Kebaruan Novelty Model Dinamika Fluks Nitrogen dan Kaitannya dengan Ekosistem Mangrove dalam Pengelolaan Perairan Pesisir Pulau Pulau Kecil
bebas yang masuk melalui sistem fiksasi biologis dalam kondisi aerobik Kirchman 2000.
Menurut Chester 1990 keberadaan nitrogen di perairan dapat berupa nitrogen anorganik dan organik. Nitrogen anorganik terdiri atas ion nitrit NO
2 -
, ion nitrat NO
3 -
, ammonia NH
3
, ion ammonium NH
4 +
dan molekul N
2
yang larut dalam air. Adapun Jenis-jenis nitrogen yang tergolong senyawa inorganik
terdiri dari nitrat NO
3 -
, nitrit NO
2 -
, dan ammonium NH
4 +
seringkali dinamakan sebagai Dissolved Inorganic Nitrogen DIN.
Sedangkan Nitrogen organik adalah bentuk nitrogen yang terikat pada senyawa organik, biasanya berupa partikulat yang tidak larut dalam air. Nitrogen
organik mencakup protein, polipeptida, asam amino, urea H
2
NCONH
2
dan senyawa lainnya. Senyawa nitrogen organik yang paling dominan adalah senyawa
humik berbentuk protein, kemudian diikuti oleh nitrogen organik yang terdapat dalam jumlah yang lebih sedikit berupa asam amino, asam nukleat, dan urea
beserta polimernya yang akan mengendap dalam air. Kadar nitrogen organik di perairan biasanya sangat rendah sekitar 0,01 ppm. Sumber nitrogen organik di
perairan berasal dari pembusukan makhluk hidup yang telah mati, karena protein dan polipeptida ditemukan pada semua organisme hidup. Sumber antropogenik
nitrogen adalah limbah industri dan daerah pertanian Effendi 2003. Kennish 1994 menyatakan ada tiga bentuk nitrogen anorganik utama
yang terlarut di estuaria yaitu ammonium NH
4 +
, nitrit NO
2 -
dan nitrat NO
3 -
, meskipun demikian pada bahan organik yang terlarut dan yang berbentuk partikel
juga terdapat sumber nitrogen yang penting dan berguna. Komposisi nitrogen tersebut menurut Avnimelech 2000
sangat dipengaruhi oleh kandungan oksigen bebas di dalam air. Pada saat oksigen rendah nitrogen akan bergerak menuju
ammonia, sedangkan pada saat oksigen tinggi nitrogen akan bergerak menuju nitrat. Kemudian Millero dan Sohn 1992 manambahkan bahwa distribusi
nitrogen sangat dipengaruhi oleh suhu, salinitas serta kekeruhan. Siklus nitrogen di perairan dapat dijeaskan lebih lanjut pada Gambar 2 dan bentuk-bentuk
nitrogen dan konsentrasinya di laut disajikan dalam Tabel 1.
Tabel 1. Bentuk-bentuk nitrogen dan konsentrasinya modifikasi Kircman 2000 Bentuk Nitrogen
Status Konsentrasi µM
Laut Pantai
Gas
N2 Dinitrogen Gas terlarut
900 – 1100 900 – 1100
N2O Ninitrogen Oksida Gas terlarut
0.0006 – 0.07 0 – 0.25
NO Nitrogen Oksida Gas terlarut
Anorganik
NO
3 -
Nitrat Ion terlarut
0.03 – 40
0.1 – 200 NO
2 -
Nitrit Ion terlarut
0.03 – 0.1 0.03 – 10
NH
4 +
Ammonium Ion terlarut
0.03 – 1 0.03 –
100 NH
2
CO
2
Urea Ion terlarut
0.1 – 0.5 0 –
2
Organik
Pada perairan, keberadaan senyawa nitrogen biasanya diukur melalui parameter Total Nitrogen TN, NH
3
-N, NO
2
-N dan NO
3
-N. Menurut MacKereth et al.
1989 dalam Effendi 2003 total nitrogen adalah penjumlahan dari senyawa nitrogen anorganik berupa NO
3
-N, NO
2
-N, NH
4
-N yang bersifat terlarut dan senyawa nitrogen organik yang terlarut maupun berupa partikulat
yang tidak larut dalam air. Terdapat lima fase dalam siklus nitrogen yaitu amonifikasi, nitrifikasi,
asimilasi nitrogen, denitrifikasi dan fiksasi nitrogen. Amonifikasi adalah proses pembentukan ammonia dari materi organik. Ammonia juga dapat mengalami
deaminasi menjadi asam amino NH
2
dan dapat diasimilasi secara langsung oleh diatom, alga seluler dan tanaman tingkat tinggi. Nitrifikasi merupakan reaksi
oksidasi yaitu proses pembentukan nitrat yang berasal dari ammonia kemudian menjadi nitrit dan hasil akhirnya berupa nitrat. Proses ini dapat berlangsung secara
photochemical , bacteriogical maupun chemical NH
3
NO
2
NO
3
. Asimilasi nitrogen ini merupakan fungsi utama bagi fitoplankton, alga bentik dan bakteri
sebagai proses pemanfaatan nitrogen untuk pembentukan asam amino dalam protoplasma. Denitrifikasi merupakan reaksi reduksi terhadap nitrat, yaitu proses
perubahan nitrat menjadi nitrit dan dari nitrit menjadi ammonia NO
3
NO
2
N
2
. Fiksasi nitrogen yaitu proses fiksasi nitrogen bebas, ini hanya dapat terjadi pada daerah pantai, simbiosis alga dan percampuran nitrogen dari
lingkunganatmosfer.
Gambar 2. Siklus nitrogen di perairan estuaria Kennish 1994
Proses transformasi nitrogen melibatkan komponen biologi, seperti: fiksasi gas nitrogen, amonifikasi, nitrifikasi dan denitrifikasi. Sedangkan transformasi
nitrogen yang tidak melibatkan faktor biologi adalah volatilisasi, penyerapan dan pengendapan sedimentasi. Ammonia, nitrit dan nitrat menggambarkan jumlah
bioavailable nitrogen , yakni nutrien N nitrogen terlarut yang ada, yang dapat
langsung digunakan oleh oranisme fitoplankton dan tumbuhan air untuk tumbuh dan berkembang. Effendi 2003 menyatakan bahwa bentuk-bentuk nitrogen
tersebut mengalami transformasi dengan melibatkan mikrobiologi maupun tidak sebagai bagian dari siklus nitrogen. Transformasi nitrogen secara mikrobiologi
mencakup hal-hal sebagai berikut:
1. Asimilasi nitrogen organik nitrat dan ammonium oleh tumbuhan dan
mikroorganisme bakteri autotrof untuk membentuk nitrogen organik misalnya asam amino dan protein.
2. Fiksasi gas nitrogen menjadi ammonia dan nitrogen menjadi ammonia dan
nitrogen organik oleh mikroorganisme. Fiksasi gas nitrogen secara langsung dapat dilakukan oleh beberapa jenis alga Cyanophyta alga biru
dan bakteri. N
2
+ 3H
2
2NH
3
ammonia; atau NH
4 +
ion ammonium ...1 Ion ammonium yang tidak berbahaya adalah bentuk nitrogen hasil
hidrolisis ammonia yang berlangsung dalam kesetimbangan seperti reaksi berikut:
H
2
O + 2NH
3
NH
4
OH NH
4 +
+ OH
-
........ 2 Kondisi pada pH tinggi suasana basa akan menyebabkan ion ammonium
menjadi ammonium hidroksida yang berdisosiasi dan bersifat racun Goldman dan Home, 1989.
3. Nitrifikasi yaitu oksidasi ammonia menjadi nitrit dan nitrat dapat
dilakukan oleh bakteri aerob. Nitrifikasi berjalan secara optimum pada pH 8 dan berkurang secara nyata pada pH 7.
NH
4 +
+ 32 O
2
2H
+
+ NO
2 -
+ H
2
O ....................... 3 NO
2 -
+ ½ O
2
2NO
3 -
....................... 4 Hasil oksidasi ini sangat reaktif dan mudah sekali larut, sehingga dapat
langsung digunakan dalam proses biologis Hendersen-Seller 1987. 4.
Amonifikasi nitrogen organik untuk menghasilkan ammonia selama proses dekomposisi bahan organik. Proses ini banyak dilakukan oleh mikroba dan
jamur yang membutuhkan oksigen untuk mengubah senyawa organik menjadi karbondioksida. Selain itu, autolisasi atau pecahnya sel dan
ekskresi ammonia oleh zooplankton dan ikan juga berperan sebagai pemasok ammonia.
5. Denitrifikasi yaitu reduksi nitrat menjadi nitrit NO
2 -
, dinitrogen oksida N
2
O dan molekul nitrogen N
2
. Proses reduksi nitrat berjalan optimal pada kondisi anoksik tak ada oksigen. Dinitrogen oksida N
2
O adalah produk utama dari denitrifikasi pada perairan dengan kadar oksigen sangat
rendah, sedangkan molekul nitrogen N
2
adalah produk utama dari proses denitrifikasi pada kondisi anaerob. Proses denitrifikasi akan berkurang
atau lambat pada kondisi pH dan suhu rendah, tetapi akan berjalan optimum pada suhu rata-rata perairan pada umumnya. Kondisi anaerob di
sedimen membuat proses denitrifikasi lebih besar, yaitu dengan laju rata- rata 1 mglhari Jorgensen and Bendoricchio 2001.
Kadar nitrogen yang tinggi dalam perairan dapat merangsang pertumbuhan algae secara tak terkendali blooming. Reaksi kualitas air lebih
sensitif terhadap effek masukan Nitrogen dan Phosphor dari pada COD Lee et al. 2008. Konsentrasi nitrogen organik di perairan berkisar 0,1 sampai 5 mgl,
sedangkan di perairan tercemar berat kadar nitrogen bisa mencapai 100 mgl Dojlido dan Best 1992. Sedangkan konsentrasi nitrit yang tinggi dapat
menyebabkan perairan menjadi tercemar. Pencemaran perairan dapat dinilai berdasarkan kandungan nitritnya seperti disajikan pada Tabel 2.
Tabel 2. Status kualitas air berdasarkan kandungan nitrit Kadar Nitrit mgl
Status Kualitas Air 0,003
0,003 – 0,014 0,014 – 0,10
Tidak tercemar sampai tercemar sangat ringan Tercemar sedang
Tercemar berat
Sumber: Schmit 1978 dalam Wardoyo 1989