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
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
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.
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+) .
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
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).
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 ).
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)
