Di antara siklus biogeokimia, nitrogen adalah yang paling banyak dipelajari. Periksa ringkasan dan ketahui pentingnya
Nitrogen adalah unsur kimia penting bagi keberadaan kehidupan di Bumi, karena ia merupakan komponen dari semua asam amino dalam tubuh kita, selain basa nitrogen (yang menyusun molekul DNA dan RNA). Sekitar 78% dari udara yang kita hirup terdiri dari nitrogen dari atmosfer (N 2), yang merupakan reservoir terbesarnya. Salah satu alasannya adalah bahwa N 2 adalah bentuk nitrogen inert, yaitu gas yang, dalam situasi umum, tidak reaktif. Jadi, ia telah terakumulasi di atmosfer sejak pembentukan planet. Meskipun demikian, hanya sedikit makhluk hidup yang memiliki kapasitas untuk menyerapnya dalam bentuk molekulnya (N 2). Ternyata nitrogen, seperti besi dan belerang, berpartisipasi dalam siklus alami di mana struktur kimianya mengalami transformasi di setiap tahap,berfungsi sebagai dasar untuk reaksi lain dan dengan demikian menjadi tersedia untuk organisme lain - inilah pentingnya siklus nitrogen (atau "siklus nitrogen").
Agar N 2 di atmosfer dapat mencapai tanah, memasuki ekosistem, ia harus melalui proses yang disebut fiksasi, yang dilakukan oleh kelompok kecil bakteri nitrifikasi, yang menghilangkan nitrogen dalam bentuk N 2 dan memasukkannya ke dalam molekul organiknya. Ketika fiksasi dilakukan oleh organisme hidup, seperti bakteri, ini disebut fiksasi biologis, atau biofiksasi. Saat ini, pupuk komersial juga dapat digunakan untuk fiksasi nitrogen, yang merupakan ciri fiksasi industri, metode yang banyak digunakan di bidang pertanian. Selain itu, ada juga fiksasi fisik, yang dilakukan oleh petir dan percikan listrik, di mana nitrogen dioksidasi dan dibawa ke tanah melalui hujan, tetapi metode seperti itu mengurangi kapasitas fiksasi nitrogen,yang tidak cukup bagi organisme dan kehidupan di Bumi untuk mempertahankan diri.
Ketika bakteri mengikat N 2, mereka melepaskan amonia (NH 3). Amonia, ketika bersentuhan dengan molekul air tanah, membentuk amonium hidroksida yang, bila terionisasi, menghasilkan amonium (NH 4), dalam proses yang merupakan bagian dari siklus nitrogen dan disebut amonifikasi. Di alam, ada keseimbangan antara amonia dan amonium, yang diatur oleh pH. Di lingkungan yang pH-nya lebih asam, pembentukan NH 4 mendominasi, dan di lingkungan yang lebih basa, proses yang paling umum adalah pembentukan NH 3. Amonium ini cenderung diserap dan dimanfaatkan terutama oleh tumbuhan yang memiliki bakteri yang berasosiasi dengan akarnya (bacteriorrizas). Ketika diproduksi oleh bakteri yang hidup bebas, amonium ini cenderung tersedia di dalam tanah untuk digunakan oleh bakteri lain (nitrobacteria).
Nitrobacteria adalah chemosynthesizer, yaitu makhluk autotrofik (yang menghasilkan makanan sendiri), yang menghilangkan energi yang diperlukan untuk kelangsungan hidup mereka dari reaksi kimia. Untuk mendapatkan energi ini, mereka cenderung mengoksidasi amonium, mengubahnya menjadi nitrit (NO2 -), dan kemudian menjadi nitrat (NO 3 -). Proses siklus nitrogen ini disebut nitrifikasi.
Nitrat tetap bebas di dalam tanah, dan tidak memiliki kecenderungan untuk terakumulasi di lingkungan yang utuh secara alami, sehingga dapat menempuh tiga jalur berbeda: diserap oleh tanaman, direnitrifikasi, atau untuk mencapai badan air. Baik denitrifikasi dan aliran nitrat ke badan air memiliki konsekuensi negatif bagi lingkungan.
Dampaknya terhadap lingkungan
Denitrifikasi (atau denitrifikasi) adalah proses yang dilakukan oleh bakteri yang disebut denitrifikasi, yang mengubah nitrat menjadi N 2 lagi, melakukan pengembalian nitrogen ke atmosfer. Selain N 2, gas lain yang dapat diproduksi adalah oksida nitrat (NO), yang bergabung dengan oksigen atmosfer, mendukung pembentukan hujan asam, dan nitrous oksida (N 2 O), yang merupakan gas penyebab penting. efek rumah kaca, yang memperburuk pemanasan global.
Jalur ketiga, dimana nitrat mencapai badan air, menyebabkan masalah lingkungan yang disebut eutrofikasi. Proses ini ditandai dengan peningkatan konsentrasi unsur hara (terutama senyawa nitrogen dan fosfor) di perairan danau atau bendungan. Kelebihan nutrisi ini mendukung percepatan perbanyakan alga, yang akhirnya menghalangi jalannya cahaya, ketidakseimbangan lingkungan akuatik. Cara lain untuk menyediakan kelebihan nutrisi ini dalam lingkungan akuatik adalah dengan melepaskan limbah ke dalamnya tanpa pengolahan yang tepat.
Masalah lain yang harus dipertimbangkan adalah fakta bahwa nitrogen juga dapat berbahaya bagi tanaman jika ada dalam jumlah yang melampaui kemampuan asimilasi mereka. Dengan demikian, kelebihan nitrogen yang menempel di tanah dapat membatasi pertumbuhan tanaman, merusak tanaman. Oleh karena itu, rasio karbon / nitrogen juga harus diperhatikan dalam proses pengomposan, agar metabolisme koloni mikroorganisme yang terlibat dalam proses penguraian selalu aktif.
Penyerapan nitrogen oleh manusia
Manusia dan hewan lain memiliki akses ke nitrat dari konsumsi tumbuhan yang telah menyerap zat tersebut atau, menurut rantai makanan, dari konsumsi hewan lain yang memakan tumbuhan ini. Nitrat ini kembali ke siklus setelah kematian beberapa organisme (bahan organik) atau dengan ekskresi (urea atau asam urat, pada kebanyakan hewan darat dan amonia, dalam kotoran ikan) yang mengandung senyawa nitrogen. Dengan demikian, bakteri pembusuk akan bekerja pada bahan organik yang melepaskan amonia. Amonia juga dapat diubah menjadi nitrit dan nitrat oleh nitrobakteria yang sama yang mengubah amonium, berintegrasi dengan siklus.
Alternatif pupuk
Seperti yang sudah kita ketahui, fiksasi nitrogen di dalam tanah dapat menghasilkan efek positif, namun proses yang terjadi secara berlebihan dapat menimbulkan konsekuensi negatif bagi lingkungan. Campur tangan manusia dalam siklus nitrogen terjadi melalui fiksasi industri (melalui penggunaan pupuk), yang meningkatkan konsentrasi nitrogen yang akan diperbaiki sehingga menimbulkan masalah seperti yang disebutkan di atas.
Alternatif penggunaan pupuk adalah rotasi tanaman, bergantian kultur tanaman pengikat nitrogen dan tanaman non-pengikat. Tumbuhan pengikat nitrogen adalah tumbuhan yang memiliki bakteri dan organisme pengikat lain yang berhubungan dengan akarnya, seperti yang terdapat pada tumbuhan polongan (seperti kacang-kacangan dan kedelai). Rotasi akan mendukung fiksasi nitrogen dalam jumlah yang lebih aman daripada penggunaan pupuk, memberikan nutrisi yang sesuai dengan kapasitas asimilasi tanaman, mendukung perkembangannya dan mengurangi laju nutrisi yang mencapai badan air. Proses serupa yang disebut "pupuk hijau" juga dapat diterapkan untuk menggantikan pupuk.
Proses ini terdiri dari membudidayakan tanaman pengikat nitrogen dan menyikatnya sebelum menghasilkan benih, membiarkannya di tempat sebagai mulsa, sehingga nantinya kultur spesies lain dapat dibuat. Di bawah ini kita dapat melihat gambar yang memberi kita ringkasan dari apa yang terlihat di seluruh artikel:
ANAMMOX
Akronim dalam bahasa Inggris (yang berarti oksidasi anaerobik amonia) menamai proses biologis inovatif untuk menghilangkan amonia dari air dan gas.
Ini terdiri dari jalan pintas, karena amonia tidak perlu dinitrifikasi menjadi nitrit dan nitrat untuk didenitrifikasi kembali ke bentuk N 2. Dengan proses ANAMMOX, amonia akan langsung diubah menjadi gas nitrogen (N 2). Stasiun skala besar pertama dipasang pada 2002 di Belanda, dan pada 2012 sudah ada 11 fasilitas yang beroperasi.
Efisien dan berkelanjutan, proses ANAMMOX dapat digunakan untuk menghilangkan amonia dari limbah dalam konsentrasi lebih dari 100 mg / l. Di dalam reaktor, bakteri nitrifikasi dan ANAMMOX hidup berdampingan, di mana yang pertama mengubah sekitar setengah dari amonia menjadi nitrida (senyawa kimia yang memiliki nitrogen dalam komposisinya), dan bakteri ANAMMOX bekerja dengan mengubah nitrida dan amonia menjadi gas nitrogen.
Oksidasi anaerobik amonia telah terbukti menjanjikan, dan sudah dapat ditemukan dalam proses industri seperti pengolahan air limbah, limbah padat organik, industri makanan, pupuk, dan lain-lain.
