksasi nitrogen industri telah meningkat secara eksponensial sejak 1940-an, dan aktivitas manusia telah menggandakan jumlah fiksasi nitrogen global (Vitousek et al. 1997).

Dalam ekosistem darat, penambahan nitrogen dapat menyebabkan ketidakseimbangan nutrisi pada pohon, perubahan kesehatan hutan, dan penurunan keanekaragaman hayati. Dengan meningkatnya ketersediaan nitrogen, sering kali ada perubahan dalam penyimpanan karbon, sehingga memengaruhi lebih banyak proses daripada hanya siklus nitrogen.

Dalam sistem pertanian, pupuk digunakan secara luas untuk meningkatkan produksi tanaman, tetapi nitrogen yang tidak digunakan, biasanya dalam bentuk nitrat, dapat larut dari tanah, memasuki aliran dan sungai, dan pada akhirnya membuat jalan ke air minum kita.

Proses pembuatan pupuk sintetis untuk digunakan dalam pertanian dengan menyebabkan N2 bereaksi dengan H2, yang dikenal sebagai proses Haber-Bosch, telah meningkat secara signifikan selama beberapa dekade terakhir. Faktanya, saat ini, hampir 80% nitrogen yang ditemukan dalam jaringan manusia berasal dari proses Haber-Bosch (Howarth 2008).

Sebagian besar nitrogen yang diterapkan pada daerah pertanian dan perkotaan pada akhirnya memasuki sungai dan sistem pantai dekat pantai.

Dalam sistem kelautan dekat pantai, peningkatan nitrogen sering dapat menyebabkan anoksia (tanpa oksigen) atau hipoksia (oksigen rendah), mengubah keanekaragaman hayati, perubahan struktur jaring makanan, dan degradasi habitat secara umum.

Salah satu konsekuensi umum dari peningkatan nitrogen adalah peningkatan ganggang yang berbahaya (Howarth 2008). Mekar beracun dari jenis dinoflagellata tertentu telah dikaitkan dengan kematian ikan dan kerang yang tinggi di beberapa daerah.

Bahkan tanpa efek katastropik ekonomi seperti itu, penambahan nitrogen dapat menyebabkan perubahan keanekaragaman hayati dan komposisi spesies yang dapat menyebabkan perubahan dalam fungsi ekosistem secara keseluruhan.

Beberapa bahkan berpendapat bahwa perubahan pada siklus nitrogen dapat menyebabkan peningkatan risiko penyakit parasit dan infeksi pada manusia dan satwa liar (Johnson et al. 2010). Selain itu, peningkatan nitrogen dalam sistem air dapat menyebabkan peningkatan pengasaman dalam ekosistem air tawar.

Beberapa contoh siklus nitrogen meliputi:

  • Sebuah tanaman membutuhkan nitrogen dari tanah dengan menyerap melalui akar-akarnya. Nitrogen datang dalam bentuk ion nitrogen. Ketika nitrogen diserap oleh tanaman, direduksi menjadi ion nitrit. Selanjutnya, menjadi amonium ion yang dapat dimasukkan ke dalam asam amino atau nukleat dan ke klorofil.
  • Ketika tanaman mati atau hewan mati atau ketika sebuah pabrik atau limbah mengeluarkan hewan, nitrogen organik kemudian dilepaskan. Bakteri dapat mengkonversi nitrogen organik ini menjadi amonium. Ini dilakukan melalui proses yang disebut mineralisasi.
  • Nitrogen masuk ke lautan akibat limpasan dari air tanah atau saat hujan. Nitrogen juga bisa masuk ke laut melalui presipitasi (hujan). Nitrogen dalam air mengalami fiksasi, yang umumnya difasilitasi oleh bakteri yang disebut cyanobacteria. Setelah fiksasi, nitrogen dalam bentuk biologis yang tersedia fitoplankton di laut bisa digunakan.
  • Plankton mengeluarkan zat baik urea dan amonia ke dalam air. Fitoplankton dan limbah produk dapat tenggelam ke bawah, memasukkan amonia pada kedalaman pada zona euophotic. Amonia dari produk limbah ini kemudian dikeluarkan dari zona eufotik dan bakteri yang hidup di bawah zona eufotik dapat mengkonversi amonia menjadi nitrat. Konversi ini hanya dapat terjadi di bawah zona eufotik di mana tidak ada cahaya karena bakteri yang melakukan konversi tersebut dihambat oleh cahaya. Proses konversi ini disebut ammonification atau mineralisasi.
  • Setelah amonia diubah, nitrifikasi terjadi dan amonia menjadi nitrit dan nitrat. Pencampuran pertikal dan upwelling dapat membawa nitrat ke atas dan kemudian dapat digunakan oleh photoplankton untuk melanjutkan siklus.

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.

    skema daur nitrogen
    Siklus nitrogen merujuk pada proses dimana nitrogen berubah menjadi berbagai keadaan atau bentuk.

Sekarang Anda memiliki banyak contoh yang berbeda tentang bagaimana siklus nitrogen bekerja dan beberapa hal yang dapat mempengaruhi siklus nitrogen. Contoh-contoh ini akan membantu Anda lebih memahami proses ini penting dan mendukung kehidupan.

Tahapan Metamorfosis semut, kupu kupu dan katak
Contoh Ekologi: Tujuan, jenis, peranan, cabang
10 Ciri-ciri Nematoda yang penting berikut ini
Siklus hidup Bakteriofag: Pengertian, struktur, terapi