BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Nitrogen adalah unsur yang paling berlimpah di atmosfer (78% gas di atmosfer adalah nitrogen). Meskipun demikian, penggunaan nitrogen pada bidang biologis sangatlah terbatas. Nitrogen merupakan unsur yang tidak reaktif (sulit bereaksi dengan unsur lain) sehingga dalam penggunaan nitrogen pada makhluk hidup diperlukan berbagai proses, yaitu fiksasi nitrogen, mineralisasi, nitrifikasi, denitrifikasi.

Siklus nitrogen sendiri adalah suatu proses konversi senyawa yang mengandungunsur nitrogen menjadi berbagai macam bentuk kimiawi yang lain. Transformasi ini dapat terjadi secara biologis maupun non-biologis. Siklus nitrogen secara khusus sangat dibutuhkan dalam ekologi karena ketersediaan nitrogen dapat mempengaruhi tingkat proses ekosistem kunci, termasuk produksi primer dan dekomposisi. Aktivitas manusia seperti pembakaran bahan bakar fosil, penggunaan pupuk nitrogen buatan, dan pelepasannitrogen dalam air limbah telah secara dramatis mengubah siklus nitrogen global. Pembukaannya sudah cukup, sekarang kita menginjak ke detail proses daur / siklus nitrogen.

Pertumbuhan, perkembangan dan produksi suatu tanaman ditentukan oleh dua faktor utama yaitu faktor genetik dan faktor lingkungan. Salah satu faktor lingkungan yang sangat menentukan lajunya pertumbuhan, perkembangan dan produksi suatu tanaman adalah tersedianya unsur-unsur hara yang cukup di dalam tanah. Dari 105 unsur yang ada di atas permukaan bumi ini, ternyata baru 16 unsur yang mutlak diperlukan oleh suatu tanaman untuk dapat menyelesaikan siklus hidupnya dengan sempurna. Ke- 16 unsur tersebut terdiri dari 9 unsur makro dan 7 unsur mikro. 9 unsur makro dan 7 unsur mikro inilah yang disebut sebagai unsur -unsur esensial.

Menurut ARNON dan STOUT ada tiga kriteria yang harus dipenuhi sehingga suatu unsur dapat disebut sebagai unsur esensial:

· Unsur tersebut diperlukan untuk menyelesaikan satu siklus hidup tanaman secara normal (biji – — biji).

· Unsur tersebut memegang peran yang penting dalam proses biokhemis tertentu dalam tubuh tanaman dan peranannya tidak dapat digantikan atau disubtitusi secara keseluruhan oleh unsur lain.

· Peranan dari unsur tersebut dalam proses biokimia tanaman adalah secara langsung dan bukan secara tidak langsung.

Ketersediaan unsur-unsur esensial didalam tanah bagi tanaman sangat ditentukan oleh pH. Seperti unsur N pada pH 5.5 – 8.5, P pada pH 5.5 – 7.5 sedangkan K pada pH 5.5 – 10 sebaliknya unsur mikro relatif tersedia pada pH rendah.

Berdasarkan ke esensialannya unsur hara yang dibutuhkan tanaman terbagi menjadi dua yakni unsur hara esensial dan unsur hara non- esensial atau beneficial. Unsur hara esensial terdiri atas unsur hara makro dan mikro, unsur hara esensial merupakan unsur hara yang mutlak dibutuhkan tanaman dan fungsinya tidak bisa digantikan oleh unsur lain, tidak terpenuhinya salah satu unsur hara akan mengakibatkan tanaman tersebut tidak dapat menyelsaikan siklus hidupnya. Sedangkan unsur beneficial adalah unsur tambahan yang tidak dibutuhkan oleh semua tanaman, namun perannanya cukup penting pada tanaman tertentu, misalnya jagung agar hasilnya berkualitas perlu ditambahkan unsur Al yang bisa diberikan pupuk ALPO4 (Alumunium fosfat) dalam jumlah tertentu. Bagi tanaman lain unsur Al justru dapat menyebabkan keracunan, namun pada tanaman jagung toleran terhadap Al pada jumlah tertentu malah akan membantu meningkatkan produktivitasnya mendekati potensi genetisnya.

Nitrogen adalah unsur kimia yang memiliki lambang N, nomor atom dari 7 dan massa atom 14,00674 u. Elemental nitrogen tidak berwarna, tidak berbau, tawar dan kebanyakan lembam diatomik gas pada kondisi standar, merupakan 78% dari volume atmosfer bumi. Banyak senyawa penting industri, seperti amonia, asam nitrat, nitrat organik (propellants dan bahan peledak), dan sianida, mengandung nitrogen. Ikatan yang sangat kuat dalam unsur kimia nitrogen mendominasi, menyebabkan kesulitan untuk kedua organisme danindustri dalam mematahkan ikatan untuk mengubah N 2 menjadi senyawa yang berguna, tetapi melepaskan sejumlah besar energi sering berguna, ketika senyawa tersebut terbakar, meledak, atau pembusukan kembali menjadi gas nitrogen.

Unsur nitrogen ditemukan oleh dokter Skotlandia Daniel Rutherford pada tahun 1772. Nitrogen terjadi di semua organisme hidup. Ini adalah elemen konstituen asam amino dan dengan demikian protein, dan asam nukleat (DNA dan RNA). Ini terletak pada struktur kimia dari hampir semua neurotransmiter, dan merupakan komponen yang menentukan alkaloid, molekul biologis yang dihasilkan oleh banyak organisme.

1.2 Rumusan Masalah

· Apa manfaat dan peran nitrogen bagi tumbuhan?

· Bagaimana proses siklus nitrogen?

· Bagaimana proses metabolism nitrogen?

· Bagaimana proses fiksasi nitrogen?

· Apa dampak terjadinya kelebihan dan kekurangan nitrogen pada tumbuhan?

BAB II

PEMBAHASAN

2.1 Manfaat dan Peran Nitrogen bagi Tumbuhan

Fungsi Nitrogen Dalam Ekologi

Gambar 1. Bentuk nitrogen di alam

Nitrogen sangatlah penting untuk berbagai proses kehidupan di Bumi. Nitrogen adalah komponen utama dalam semua asam amino, yang nantinya dimasukkan ke dalam protein, tahu kan kalau protein adalah zat yang sangat kita butuhkan dalam pertumbuhan. Nitrogen juga hadir di basis pembentuk asam nukleat, seperti DNA dan RNA yang nantinya membawa here-

ditas. Pada tumbuhan, banyak dari nitrogen digunakan dalam molekul klorofil, yang penting untuk fotosintesis dan pertumbuhan lebih lanjut. Meskipun atmosfer bumi merupakan sumber berlimpah nitrogen, sebagian besar relatif tidak dapat digunakan oleh tanaman. Pengolahan kimia atau fiksasi alami (melalui proses konversi seperti yang dilakukan bakteri rhizobium), diperlukan untuk mengkonversi gas nitrogen menjadi bentuk yang dapat digunakan oleh organisme hidup, oleh karena itu nitrogen menjadi komponen penting dari produksi pangan. Kelimpahan atau kelangkaan dari bentuk "tetap" nitrogen, (juga dikenal sebagai nitrogen reaktif), menentukan berapa banyak makanan yang dapat tumbuh pada sebidang tanah.

( Anonymousa,2012)

Nitrogen adalah unsur yang sangat penting bagi petrumbuhan tanaman. Nitrogen merupakan bagian dari protein, bagian penting konstituen dari protoplasma, enzim, agen katalis biologis yang mempercepat proses kehidupan. Nitrogen juga hadir sebagai bagian dari nukleoprotein, asam amino, amina, asam gula, polipeptida dan senyawa organik dalam tumbuhan. Dalam rangka untuk menyiapkan makanan untuk tanaman, tanaman diperlukan klorofil, energi sinar matahari untuk membentuk karbohidrat dan lemak dari C air dan senyawa nitrogen.

Adapun peranan N yang lain bagi tanaman adalah :

· Berperan dalam pertumbuhan vegetatif tanaman.

· Memberikan warna pada tanaman,

· Panjang umur tanaman

· Penggunaan karbohidrat.

· Dll.

Nitrogen berperan dalam pembentukan sel , jaringan , dan organ tanaman. Ia berfungsi sebagai sebagai bahan sintetis klorofil , protein , dan asam amino. Karena itu kehadirannya dibutuhkan dalam jumlah besar , terutama saat pertumbuhan vegetatif.

Fungsi nitrogen bagi tanaman adalah:

a. Diperlukan untuk pembentukan atau pertumbuhan bagian vegetatif tanaman,

seperti daun, batang dan akar.

b. Berperan penting dalam hal pembentukan hijau daun yang berguna sekali

dalam proses fotosintesis.

c. Membentuk protein, lemak dan berbagai persenyawaan organik.

d. Meningkatkan mutu tanaman penghasil daun-daunan.

e. Meningkatkan perkembangbiakan mikro-organisme di dalam tanah

(Immawatitari,2012)

Sumber nitrogen adalah:

a. Terjadi halilintar di udara ternyata dapat menghasilkan zat nitrat, yang

kemudian dibawa air hujan meresap ke bumi.

b.   Sisa-sisa tanaman dan bahan-bahan organis.

c.    Mikrobia atau bakteri-bakteri.

d.   Pupuk buatan seperti Urea dan ZA

e. Nitrogen antara lain bersumber dari pupuk buatan pabrik seperti urea, ZA,

dan Amonium Sulfat.

 f. Udara merupakan sumber nitrogen paling besar  yang dalam proses pemanfaatannya oleh tanaman melalui perubahan terlebih dahulu, dalam bentuk amonia dan nitrat yang sampai ketanah melalui air hujan, atau yang di ikat oleh bakteri pengikat nitrogen.

g. Sumber nitrogen lainnya adalah pupuk kandang dan bahan2 organis lainnya.

(Anonymous b, 2012)

2.2 Siklus Nitrogen

Siklus nitrogen sendiri adalah suatu proses konversi senyawa yang mengandung unsur nitrogen menjadi berbagai macam bentuk kimiawi yang lain. Transformasi ini dapat terjadi secara biologis maupun non-biologis. Siklus nitrogen secara khusus sangat dibutuhkan dalam ekologi karena ketersediaan nitrogen dapat mempengaruhi tingkat proses ekosistem kunci, termasuk produksi primer dan dekomposisi. Aktivitas manusia seperti pembakaran bahan bakar fosil, penggunaan pupuk nitrogen buatan, dan pelepasan nitrogen dalam air limbah telah secara dramatis mengubah siklus nitrogen global. 

PROSES-PROSES DALAM DAUR NITROGEN

Gambar 2. Siklus Nitrogen

Nitrogen hadir di lingkungan dalam berbagai bentuk kimia termasuk nitrogen organik, amonium (NH4 +), nitrit (NO2-), nitrat (NO3-), dan gas nitrogen (N2). Nitrogen organik dapat berupa organisme hidup, atau humus, dan dalam produk antara dekomposisi bahan organik atau humus dibangun. Proses siklus nitrogen mengubah nitrogen dari satu bentuk kimia lain. Banyak proses yang dilakukan oleh mikroba baik untuk menghasilkan energi atau menumpuk nitrogen dalam bentuk yang dibutuhkan untuk pertumbuhan. Diagram di atas menunjukkan bagaimana proses-proses cocok bersama untuk membentuk siklus nitrogen (lihat gambar).

Faktor-faktor lingkungan yang mempengaruhi aktifitas mikroorganisme seperti suhu, kelembaban, dan ketersediaan sumberdaya. Pada dasarnya, nitrogen menghasilkan asam amino, yang membangun blok protein. Produk fotosintesis ini akan dikonsumsi oleh binatang dan mikroba yang hidup bebas. Kemudian mereka bakteri yang membusuk dalam bentuk jaringan alga dan jaringan binatang yang mati serta kotoran. Bakteri yang membusuk mendapat energi dari memecah senyawa ini. Pemecahan ini membebaskan senyawa anorganik seperti nitrat yang merupakan nutrien dasar. Yang membuat siklus nitrogen menjadi kompeks adalah banyak jenis bakteri yang berbeda memecah nitrogen.

Walaupun beberapa bakteri mengonsumsi zat organik terlarut atau perubahan senyawa organik ke zat anorganik, nitrogen-fixing bacteria lain bisa mengikat molekul nitrogen (N_2) ke dalam nutrien nitrat yang berguna (〖NO〗_3). Dan sebaliknya, bakteri denitrifikasi mengubah nitrat ke dalam molekul nitrogen. Ketersediaan nitrogen membatasi aktivitas fotosintesis dalam air yang dingin (temperate water). Sebagian besar karena konversi nitrogen organik kembali ke nutrien nitrat membutuhkan tiga tahap pengonversian bakteri yang memerlukan waktu sampai tiga bulan. Seiring berjalannya waktu pengonversian selesai, nitrat akan tenggelam dekat euphotic zone. Karena perkembangan yang kuat selama bulan-bulan musim panas, nitrat tidak mau kembali ke euphotic zone sampai termoklin melemah, yang diikuti upwelling dan mixing selama musim gugur dan musim dingin.

Sekitar 48% gas terlarut di air laut adalah nitrogen, berbalik dengan kandunganya di atmosfer, sekitar 78% dari volume seluruhnya (Garrison 2006). Ketika nitrogen monoksida bercampur dengan hujan, akan membentuk cairan asam nitrit yang akan membunuh ikan dan menghancurkan bangunan.

Gambar 3. Daur Nitrogen

1. Fiksasi Nitrogen

Fiksasi nitrogen adalah proses alam, biologis atau abiotik yang mengubah nitrogen di udara menjadi ammonia (NH3). Mikroorganisme yang mem-fiksasi nitrogen disebut diazotrof. Mikroorganisme ini memiliki enzim nitrogenaze yang dapat menggabungkan hidrogen dan nitrogen. Reaksi untuk fiksasi nitrogen biologis ini dapat ditulis sebagai berikut :

N2 + 8 H+ + 8 e− → 2 NH3 + H2

Mikroorganisme yang melakukan fiksasi nitrogen antara lain : Cyanobacteria, Azotobacteraceae, Rhizobia, Clostridium, dan Frankia. Selain itu ganggang hijau biru juga dapat memfiksasi nitrogen. Beberapa tanaman yang lebih tinggi, dan beberapa hewan (rayap), telah membentuk asosiasi (simbiosis) dengan diazotrof. Selain dilakukan oleh mikroorganisme, fiksasi nitrogen juga terjadi pada proses non-biologis, contohnya sambaran petir. Lebih jauh, ada empat cara yang dapat mengkonversi unsur nitrogen di atmosfer menjadi bentuk yang lebih reaktif :

a. Fiksasi biologis: beberapa bakteri simbiotik (paling sering dikaitkan dengan tanaman polongan) dan beberapa bakteri yang hidup bebas dapat memperbaiki nitrogen sebagai nitrogen organik. Sebuah contoh dari bakteri pengikat nitrogen adalah bakteri Rhizobium mutualistik, yang hidup dalam nodul akar kacang-kacangan. Spesies ini diazotrophs. Sebuah contoh dari hidup bebas bakteri Azotobacter.

b. Industri fiksasi nitrogen : Di bawah tekanan besar, pada suhu 600 C, dan dengan penggunaan katalis besi, nitrogen atmosfer dan hidrogen (biasanya berasal dari gas alam atau minyak bumi) dapat dikombinasikan untuk membentuk amonia (NH3). Dalam proses Haber-Bosch, N2 adalah diubah bersamaan dengan gas hidrogen (H2) menjadi amonia (NH3), yang digunakan untuk membuat pupuk dan bahan peledak.

c. Pembakaran bahan bakar fosil : mesin mobil dan pembangkit listrik termal, yang melepaskan berbagai nitrogen oksida (NOx).

d. Proses lain: Selain itu, pembentukan NO dari N2 dan O2 karena foton dan terutama petir, dapat memfiksasi nitrogen.

2. Asimilasi

Tanaman mendapatkan nitrogen dari tanah melalui absorbsi akar baik dalam bentuk ion nitrat  atau ion amonium. Sedangkan hewan memperoleh nitrogen dari tanaman yang mereka makan.

Tanaman dapat menyerap ion nitrat atau amonium dari tanah melalui rambut akarnya. Jika nitrat diserap, pertama-tama direduksi menjadi ion nitrit dan kemudian ion amonium untuk dimasukkan ke dalam asam amino, asam nukleat, dan klorofil. Pada tanaman yang memiliki hubungan mutualistik dengan rhizobia, nitrogen dapat berasimilasi dalam bentuk ion amonium langsung dari nodul. Hewan, jamur, dan organisme heterotrof lain mendapatkan nitrogen sebagai asam amino, nukleotida dan molekul organik kecil.

3. Amonifikasi

Jika tumbuhan atau hewan mati, nitrogen organik diubah menjadi amonium (NH4+) oleh bakteri dan jamur.

4. Nitrifikasi

Konversi amonium menjadi nitrat dilakukan terutama oleh bakteri yang hidup di dalam tanah dan bakteri nitrifikasi lainnya. Tahap utama nitrifikasi, bakteri nitrifikasi seperti spesies Nitrosomonas mengoksidasi amonium (NH4 +) dan mengubah amonia menjadinitrit (NO2-). Spesies bakteri lain, seperti Nitrobacter, bertanggung jawab untuk oksidasi nitrit menjadi dari nitrat (NO3-). Proses konversi nitrit menjadi nitrat sangat penting karena nitrit merupakan racun bagi kehidupan tanaman.

Proses nitrifikasi dapat ditulis dengan reaksi berikut ini :

1. NH3 + CO2 + 1.5 O2 + Nitrosomonas → NO2- + H2O + H+

2. NO2- + CO2 + 0.5 O2 + Nitrobacter → NO3-

3. NH3 + O2 → NO2− + 3H+ + 2e−

4. NO2− + H2O → NO3− + 2H+ + 2e

note : "Karena kelarutannya yang sangat tinggi, nitrat dapat memasukkan air tanah. Peningkatan nitrat dalam air tanah merupakan masalah bagi air minum, karena nitrat dapat mengganggu tingkat oksigen darah pada bayi dan menyebabkan sindrom methemoglobinemia atau bayi biru. Ketika air tanah mengisi aliran sungai, nitrat yang memperkaya air tanah dapat berkontribusi untuk eutrofikasi, sebuah proses dimana populasi alga meledak, terutama populasi alga biru-hijau. Hal ini juga dapat menyebabkan kematian kehidupan akuatik karena permintaan yang berlebihan untuk oksigen. Meskipun tidak secara langsung beracun untuk ikan hidup (seperti amonia), nitrat dapat memiliki efek tidak langsung pada ikan jika berkontribusi untuk eutrofikasi ini." 

5. Denitrifikasi

Denitrifikasi adalah proses reduksi nitrat untuk kembali menjadi gas nitrogen (N2), untuk menyelesaikan siklus nitrogen. Proses ini dilakukan oleh spesies bakteri seperti Pseudomonas dan Clostridium dalam kondisi anaerobik. Mereka menggunakan nitratsebagai akseptor elektron di tempat oksigen selama respirasi. Fakultatif anaerob bakteri ini juga dapat hidup dalam kondisi aerobik.

Denitrifikasi umumnya berlangsung melalui beberapa kombinasi dari bentuk peralihan sebagai berikut:

NO3− → NO2− → NO + N2O → N2 (g)

Proses denitrifikasi lengkap dapat dinyatakan sebagai reaksi redoks:

2 NO3− + 10 e− + 12 H+ → N2 + 6 H2O

6. Oksidasi Amonia Anaerobik

Dalam proses biologis, nitrit dan amonium dikonversi langsung ke elemen (N2) gas nitrogen. Proses ini membentuk sebagian besar dari konversi nitrogen unsur di lautan. Reduksi dalam kondisi anoxic juga dapat terjadi melalui proses yang disebut oksidasi amonia anaerobik

NH4+ + NO2− → N2 + 2 H2O

( Anonymousa,2012)

Gambar 4. Siklus Nitrogen

2.3 Metabolisme Nitrogen

Nitrogen merupakan elemen yang sangat esensial, menyusun bermacam-macam persenyawaan penting, baik organik maupun anorganik. Nitrogen menempati porsi 1 – 2 % dari berat kering tanaman. Ketersediaan nitrogen dialam berada dalam beberapa bentuk persenyawaan, yaitu berupa : N2 (72 % volume udara), N2O, NO, NO2, NO3 dan NH4+. Di dalam atanah, lebih dari 90% nitrogen adalah dalam bentuk N-organik.

Di alam terjadi siklus N sebagai bagian proses aliran materi. Persenyawaan nitrogen di luar tubuh organisme lebih banyak sebagai N-anorganik. Sebagian berupa anion dan kation yang larut dalam air, berada dalam sistem tanah. Sebagian lain persenyawaan nitrogen berada dalam fase gas di udara. Terjadi perubahan siklis antara fase N-anorganik dan N-organik, yang melibatkan hewan, tumbuhan, jamur dan mikro organisme lain dan faktor lingkungan abiotiknya.

Gambar 5 : Daur Nitrogen di Alam

Tumbuhan memperoleh intake atau material masukan yang sebagian besar berupa kation maupun anion (N-anorganik) seperti NO3-, NH4+, dan urea. Pada keadaan tertentu, tumbuhan dapat memperoleh pasokan N dari senyawa N-organik sederhana berupa asam- asam amino tertentu. Tumbuhan tidak dapat memanfaatkan atau memfiksasi gas N2 udara secara langsung, kecuali kelompok tumbuhan yang bersimbion dengan baktaeri pengikat zat lemas. Selanjutnya N-anorganik yang diserap akan dikonversi atau dimetabolisir di dalam sel menjadi berbagai bentuk persenyawaan N-organik, sesuai kebutuhannya. Metabolisme N penting dalam jaringan tumbuhan menyangkut : 1) asimilasi sumber nitrogen, 2) sintesis asam amino, 3) sintesis amida dan peptida serta 4) sintesis dan perombakan protein.

(1) Asimilasi sumber N

Ada beberapa sumber nitrogen yang dapat diambil tumbuhan yakni NO3, NH4+, N-organik dan N2, terutama pada bakteri dan algae tertentu. Pada tumbuhan tinggi umumnya, sumber nitrogen yang paling banyak diserab adalah NO3 dan NH4+ dan beberapa N-organik

Pada tumbuhan tinggi umumnya, sumber terpenting nitrogen adalah ion nitrat (NO3=) yang diambil dari larutan tanah. Di dalam tanah, spesiasi ion nitrat tidaklah stabil. Dalam situasi aerobik, ion nitrogen lebih banyak dalam bentuk nitrat. Sebaliknya, dalam suasana anarobik, nitrat akan tereduksi secara bertahap menjadi ion amonia (NH4+). Bakteri nitrifikasi dan denitrifikasi berperan pada proses konversi tersebut.

Di alam dikenal ada banyak bakteri terlibat dalam konversi nitrat menjadi amonia, atau sebaliknya. Proses-proses pengubahan dari amonia menjadi nitrat disebut nitrifikasi. Sebaliknya, terjadi peristiwa pengubahan nitrat , nitrit menjadi amonia atau N2 yang disebut denitrifikasi. Proses nitrifikasi melibatkan bakteri nitrosomonas dan nitrobakter. Pada proses pembusukan dari senyawa N-organik, akan dihasilkan ion-ion amonia, yang prosesnya disebut amonifikasi.

(Suyitno,2012)

2.4 Fiksasi Nitrogen

Reaksinya sbb:

N2 + 6e - - 2NH3 (G’0 = +150 kkal/mol = +630 kJ/mol)

· Fiksasi N dilakukan oleh beberapa bakteri yang hidup bebas maupun bersimbiosis dengan akar tanaman, misal:  Clostridium pasteuranium, Klebisella, Rhodobacter, Rhizobium

· Fiksasi N diatur oleh sistem operon gen yang rumit, termasuk gen nif . Fiksasi berlangsung apabila di lingkungan konsentrasi ammonia menurun/rendah.

· Pada habitat terrestrial, fiksasi N oleh simbiosis Rhizobium dg tanaman Leguminosae merupakan donor terbesar dari senyawa N.

· Penelitian tentang fiksasi N telah banyak dilakukan, misal oleh Hardy et al tahun 1968 ttg reduksi asetilen menjadi etilen oleh nitrogenase.

· Hasil penelitian ttg fiksasi N ini menunjukkan bahwa ada cukup banyak genera bakteri yang dapat mem-fiksasi N termasuk spesies dari Bacillus, Clostridium, dan Vibrio.

· Pada habitat perairan, cyanobacteria adalah kelompok utama yang melakukan fiksasi N (Anabaena, Nostoc, Gloeotrichia, Oscillatoria, Lyngbya, dll)

· Komponen yang berperan dalam fiksasi N di habitat perairan adalah heterocyst, tapi ada cyanobacteria yg tidak memiliki heterocyst yg juga dpt fiksasi N

· Fiksasi N memerlukan cukup banyak energi dalam bentuk ATP dan koenzim.

· Proses Fiksasi Nitrogen

Tahap pertama di dalam siklus nitrogen adalah fiksasi nitrogen atmosfer oleh organisme pengikat nitrogen, yang menghasilkan ammonia (NH3). Amonia dapat dimanfaatkan oleh hampir semua organisme hidup baik secara langsung atau setelah pengubahannya menjadi senyawa terlarut lainnya, seperti nitrit, nitrat, atau asam amino.

Mikroorganisme yang memfiksasi nitrogen disebut mikroorganisme diazotrofik. Hanya beberapa spesies mikroorganisme dan tanaman yang dapat melakukan fiksasi nitrogen atmosfer, yaitu:

a.   Beberapa bakteri yang hidup bebas, seperti sianobakteri atau ganggang hijau biru, yang terdapat tidak hanya di dalam air tawar dan air asin, tetapi juga pada tanah dan jenis-jenis bakteri tanah lainnya, seperti Azotobacter  mampu melakukan fiksasi nitrogen atmosfer.

b.   Jenis fiksasi nitrogen lainnya terjadi pada tanaman leguminosa, yang mencakup kacang-kacangan, cengkeh, di dalam suatu proses yang memerlukan kerjasama tanaman inang dan bakteri simbiotik yang hidup pada bintil akarnya yaitu bakteri Rhizobium. Tipe fiksasi nitrogen ini dinamakan fiksasi nitrogen simbiotik. Enzim yang mengkatalisis fiksasi nitrogen sebenarnya terletak pada bakteri yang hidup dibintil akar, tetapi tanaman menyediakan komponen essensial yang tidak ada dibakteri.

Jumlah N2 yang difiksasi oleh mikroorganisme diazotrofik mencapai 1011 kg per tahun, jadi lebih kurang 60% dari fiksasi nitrogen yang baru dipermukaan bumi. Petir dan radiasi ultraviolet memfiksasi 15% dan sekitar 25% lainnya berasal dari berbagai proses pada industri.

Fiksasi nitrogen dikatalis oleh suatu kompleks enzim, yaitu kompleks nitrogenase, yang aktivitasnya masih belum dipahami sepenuhnya. Karena sistem nitrogenase bersifat tidak stabil dan segera mengalami inaktivasi oleh oksigen atmosfer, enzim ini sulit untuk diisolasi dalam bentuk aktif dan dimurnikan. Enzim yang mengkatalis fiksasi nitrogen terletak pada bakteri yang hidup dibintil akar, tetapi tanaman menyediakan komponen esensial yang tidak ada pada bakteri.

Produk fiksasi nitrogen stabil yang pertama dikenali adalah ammonia (NH3), jadi proses keseluruhan dipandang terdiri dari reduksi nitrogen (N2) molekulor menjadi dua molekul ammonia. Kompleks nitrogenase, yang melaksanakan proses transformasi dasar ini terdiri dari dua macam protein yaitu suatu reduktase yang menyediakan elektron dengan daya reduksi yang sangat kuat dan suatu nitrogenase yang akan memakai elektron itu untuk mereduksi N2 menjadi NH3. Kedua komponen kompleks nitrogenase yaitu reduktase dan nitrogenase merupakan protein besi-belerang. Reduktase disebut juga protein besi atau Fe-protein, sedangkan komponen nitrogenasenya disebut juga protein molybdenum-besi (Mo-Fe-protein). Kofaktor Fe-Mo terdiri atas dua rumpun yang saling dihubungkan oleh 3 atom belerang. Kofaktor Fe-Mo merupakan situs untuk fiksasi nitrogen.

Pemindahan elektron dari reduktase ke nitrogenase dirangkaikan kepada reaksi hidrolisis ATP oleh reduktase. Kompleks nitrogenase ini sangat sensitive terhadap O2 yang dapat menyebabkan inaktivasi proses ini. Kacang-kacangan dapat memelihara kadar O2 bebas yang sangat rendah pada nodul-nodul diakarnya melalui cara pengikatan O2 kepada leghemoglobin, yang merupakan homolog dari hemoglobin.

Reduksi N2 menjadi NH3 merupakan proses yang menggunakan 6 elektron.

N2 + 6 e- + 6H 2 NH3

Reduktase ini tidak seluruhnya sempurna. H2 juga dibentuk bersama-sama NH3. Jadi untuk ini diperlukan tambahan 2 elektron.

N2 + 8 e- + 8H 2NH3 + H2

Pada mikroorganisme yang melakukan fiksasi nitrogen, kedelapan elektron berpotensial tinggi itu berasal dari feredoksin tereduksi dihasilkan dalam kloroplast oleh kerja fotosistem I. Melalui jalan lain feredoksin tereduksi dapat pula dibentuk dari proses oksidatif. Fiksasi nitrogen memerlukan biaya energi yang sangat besar. Paling sedikit 16 ATP dihidrolisis untuk setiap molekul N2 yang direduksi. Persamaan keseluruhan bagi fiksasi nitrogen dapat dituliskan sebagai berikut:

N2 + 8 e + 16 ATP + 16 H2O 2NH3 + H2 + 16 ADP + 16 Pi + 8H+

(Anonymousc,2012)

2.5 Kelebihan dan Kekurangan Nitrogen

Defisiensi unsur N memiliki cirri utama yang terlihat pada daun yakni menguning (klorosis), keadaan ini berbeda dengan daun yang normal yakni berwarna hijau tua yang berarti mengandung klorofil tinggi. Proses penguningan daun tanaman yang kekurangan N dimulai dari daun – daun yang tua dan akan terus ke daun – daun muda jika kekurangan N terus berlanjut. Kejadian ini menunjukan bahwa N sangat mobil, artinya apabila kekurangan N maka N dalam jaringan tua akan dimobilisasikan ke jaringan – jaringan muda (titik tumbuh) sehingga pada jaringan tua terjadi klorosis dan pada jaringan muda tetap tumbuh normal yakni berwarna hija. Gejala lainya adalah pertumbuhan lambat atau kerdil, daun hijau kekuningan, daun sempit, pendek dan tegak, daun-daun tua cepat menguning dan mati.

Kelebihan N akan menyebabkan keracunan, akibat kelbihan N yakni pertumbuhan vegetative tanaman dapat ditingkatkan tetapi akan memperpendek masa generative, yang akhirnya justru menurunkan produksi atau menurunkan kualitas tanaman. Tanaman yang kelebihan N menunjukan warna hijau gelap dan sukulen yakni terlalu banyak mengandung air, akibatnya tanaman menjadi sangat rentan akan serangan organism penggangu tumbuhan (OPT) yakni hama, bakteri, jamur, virus, dan gulma, selain itu tanaman juga mudah roboh. Keracuanan N dapat dipicu karena  terlalu banyaknya unsur N yang tersedia Dalam am bentuk ammonium (NH4+) meskipun penyerapan tanaman akan lebih maksimal jika N dalam bentuk ion ini. Keracunan pada tanaman dapat mengakibatkan jaringan pada vascular pecah dan berakibat terhambatnya resapan air.

( Purwadi,2012)

· Gejala kekurangan nitrogen :

Tanaman tumbuh kurus kerempeng, daun tua berwarna hijau muda, lalu berubah menjadi kekuning-kuningan, jaringatanaman mengering dan mati, buah kerdil, kecil dan cepat masak lalu rontok.

· Kelebihan nitrogen berakibat :

· Menghasilkan tunas muda yang lembek / lemah dan vegetatif

· Kurang menghasilkan biji dan biji-bijian

· Menperlambat pemasakan / penuaan buah dan biji-bijian

· Mengasamkan reaksi tanah, menurunkan PH tanah, dan merugikan tanaman, sebab akan mengikat unsur hara lain, sehingga akan sulit diserap tanaman.

· Pemupukan jadi kurang efektif dan tidak efisien. 

(Anonymousb,2012)

Gambar 6. Defisiensi Nitrogen

a) kekurangan

Gambar 7. Kekurangan nitrogen

Tanaman yang kekurangan nitrogen dikenali dari daun bagian bawah. Daun itu menguning karena kekurangan klorofil. Lebih lanjut mengering dan rontok. Tulang-tulang di bawah permukaan daun muda tampak pucat. Pertumbuhan tanaman lambat , kerdil dan lemah. Produksi bunga dan biji rendah.

b) Kelebihan

Warna daun terlalu hijau , tanaman rimbun dengan daun. Proses pembuangan menjadi lama. Adenium bakal bersifat sekulen karena mengandung banyak air. Hal itu menyebebkan rentan serangan cendawan dan penyakit , dan mudah roboh. Produksi bunga menurun.

(Anonymousd,2012)

BAB III

PENUTUP

3.1 Kesimpulan

· Manfaat dan peran nitrogen bagi tumbuhan adalah memberikan warna pada tanaman, panjang umur tanaman, penggunaan karbohidrat, diperlukan untuk pembentukan atau pertumbuhan bagian vegetatif tanaman,seperti daun, batang dan akar, berperan penting dalam hal pembentukan hijau daun yang berguna sekali dalam proses fotosintesis, membentuk protein, lemak dan berbagai persenyawaan organic, meningkatkan mutu tanaman penghasil daun-daunan, dan meningkatkan perkembangbiakan mikro-organisme di dalam tanah

· Siklus nitrogen sendiri adalah suatu proses konversi senyawa yang mengandung unsur nitrogen menjadi berbagai macam bentuk kimiawi yang lain. Siklus nitrogen terdiri atas fiksasi, asimilasi, amonifikasi, nitrifikasi, denitrifikasi, dan oksidasi ammonia anaerobik.

· Tumbuhan tidak dapat memanfaatkan atau memfiksasi gas N2 udara secara langsung, kecuali kelompok tumbuhan yang bersimbion dengan baktaeri pengikat zat lemas. Selanjutnya N-anorganik yang diserap akan dikonversi atau dimetabolisir di dalam sel menjadi berbagai bentuk persenyawaan N-organik, sesuai kebutuhannya. Metabolisme N penting dalam jaringan tumbuhan menyangkut : 1) asimilasi sumber nitrogen, 2) sintesis asam amino, 3) sintesis amida dan peptida serta 4) sintesis dan perombakan protein.

· Tahap pertama di dalam siklus nitrogen adalah fiksasi nitrogen atmosfer oleh organisme pengikat nitrogen, yang menghasilkan ammonia (NH3). Amonia dapat dimanfaatkan oleh hampir semua organisme hidup baik secara langsung atau setelah pengubahannya menjadi senyawa terlarut lainnya, seperti nitrit, nitrat, atau asam amino.

Kelebihan N akan menyebabkan keracunan, akibat kelbihan N yakni pertumbuhan vegetative tanaman dapat ditingkatkan tetapi akan memperpendek masa generative, yang akhirnya justru menurunkan produksi atau menurunkan kualitas tanaman. Defisiensi unsur N memiliki cirri utama yang terlihat pada daun yakni menguning (klorosis), keadaan ini berbeda dengan daun yang normal yakni berwarna hijau tua yang berarti mengandung klorofil tinggi. Proses penguningan daun tanaman yang kekurangan N dimulai dari daun – daun yang tua dan akan terus ke daun – daun muda jika kekurangan N terus berlanjut. Gejala lainya adalah pertumbuhan lambat atau kerdil, daun hijau kekuningan, daun sempit, pendek dan tegak, daun-daun tua cepat menguning dan mati.

DAFTAR PUSTAKA

Anonymousa. 2012. Siklus Nitrogen.

http://kamuspengetahuan.blogspot.com/2011/08/daur-siklus-nitrogen.html Di akses 5 Mei 2012

Anonymousb. 2012. Unsur Hara Nitrogen (N) 

http://pupukdsp.com/index.php/Pupuk-Tanaman/Unsur-Hara-Nitrogen-N.html

Di akses 6 Mei 2012

Anonymousc. 2012. Fiksasi Nitrogen.

http://www.angelfire.com/home/bioui/ML1.htm Di akses 6 Mei 2012

Anonymousd. 2012. Unsur Mikro.

http://chodoxcharming.blogspot.com/2011/01/gejala-kekurangan-dan-kelebihan-unsur.html Di akses 6 Mei 2012

Garrison, Tom. 2006. Essentials of Oceanography 4th ed. California : Thomson Brooks/Cole

Harrison, John Arthur. 2003. The Nitrogen Cycle of Microbes and Men Visionlearning Vol. EAS-2 (4) (terhubung berkala) http://www.visionlearning.com/library/module_viewer.php?mid=98 Di akses 5 Mei 2012

Immawatitari. 2012. Antara Nitrogen dan Tanaman.

http://immawatitari.wordpress.com/2012/04/07/215/ Di akses 6 Mei 2012

Purwadi,Eko. 2012. Batas Kritis Suatu Unsur Hara dan Pengukuran Kandungan

Klorofil. http://www.masbied.com/2011/05/19/batas-kritis-suatu-unsur-hara-dan-pengukuran-kandungan-klorofil/ Di akses 6 Mei 2012

Suyitno. 2012. Metabolisme Nitrogen.

http://staff.uny.ac.id/sites/default/files/pengabdian/suyitno-aloysius-drs-ms/materi-pengayaan-tim-ibo-sman-7-purworejo-tentang-metabolisme-n.pdf Di akses 6 Mei 2012

24 | Nitrogen