10/22/2013
Nitrogen
Daur 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).
Mineralisasi dan Immobilisasi Nitrogen Nitrifikasi Denitrifikasi Fiksasi Nitrogen
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
Nitrogen atmosfer (N2)
Mineralisasi Nitrogen Mineralisasi = proses dekomposisi senyawa N-organik yang membebaskan senyawa N-anorganik (NH4+).
Tanaman Asimilasi
Amonifikasi = proses dekomposisi yang menghasilkan senyawa antara amonia (NH3) atau dalam larutan tanah bentuknya menjadi NH4+
bakteri fix N nodul akar legum
Nitrat (NO3-)
Dekomposer Fungi &bacteria Amonifikasi
Bakteri nitrifikasi
nitrifikasi Nitrit (NO2-)
Amonium (NH4+) bakteri fix N tanah
Bakteri denitrifikan
Produksinya mencapai 1-20 mg/kg/hari atau 1%-4% dari N total. Proses ini dilakukan oleh berbagai mikroorganisme yang populasinya berkisar antara 105-107 sel per gram tanah.
Bakteri nitrifikasi
1
10/22/2013
Senyawa N-Organik dalam Tanah
Ikatan peptida
Protein rantai asam amino asam nukleat basa nitrogen: purin, guanin, timin, sitosin chitin polimer N-asetil glukosamin peptidoglikan polimer N-asetil glukosamin dan Nasetil asam muramat glukosamin gula amino.
Urutan tingkat kemudahan termineralisasi: Urea > asam amino > protein > asam nukleat > gula amino > N terhumifikasi
Contoh reaksi mineralisasi
CH N
C
Reaksi deaminasi
CH
N
N
CH
CH HC
C N
basa purin
NH
HC
CH N
basa pirimidin
2
10/22/2013
Immobilisasi/Asimilasi NH4+
IMMOBILISASI N-ANORGANIK
Ada 2 jalur asimilasi NH4+ :
Immobilisasi atau asimilasi = Penyatuan/penggabungan N-anorganik (NH4+ ) menjadi bentuk N organik oleh mikroorganisme
Apabila kadar NH4+ tinggi (> 0,5 ppm tanah) maka immobilasi NH4+ yang terjadi melalui jalur GDH (Glutamat Dehidrogenase).
•
Tahap 2. Reaksi transaminasi -ketoglutarat menjadi glutamat dengan glutamin
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.
• 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 :
COO -
COO -
Tahap 1. Reaksi asimilasi NH4+ yang dikatalisis oleh GS COO -
HC
HC
COO NH2+
CH2
HC + NH4+
Glutamin sythetase + ATP
CH2
NH2+
CH2
NH2+
+ ADP
+ Pi
HC + NH4+
Glutamin sythetase + ATP
NH2+
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
COO -
CONH 2+
COO -
CONH 2+
Glutamat
Glutamin
Glutamat
Glutamin
+ ADP
+ Pi
3
10/22/2013
Untuk menduga hasil akhir dekomposisi suatu bahan organik apakah dapat/belum dapat digunakan sebagai pupuk maka digunakan kriteria sebagai berikut : 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 digunakan tanaman
sebagai
pupuk
dapat untuk meningkatkan hara
Faktor yang mempengaruhi mineralisasi dan immobilisasi 1. 2. 3.
4.
5. 6.
Temperatur Tersedianya senyawa nitrogen Aerasi & kelembaban – aerasi baik immobilisasi besar – anaerob immobilisasi rendah
pH tanah umur dan jenis tanaman mineral lempung
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.
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 ?
Perubahan nisbah C/N selama proses dekomposisi Nisbah C/N jaringan terdekomsisi
N-org = 1%
C/N
Nitrogen dalam jaringan terdekomposisi (%)
C/N >40
C- yang diasimilasi (%)
Jasad
4
10/22/2013
Pengaruh bentuk penambahan N terhadap N-organik tanah
Aerasi baik
(NH4)2SO4 N-organik (ppm)
N-organik (ppm)
Pengaruh aerasi terhadap immobilisasi N
tergenang Diberi gas argon
Ca(NO3)2
Umur (hari)
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 tanah Quinon-NH2 diserap/diimmobilisasi/diasimilasi oleh mikroorganisme dioksidasi menjadi NO 3- oleh bakteri nitrifikasi
Umur (hari)
NITRIFIKASI = proses perubahan/oksidasi NH4+ menjadi NO2- dan NO3-
secara biologis
Mikrobia nitrifikasi :
Yang mengoksidasi NH4+ menjadi NO2 enzim nitritase -tidak membentuk zoogloea
Nitrosomonas Nitrosococcus nitrospira -yang membentuk zoogloea Nitrosocystis Nitrosogloea
Yang mengoksidasi NO2- menjadi NO3- enzim nitratase
Nitrobacter Nitrocystis Nitromonas
5
10/22/2013
Reaksi biokimia Nitrifikasi secara umum
Bakteri dan fungi heterotrof
1. Nitrosomonas
Corynebacterium Nocardia Pseudomonas Arthrobacter Aspergillus flavus
2. Nitrobacter
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 30 o-35oC o o lambat <5 C atau >40 C 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 NO3menjadi NH4+ dan selanjutnya NH4+ ini diasimilasi menjadi asam amino protein Disimilasi reduktif NO 3- 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
6
10/22/2013
Denitrifikasi ~ Merupakan proses reduksi nitrogen oksida (NO3dan 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) (+5) (+3) (+2) (+1)
Jalur Denitrifikasi NO3- + 2 H+ + 2 e- NO2- + H2O
NO2 + 2 H+ + e- NO + H2O
2 NO + 2 H+ + 2 e- N2O + H2O
N2 (g) (0) N2O + 2 H+ + 2 e- N2 + H2O
N pada tanah tergenang
• donor electron : Sumber karbon organik (asetate, glukose) • acceptor electron : NO3-, NO2- dan nitrogen oxides
Urea
• Denitrifier akan menggunakan O2 (jika ada oksigen) untuk mengoksidasi sumber karbon dibandingkan NO 3 sebagai akseptor elektron terakhir nitrifikasi
Denitrifikasi digunakan untuk menduga N balance. Denitrifikasi = Input? - kehilangan?
nitrifikasi
Lapisan tereduksi
Diduga kehilangan N tanah akibat denitrifikasi mencapai 25% sampai 75%.
Tanah
•
Lapisan oksidasi
air
• Melibatkan mikroorganisme yang bersifat fakultatif anaerob yang disebut “denitrifiers” yang termasuk bakteri heterotrof
Fiksasi N denitifikasi pelindian
7
10/22/2013
Denitrifier Genera
N pada tanah atasan Genus
Characteristic
Organotrophs Alcaligenes Bacillus Flavobacterium Pseudomonas Rhizobium
Aerasi (terhambat bila terdapat O2 ) NO3- tersediaa Tersedia sumber Carbon (4NO3 + C6H12O6 2N2 + 6 H2O) pH Temperatur
Phototrophs Rhodopseudomonas
Anaerobe, reduce SO42-
Lithotrophs Alcaligenes Nitrosomonas Paracoccus Thiobacillus
H2 oxidizer, also organotroph NH3 oxidizer H2 oxidizer, also organotroph S oxidizer
Penghambat (Inhibitor) spesifik nitrifikasi
Faktor yang mempengaruhi Denitrifikasi
N2-fixer
Golongan piridin, pirimidin, asetanadehida, anilin dan isothiosianat Na atau K-azide dan klorat 2 kloro 6 triklorometil piridin (N-serve) 2 amino, 4 kloro, 6 metil piridin (“AM”) N
N
Cl
Cl3C
NH2
H3C
N-Serve Cl
Dekomposisi N serve CO 2 Cl
CCl3 N N-Serve
Cl
COOH N
Cl N
2-cloro pikolinat
8
