SIKLUS ALIRAN NITROGEN BUAT TUGAS BESOK

ALYANESIA FADHIYA BRIGIN
135040200111074
I
“ SIKLUS ALIRAN NITROGEN “
Nitrogen adalah unsur yang diperlukan untuk membentuk senyawa penting di dalam sel,
termasuk protein, DNA dan RNA. Tanaman harus mengekstraksi kebutuhan nitrogennya dari
dalam tanah. Sumber nitrogen yang terdapat dalam tanah, makin lama makin tidak
mencukupi kebutuhan tanaman, sehingga perlu diberikan pupuk sintetik yang merupakan
sumber nitrogen untuk mempertinggi produksi. Keinginan menaikkan produksi tanaman
untuk mencukupi kebutuhan pangan, berakibat diperlukannya pupuk dalam jumlah yang
banyak. Industri pupuk yang ada belum dapat memenuhi kebutuhan pupuk yang semakin
meningkat. Untuk itu perlu dicari pupuk nitrogen alternatif dan rekayasa gen hijau
kelihatannya dapat memberikan harapan untuk memenuhi kebutuhan pupuk di masa yang
akan datang.
Udara yang menyelubungi bumi mengandung gas nitrogen sebanyak 80 %, sebahagian besar
dalam bentuk N2 yang tidak dapat dimanfaatkan. Tanaman dan kebanyakan mikroba tidak
mempunyai cara untuk mengikat nitrogen menjadi senyawa dalam selnya. Tanaman dan
mikroba umumnya mendapatkan nitrogen dari senyawa seperti ammonium (NH4+) dan nitrat
(NO3-). Untuk memanfaatkan nitrogen dalam bentuk gas, pakar bioteknologi memusatkan
perhatiannya pada hubungan antara tanaman dengan jenis mikroba tertentu yang dapat
menambat nitrogen dari udara dan menyusun atom nitrogen kedalam molekul ammonium,

nitrat, atau senyawa lain yang dapat digunakan oleh tumbuhan (Prentis, 1984).
Tanaman kacang-kacangan seperti buncis, kedelai, akarnya mempunyai bintil-bintil berisi
bakteri yang mampu menambat nitrogen udara, sehingga nitrogen tanah yang telah diserap
tanaman dapat diganti. Simbiosis antara tanaman dan bakteri saling menguntungkan untuk
kedua pihak. Bakteri mendapatkan zat hara yang kaya energi dari tanaman inang sedangkan
tanaman inang mendapatkan senyawa nitrogen dari bakteri untuk melangsungkan
kehidupannya. Bakteri penambat nitrogen yang terdapat didalam akar kacang-kacangan
adalah jenis bakteri Rhizobium. Bakteri ini masuk melalui rambut-rambut akar dan menetap
dalam akar tersebut dan membentuk bintil pada akar yang bersifat khas pada kacang-

kacangan. Belum diketahui sepenuhnya bagaimana rhizobium masuk melalui rambut-rambut
akar, terus ke dalam badan akar dan selanjutnya membentuk bintil-bintil akar.
Tabel : Beberapa spesies Rhizobium dan tanaman simbiosanya
Spesies Rhizobium
R. leguminasorum

Tanaman simbiosanya
Pea (Pisum spp), lentil ( Lens culinaris)

R. phaseoli

Kacang buncis (Phaseolus vulgaris)

R. trifolii

Clover ( Trifolium subteranim)

R. melioti

Alfafa (Medicago sativa)

R. lupini

Lupin (Lupinus, spp)

R. japonicum

Kedelai ( Glycine max)

Rhizobium. spp

Cowpea (Vigna, spp), kacang tanah (Desmodium spp)

Untuk menambat nitrogen, bakteri ini menggunakan enzim nitrogenase, dimana enzim ini
akan menambat gas nitrogen di udara dan merubahnya menjadi gas amoniak. Gen yang
mengatur proses penambatan ini adalah gen nif (Singkatan nitrogen-fixation). Gen-gen nif
ini berbentuk suatu rantai, tidak terpencar kedalam sejumlah DNA yang sangat besar yang
menyusun kromosom bakteri, tetapi semuanya terkelompok dalam suatu daerah. Hal ini
memudahkan untuk memotong bagian untaian DNA yang sesuai dari kromoson Rhizobium
dan menyisipkanya ke dalam mikroorganisme lain (Prentis, 1984). Dengan rekayasa genetik
telah berhasil ditransfer gen nif dari bakteri Rhizobium kedalam bakteri Escherechia coli,
sehingga E. coli mampu untuk menambat nitrogen. Dalam percobaan ini tidak menggunakan
gen Rhizobium, tetapi gen nif yang berasal dari Klebsiella pneumoniae, yang merupakan
bakteri tanah yang hidup bebas pada tanaman inang. Bakteri ini mempunyai lebih kurang 17
gen nif dan gen nif ini dapat ditransfer ke bakteri lain. Fenomena ini memberi harapan di
masa yang akan datang untuk mentransfer gen-gen tadi ke dalam gen bakteri yang terdapat
diperakaran gandum dan padi-padian yang diketahui tidak dapat menambat nitrogen.
Penelitian terhadap Rhizobium yang berasosiasi dengan kedelai mengungkapkan bahwa
banyak diantara bakteri ini yang mengandung gen hup (gen penyerap nitrogen). Gen ini
berfungsi untuk mendaur ulang gas nitrogen kembali ke sistim nitrogenase yang menambat

nitrogen. Jadi memanfaatkan energi pada hidrogen yang apabila tidak dimanfaatkan oleh
tumbuhan, energi ini akan hilang. Bintil kacang-kacangan bersimbiosis dengan rhizobium
(Marschner 1986). Nitrogen hasil fiksasi 85% terakumulasi pada bagian vegetatif di atas
tanah sedang 15% ada di perakaran (Hoefsloot et al. 1993 cit. Vissoh et al. 1998).

Dengan demikian karabenguk hanya akan melepas nitrogen terakululasi pada bintil setelah
tanaman tersebut menua atau mati.
SIKLUS NITROGEN

sirklus nitrogen
>> Pada saat oksigen berkurang, nitrat (NO3-) akan diubah kembali menjadi gas
nitrogen (N2) oleh bakteri, sehingga terjadi pelepasan gas oksigen (O2). Proses ini
dinamakan denitrifikasi yang pada umumnya dilakukan oleh bakteri Pseudomonas,
Paracoccus denitrificans, Escherichia coli. Nitrogen yang dihasilkan dari proses
denitrifikasi ini selanjutnya dilepaskan ke udara. Dengan cara inilah siklus nitrogen
akan berulang dalam ekosistem. Produk fikasai nitrogen adalah NH3 (amonia)
yang diperoleh dari hasil penguraian jaringan yang mati oleh bakteri. Amonia ini
berbentuk gas, sehingga dapat menguap kembali ke atmosfer atau masuk ke dalam
tanah dan bergabung dengan ion hidrogen menjadi amonium (NH4+) .
Dalam bentuk amonium, nitrogen dapat langsung digunakan oleh tumbuhan.

NH3 + H+ → NH4+

amonifikasi

Amonia (NH3) dalam tanah juga digunakan oleh bakteri aerob sebagai sumber
energi melalui proses nitrifikasi, yaitu tahap oksidasi amonium menjadi nitrit
(NO2-) dan kemudian menjadi nitrat (NO3-). Bakteri aerob yang terlibat
dalam nitrifikasi antara lain Nitrosomonas dan Nitrosococcus.
2NH3 + 3O2 → 2HNO2 + 2H2O
amonia menjadi nitrit

Nitrat yang dihasilkan selanjutnya akan diserap oleh akar tumbuhan.
2HNO2+ O2 → 2HNO3
nitrit menjadi nitrat

Tumbuhan dan hewan membutuhkan nitrogen untuk membentuk asam amino untuk
membentuk protein. Selain itu, nitrogen diperlukan dalam pembentukan senyawa nitrogen,
seperti asam nukleat (ADN dan ARN). Meskipun 78% di udara terdapat nitrogen bebas,
namun tumbuhan dan hewan pada umumnya tidak mampu menggunakannya dalam bentuk
bebas. Nitrogen harus diubah menjadi bahan nitrogen lain sehingga dapat digunakan.

Nitrogen diikat oleh bakteri yang ada di dalam tanah (biasanya dalam bentuk amonia).
Selanjutnya oleh bakteri nitrifikasi diubah menjadi nitrit (NO2-), kemudian menjadi nitrat
(NO3-), yang mana dapat diserap dari tanah oleh tumbuhan (disebut proses nitrifikasi).
Beberapa tanaman mempunyai nodul pada akarnya yang di dalamnya terdapat bakteri
pengikat nitrogen. Bakteri mengubah banyak nitrogen menjadi asam amino yang dilepaskan
ke jaringan tumbuhan. Tanaman dengan nodul ini mampu hidup dalam kondisi tanah yang
miskin nitrogen, misalnya ercis, tanaman dengan daun menjari dan tanaman lain yang
termasuk dalam keluarga kacang-kacangan (legume). Nitrogen terdapat di dalam tanah dalam

bentuk organik dan anorganik. Bentuk-bentuk organik meliputi NH4+, NO3-, NO2-, NO2,
NO dan unsur N. Juga terdapat bentuk lain yaitu hidroksi amin (NH2OH), tetapi bentuk ini
merupakan bentuk antara, yaitu bentuk peralihan dari NH4+, menjadi NO2- dan bentuk ini
tidak stabil (Hakim, dkk,1991).
Penyediaan ion dalam tanah dapat dipandang dari sudut mineral dengan masukan dan
kehilangan dari ekosistem dan laju transfer diantara komponen sistem.Pendekatan ini
berharga bagi nitrogen, dimana masukan karena curah hujan dan fiksasi serta kehilangan
akibat pencucian dan denitrifikasi merupakan sebagian besar dari jumlah seluruhnya yang
ada dengan siklus sistem tersebut. Untuk ion yang di absorbsi, masukan ini tidak berarti
dibandingkan dengan dengan jumlah seluruhnya yang ada, termasuk kehilangana karena
pencucian dalam tanah-tanah subur. Kompertemen organik merupakan bagian yang dominan,

beberapa macam bakteri terlihat dalam pengubahan NH4+ menjadi NO3+ (Nitrobacter,
Nitrosomonas, Nitrosococcus adalah yang paling penting), tetapi kedua bentuk itu dapat
diambil oleh banyak tanaman dengan fasilitas yang sama.
Lebih penting lagi adalah produksi NH4+ yang dihasilkan dari bahan organik yang dibawa
oleh bermacam-macam fungsi dan bakteri. Perombak dekomposisi ini juga membutuhkan N,
tetapi jika bahan mempunyai kandungan N rendah, bahan itu akan dipesatukan ke dalam
biomassa dan tidak dibebaskan, sampai penyediaan karbon berkurang ( Fitter dan Hay, 1991).
( Sumber : Fitter dan Hay, 1991)
Rasio Carbon-Nitrogen (C/N) merupakan cara untuk menunjukkan gambaran kandungan
Nitrogen relatif . Rasio C/N dari bahan organik merupakan petunjuk kemungkinan
kekurangan nitrogen dan persaingan di antara mikroba-mikroba dan tanaman tingkat tinggi
dalam penggunaan nitrogen yang tersedia dalam tanah (Foth, 1991).
Faktor utama yang mempengaruhi keputusan pengelolaan mengenai penggunaan dan
pemakaian pupuk adalah kehilangan nitrat karena pencucian, denitripikasi dan kehilangan
nitrogen sebagai N2, kehilangan amonia karena penguapan (valatilisasi ) (Foth,1991).
Didalam siklusnya nitrogen di dalam tanah mengalami mineralisasi, sedangkan bahan
mineral mengalami imobilisasi. Hasil yang diperoleh menunjukan bahwa N yang hilang ke
atmosfir merupakan bagian terbesar. Secara teoritis, di simpulkan bahwa N yang terdapat di

dalam tanah akan habis terangkut dalam waktu yang sangat lama dan sebagian besar N yang

tertinggal didalam tanah sesudah tahun pertama bukan dalam bentuk nitrat tetapi dalam
bentuk bahan organik .
Ketersediaan N tanah dipengaruhi oleh faktor-faktor lingkungan seperti iklim dan macam
vegetasi yang kesemuanya dipengaruhi oleh keadaan setempat seperti topogrifi, batuan induk,
kegiatan manusia dan waktu ( Hakim, dkk,1988 )
2.Beberapa Aplikasi Untuk Mempertahankan Ketersediaan Nitrogen
Bahan organik meningkatkan produktifitas tanah melalui mineralisasi zat-zat hara. Bahan
organik mempunyai kapasitas tukar kation yang tinggi, daya ikat air yang tinggi dan mampu
meningkatkan sifat fisik tanah.
Penambahan sebagian besar nitrogen secara alami ketanah ditambahkan melalui fiksasi
biologis simbiotik dan non simbiotik seperti melalui penamaan tanaman leguminosa ( Tabel
1. ) dan pemberian Azolla ( Tabel 2. )
Bakteri Rhizobium yang hidup secara simbiotik pada bintil akar tanaman leguminosa
memfiksasi nitrogen dengan enzim nitrogenase yang berkombinasi dengan molekul
dinitrogen (N2) ( Foth, 1991).
Tabel 1 . Kondisi Fisika dan Kimia Tanah di Bawah Aplikasi Stylosanthes dan Tanah Alami
Kondisi

Stylosanthes (selama Tanah Alami (lebih dari 3

Kandungan N (g/kg)
CEC (cmol/kg)
Carbon Organik(g/kg)
Pulk Dencity (g/cm³ )
Total porositas (%)
Makro porositas (%)
Makro Organisme (%)

3 tahun)
1,14
3,24
4,31
1,51
43,10
42,10
34 x 107

tahun)
0,87
2,22

2,70
1,66
37,40
36,40
12 x 107

( Sumber : Tarawali dan Ikwuegbu, 1993 ).
Dari hasil penelitian Kriangsak (1986), pembenaman azolla menunjukan efektif sebagai
sumber nitrogen untuk padi ditandai dengan hasil yang berbeda nyata masing-masing

terdapat penumpukan dengan 70 kgN/ha dan kontrol. Diperkirakan dengan pemakaian Azolla
memperoleh keuntungan tertinggi sebesar $ 367.08 (103,55 %) (Tabel 2. )
Tabel 2. Pengaruh Pemberian Azolla ( Azolla microphylla ) dan Pupuk N pada Produksi
Tanaman Padi.
Perlakuan

Jlh. Biji Berisi Jlh. Biji
Hampa

Control

70 kg N / ha
5 t azolla/ha
10 t azolla/ha
15 t azolla/ha

55,22 a
59,77 a
66,18 a
70,98 a
75,55 a

Sumber : Kriangsak, 1986

15,76 a
13,29 bc
13,82 b
12,08 bc
11,75 c

Berat 1000 Biji Prod. Biji

Prod.

(g)

(ton/ha)

Jerami

3,11 a
3,52 b
3,67 ab
4,04 ab
4,11 a

(ton/ha)
1,29 b
1,73 a
1,39 a
1,61 a
1,74 a

23,47 c
24,63 b
25,41 ab
25,88 a
26,00 a