Nitrogen Daur Nitrogen N merupakan mineral yang sangat ... · PDF file10/22/2013 1 Daur Nitrogen Mineralisasi dan Immobilisasi Nitrogen Nitrifikasi Denitrifikasi Fiksasi Nitrogen Nitrogen

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