nitrogen daur nitrogen n merupakan mineral yang sangat ... · pdf file10/22/2013 1 daur...
TRANSCRIPT
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
denitrifikanAsimilasi
Bakteri
nitrifikasinitrifikasi
bakteri fix N
nodul akar
legum
bakteri fix N tanah
Nitrit (NO2-)Amonium (NH4
+)
Bakteri
nitrifikasi
Amonifikasi
Nitrat (NO3-)
Dekomposer
Fungi &bacteria
Tanaman
Nitrogen atmosfer (N2)
Mineralisasi Nitrogen
Mineralisasi = proses dekomposisi senyawa N-organikyang membebaskan senyawa N-anorganik (NH4
+).
Amonifikasi = proses dekomposisi yang menghasilkansenyawa antara amonia (NH3) atau dalam larutan tanahbentuknya menjadi NH4
+
Produksinya mencapai 1-20 mg/kg/hari atau 1%-4% dari N total.
Proses ini dilakukan oleh berbagai mikroorganismeyang populasinya berkisar antara 105-107 sel per gram tanah.
10/22/2013
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 N-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
HCN
C
CCH
NH
CH
NN
HCN
CH
CHCH
basa purin basa pirimidin
Reaksi deaminasi
10/22/2013
3
IMMOBILISASI N-ANORGANIK
Immobilisasi atau asimilasi = Penyatuan/penggabungan N-anorganik (NH4
+ ) menjadi bentuk N organik oleh 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 NH4+
Ada 2 jalur asimilasi NH4+ :
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
10/22/2013
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 ?
JasadC- 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
Nis
bah
C/N
jar
inga
nte
rdekom
sisi
Nit
roge
n dal
am
jari
ngan
ter
dek
ompo
sisi
(%
)
10/22/2013
5
Pengaruh aerasi terhadap immobilisasi N
Aerasi baik
tergenang
Umur (hari)
N-o
rgan
ik (
pp
m)
Diberi gas argon
Pengaruh bentuk penambahan N terhadap N-organik tanah
(NH4)2SO4
Ca(NO3)2
Umur (hari)
N-o
rgan
ik (
pp
m)
Nasib NH4+ 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 tanahQuinon-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 zoogloeaNitrosomonasNitrosococcusnitrospira
-yang membentuk zoogloeaNitrosocystisNitrosogloea
Yang mengoksidasi NO2- menjadi NO3
- enzim nitratase
NitrobacterNitrocystisNitromonas
10/22/2013
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 NO3- 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 tercuci atau hilang melalui run off dan terakumulasi dalam tanah dan dapat mencemari lingkungan
10/22/2013
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 N2 melalui
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- N2O + 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 NO3 sebagai 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
Tanah
air
denitifikasi
nitrifikasi
nitrifikasi
Fiksasi N
pelindian
Lapisan
oksidasi
Lapisan
tereduksi
10/22/2013
8
N pada tanah atasanDenitrifier Genera
Genus Characteristic
Organotrophs
Alcaligenes
Bacillus
Flavobacterium
Pseudomonas
Rhizobium
N2-fixer
Phototrophs
Rhodopseudomonas Anaerobe, reduce SO42-
Lithotrophs
Alcaligenes
Nitrosomonas
Paracoccus
Thiobacillus
H2 oxidizer, also organotroph
NH3 oxidizer
H2 oxidizer, also organotroph
S oxidizer
Faktor yang mempengaruhi Denitrifikasi
Aerasi (terhambat bila terdapat O2 )
NO3- tersediaa
Tersedia sumber Carbon
(4NO3 + C6H12O6 2N2 + 6 H2O)
pH
Temperatur
Penghambat (Inhibitor) spesifik nitrifikasi
Golongan piridin, pirimidin, asetanadehida, anilin dan isothiosianatNa atau K-azide dan klorat2 kloro 6 triklorometil piridin (N-serve)2 amino, 4 kloro, 6 metil piridin (“AM”)
N N
H3C NH2
Cl
Cl3C Cl
N-Serve
N N N
COOHClCl CCl3
N-Serve 2-cloro pikolinat
Cl
CO2
Dekomposisi N serve