Daur Nitrogen. Nitrogen. Mineralisasi Nitrogen 10/22/2013

(1)

Daur Nitrogen

Mineralisasi dan Immobilisasi Nitrogen

Nitrifikasi

Denitrifikasi

Fiksasi Nitrogen

Nitrogen

 N merupakan mineral yang sangat dibutuhkan tanaman dalam jumlah yang banyak (unsur makro) setelah C dan O

 Tanaman hanya dapat menyerap N dalam bentuk NH4+(amonium) , NO2-(nitrit) dan NO3-(nitrat).

 N digunakan untuk mensintesis bahan organik-N

(protein, asam nukleat, chitin, peptidoglikan dll)

 Keberadaannya di alam, N selalu mengalami

perubahan membentuk suatu siklus dalam tanah yang melibatkan mikroorganisme tanah

Bakteri denitrifikan Asimilasi Bakteri nitrifikasi nitrifikasi bakteri fix N nodul akar legum

bakteri fix N tanah

Nitrit (NO2-) Amonium (NH4+) Bakteri Amonifikasi Nitrat (NO3-) Dekomposer Fungi &bacteria Tanaman Nitrogen atmosfer (N2)

Mineralisasi Nitrogen

Mineralisasi

= proses dekomposisi senyawa N-organik yang membebaskan senyawa N-anorganik (NH4+).

Amonifikasi

= proses dekomposisi yang menghasilkan

senyawa antara amonia (NH3) atau dalam larutan tanah

bentuknya menjadiNH4+

Produksinya mencapai 1-20 mg/kg/hari atau 1%-4% dari N total.

Proses ini dilakukan oleh berbagai mikroorganisme yang populasinya berkisar antara 105_-107_{sel per gram}

(2)

Senyawa N-Organik dalam Tanah

 Protein rantai asam amino

 asam nukleat basa nitrogen: purin, guanin, timin,

sitosin

 chitinpolimer N-asetil glukosamin

 peptidoglikan polimer asetil glukosamin dan

N-asetil asam muramat

 glukosamingula amino.

Urutan tingkat kemudahan termineralisasi:

Urea > asam amino > protein > asam nukleat > gula amino > N terhumifikasi

Ikatan peptida

Contoh reaksi mineralisasi

N HC N C C CH NH CH N N HC N CH CH CH

basa purin basa pirimidin

(3)

IMMOBILISASI N-ANORGANIK

Immobilisasi atau asimilasi

= Penyatuan/penggabungan N-anorganik(NH4+) menjadi

bentuk N organikoleh mikroorganisme

 Immobilisasi N oleh mikroorganisme berpengaruh

pada jumlah N yang tersedia bagi tanaman, karena adanya kompetisi antara tanaman dan mikroorganisme dalam mendapatkan N.

 Tanaman mempunyai kemampuan bersaing yang lebih

rendah daripada mikroorganisme sehingga tanaman akan mengalami defisiensi unsur hara N.

Immobilisasi/Asimilasi NH

₄+

Ada 2 jalur asimilasi NH

₄+

_:

 Apabila kadar NH₄+tinggi (> 0,5 ppm tanah) maka immobilasi NH4+ yang terjadi melalui jalur GDH (Glutamat Dehidrogenase).

• Apabila kadar NH4+rendah (< 0,5 ppm tanah) maka immobilisasi

NH4+yang terjadi melalui jalur GS/GOGAT (Glutamine

synthetase/Glutamine -oxoglutarat Amino Transferase [Glutamat Synthase]) yang melalui 2 tahap:

Tahap 1. Reaksi asimilasi NH4+ yang dikatalisis oleh GS

COO -C CH2 CH2 CONH2+ + NH4+ H NH2+ + ADP + Pi Glutamin sythetase + ATP COO -C CH2 CH2 COO -H NH2+ Glutamat Glutamin

• Tahap 2. Reaksi transaminasi -ketoglutarat menjadi glutamat dengan glutamin COO -C CH2 CH2 CONH2+ + NH4+ H NH2+ + ADP + Pi Glutamin sythetase + ATP COO -C CH2 CH2 COO -H NH2+ Glutamat _Glutamin

(4)

Untuk menduga hasil akhir dekomposisi suatu bahan organik apakah dapat/belum dapat digunakan sebagai pupuk maka digunakan kriteria sebagai berikut:

C/N >40 N-org = 1% Immobilisasi

C/N 30:1– 35:1 N-org = 2 % Immobilisasi= mineralisasi C/N 10:1– 20:1 N-org = 4 % Mineralisasi

•Mineralisasi > immobilisasi dapat digunakan sebagai

pupuk untuk meningkatkan hara tanaman

•Mineralisasi < immobilisasi  tidak/belum dapat digunakan sebagai pupuk untuk meningkatkan hara tanaman

Contoh soal :

Jerami mempunyai kandungan 40 % C dan 0,5 % N. Apabila bahan ini didekomposisi oleh jamur. Dapatkah jerami ini langsung digunakan sebagai pupuk tanaman ?

Jasad C- yang diasimilasi (%) C/N

Bakteri 5 – 10 5 : 1 Fungi/jamur 30 – 40 10 : 1 Aktinomycetes 15 – 30 5 : 1

Faktor Nitrogen

Angka yang menunjukkan banyaknya unit nitrogen anorganik yang diimmobilisasi setiap 100 unit material yang didekomposisi.

Faktor yang mempengaruhi mineralisasi dan

immobilisasi

1.

Temperatur

2.

Tersedianya senyawa nitrogen

3.

Aerasi & kelembaban

– aerasi baik immobilisasi besar

– anaerob  immobilisasi rendah

4.

pH tanah

5.

umur dan jenis tanaman

6.

mineral lempung

Perubahan nisbah C/N selama proses dekomposisi

N is ba h C /N ja ri ng an te rd ek oms is i N it ro ge n da la m j ar in ga n te rd ek om po si si ( % )

(5)

Pengaruh aerasi terhadap immobilisasi N

Aerasi baik tergenang Umur (hari) N -o rg a n ik (p p m)

Diberi gas argon

Pengaruh bentuk penambahan N terhadap N-organik tanah

(NH4)2SO4 Ca(NO3)2 Umur (hari) N -o rg a n ik (p p m)

Nasib NH

₄

+

_{dalam tanah}

Kemungkinan-kemungkinan NH4+ dalam tanah :  diserap tanaman

 dalam bentuk amonium (NH₄+) terikat lempung melalui pertukaran kation

 terjebak dalam ruang antar kisi lempung tipe 2:1  membentuk kompleks dengan bahan organik tanah

Quinon-NH2

 diserap/diimmobilisasi/diasimilasi oleh mikroorganisme

 dioksidasi menjadi NO₃-oleh bakteri nitrifikasi

NITRIFIKASI

= proses perubahan/oksidasi NH4+menjadi NO2-dan NO3

-secara biologis

Mikrobia nitrifikasi :

 Yang mengoksidasi NH₄+ menjadi NO₂enzim nitritase

-tidak membentuk zoogloea

Nitrosomonas Nitrosococcus nitrospira

-yang membentuk zoogloea

Nitrosocystis Nitrosogloea

 Yang mengoksidasi NO₂-menjadi NO₃-enzim nitratase

Nitrobacter Nitrocystis Nitromonas

(6)

Reaksi biokimia Nitrifikasi secara

umum

1. Nitrosomonas

2. Nitrobacter

Corynebacterium Nocardia Pseudomonas Arthrobacter Aspergillus flavus

Bakteri dan fungi heterotrof

Faktor yag mempengaruhi proses

nitrifikasi

 aerasi  kadar amonia

 kadar optimum NH₄+ 0,005 M  pH

 mempengaruhi populasi yang aktif  pH optimum 6,6- 8,0

 temperatur

 optimum 30o-35oC  lambat <5oC atau >40oC  kelembaban 60-70% WHC

Nasib NO

₃

-

_{dalam tanah}

 diserap oleh tanaman

 Nitrat digunakan oleh mikroorganisme melalui proses :  Asimilasi reduktif menjadi N organik

asimilasi reduktif merupakan proses reduksi NO3

-menjadi NH4+dan selanjutnya NH4+ ini diasimilasi

menjadi asam amino protein

 Disimilasi reduktif NO3-menjadi NH4+

(Dissimilatory Nitrate Reduksi Ammonium) pada kondisi tidak ada O2

 Mengalami denitrifikasi menjadi gas N2

 Nitrat mudah tercuciatau hilang melalui run offdan

terakumulasi dalam tanah dan dapat mencemari lingkungan

(7)

Denitrifikasi

~

Merupakan proses reduksi nitrogen oksida (NO3 -dan NO2-) menjadi gas dinitrogen sebagai penerima elektron terakhir selama respirasi metabolik dalam keadaan tanpa O2.

 Proses reduksi biologi NO3-dan NO2-menjadi gas N2melalui 4 tahap : NO3-  NO2-  NO (g)  N2O (g)  N2(g)  (+5) (+3) (+2) (+1) (0)

Jalur Denitrifikasi

NO3-+ 2 H++ 2 e-  NO2-+ H2O NO2+ 2 H++ e-  NO + H2O 2 NO + 2 H+_{+ 2 e-  N} 2O + H2O N2O + 2 H++ 2 e-  N2+ H2O

• Melibatkan mikroorganisme yang bersifat fakultatif anaerob yang disebut “denitrifiers” yang termasuk bakteri heterotrof

•donor electron:Sumber karbon organik (asetate, glukose) •acceptor electron: NO3-, NO2-dan nitrogen oxides

• Denitrifier akan menggunakan O₂(jika ada oksigen) untuk mengoksidasi sumber karbon dibandingkan NO3sebagai akseptor

elektron terakhir

Denitrifikasi digunakan untuk menduga N balance. Denitrifikasi = Input? - kehilangan?

• Diduga kehilangan N tanah akibat denitrifikasi mencapai 25% sampai 75%.

N pada tanah tergenang

Urea T anah air denitifikasi nitrifikasi nitrifikasi Fiksasi N pelindian Lapisan oksidasi Lapisan tereduksi

(8)

N pada tanah atasan

Denitrifier Genera

Genus Characteristic Organotrophs Alcaligenes Bacillus Flavobacterium Pseudomonas Rhizobium N2-fixer Phototrophs

Rhodopseudomonas Anaerobe, reduce SO4

2-Lithotrophs

Alcaligenes Nitrosomonas Paracoccus Thiobacillus

H2oxidizer, also organotroph

NH3oxidizer

H2oxidizer, also organotroph

S oxidizer

Faktor yang mempengaruhi Denitrifikasi



Aerasi (terhambat bila terdapat O

₂

)



NO

₃-

tersediaa



Tersedia sumber Carbon

(4NO

₃

+ C

₆

H

₁₂

O

₆

 2N

₂

+ 6 H

₂

O)



pH



Temperatur

Penghambat (Inhibitor) spesifik nitrifikasi

 Golongan piridin, pirimidin, asetanadehida, anilin dan isothiosianat

Na atau K-azide dan klorat

2 kloro 6 triklorometil piridin (N-serve) 2 amino, 4 kloro, 6 metil piridin (“AM”)

N N H3C NH2 Cl Cl3C Cl N-Serve N Cl _N COOH _N Cl CCl3

N-Serve 2-cloro pikolinat

Cl CO2 Dekomposisi N serve