Prastyo's Blog

SIKLUS NITROGEN

Posted on: Mei 29, 2012

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 dari 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 Tanaman  simbiosanya
R. leguminasorum
R. phaseoli
R. trifolii
R. melioti
R. lupini
R. japonicum
Rhizobium. spp
Pea (Pisum spp), lentil ( Lens culinaris)
Kacang buncis (Phaseolus vulgaris)
Clover ( Trifolium subteranim)
Alfafa (Medicago sativa)
Lupin (Lupinus, spp)
Kedelai ( Glycine max)
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.

>> 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 3 tahun) Tanah Alami (lebih dari 3 tahun)
Kandungan N (g/kg) 1,14 0,87
CEC (cmol/kg) 3,24 2,22
Carbon Organik(g/kg) 4,31 2,70
Pulk Dencity (g/cm³ ) 1,51 1,66
Total porositas (%) 43,10 37,40
Makro porositas (%) 42,10 36,40
Makro Organisme (%) 34 x 107 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 Berat 1000 Biji (g) Prod. Biji (ton/ha) Prod. Jerami (ton/ha)
Control 55,22 a 15,76 a 23,47 c 3,11 a 1,29 b
70 kg N / ha 59,77 a 13,29 bc 24,63 b 3,52 b 1,73 a
5 t azolla/ha 66,18 a 13,82 b 25,41 ab 3,67 ab 1,39 a
10 t azolla/ha 70,98 a 12,08 bc 25,88 a 4,04 ab 1,61 a
15 t azolla/ha 75,55 a 11,75 c 26,00 a 4,11 a 1,74 a

Sumber : Kriangsak, 1986

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s

Translator

Author

PROFIL

Saya, Eko Prastyo, S. Pd
Selamat menikmati blog saya, semoga apa yang ada di dalamnya dapat menjadikan manfaat.
saran dan kritik yang membangun, akan sangat bermanfaat untuk pengembangan blog ini.
Terima Kasih

Kalender

Mei 2012
S S R K J S M
« Mar   Sep »
 123456
78910111213
14151617181920
21222324252627
28293031  

Blog Stats

  • 67,419 hits
%d blogger menyukai ini: