Siklus Nitrogen Pada Tanah Dan Air

Siklus Nitrogen Pada Tanah
Bakteri pemfiksasi nitrogen memiliki enzim yang disebut nitrogenase yang berperan sebagai katalis dalam mengkonfersi gas nitrogen (N2) menjadi amoniak (NH3). Nitrogenase menyuplai hidrogen sebagaimana fungsi energi dari ATP. Sangat sensitif terhadap oksigen dan akan menjadi tidak aktif jika terkena oksigen. Hal tersebut bukanlah masalah bagi bakteri anaerob seperti Clostridium. Bakteri aerob memiliki variasi mekanisme yang berbeda untuk melindungi nitrogenase, di antaranya memperbanyak proses metabolisme dan perlindungan secara fisik. Azotobacter mengatasinya dengan memiliki tingkat respirasi yang sangat tinggi daripada organisme lain untuk mempertahankan kadar oksigen di dalam selnya pada level yang rendah. Rhizobium memiliki leghaemoglobin yang berfungsi seperti haemoglobin yang mengikat oksigen. Leghaemoglobin menyediakan cukup oksigen bagi metabolisme bakteri, dan mencegah akumulasi oksigen bebas yang dapat merusak fungsi nitrogenase.

Nitrifikasi merupakan proses pengubahan bentuk (oksidasi) amoniak (NH3) menjadi nitrit (NO2) kemudian menjadi nintrat (NO3) oleh bakteri nitrifikasi. Dalam proses oksidasi ini ada energi yang terlepas. Bakteri nitrifikasi merupakan bakteri kemoautotrop dan mampu memanfaatkan energi yang terlepas untuk membentuk bahan organik dari bahan anorganik. Bakteri dari genus Nitrosomonas mengubah amoniak menjadi nitrit, dan bakteri dari genus Nitrobacter mengubaj nitrit menjadi nitrat. Nitrat inilah yang dapat diman-faatkan oleh tanaman. Nitrifikasi berlangsung dalam tanah dengan drainasi dan aerasi yang baik pada pH netral.

Denitrifikasi adalah proses konversi nitrat menjadi gas nitrogen (N2)dan nitrogen oksida (N2O) oleh bakteri denitrifikasi seperti Pseudomonas. Bakteri denitrifikasi mengubah nitrat dalam tanah yang sangat basah dan rawa, di mana tempat tersebut sangat kurang oksigen (lingkungan anaerob). Bakteri memperoleh oksigen dari proses pengubahan nitrat yang dilakukan. Gas nitrogen yang terbentuk terlepas ke atmosfer, hal ini akan menjadikan tanah kehilangan nitrigen yang telah difiksasi pada proses nitrifikasi, sehingga mengurangi kesuburan tanah.

Amonifikasi (pelapukan/penguraian) adalah proses konfersi nitrogen dalam bentuk organik (organisme yang mati dan ekskresinya) menjadi nitrogen anorganik. Fungi dan bakteri dekomposerlah yang melakukan proses ini. Dekomposer menkonsumsi bahan organik dan nitrogen yang terkandung di dalamnya diubah menjadi ion amonium (NH4) dan kemudian diubah menjadi nitrat oleh bakteri nitrifikasi.

Siklus Nitrogen Pada Air Akuarium
Nitrogen dalam air akuarium berasal dari pakan dan ekskresi (feses) ikan dalam bentuk amoniak. Mengapa ikan menghasilkan amoniak yang beracun bagi kehidupanya? Pertama, amoniak mudah dibentuk dan larut dalam air, artinya dapat melewati membran dengan mudah, dan dapat dibuang melalui ekskresi. Ke-dua, di habitat alaminya yang luas, amoniak tidak dengan mudah mencapai konsentrasi yang membahayakan. Di sisi lain, pada akuarium konsentrasi amoniak dapat dengan mudah mencapai konsentrasi yang membahayakan (> 0,2 mg/l).

Pada akuarium baru atau saat penggantian air 100%, keberadaan Nitrosomonas dan Nitrobakter masing sangat minim, bahkan tidak ada sama sekali pada air pam yang mengandung kaporit, sehingga tidak ada yang berperan sebagai pengubah amoniak menjadi nitrit dan nitrat yang relatif tidak berbahaya bagi ikan. Bahkan amoniak yang ada berubah bentuk menjadi amonium hidroksida (NH4OH) ketika bereaksi dengan air, dan sangat berbahaya bagi ikan.

Cara mengatasinya adalah dengan menggunakan tanaman air atau air dari kolam atau perairan yang sudah stabil (mengandung Nitrosomonas dan Nitrobakter). Selain itu, jangan memelihara ikan terlalu banyak dalam satu akuarium yang akan menyebabkan tidak seimbangnya kemampuan Nitrosomonas dan Nitrobakter dengan produksi amoniak yang dihasilkan.

Amoniak membahayakan ikan dalam dua sebab. Pertama, amoniak bereaksi dengan air membantuk amonium hidroksida yang dapat meningkatkan suhu dan terbakar; ke-dua, karena sifat amonium hidroksida yang sangat alkali akan menyebabkan pembakaran kimia dalam jaringan. Walaupun tidak mematikan ikan secara langsung, namun akan meningkatkan stress dan menurunkan daya tahan tubuh ikan.kemudian meningkatkan resiko infeksi oleh bakteri, fungi, dan virus. Konsentrasi amoniak dipengaruhi oleh suhu dan pH.

Nitrit yang dihasilkan oleh Nitrosomonas dalam konsentrasi tinggi dapat diserap insang ke dalam sirkulasi darah yang mengoksidasi hemoglobin menjadi methemoglobin. Hemoglobin membawa oksigen dari insang dan mensirkulasikannya ke seluruh jaringan untuk ditukar dengan karbon dioksida. Methemoglobin tidak dapat mengikat oksigen sehingga ikan akan kekurangan oksigen. Penambahan ½ ons garam krosok dan aerasi dapat mengurangi konsentrasi nitrit dalam air.

Kelebihan nitrat dalam air secara umum dapat meyebabkan pertumbuhan alga yang sangat pesat, sehingga air menjadi keruh dan berlumut. Hal ini akan menyebabkan persaingan alga dan ikan terhadap kebutuhan oksigen, sehingga ikan akan stress dan kurang sehat. Untuk mengatasinya bisa dilakukan dengan memelihara ikan dan udang pemakan alga, dan menganti separuh air akuarium.