NUTRIEN NUTRIEN ::NUTRIEN NUTRIEN ::

Oleh :Oleh :

MOHAMMAD MAHMUDIMOHAMMAD MAHMUDI

• Nutrien adalah semua unsur dan Nutrien adalah semua unsur dan senyawa yang dibutuhkan oleh tumbuh senyawa yang dibutuhkan oleh tumbuh tumbuhan melalui proses fotosintesis tumbuhan melalui proses fotosintesis dan berada dalam material organidan berada dalam material organikk. .

• NutrienNutrien esensial untuk tumbuhan esensial untuk tumbuhan dibedakan antara elemen makro dan dibedakan antara elemen makro dan mikro. Makronutrien dibutuhkan dalam mikro. Makronutrien dibutuhkan dalam jumlah yang banyak, sedang jumlah yang banyak, sedang mikronutrien dibutuhkan dalam jumlah mikronutrien dibutuhkan dalam jumlah yang relatif kecil. Elemen makro lebih yang relatif kecil. Elemen makro lebih dibutuhkan untuk komponen struktural, dibutuhkan untuk komponen struktural, sedang elemen mikro lebih mengarah sedang elemen mikro lebih mengarah untuk komponen fungsional. untuk komponen fungsional.

22

Nutrien sendiri dibagi menjadi 2 yaitu :Nutrien sendiri dibagi menjadi 2 yaitu :

a.a.Makronutrien adalah nutrient yang Makronutrien adalah nutrient yang tersebar ditersebar di perairan perairan dan dan konsentrasinya melebihi 1 ppm konsentrasinya melebihi 1 ppm dengan kata lain nutrient jenis ini dengan kata lain nutrient jenis ini melimpah dimelimpah di perairan perairan. .

b.b.Mikronutrien adalah nutrient yang Mikronutrien adalah nutrient yang tersebar ditersebar di perairan perairan dan dan konsentrasinya kurang dari 1 ppm konsentrasinya kurang dari 1 ppm dengan kata lain nutrient jenis ini dengan kata lain nutrient jenis ini penyebrannya terbatas atau sedikit penyebrannya terbatas atau sedikit didi perairan perairan. .

33

MakronutrienMakronutrien

• Nutrien makro terdiri dari N, P, dan K Nutrien makro terdiri dari N, P, dan K yang dikenal dengan “yang dikenal dengan “the big threethe big three”, ”, akan tetapi jangan melupakan Mg akan tetapi jangan melupakan Mg dan S yang diperlukan dalam klorofil dan S yang diperlukan dalam klorofil dan protein.dan protein.

44

Nitrogen and PhosphorousNitrogen and Phosphorous Nitrogen dan fosfor adalah elemen (unsur) penting bagi organisme hidup, masing-masing, atau keduanya secara bersama-sama dapat membatasi produksi primer dan sekunder.

Di danau, nitrogen terutama berasal dari aktivitas mikroba atau limpasan (runoff) dari darat dan fosfor terutama dari proses geologi lokal.

Namun, keduanya bisa sangat dipengaruhi oleh masukan manusia.

Proses-2 penting dalaProses-2 penting dalamm siklus siklus- Phosphorus: pemanfaatan dan Phosphorus: pemanfaatan dan

pelepasanpelepasan- Nitrogen: transformasiNitrogen: transformasi

Para Pelaku :Para Pelaku :- bacteribacteri- algaealgae- hewanhewan- partikelpartikel

NITROGENNITROGENNITROGENNITROGEN

• N sering menjadi pembatas produksi primerN sering menjadi pembatas produksi primer• Input N yang berlebihan dapat Input N yang berlebihan dapat

menyebabkan eutrofikasimenyebabkan eutrofikasi• Konsentrasi dan rasio Senyawa N dapat Konsentrasi dan rasio Senyawa N dapat

menentukan struktur komunitas menentukan struktur komunitas • Siklus N menggambarkan refleksi dinamika Siklus N menggambarkan refleksi dinamika

ekosistemekosistem• Semua organisme mengambil dan/atauSemua organisme mengambil dan/atau

melepaskan Nmelepaskan N

Mengapa siklus nitrogen dipelajariMengapa siklus nitrogen dipelajari

• Nitrogen merupakan nutrien tanaman yang sangat Nitrogen merupakan nutrien tanaman yang sangat penting, setidaknya dalam meningkatkan penting, setidaknya dalam meningkatkan pertumbuhan. pertumbuhan.

• Bentuk-bentuk nitrogen yang tersedia secara Bentuk-bentuk nitrogen yang tersedia secara biologis adalah :biologis adalah :

1. Gas N1. Gas N22 dari atmosfir merupakan sumber utama dari atmosfir merupakan sumber utama

nitrogen, tetapi hanya dapat digunakan oleh nitrogen, tetapi hanya dapat digunakan oleh beberapa spesies saja yaitu Blue green algae beberapa spesies saja yaitu Blue green algae (cyanobacteria) dan bakteri anaerob(cyanobacteria) dan bakteri anaerob

2. Senyawa-senyawa nitrogen :2. Senyawa-senyawa nitrogen :o Nitrogen terdapat di perairan dalam bentuk Nitrogen terdapat di perairan dalam bentuk berbagai senyawa anorganik dan organik.berbagai senyawa anorganik dan organik.

99

1.1. Senyawa NitrogenSenyawa Nitrogen Nitrogen di perairan alami terdapat dalam Nitrogen di perairan alami terdapat dalam

bentuk senyawa :bentuk senyawa : ◊ ◊ An-organikAn-organik: : Nitrat , Nitrit dan Nitrat , Nitrit dan AmmoniumAmmonium -- Senyawa Nitrogen yang sangat penting di perairan Senyawa Nitrogen yang sangat penting di perairan

adalah Nitrat adalah Nitrat (NO(NO33--) ) dan Ammoniumdan Ammonium (NH (NH44

++)), sebagai , sebagai sumber penting Nitrogen bagi tumbuhan foto-sumber penting Nitrogen bagi tumbuhan foto-

autotrof autotrof . . Bentuk Nitrogen ini disebut Nitrogen anorganik Bentuk Nitrogen ini disebut Nitrogen anorganik terlarut (Disolved Inorganic Nitrogen/terlarut (Disolved Inorganic Nitrogen/DINDIN)) - Ammonium dapat diserap oleh sebagian besar algae - Ammonium dapat diserap oleh sebagian besar algae dan tumbuhan akuatik yang lebih tinggidan tumbuhan akuatik yang lebih tinggi

◊◊ OrganikOrganik : :- Nitrogen organik yang berbentuk partikel - Nitrogen organik yang berbentuk partikel

((Particulate Organic Nitrogen/Particulate Organic Nitrogen/PONPON) yang ) yang disintesa melalui Fitoplankton disintesa melalui Fitoplankton mempunyai dua kemungkinan :mempunyai dua kemungkinan :

(a) Plankton mati, selnya akan terurai(a) Plankton mati, selnya akan terurai

(b) Hasil dari degradasi nitrogen organik (b) Hasil dari degradasi nitrogen organik

yang terlarut (yang terlarut (Disolved Organic Disolved Organic Nitrogen/ Nitrogen/

DONDON) oleh bakteri) oleh bakteri

Total Nitrogen (TN) terdiri dari : DIN + DON + Total Nitrogen (TN) terdiri dari : DIN + DON + PON PON

Perbedaan Utama antara N Perbedaan Utama antara N dan Pdan P

NN PP

An-An-organik organik terlarutterlarut

NONO33--, NO, NO22

--, NH, NH44++ HH33POPO44, H, H22POPO44

--, , HPOHPO44

-2-2, PO, PO44-3-3

Oragik Oragik terlarutterlarut

Asam amino, Asam amino, Asam Nukleat, Asam Nukleat, Gula, urea, dll.Gula, urea, dll.

Asam Nukleat, Asam Nukleat, phospholipids, phospholipids, ATP, dll.ATP, dll.

Organik Organik PartikelPartikel

"" ""

An-An-organik organik PartikelPartikel

Tidak adaTidak ada BanyakBanyak

GasGas NN22 Tidak adaTidak ada

• Proses-proses penting dalam siklus Proses-proses penting dalam siklus nitrogen meliputi fiksasi, asimilasi, nitrogen meliputi fiksasi, asimilasi, remineralisasi dan mineralisasi remineralisasi dan mineralisasi (amonifikasi), nitrifikasi, dan (amonifikasi), nitrifikasi, dan denitrifikasi denitrifikasi

1313

Fiksasi NitrogenFiksasi Nitrogen• Fiksasi nitrogen dilakukan oleh Fiksasi nitrogen dilakukan oleh

prokaryotes, sebagian besar bakteri prokaryotes, sebagian besar bakteri dan cyanobakteri yang dapat dan cyanobakteri yang dapat memfiksasi gas nitrogen dari udara ke memfiksasi gas nitrogen dari udara ke dalam bentuk ammonia melalui dalam bentuk ammonia melalui aktifitas nitrogenaseaktifitas nitrogenase..

• Mikroba-mikroba tsb disebut Mikroba-mikroba tsb disebut diazothroph, meliputi: diazothroph, meliputi: bakteri bakteri dari dari genera genera Clostridium, Azotobacter, Clostridium, Azotobacter, bacillusbacillus dan dan cyanobakteri cyanobakteri dari generadari genera microcoleus, Oscillatoria voucheriamicrocoleus, Oscillatoria voucheria..

  1414

N2 + 3H2 2NH3N2 + 3H2 2NH3

AsimilasiAsimilasi• Tumbuhan menyerap ammonium dan nitrat Tumbuhan menyerap ammonium dan nitrat

selama proses assimilasi, kemudian selama proses assimilasi, kemudian mengkonversinyamengkonversinya ke dalam Nitrogen yang ke dalam Nitrogen yang mengandung molekul organik, seperti : mengandung molekul organik, seperti : asam amino dan DNAasam amino dan DNA. . Jika nitrat diserap, Jika nitrat diserap, pertama-tama direduksi menjadi ion nitrit pertama-tama direduksi menjadi ion nitrit dan kemudian ion amonium untuk dan kemudian ion amonium untuk dimasukkan ke dalam asam amino, asam dimasukkan ke dalam asam amino, asam nukleat, dan klorofilnukleat, dan klorofil..

• Hewan tidak dapat menyerap nirtrat secara Hewan tidak dapat menyerap nirtrat secara langsung, tetapi mendapatkan suplai langsung, tetapi mendapatkan suplai nutrien melalui konsumsi tumbuhan atau nutrien melalui konsumsi tumbuhan atau hewan pemakan tumbuhanhewan pemakan tumbuhan..

1515

RemineralisasiRemineralisasi• Jika nitrogen sudah tersedia dalam Jika nitrogen sudah tersedia dalam

tumbuhan dan hewan tumbuhan dan hewan (nitrogen organik (nitrogen organik partikel, partikel, PONPON),), setelah mati pada tahap setelah mati pada tahap awal diawal diddekomposisi menjadi (ekomposisi menjadi (nitrogen nitrogen organik terlarut, organik terlarut, DON) disebut DON) disebut RemineralisasiRemineralisasi..

• Kemudian DON diuraikan oleh bakteri Kemudian DON diuraikan oleh bakteri heterotrof dan akan melepaskan Ammonia heterotrof dan akan melepaskan Ammonia (NH(NH33) yang kemudian bereaksi dengan H) yang kemudian bereaksi dengan H++ atau Hatau H22O untuk membentuk Ammonium O untuk membentuk Ammonium (NH(NH44

++), proses ini disebut ), proses ini disebut MineralisasiMineralisasi atau atau Ammonifikasi Ammonifikasi

1616

NitrifikasiNitrifikasi• Tumbuhan dapat menggunakan Tumbuhan dapat menggunakan

ammonium sebagai sumber nitrogen ammonium sebagai sumber nitrogen • Ammonium dioksidasi oleh bakteri aerob Ammonium dioksidasi oleh bakteri aerob

menggunakan oksigen menjadi nitrit dan menggunakan oksigen menjadi nitrit dan nitratnitrat. .

• Bakteri Bakteri Nitrosomonas Nitrosomonas merubah ammonium merubah ammonium mmenjadi nitrit (NOenjadi nitrit (NO22

--) )

• BBakteri akteri Nitrobakter Nitrobakter merubah nitrit merubah nitrit menjadi nitrat (NOmenjadi nitrat (NO33

--), yang merupakan ), yang merupakan nutrien bagi tumbuhannutrien bagi tumbuhan..

1717

2NH3 + 3O2 2NO2- + 2H+

+ 2H2O

2NH3 + 3O2 2NO2- + 2H+

+ 2H2O

2NO2- + O2

2NO3-

2NO2- + O2

2NO3-

DenitrifikasiDenitrifikasi

• Setelah nutrien dikonversi kembali Setelah nutrien dikonversi kembali ke dalam bentuk ammonia, bakteri ke dalam bentuk ammonia, bakteri an-aerob akan mengkonversi an-aerob akan mengkonversi kembali ke dalam bentuk gas kembali ke dalam bentuk gas nitrogennitrogen

1818

NO3- + CH2O + H+ ½ N2O + CO2

+ 1½ H2O

NO3- + CH2O + H+ ½ N2O + CO2

+ 1½ H2O

Siklus nitrogen secara BiokimiaSiklus nitrogen secara Biokimia1. Remineralisasi, 2. Ammonifikasi, 3. Nitrifikasi,1. Remineralisasi, 2. Ammonifikasi, 3. Nitrifikasi,4. Denitrifikasi, 5. Fiksasi nitrogen, 6. Assimilasi4. Denitrifikasi, 5. Fiksasi nitrogen, 6. Assimilasi nitrogen, 7. Asimilasi DON nitrogen, 7. Asimilasi DON

PON DON

NH4+

NO2-

N2O

NO3-

NO2-

N2

N2O

NH4+

4

4

5

3

6

2

3

1

7

Nutrient uptake and regenerationNutrient uptake and regeneration

Nutrients are transformed in/at theNutrients are transformed in/at the

1.1. Water columnWater column

2.2. Sediment-water interface Sediment-water interface

Phytoplankton

Micrograzers

Heterotrophicbacteria

Organic Matter

NH4+

Nitrifyingbacteria

Higher trophic

levels

NO3-

Water column processes

Water column NHWater column NH44+ + uptake uptake

dynamics dynamics relate to Chlorophyll relate to Chlorophyll concentrations concentrations

Comparison of NHComparison of NH44++ uptake rates to uptake rates to

Chl a concentrations in Texas Chl a concentrations in Texas estuariesestuaries

y = 0.0647x + 0.107

R2 = 0.7752p < 0.001

y = 0.0458x + 0.0066

R2 = 0.5941p <0.001

-0.5

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

0 10 20 30 40

Chl a (g L-1)

Up

take

( M

h-1

)

Light

Dark

Linear (Light)

Linear (Dark)

Dinamika nutrien pada Dinamika nutrien pada interface sedimen - airinterface sedimen - air

PONNO3

-

NO2-

NH4+

DON

N2

N2O

PON

DON

NO3-

NO2-

NH4+

N2

N2ONO3-

Sinking

DENITRIFICATION

Fixation

Assimilation

Excretion

Sediment

Water column

DNRA

Dinamika N

F O S F O RF O S F O RF O S F O RF O S F O R

PengertianPengertian• Fosfor merupakan unsur penting bagi Fosfor merupakan unsur penting bagi

pertumbuhanpertumbuhan• Biasanya nutrien yang paling terbatas di Biasanya nutrien yang paling terbatas di

danaudanau• Berasal dari batuan fosfat-abiotik, tidak Berasal dari batuan fosfat-abiotik, tidak

seperti nitrogenseperti nitrogen• Tidak ada fase gas, tetapi dapat berasal Tidak ada fase gas, tetapi dapat berasal

dari atmosfir seperti debudari atmosfir seperti debu• Terserap ke dalam tanah :Terserap ke dalam tanah :• Secara alami tidak bergerak kecuali Secara alami tidak bergerak kecuali

tanahnya terkikis atau penggunaan pupuk tanahnya terkikis atau penggunaan pupuk yang berlebihanyang berlebihan

• Fosfor berpindan bersama dengan Fosfor berpindan bersama dengan sedimensedimen

• Tidak beracunTidak beracun

• Perbandingan fosfor dengan unsur lain Perbandingan fosfor dengan unsur lain dalam ekosistem air lebih kecil daripada dalam ekosistem air lebih kecil daripada dalam tubuh organisme hidup. dalam tubuh organisme hidup.

• Diduga bahwa fosfor merupakan nutrien Diduga bahwa fosfor merupakan nutrien pembatas dalam eutrofikasi; artinya air pembatas dalam eutrofikasi; artinya air dapat mempunyai misalnya konsentrasi dapat mempunyai misalnya konsentrasi nitrat yang tinggi tanpa percepatan nitrat yang tinggi tanpa percepatan eutrofikasi asalkan fosfat sangat rendah eutrofikasi asalkan fosfat sangat rendah ( Sastrawijaya, 1991). ( Sastrawijaya, 1991).

• Faktor utama yang mempengaruhi kadar Faktor utama yang mempengaruhi kadar fosfor, siklus serta dampaknya terhadap fosfor, siklus serta dampaknya terhadap kualitas air meliputi : sifat tanah, kualitas air meliputi : sifat tanah, penggunaan lahan dan adanya gangguan penggunaan lahan dan adanya gangguan serta transpor yang terkait dengan limpasanserta transpor yang terkait dengan limpasan

• Fosfor merupakan unsur penting bagi Fosfor merupakan unsur penting bagi pertumbuhanpertumbuhan

• Biasanya nutrien yang paling terbatas di Biasanya nutrien yang paling terbatas di danaudanau

• Berasal dari batuan fosfat-abiotik, tidak seperti Berasal dari batuan fosfat-abiotik, tidak seperti nitrogennitrogen

• Tidak ada fase gas, tetapi dapat berasal dari Tidak ada fase gas, tetapi dapat berasal dari atmosfir seperti debuatmosfir seperti debu

• Terserap ke dalam tanah :Terserap ke dalam tanah :• Secara alami tidak bergerak kecuali tanahnya Secara alami tidak bergerak kecuali tanahnya

terkikis atau penggunaan pupuk yang terkikis atau penggunaan pupuk yang berlebihanberlebihan

• Fosfor berpindan bersama dengan sedimenFosfor berpindan bersama dengan sedimen• Tidak beracunTidak beracun

Sifat dasar FosforSifat dasar Fosfor • Tidak ada reaksi redoks atau respirasi Tidak ada reaksi redoks atau respirasi

yang secara langsung terlibat (organisme yang secara langsung terlibat (organisme tidak menghasilkan energi dari P kimiawi)tidak menghasilkan energi dari P kimiawi)

• POPO44-3 -3 sangat adsortif terhadap bentuk sangat adsortif terhadap bentuk

kation (Alkation (Al+3+3, Fe, Fe+3+3, Ca, Ca+2+2) )

• Konsentrasinya sangat dipengaruhi oleh Konsentrasinya sangat dipengaruhi oleh reaksi redoksreaksi redoks

• Ferri (+3)-tidak terlarutFerri (+3)-tidak terlarut

• Ferro (+2)-terlarut, Ferro (+2)-terlarut, kecuali bereaksi kecuali bereaksi dengan sulfida, menyebabkan FeS dengan sulfida, menyebabkan FeS mengendapmengendap..

Sumber-sumber Fosfor Sumber-sumber Fosfor Sumber fosfor dari luarSumber fosfor dari luar : :

• Nonpoint Source:Nonpoint Source:

- DAS buangan dari sungai : sangat terkait - DAS buangan dari sungai : sangat terkait dengan erosi (pengelolaan penggunaan dengan erosi (pengelolaan penggunaan lahan), limpasan air dari perkotaan dan lahan), limpasan air dari perkotaan dan pedesaan, limpasan dari pertanian dan pedesaan, limpasan dari pertanian dan peternakan.peternakan.

- pengendapan dari atmosfir : berasal dari - pengendapan dari atmosfir : berasal dari debu, partikel tanah, unggas airdebu, partikel tanah, unggas air

• Point Source:Point Source:

- Air limbah- Air limbah

- - buangan industribuangan industri

Sumber fosforSumber fosfor dari dalamdari dalam : :

• Percampuran dari perairan dasar anoksik Percampuran dari perairan dasar anoksik dengan kadar fosfat tinggi sangat terkait dengan kadar fosfat tinggi sangat terkait dengan reaksi redoks besidengan reaksi redoks besi

• OO22 > 1 mg/L – bentuk garam ferri tidak larut > 1 mg/L – bentuk garam ferri tidak larut (+3) yang mengendap dan menyerap PO(+3) yang mengendap dan menyerap PO44

-3-3

• OO22 < 1 mg/L (anoksik) – memungkinkan < 1 mg/L (anoksik) – memungkinkan fosfat sedimen menyebar kedalam airfosfat sedimen menyebar kedalam air

• Percampuran angin: dapat mengangkat P Percampuran angin: dapat mengangkat P yang tinggi ke permukaan, menyebabkan yang tinggi ke permukaan, menyebabkan blooming algablooming alga

FeII+ FeIII

+ + PO4-

FeS

FePO4

wilayah reduksi di dalam sedimen

O2

SumberSumber Utama Utama Fosfor Fosfor

1. 1. Batuan Fosfat, misal: apatiteBatuan Fosfat, misal: apatite- apatite tersusun dari Al, Fe, Ca, dan apatite tersusun dari Al, Fe, Ca, dan

phosphates phosphates

2. 2. AliranAliran- Berbentuk partikel dalam jumlah Berbentuk partikel dalam jumlah

besar dari materi erosi atau polusibesar dari materi erosi atau polusi- Aliran air tanah cenderung rendah Aliran air tanah cenderung rendah

P karena P mengendap dalam P karena P mengendap dalam tanahtanah

3.3. Endapan dari udaraEndapan dari udara

- ex: serbuk halus, fosfor terserap kedalam - ex: serbuk halus, fosfor terserap kedalam

permukaan partikel tanah, khususnya tanah permukaan partikel tanah, khususnya tanah

liatliat

- partikel fofor yang mengendap bisa larut di - partikel fofor yang mengendap bisa larut di danaudanau

4. Sedimen anoksik4. Sedimen anoksik

- Fe(III)POFe(III)PO44 menjadi larut jika Fe(III) direduksi menjadi larut jika Fe(III) direduksi dalam sedimen anoksik, melepaskan Fedalam sedimen anoksik, melepaskan Fe2+2+ dan POdan PO44

3-3-

- Sumber internalSumber internal

5.5. Bahan OrganicBahan Organic

- ex: hasil ekskresi, detritusex: hasil ekskresi, detritus

- Sumber internal Sumber internal

- Tidak tersedia secara biologis, tetapi:Tidak tersedia secara biologis, tetapi:

- beberapa algae memproduksi beberapa algae memproduksi alkaline phosphatasealkaline phosphatase, suatu enzyme , suatu enzyme yang mampu memecah molekul yang mampu memecah molekul fosfat organik selama kekurangan fosfat organik selama kekurangan fosforfosfor

Bentuk-bentuk FosforBentuk-bentuk Fosfor• Fosfor terdapat di alam dalam dua bentuk Fosfor terdapat di alam dalam dua bentuk

yaitu senyawa fosfat organik dan senyawa yaitu senyawa fosfat organik dan senyawa fosfat anorganik. fosfat anorganik.

• Senyawa fosfat organik terdapat pada Senyawa fosfat organik terdapat pada tumbuhan dan hewan, sedangkan senyawa tumbuhan dan hewan, sedangkan senyawa fosfat anorganik terdapat pada air dan tanah fosfat anorganik terdapat pada air dan tanah dimana fosfat ini terlarut dalam air tanah dimana fosfat ini terlarut dalam air tanah maupun air laut yang terkikis dan mengendap maupun air laut yang terkikis dan mengendap di sedimen.di sedimen.

• Fosfat terdapat dalam air alam atau air limbah Fosfat terdapat dalam air alam atau air limbah sebagai senyawa ortofosfat, polifosfat dan sebagai senyawa ortofosfat, polifosfat dan fosfat organis. Setiap senyawa fosfat tersebut fosfat organis. Setiap senyawa fosfat tersebut terdapat dalam bentuk terlarut, tersuspensi terdapat dalam bentuk terlarut, tersuspensi atau terikat di dalam sel organisme air. atau terikat di dalam sel organisme air.

1.1. Senyawa An-organikSenyawa An-organik

(a) (a) Dissolved inorganic phosphorus (Dissolved inorganic phosphorus (DIPDIP)) (Fosfor an-organik terlarut)(Fosfor an-organik terlarut) ►►Orthophosphate (POOrthophosphate (PO44

3-3-)) -- free phosphate free phosphate - - biologically available form!biologically available form!

a.a.metaphosphatesmetaphosphates - cyclic condensed - cyclic condensed orthophosphate, trimetaphosphateorthophosphate, trimetaphosphate

b.b.polyphosphatespolyphosphates - linear condensed - linear condensed orthophosphateorthophosphate

(b) (b) Particulate Particulate IInorganic norganic PPhosphorushosphorus ((PIPPIP))

(Fosfor an-organik partikel)(Fosfor an-organik partikel)

- partikel tanah- partikel tanah- orthophosphate yang terserap ke orthophosphate yang terserap ke

dalam tanah, khususnya tanah liat dalam tanah, khususnya tanah liat (clay)(clay)

2. Senyawa Organik2. Senyawa Organik

(a) (a) Dissolved organic phosphorus Dissolved organic phosphorus ((DOPDOP))

(Fosfor organik terlarut)(Fosfor organik terlarut)

- - Asam nukleatAsam nukleat

- N- Nukleotidaukleotida

- P- Phospholipidshospholipids

- M- Metabolic lanjutanetabolic lanjutan

(b) (b) Particulate organic phosphorusParticulate organic phosphorus ((POPPOP))

(Fosfor organik partikel)(Fosfor organik partikel)

- e.g. algae, zooplankton, detrituse.g. algae, zooplankton, detritus- P dalam bentuk partikel harus P dalam bentuk partikel harus

diuraikan duludiuraikan dulu sebelum tersedia sebelum tersedia secara biologis secara biologis

Total P = DIP + DOP + PPTotal P = DIP + DOP + PPo DIP : (<5%) dissolved inorganic DIP : (<5%) dissolved inorganic

phosphorus -- POphosphorus -- PO443-3-

polyphosphatespolyphosphateso DOP : dissolved organic phosphorusDOP : dissolved organic phosphorus - Koloid organik , kurang tersedia - Koloid organik , kurang tersedia

dgn dgn cepat cepat

         - enzim fosfat alkalin dapat menjadi          - enzim fosfat alkalin dapat menjadi

indikator keterbatasan P indikator keterbatasan P o PP : particulate phosphorus – persentase PP : particulate phosphorus – persentase

P P paling besar di danau (>70%) paling besar di danau (>70%)

Berkurangnya FosforBerkurangnya Fosfor1. 1. Aliran keluarAliran keluar

2. 2. Partikel yang mengendapPartikel yang mengendap- Laju pengendapan tergantung ukuran Laju pengendapan tergantung ukuran

partikel (Stoke’s Law)partikel (Stoke’s Law)- Partikel yang mengandung fosfor (e.g. Partikel yang mengandung fosfor (e.g.

cells) atau fosfor yang telah terserap cells) atau fosfor yang telah terserap ke permukaannyake permukaannya

3.3.Sedimen oksikSedimen oksik-- FeFe2+ 2+ teroksidasi menjadi teroksidasi menjadi Fe Fe3+3+, yang , yang

terikat dengan POterikat dengan PO443-3- dalam bentuk dalam bentuk

komplek tidak terlarut, FePOkomplek tidak terlarut, FePO443-3-

Adaptasi pemanfaatan P Adaptasi pemanfaatan P terhadap kekurangan P terhadap kekurangan P

1. 1. Konsumsi berlebihKonsumsi berlebih- Sebagian besar fosfat dimanfaatkan Sebagian besar fosfat dimanfaatkan

untuk pertumbuhanuntuk pertumbuhan- Penyimpanan yang berlebih kedalam sel Penyimpanan yang berlebih kedalam sel

dalam bentuk granula polyphosphatedalam bentuk granula polyphosphate- Terjadi pada hampir semua Terjadi pada hampir semua

phytoplanktonphytoplankton

2.2. Kemampuan memanfaatkan Kemampuan memanfaatkan fosfat pada level rendahfosfat pada level rendah

- Konstanta pertumbuhan fosfat rendah, Konstanta pertumbuhan fosfat rendah, KKm,m, tetapi laju pemanfaatan cepat tetapi laju pemanfaatan cepat

- KKmm bervariasi dengan species, dapat bervariasi dengan species, dapat memainkan peranan dalam suksesi memainkan peranan dalam suksesi species species

2.2. Produksi fosfat alkalinProduksi fosfat alkalin

- Enzim Fosfat alkalinEnzim Fosfat alkalin memecah fosfat memecah fosfat dari molekul organikdari molekul organik

- Sintesa enzim diwakili oleh Sintesa enzim diwakili oleh keberadaan fosfatkeberadaan fosfat

Siklus FosforSiklus Fosfor• Daur fosfor lebih sederhana daripada daur-daur Daur fosfor lebih sederhana daripada daur-daur

lainnya karena daur fosfor tidak melibatkan lainnya karena daur fosfor tidak melibatkan atmosfer.atmosfer.

• Masuknya secara alami sangat berhubungan Masuknya secara alami sangat berhubungan dengan partikeldengan partikel

• Air limbah merupakan fosfat yang sangat terlarutAir limbah merupakan fosfat yang sangat terlarut• P berpindah dengan cepat dari larutan melalui P berpindah dengan cepat dari larutan melalui

pemanfaatan oleh alga-bakteri atau terserap pemanfaatan oleh alga-bakteri atau terserap kedalam sedimenkedalam sedimen

• Sumber Utama Fosfor ::• Berasal dari Limbah dalam bentuk terlautBerasal dari Limbah dalam bentuk terlaut• Berasal dari Aliran sungai dalam bentuk partikelBerasal dari Aliran sungai dalam bentuk partikel• Berasal dari hasil Erosi dalam bentuk partikelBerasal dari hasil Erosi dalam bentuk partikel• Berasal dari Sedimen dalam bentuk partikel dan Berasal dari Sedimen dalam bentuk partikel dan

terlarutterlarut

Gambar 1. Siklus fosfor

Gambar 2. Daur ulang fosfor secara internal

Daur ulang Fosfor secara Internal :•Daur ulang fosfat (PO4

-3) terjadi secara cepat di dalam perairan dikarenakan oleh :•Pemanfaatan oleh bakteri•Pemanfaatan oleh alga•Terserap ke dalam partikel•Mineralisasi detritus•Ekskresi dari zooplankton

Siklus fosfor secara keseluruhan adalah sebagai berikut :

Gambar 3. Siklus fosfor secara keseluruhan

Siklus Fosfor : 1. Asimilasi, 2. ekskresi dan hidrolisisSiklus Fosfor : 1. Asimilasi, 2. ekskresi dan hidrolisis 3. presipitasi, adsorpsi dan kemisorpsi,3. presipitasi, adsorpsi dan kemisorpsi, 4. disolusi dan desorpsi4. disolusi dan desorpsi

Distribusi vertikal berbagai bentuk partikel P (ppm)Distribusi vertikal berbagai bentuk partikel P (ppm)Dengan kedalaman dan perubahan sumber danDengan kedalaman dan perubahan sumber danBentuk sedimenBentuk sedimen

MikronutrienMikronutrien• Mikronutrien adalah unsur yang dibutuhkan untuk nutrisi Mikronutrien adalah unsur yang dibutuhkan untuk nutrisi

tumbuhan dan hewan-hewan kecil.tumbuhan dan hewan-hewan kecil.• Mikronutrien umumnya adalah sebagai berikut :Mikronutrien umumnya adalah sebagai berikut : 1. Besi – Fe1. Besi – Fe

o Besi berada dalam air sebagai dua ion utama :Besi berada dalam air sebagai dua ion utama : a. a. Ion FeroIon Fero - Fe- Fe++++

- Kondisi reduksi- Kondisi reduksi - Relatif terlarut- Relatif terlarut b. b. Ion FeriIon Feri - Fe- Fe++++++

- Kondisi oksidasi- Kondisi oksidasi - Relatif tidak terlarut- Relatif tidak terlarut

o Di perairan yang teroksigenasi dengan potensial Di perairan yang teroksigenasi dengan potensial redoks tinggi, Feredoks tinggi, Fe++++ teroksidasi menjadi Fe teroksidasi menjadi Fe++++++, laju , laju reaksinya tergantung pH, laju yang tinggi terjadi reaksinya tergantung pH, laju yang tinggi terjadi pada pH tinggipada pH tinggi

5353

o Bentuk-bentuk kimia di ekosistem Bentuk-bentuk kimia di ekosistem perairan :perairan :

a. Ion Feroa. Ion Fero Ion fero berada terutama sebagai FeIon fero berada terutama sebagai Fe++++

terhidrasi terhidrasi dan ion hidrokso terhidrasidan ion hidrokso terhidrasi Kelarutannya tergantung pada kelarutan Kelarutannya tergantung pada kelarutan

beberapa beberapa senyawa fero yang mungkin terbentuk di senyawa fero yang mungkin terbentuk di

dalam airdalam air

- Fe(OH)- Fe(OH)22 sangat tidak larut sangat tidak larut

- FeCO- FeCO33 agak tidak larut agak tidak larut- FeS sangat tidak larut- FeS sangat tidak larut

Konsentrasi karbonat yang meningkat dalam Konsentrasi karbonat yang meningkat dalam air menurunkan konsentrasi Feair menurunkan konsentrasi Fe++++ terlarut terlarut karena pembentukan FeCOkarena pembentukan FeCO33

5454

b. Ion Feri : ion feri paling umum dalam b. Ion Feri : ion feri paling umum dalam bentuk Fe(OH)bentuk Fe(OH)33 atau FeO(OH) atau FeO(OH)Fe(OH)Fe(OH)3 3 sangat tidak larutsangat tidak larutFe(OH)Fe(OH)3 3 mengendap dari larutan tetapi juga mengendap dari larutan tetapi juga

dapat tersuspensi dalam air sebagai bahan dapat tersuspensi dalam air sebagai bahan endapan halusendapan halus

Besi hidroksida (FeO(OH)) membentuk suatu Besi hidroksida (FeO(OH)) membentuk suatu endapan seperti gel yang berwarna kuning endapan seperti gel yang berwarna kuning sampai oranye, umumnya pHnya mendekati sampai oranye, umumnya pHnya mendekati netral di perairan yang teroksigenasinetral di perairan yang teroksigenasi

c. Besi kompleks dengan molekul organik c. Besi kompleks dengan molekul organik Basa organik membentuk kompleks terlarut Basa organik membentuk kompleks terlarut

dengan besi fero dan feridengan besi fero dan feriBahan organik terlarut mempertahankan Bahan organik terlarut mempertahankan

konsentrasi yang tinggi dari besi terlarut. konsentrasi yang tinggi dari besi terlarut. Warna kuning dari air rawa akibat dari Warna kuning dari air rawa akibat dari kompleks bahan organik besi terlarutkompleks bahan organik besi terlarut

5555

2. Mangan – Mn2. Mangan – Mno Mangan berada di perairan sebagai dua Mangan berada di perairan sebagai dua

ion utama :ion utama : a. Mangan bervalensi dua (a. Mangan bervalensi dua (manganousmanganous))

MnMn++++

Kondisi tereduksiKondisi tereduksi Relatif larutRelatif larut

b. Mangan bervalensi tiga (b. Mangan bervalensi tiga (manganikmanganik)) MnMn++++++

Kondisi teroksidasiKondisi teroksidasi Relatif tidak larutRelatif tidak larut

o Laju oksidasi dan potensial redoks untuk Laju oksidasi dan potensial redoks untuk oksidasi mangan lebih rendah dan lebih oksidasi mangan lebih rendah dan lebih tinggi dari pada besi. tinggi dari pada besi. Akibatnya, MnAkibatnya, Mn++++ akan akan tetap dalam larutan setelahtetap dalam larutan setelahFeFe++++ telah sepenuhnya teroksidasi menjadi telah sepenuhnya teroksidasi menjadi FeFe++++++

5656

o Diatas pH 8,5; Diatas pH 8,5; MnMn++++ membentuk MnO membentuk MnO

a. Mn dalam kompleks bereaksi cepat a. Mn dalam kompleks bereaksi cepat dengan besi lainnyadengan besi lainnya MnCOMnCO33 : tidak larut : tidak larut

MnS :tidak larutMnS :tidak larut Mn(OH)Mn(OH)22: tidak larut: tidak larut

b. Mn(HCOb. Mn(HCO33))22 dan MnSO dan MnSO44 relatif larut relatif larut

c. Mnc. Mn++++ bisa terdapat dalam konsentrasi bisa terdapat dalam konsentrasi yang yang

tinggi di dalam larutan tanah dari tinggi di dalam larutan tanah dari serasah serasah

hutan, khususnya pada tanah yang lebih hutan, khususnya pada tanah yang lebih asamasam

5757

o Distribusi besi dan mangan di danauDistribusi besi dan mangan di danaua. Kondisi oksidasi (danau oligotrofik dan a. Kondisi oksidasi (danau oligotrofik dan

epilimnia danau eutrofik)epilimnia danau eutrofik)Bentuk dominan dalam larutan adalah FeBentuk dominan dalam larutan adalah Fe++++++ dan dan

MnMn++++++

Keduanya relatif tidak larut, karenanya Keduanya relatif tidak larut, karenanya konsentrasi besi dan mangan terlarut rendahkonsentrasi besi dan mangan terlarut rendah

Besi ditemukan dalam konsentrasi tinggi pada Besi ditemukan dalam konsentrasi tinggi pada perairan teroksigenasi hanya pada pH kurang perairan teroksigenasi hanya pada pH kurang dari 3 atau di perairan dengan konsentrasi tinggi dari 3 atau di perairan dengan konsentrasi tinggi bahan organik terlarbahan organik terlarutnyautnya

b. Hipolimnia anoksik danau eutrofik atau b. Hipolimnia anoksik danau eutrofik atau monimolimnia danau meromiktikmonimolimnia danau meromiktikPotensial redoks kurang dari 250mvPotensial redoks kurang dari 250mvBentuk dominan adalah FeBentuk dominan adalah Fe++++ dan Mn dan Mn++++

Bentuk keduanya relatif larut, karenanya Bentuk keduanya relatif larut, karenanya konsentrasi besi dan mangan terlarut meningkatkonsentrasi besi dan mangan terlarut meningkat

5858

oBesi dan mangan yang penting Besi dan mangan yang penting secara biologissecara biologis

a. Besia. BesiKlorofilKlorofilSintesis proteinSintesis proteinMetabolisme respiratoriMetabolisme respiratori

- Cytochrome- Cytochrome

- Hemoglobin- Hemoglobin

b. Manganb. ManganAsimilasi nitratAsimilasi nitratReaksi dalam fotosintesisReaksi dalam fotosintesis

5959

c. Transformasi mikrobialc. Transformasi mikrobialOksidasi besi fero menjadi besi feri Oksidasi besi fero menjadi besi feri

menghasilkan sedikit energimenghasilkan sedikit energiBakteri yang mengoksidasi besi biasanya Bakteri yang mengoksidasi besi biasanya

terdapat di zona dengan gradien redoks yang terdapat di zona dengan gradien redoks yang kuat, kondisi anoksik atau mikroaerofilik atau kuat, kondisi anoksik atau mikroaerofilik atau oksik dengan pH asam sampai sedikit asam oksik dengan pH asam sampai sedikit asam menjadi untuk menghindari kompetisi menjadi untuk menghindari kompetisi oksidatif dengan anion oksigen dan hidroksiloksidatif dengan anion oksigen dan hidroksil₋ Thiobacillus, Ferrobacillus, Gallionella, Thiobacillus, Ferrobacillus, Gallionella,

Leptothrix, Cladothrix, dan SpirothrixLeptothrix, Cladothrix, dan Spirothrix spp. spp. Adalah genera umum bakteri yang Adalah genera umum bakteri yang mengoksidasi besimengoksidasi besi

₋ Bakteri besi kemosintesis dan mixotrofik Bakteri besi kemosintesis dan mixotrofik (bentuk nutrisi campuran) telah terisolasi dan (bentuk nutrisi campuran) telah terisolasi dan dipelajaridipelajari 6060

Bakteri yang mereduksi besi adalah anaerob Bakteri yang mereduksi besi adalah anaerob yang mereduksi oksida besi feri dan yang mereduksi oksida besi feri dan oksihidroksida sebagai sumber oksidan untuk oksihidroksida sebagai sumber oksidan untuk mendekomposisi bahan organik (misal, mendekomposisi bahan organik (misal, Geobacter ferroreducensGeobacter ferroreducens), organisme ini telah ), organisme ini telah dipelajari secara intensif untuk peranannya dipelajari secara intensif untuk peranannya pada bahan organik anaerob khususnya pada bahan organik anaerob khususnya untuk polutan organikuntuk polutan organik

Bakteri yang mengoksidasi mangan (misal, Bakteri yang mengoksidasi mangan (misal, Metallogenium Metallogenium sp.) biasanya ditemukan pada sp.) biasanya ditemukan pada interface sedimen-air atau berasosiasi interface sedimen-air atau berasosiasi dengan kerak mangandengan kerak mangan

Bakteri yang mereduksi mangan adalah Bakteri yang mereduksi mangan adalah anaerob sangat behubungan dengan bakteri anaerob sangat behubungan dengan bakteri yang mereduksi besi bahwa reduksi mangan yang mereduksi besi bahwa reduksi mangan menjadi oksidasi bahan organikmenjadi oksidasi bahan organik 6161

• 3. Seng – Zn3. Seng – Zn

• 4. Coper – Cu4. Coper – Cu

• 5. Boron – Bo5. Boron – Bo

• 6. Cobalt – Co6. Cobalt – Co

• 7. Molybdenum – Mo7. Molybdenum – Mo

• 8. Vanadium – V8. Vanadium – V

• 9. Selenium - Se9. Selenium - Se

6262

PS MSP FPIK-UBPS MSP FPIK-UB