DAUR HARA KEHIDUPAN (2)
3. Daur Nitrogen
Gambar 5. Daur Nitrogen (Repro.: Book of Nature, Simon and Schuster).
Pada umumnya nitrogen adalah zat hara yang selalu menjadi unsur pembatas dalam model tahang Justus von Liebig. Karena nitrogen menjadi penyusun utama protein dan beberapa molekul biologik lainnya, nitrogen diperlukan baik oleh tumbuhan maupun hewan dalam jumlah yang besar. Lagi pula sejumlah besar nitrogen hilang dari dalam tanah karena tanah mengalami proses pembasuhan oleh gerak aliran air dan oleh kegiatan jasad renik. Banyaknya nitrogen yang tersedia langsung bagi tumbuhan sangat sedikit.
Atmosfer mengandung nitrogen dalam jumlah yang besar, kira-kira 80% dari udara terdiri atas nitrogen. Kolom udara di atas satu hektare tanah mengandung kira-kira 75 juta kg nitrogen. Akan tetapi nitrogen dalam bentuk seperti ini tidak bermanfaat bagi tumbuhan. Agar dapat dimanfaatkan tumbuhan, nitrogen harus ada dalam bentuk terikat, yang artinya ada
dalam bentuk senyawa dengan unsur lain. Di dalam alam pembentukan nitrogen dalam bentuk terikat, yang juga disebut fiksasi nitrogen terjadi di dalam tanah, terutama oleh bakteri. Jenis bakteri pengikat nitrogen yang terefisien bersifat simbiotik. Bakteri simbiotik ini hanya dapat mengikat nitrogen kalau bekerjasama dengan akar tumbuhan polong dan beberapa rumput tropik.
Di dalam tanah nitrogen terutama terdapat di dalam bahan organik tanah dalam berbagai tahap pembusukan, akan tetapi nitrogen yang terkandung di dalamnya tetap belum dapat dimanfaatkan tumbuhan sebelum berubah bentuknya menjadi ion amonium (NH4+) atau ion nitrat (NO3-). Jalur melingkar nitrogen dari bentuk unsur menjadi asam amino kemudian menjadi protein dan kembali lagi ke dalam bentuk unsur adalah daur hara yang telah dipelajari dengan sangat mendalam. Sebagian besar permasalahan gizi tumbuhan dan hewan berputar di sekitar ketersediaan senyawa-senyawa yang mengandung nitrogen.
Penguraian lebih lanjut asam amino menjadi senyawa nitrogen tak organik dicapai dalam beberapa tahap. Setiap tahap berlangsung dengan bantuan spesies bakteri tertentu. Mula-mula dari asam amino dibebaskan ion ammonium yang kemudian diubah menjadi ion nitrit (NO2-). Ion ini yang adalah suatu racun bagi kehidupan tumbuhan hijau dengan segera diubah menjadi ion nitrat (NO3-). Bakteri-bakteri yang menghasilkan ion nitrit dan nitrat seperti telah kita bahas bersifat ototrof dan aerob, dengan kata lain tidak memerlukan hara organik akan tetapi memerlukan oksigen. Karena itu kehidupan kedua jenis bakteri ini sangat dipengaruhi oleh aerasi tanah dan juga oleh suhu tanah dan kandungan airnya.
Perubahan nitrogen dari suatu bentuk yang tak dapat dimanfaatkan tumbuhan menjadi bentuk yang dapat dimanfaatkan tumbuhan telah dilihat sebagian besar adalah suatu proses biologi. Demikian juga halnya dengan proses pengambilan nitrogen dari tanah. Sebagian besar pengambilan nitrogen dari tanah dilakukan oleh tumbuhan. Apabila tumbuhan itu kemudian dipanen, kehilangan nitrogen dari tanah yang disebabkan pengambilan oleh tumbuhan itu menjadi suatu kehilangan yang tetap. Nitrogen terikat juga hilang dari khazanah zat hara di dalam tanah oleh bakteri-bakteri tanah tertentu yang mengubah nitrat kembali menjadi nitrogen atmosfer. Proses ini bersifat anaerob, yaitu hanya berlangsung dalam keadaan tidak tersedianya oksigen di dalam tanah. Jadi, dalam keadaan tanah yang kurang mendapatkan aerasi akan terjadi kehilangan nitrogen-tersedia di dalam tanah. Lagipula nitrat itu sangat mudah terlarut di dalam tanah seningga kalau tidak dengan segera dimanfaatkan tumbuhan
hijau atau jasad renik, akan dengan mudah hilang karena pembasuhan. Dengan demikian taraf ketersediaan nitrogen-tersedia di dalam tanah tergantung pada banyaknya bahan organik yang tersedia di dalam tanah, populasi jasad renik yang ada di dalam tanah, dan tingkat pembasuhan di dalam tanah.
Dalam keadaan alami akan terjadi suatu kesetimbangan antara laju pertumbuhan tumbuhan dan gaya-gaya yang menentukan penyediaan nitrogen di dalam tanah. Akan tetapi dalam berbagai sistem pertanian kesetimbangan ini menjadi terganggu. Pemanenan suatu pertanaman cenderung akan menguras nitrogen tanah bukan saja karena pengambilan bahan organik hasil panen tanpa pengembalian ke dalam tanah, melainkan juga karena erosi dan penurunan kadar bahan organik tanah. Atas dasar alasan inilah pertanian intensif sangat tergantung pada tambahan pupuk nitrogen.
Pada mulanya pupuk nitrogen berasal dari sumber-sumber organik, terutama dari bahan sisa hewan seperti guano, yaitu kumpulan kotoran burung. Kemudian pupuk nitrogen mencakup natrium nitrat yang ditambang di Cili, sesudah itu juga sulfat amonium yang menjadi hasil sampingan tanur kokas. Sekarang ini pupuk nitrogen yang terbanyak dibuat menurut proses Haber-Bosch yang mereaksikan nitrogen udara dengan hidrogen sehingga terbentuk ammoniak. Ammoniak ini dapat dipupukkan secara langsung atau dapat juga dijadikan bahan baku pembuatan pupuk buatan urea, nitrat, dan senyawa nitrogen lainnya. Di Indonesia pupuk buatan nitrogen terutama dibuat dalam bentuk senyawa urea.
Hidrogen yang diperlukan pada proses Haber-Bosch itu biasanya diambil dari gas alam, dan biaya yang dikeluarkan untuk mendapatkan bahan bakar itu menentukan sebagian besar biaya produksi pupuk buatan itu. Pembuatan satu ton ammoniak memerlukan kira-kira 800 m3 gas alam sebagai bahan baku. Karena itu melalui pengikatan nitrogen melalui proses industri kimia bahan bakar fosil masuk ke dalam daur nitrogen. Biaya mahal yang diperlukan untuk membuat pupuk nitrogen ini tertutupi oleh nilai tambah yang diperoleh melalui daya hasil tanaman yang meningkat.
Sebagai kesimpulan mengenai daur ulang nitrogen dapat dikemukakan bahwa nitrogen sering sekali muncul sebagai unsur hara yang menjadi kendala dalam pertumbuhan tumbuhan. Nitrogen dari atmosfer tidak ada manfaatnya bagi tumbuhan. Unsur itu harus disediakan dalam bentuk terikat atau terkombinasi dengan unsur lain, misalnya dalam bentuk ion ammonium atau nitrat. Ada sejumlah kecil nitrogen menjadi terikat oleh kegiatan kilat di
dalam atmosfer. Peranan yang lebih penting dijalani oleh bakteri, terutama yang hidup dalam simbiosis di dalam bintil akar tumbuhan polongan. Namun pun demikian persediaan nitrogen-tersedia di dalam tanah tetap rendah. Unsur itu hilang melalui pembasuhan dan oleh kegiatan bakteri denitrifikasi yang mengembalikannya ke udara. Nitrogen juga hilang dari tanah melalui pemanenan tumbuhan yang tumbuh di tanah itu. Untuk mengatasi kehilangan-kehilangan semacam ini pada proses-proses budidaya tanaman, nitrogen diikat secara industri menjadi pupuk buatan yang kemudian digunakan menyuburkan tanah pertanian. Pengikatan nitrogen melalui industri dengan demikian menjadi mata rantai penting dalam daur nitrogen. Sekaligus juga dapat disimpulkan bahwa pertanian intensif selain mulai menggunakan energi fosil untuk keperluan mekanisasi sebagai pengganti energi fisik yang dihasilkan manusia, juga menggunakan energi fosil untuk mengadakan unsur hara tambahan dalam bentuk pupuk. Hal ini terutama berlaku untuk unsur hara nitrogen karena secara alami bagian tak organik tanah sama sekali tidak mengandung garam-garam nitrogen. Kalaupun tanah mengandung nitrogen yang dapat diserap akar tumbuhan, maka asalnya kalau bukan dari air hujan ialah dari hasil pengikatan nitrogen udara oleh berbagai jasad renik secara mandiri atau melalui simbiosis dengan tumbuhan polongan.