Nitrogen Daur Nitrogen N merupakan mineral yang sangat ... ? Â· 10/22/2013 1 Daur Nitrogen Mineralisasi dan Immobilisasi Nitrogen Nitrifikasi Denitrifikasi Fiksasi Nitrogen Nitrogen N merupakan mineral yang sangat dibutuhkan

  • View
    223

  • Download
    5

Embed Size (px)

Transcript

  • 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.

    5_Fiksasi Nitrogen.ppt

  • 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 sebagaipupuk untuk meningkatkan hara tanaman

    Mineralisasi < immobilisasi tidak/belum dapatdigunakan 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 zoogloea

    NitrosomonasNitrosococcusnitrospira

    -yang membentuk zoogloeaNitrosocystisNitrosogloea

    Yang mengoksidasi NO2- menjadi NO3- enzim nitrataseNitrobacterNitrocystisNitromonas

  • 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 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