Siklus Daur Nitrogen & Bakteri yang Berperan di Fiksasi-Nitrifikasi

tirto.id - Siklus atau daur nitrogen adalah pergerakan nitrogen di alam, baik melalui bagian biotik dan abiotik dari suatu ekosistem. Proses-proses dalam siklus nitrogen antara lain adalah fiksasi nitrogen, nitrifikasi, asimilasi, amonifikasi, dan denitrifikasi.

Nitrogen adalah elemen non-metalik dalam tabel periodik. Nitrogen merupakan gas yang tidak berwarna, berbau, dan berasa. Zat ini merupakan zat yang paling banyak di atmosfer bumi dan merupakan konstituen dari semua makhluk hidup.

Dalam atmosfer, nitrogen berbentuk gas N2 sangatlah melimpah, namun makhluk hidup tidak dapat langsung menggunakannya. Nitrogen digunakan dan juga dibuat kembali dalam suatu siklus yang disebut dengan daur nitrogen.

Wujud Nitrogen di Alam

Seorang ahli kimia asal Swedia, Carl Wilhelm Scheele, dalam penelitiannya pada tahun 1772 menunjukkan bahwa udara terdiri atas 2 komponen gas, yang pertama adalah oksigen, lalu yang kedua adalah nitrogen. Dilansir dari laman web SMA Al-Hikmah Muncar, bentuk-bentuk nitrogen di alam antara lain adalah:

1. Amonia

Zat ini bersumber dari reduksi gas nitrogen dari proses difusi udara atmosfer, limbah industri, dan domestik.

2. Nitrit

Nitrit bersumber dari limbah industri dan domestik. Zat ini merupakan bentuk peralihan antara amonia dan nitrat (nitrifikasi), dan antara nitrat dan gas nitrogen yang terbentuk dalam kondisi anaerob.

3. Nitrat

Nitrat adalah sumber utama nitrogen di perairan. Zat ini adalah bentuk nitrogen sebagai nutrien utama bagi tumbuhan dan alga. Nitrat sangat mudah larut dalam air dan bersfat stabil. Nitrat dihasilkan dari proses oksidasi sempurna di perairan.

Selain itu, nitrogen lepas/bebas bisa ditemukan di meteorit, gas dari gunung berapi, tambang, mata air mineral, dan jika lebih jauh lagi juga terdapat di matahari, beberapa bintang dan nebula. Karena nitrogen adalah zat pembentuk asam amino dan urea, yang merupakan unsur pembangun dari semua protein, artinya nitrogen juga terdapat dalam otot, daging, organ, enzim-enzim dan hormon esensial dari semua makhluk hidup.

Daur atau Siklus Nitrogen di Alam

Siklus nitrogen merupakan proses konversi senyawa yang mengandung nitrogen menjadi berbagai jenis atau bentuk kimiawi yang lain. Proses ini terjadi secara biologis dan non-biologis. Proses-proses dalam siklus nitrogen antara lain adalah fiksasi nitrogen, nitrifikasi, asimilasi, amonifikasi, dan denitrifikasi. Berdasarkan research ekosistem University of Chicago, berikut adalah masing-masing penjelasannya.

1. Fiksasi

Proses ini mengubah nitrogen di udara menjadi amonia. Proses ini dibantu oleh mikroorganisme yaitu Diazotrof. Bakteri ini dapat memperbaiki nitrogen menjadi nitrogen organik karena bersimbiosis dengan kacang-kacangan.

2. Nitrifikasi

Tahapan ini merupakan pengubahan amonium menjadi nitrat. Proses ini dilakukan oleh bakteri hidup di dalam tanah. Bakteri Nitrosomonas melakukan oksidasi terhadap amonium, lalu mengubah amonia menjadi nitrit. Setelah itu spesies bakteri lain seperti Nitrobacter mengubah nitrit menjadi nitrat karena nitrit merupakan racun bagi tanaman.

3. Asimilasi

Proses ini adlaah penerapan nitrogen dari dalam tanah oleh tumbuhan dalam bentuk ion nitrat atau ion amonium.

4. Amonifikasi

Proses ini merupakan tahapan di mana sisa-sisa tanaman dan limbah diurai oleh organisme yang menghasilkan amonia. Mikroorganisme dalam tanah akan mengurai bahan-bahan organik yang telah mati sehingga bisa menghasilkan amonia yang akan bertahan dalam wujud ion amonium.

Penggunaan Nitrogen dalam Industri

Berdasarkan Britannica, penggunaan dan produksi komersil dari nitrogen kebanyakan adalah distilasi fraksional dari udara yang dicairkan. Titik didih nitrogen adalah -195.8°C (-320.4°F). Nitrogen dapat diproduksi dalam skala besar dengan membakar karbon dioksida dan air dari sisa-sisa nitrogen. Sementara dalam skala kecil, nitrogen dibuat dengan memanaskan barium azida, Ba(N3)2.

1. Industri Kimia

Dalam industri kimia, nitrogen digunakan sebagai pencegahan oksidasi atau kerusakan lain dari sebuah produk.

2. Industri Makanan

Dalam industri makanan, gas nitrogen digunakan untuk mencegah kerusakan makanan karena oksidasi, jamur, atau serangga. Nitrogen cair juga digunakan untuk melakukan freeze drying (pembekuan kering).

3. Industri Elektrik

Dalam industri elektrik nitrogen juga digunakan untuk pencegahan oksidasi dan reaksi kimia lainnya guna memberi tekanan pada kulit kabel dan untuk melindungi motor.

4. Industri Logam

Dalam industri logam nitrogen juga digunakan untuk pengelasan, penyolderan, dan pematrian.

5. Industri Kesehatan

Dalam industri kesehatan, pembekuan cepat oleh nitrogen cair digunakan untuk mengawetkan darah, sumsum tulang, jaringan sel, bakteria, hingga sperma. Nitrogen cair ini sangat berguna untuk penelitian kriogenik.

Adapun 5 negara di dunia penghasil nitrogen (dalam bentuk ammonia) terbesar di awal abad ke-21 adalah India, Russia, Amerika Serikat, Trinidad dan Tobago, serta Ukraina.