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

2.2.1 Nitrat NO

3 Nitrat adalah bentuk nitrogen utama di perairan alami dan merupakan unsur hara utama bagi pertumbuhan alga. Nitrat sangat mudah larut di dalam air dan stabil. Nitrat dihasilkan dari proses oksidasi sempurna senyawa nitrogen di perairan Effendi 2003. Unsur nitrogen yang terdapat dalam senyawa nitrat merupakan zat-zat hara anorganik utama yang diperlukan oleh pertumbuhan fitoplankton. Disamping itu, Nitrat merupakan zat nutrisi yang dibutuhkan oleh tumbuhan untuk dapat tumbuh dan berkembang, sementara nitrit merupakan senyawa toksik yang dapat mematikan organisma air. Keberadaan nitrat diperairan sangat dipengaruhi oleh buangan yang dapat berasal dari industri, bahan peledak, pirotehnik dan pemupukan. Secara alamiah kadar nitrat biasanya rendah namun kadar nitrat dapat menjadi tinggi sekali dalam air tanah di daerah yang diberi pupuk nitrat-nitrogen Alaerts 1994. Senyawa Nitrat juga termasuk jenis nitrogen yang paling dinamis dan menjadi bentuk paling dominan pada daerah limpasan, masukan sungai, keluarnya air tanah dan deposisi atmosfir ke laut Kirchman 2000. Nitrat adalah nutrien utama bagi pertumbuhan tanaman algae, memiliki karakteristik senyawa yang sangat mudah larut dalam air dan bersifat stabil, dihasilkan dari proses oksidasi sempurna senyawa nitrogen di perairan Effendi 2003. Sumber utama nitrat berasal dari erosi tanah, limpasan dari daratan termasuk pupuk di tanah dan dari buangan limbah Chester 1990. Selain itu Milero dan Sohn 1992 menambahkan bahwa nitrat berasal dari permukaan air selama produktivitas primer, ketika tumbuhan mati, terdekomposisi kemudian nitrat teregenerasi ke kolom air. Konsentrasi nitrat di suatu perairan diatur dalam proses nitrifikasi. Proses nitrifikasi merupakan proses oksidasi senyawa ammonia dalam kondisi aerob, oleh bakteri autrotof yang melalui proses mikrobiologi menjadi nitrat melalui senyawa tengah nitrit. Proses nitrifikasi terdiri dari dua tahap, yaitu: 1 merubah ammonia NH 3 menjadi nitrit NO 2 dan 2 merubah nitrit NO 2 menjadi nitrat NO 3 . Jenis bakteri yang berperan dalam tahap pertama adalah bakteri Nitrosomonas , sedangkan pada tahap kedua adalah bakteri Nitrobacter. Achmad 2004 merumuskan kedua proses nitrifikasi tersebut sebagai berikut: 2 + 3 2 + 2 + 2 ........................ 5 2 + 2 ........................ 6 Achmad 2004 mengemukakan bahwa pada saat konsentrasi oksigen berkurang di dalam kolom air, maka proses denitrifikasi mengambil ahli proses mikrobiologi dimana ion nitrat dan nitrit diubah menjadi molekul nitrogen N 2 . Produk akhir proses denitrifikasi adalah gas nitrogen yang relatif tidak dapat dimanfaatkan oleh sebagian besar organisme nabati secara langsung. Bakteri yang