A. NITROGEN

Nitrogen bebas (N2) memenuhi 80% komposisi atmosfer bumi. Jadi Nitrogen di udara lebih dominan dari unsur-unsur lainnya. Mungkin kalian berfikir, mengapa bukan oksigen yang paling banyak. Cobalah cari alasannya.

Baik tumbuhan maupun hewan membutuhkan nitrogen. Nitrogen adalah unsur pembentuk asam amino. Apa itu asam amino? Asam amino adalah molekul pembentuk protein. Protein bagi tubuh berguna sebagai penyusun tubuh seperti otot dan daging. Protein juga berperan dalam proses metabolime sebagi enzim dan hormon.

Gambar N.1 Asam amino

N merupakan komponen penyusun asam amino. Asam amino membentuk protein seperti enzim, hormon, otot dan daging.Di alam Nitrogen berbentuk persenyawaan seperti N2, NO2, NO3, dan NH4. 

B. FUNGSI NITROGEN

1. Sebagai penyusun asam amino (komponen pembentuk protein) 2. Sebagai penyusun asam nukleat (komponen pembentuk DNA dan RNA)

unsur N menjadi unsur terpenting karena menjadi penyusun asam amino dan asam nukleat. N adalah unsur makro pertumbuhan tanaman. Kekurangan N mengakibatkan daun menguning dan buah menjadi kecil.  Tanaman yang kekurangan N membutuhkan asupan pupuk N yang cukup. Pupuk-pupuk yang digunakan petani sebagian besar mengandung unsur nitrogen seperti UREA (47%), NPK dan ZA (21%).

C. SUMBER-SUMBER NITROGEN

Sumber nitrogen terbesar adalah N2 di atmosfer bumi. Namun molekul ini relatif stabil (sukar bereaksi) sehingga dibutuhkan energi besar untuk memecahnya. Proses pemecahan

nitrogen di udara secara alami bisa terjadi melalui:

1. Petir (energi petir)Petir memiliki energi yang besar untuk memecah N sehingga dapat bersenyawa dengan oksigen membentuk Nitrat (NO3). Nitrat jatuh ke tanah dan menjadi unsur hara yang menyuburkan tanaman.

2. Fiksasi oleh mikroorganisme pengikat NitrogenUmumnya tidak ada makhluk hidup yang mampu memanfaatkan  nitrogen secara langsung dari udara. Tetapi ada beberapa bakteri yang mampu memfiksasi (mengikat) N dari udara dan mengubahnya menjadi nitrat. Contohnya Rhizobium, bakteri kemoautotrof yang bersimbiosis dengan tanaman kacang-kacangan membentuk bintil pada akar. Simbiosis ini bersifat mutualistik, bakteri mendapatkan tempat hidup dan tanaman memperoleh kebutuhan hara (nitrogen). 

Gambar N.2 a. Tanaman kedelai, b. Bintil akar tanaman kedelai, 

c. Rhizobium pada akar Leguminoceae

Selain Rhizobium, beberapa bakteri seperti Azotobacter, Marsiella crenata, Rhodospirillum dan Clostridium juga memiliki kemampuan dalam menambat nitrogen. Ada juga dari kelompok alga biru seperti Anabaena azolae dan Anabaena cycadae (bersimbiosis dengan paku air Azolla pinata dan pakis haji Cycas rumphii), Gloeocapsa dan Nostoc. Ada juga dari kelompok jamur (Mycorhiza). (Lihat di halaman bawah : daftar mikroorganisme yang berperan dalam daur N)

D. DAUR NITROGEN

Gambar N.3 Skema Daur Nitrogen

1. Fiksasi Nitrogen

Fiksasi nitrogen adalah proses penambatan atau pengambilan nitrogen dari udara. Nitrogen (N2) di udara diambil oleh bakteri pengikat nitrogen (contoh : Rhizobium) yang terdapat pada bintil akar tanaman (Leguminoceae/polong-polongan). Bakteri mengubah nitrogen bebas menjadi nitrat yang langsung diserap oleh tanaman simbiotik.

Proses pemecahan nitrogen bebas juga berlangsung dengan bantuan energi petir. Petir memicu terjadinya reaksi Nitrogen dengan oksigen menjadi senyawa NO2 dan NH2. Senyawa yang terbentuk tersebut turun bersama air hujan. 

2. Amonifikasi

Amonifikasi adalah pengubahan senyawa tertentu (amonia maupun nitrat) menjadi ammonium. 

Amonium bisa dihasilkan dari pengubahan nitrat. Proses ini sebenarnya merugikan tanaman karena jumlah nitrat di tanah menjadi berkurang. Contoh bakteri yang berperan dalam amonifikasi nitrat menjadi amonium adalah Micrococcus denitrifican.

Ammonium juga terbentuk dari perombakan jasad mati makhluk hidup. Hasil ekskresi dan jasad mati makhluk hidup terdekomposisi oleh detritivor menghasilkan amonia (NH3). Amonia diubah menjadi amonium (NH4). 

Reaksi amonifikasi: pengubahan senyawa menjadi ammonium

Amonium memang bisa dimanfaatkan langsung oleh tumbuhan, tetapi sebagian besar amonium digunakan oleh bakteri aerob sebagai sumber energi.

3. Nitrifikas

Nitrifikasi adalah proses pengubahan amonium menjadi nitrat. Enzim yang berperan dalam proses tersebut adalah enzim nitrogenase. Nitrifikasi melibatkan dua tahapan proses yaitu nitritasi kemudian nitratasi. Nitritasi adalah pengubahan amonium menjadi nitrit (NO2). Bakteri yang berperan dalam nitritasi contohnya Nitrosomonas. Sedangkan nitratasi adalah pengubahan nitrit menjadi nitrat (NO3). Bakteri yang berperan dalam nitratasi contohnya Nitrobacter. 

Nitrat yang tersedia digunakan tumbuhan untuk asimilasi (fotosintesis). Sementara hewan memperoleh kebutuhan nitrogen lewat rantai makanan. 

Untuk mengamati reaksi-reaksi pembentukan nitrat amati Tabel N.1 berikut ini. 

Tabel N.1 Reaksi-reaksi dalam nitrifikasi

Nitrifikasi hanya bisa berlangsung dalam kondisi aerob (cukup oksigen).  Bila tidak cukup oksigen akan terjadi denitrifikasi.

4. Denitrifikasi

Denitrifikasi adalah proses pelepasan nitrogen ke atmosfer.  Proses ini dipicu oleh jumlah oksigen yang terbatas di dalam tanah.

Pada kondisi anaerob (kekurangan oksigen), bakteri tanah mengambil oksigen dari senyawa nitrat yang tersedia di dalam tanah. Akibatnya beberapa nitrat berubah kembali menjadi nitrogen bebas (N2). Seperti halnya amonifikasi, proses denitrifikasi juga merugikan tanaman karena mengurangi kesuburan tanah. Contoh bakteri yang berperan antara lain

Thiobacillus denitrifican, Micrococcus denitrifican, dan Pseudomonas denitrifican.     

Banyak mikroorganisme yang terlibat dalam daur biogeokimia N ini. Adapun mikroorganisme yang berperan dalam daur N dapat diamati pada Tabel N.2 di bawah ini.

Tabel N.2 Mikroorganisme yang berperan dalam daur N

E. RINGKASAN 

Nitrogen adalah unsur penting dalam pembentukan protein. Jumlah nitrogen terbanyak di atmosfer tetapi tidak dapat digunakan langsung.

Nitrogen diserap tumbuhan sebagai nitrat (NH3) dan amonium (NH4). Sementara hewan memperoleh kebutuhan nitrogen lewat rantai makanan.  

Di dalam daur nitrogen ada 4 tahap yaitu fiksasi nitrogen, amonifikasi, nitrifikasi dan denitrifikasi. 

Nitrogen bebas (N2) di udara adalah senyawa stabil yang sukar bereaksi. Energi petir membantu persenyawaan nitrogen bebas dan oksigen menjadi nitrat. Beberapa mikroorganisme mampu menambat atau memfiksasi nitrogen bebas dari udara dan mengubahnya menjadi nitrat. Mikroorganisme tersebut antara lain Rhizobium (Rhizobium leguminosarum, Rhizobium japanicum, dan Rhizobium phaseoli), Azotobacter, Clostridium, dan kelompok alga biru.

Amonifikasi adalah pengubahan nitrat menjadi amonium. Contoh bakteri yang berperan adalah Micrococcus denitrifican.

Nitrifikasi adalah pengubahan amonium menjadi nitrat. Nitrifikasi melibatkan dua proses bertahap yaitu nitritasi kemudian nitratasi. Bakteri yang berperan dalam nitrifikasi yaitu nitrosomonas dan nitrobacter.

Denitrifikasi adalah pelepasan nitrogen ke atmosfer. Bakteri yang berperan antara lain Thiobacillus denitrifican, Micrococcus denitrifican, dan Pseudomonas denitrifican.