Daur Biogeokimia : Daur Nitrogen, Daur sulfur, Daur Fosfor

Tubuh organisme memerlukan unsur-unsur kimia atau unsur-unsur anorganik, seperti karbon, oksigen, nitrogen, belerang, dan fosfor yang diperolehnya dari alam, baik secara langsung maupun secara tidak langsung. Unsur-unsur yang tersimpan dalam tubuh tersebut akan dibebaskan kembali ke alam jika organisme tersebut mati dan mengalami peruraian oleh dekomposer. Proses tersebut dinamakan   Daur biogeokimiaDaur Biogeokimia adalah suatu proses peredaran atau perputaran (daur) yang di dalamnya berlangsung penggunaan dan pelepasan unsur-unsur anorganik yang esensial bagi tubuh serta melibatkan peristiwa biologis, geologis, dan kimia. Daur itu meliputi interaksi antara tanah, atmosfer (udara), air laut dan air tawar, serta makhluk hidup. Selain makhluk hidup yang menggunakan dan melepaskan unsur-unsur anorganik itu, ada makhluk hidup lain yang terlibat dalam proses daur ulang, yaitu mikroorganisme tertentu (jamur dan bakteri). Mikroorganisme tersebut berperan sebagai dekomposer yang membusukkan dan melepaskan unsur-unsur anorganik dari tubuh makhluk hidup atau organisme yang telah mati atau dari produk-produk buangannya. Daur biogeokimia dapat berlangsung karena adanya aliran energi dan jaring-jaring makanan dalam ekosistem.

Pendaurulangan unsur-unsur organik tersebut (daur biogeokimia) sangat penting bagi kelangsungan hidup semua organisme. Hal itu disebabkan sumber unsur-unsur sangat terbatas sehingga unsur-unsur anorganik menjadi habis terpakai jika digunakan secara terus-menerus. Unsur-unsur anorganik yang mengalami daur biogeokimia tersebut, ada yang mengikuti daur edafik (yang dalam daurnya, tidak pernah membentuk gas di udara) dan ada yang mengikuti daur atmosferik (yang dalam daurnya mengalami fase berbentuk gas di udara). Berikut ini akan diuraikan proses daur biogeokimia beberapa unsur-unsur anorganik penting, yaitu nitrogen (N), fosfor (P), belerang (S), karbon (C), dan oksigen (O).

1. Daur Nitrogen (N) | Daur Biogeokimia

Nitrogen merupakan unsur penyusun udara atau atmosfer yang terbesar, yaitu sekitar 80%. Unsur ini merupakan penyusun senyawa organik, khususnya protein. Meskipun ketersediaan nitrogen di udara sangat melimpah, hewan dan tumbuhan tidak dapat mengambil langsung dari udara. Hal itu disebabkan nitrogen bebas di udara terdiri atas molekul-molekul dinitrogen (N2) yang stabil dan jumlah energi yang diperlukan untuk memecah ikatan dinitrogen tersebut relatif besar. Nitrogen tersedia bagi tumbuhan hanya dalam bentuk ammonium (NH4+) dan nitrat (NO3)

Beberapa jenis tumbuhan (misalnya, tumbuhan polong-polongan atau Leguminosae) dapat menggunakan nitrogen bebas dari udara karena mereka hidup bersimbiosis dengan mikroorganisme prokariota, yaitu bakteri dan Cyanobacteria, yang dapat mengikat (memfiksasi) nitrogen bebas serta memecahnya menjadi senyawa nitrat (NO3). Bakteri tersebut, contohnya Rhizobium, terdapat di dalam bintil-bintil akar tumbuhan Leguminosae (Gambar di bawah). Nitrat diserap dan digunakan tumbuhan untuk membentuk asam-asam amino yang diperlukan dalam sintesis protein untuk pertumbuhan tumbuhan. Senyawa nitrogen yang terdapat pada tumbuhan dapat berpindah ke hewan ataupun manusia melalui rantai makanan.

bintil akar pada tanaman kacang-kacangan pada pembahasan Daur Biogeokimia
bintil akar pada tanaman kacang-kacangan (Leguminosae)

Jika tumbuhan atau hewan mati, jaringan tubuhnya mengalami pembusukan yang merupakan hasil kerja dekomposer (bakteri dan jamur saprotrof). Salah satu hasil penting pembusukan adalah ammonia (NH3), yaitu suatu senyawa nitrogen yang akan diendapkan ke tanah. Hasil ekskresi hewan juga mengandung bahan-bahan buangan bernitrogen, seperti ammonia, urea, dan asam urat yang juga didekomposisi oleh bakteri tanah. Ammonia bereaksi dengan air (H2O) tanah membentuk garam-garam ammonium (NH4+) yang selanjutnya dioksidasi menjadi nitrit (NO3) lalu menjadi nitrat oleh bakteri nitrifikasi kemosintesis, seperti Nitrosomonas dan Nitrobacter. Dalam kondisi anaerob, nitrat dengan garam-garam ammonium tersebut direduksi menjadi gas dinitrogen (N2) oleh bakteri kemosintesis denitrifikasi. Bakteri denitrifikasi itu terdapat di tanah, limbah, dan timbunan kompos.

Proses pengikatan nitrogen secara alami lainnya adalah melalui kerja sinar ultraviolet di permukaan atmosfer dan dari kilat/ petir dalam kondisi tekanan dan suhu yang tinggi serta adanya oksigen. Hasilnya adalah senyawa nitrogen oksida, yaitu nitrat. Gambar di bawah akan menunjukkan kepada Anda skema daur nitrogen di alam.

daur nitrogen salah satu jenis Daur Biogeokimia

Secara buatan, manusia mengembangkan proses Haber-Bosch untuk memfiksasi nitrogen. Dalam proses tersebut, gas dinitrogen secara katalis direduksi menjadi ammonia dengan menggunakan gas hidrogen dalam kondisi tekanan dan suhu tinggi. Ammonia merupakan bahan dasar untuk pembuatan pupuk bernitrogen, sekitar 15% senyawa nitrogen dalam pertanian dihasilkan dengan cara ini.

2. Daur Sulfur (S) | Daur Biogeokimia

Seperti halnya nitrogen, sulfur atau belerang merupakan salah satu penyusun protein. Di alam, belerang terkandung di dalam tanah dalam bentuk mineral tanah atau terdapat di udara dalam bentuk gas sulfur dioksida (SO2). Gas sulfur dioksida terutama berasal dari gas gunung berapi, pembakaran bahan bakar fosil berkadar belerang tinggi, peleburan bijih yang mengandung senyawa belerang, dan dari pemrosesan bubur kayu (pulp). Di udara, sulfur dioksida bereaksi dengan oksigen dan air membentuk asam sulfat yang jatuh ke tanah, sungai, serta lautan dalam bentuk ion-ion sulfat (SO42-) bersama air hujan. Selanjutnya, ion-ion sulfat yang ada di dalam tanah diserap oleh tumbuhan dan digunakan untuk menyintesis protein. Unsur belerang dalam tubuh tumbuhan akan berpindah ke tubuh hewan dan manusia melalui rantai makanan. Ketika hewan dan tumbuhan mati, bakteri-bakteri anaerob tanah mereduksi ion-ion sulfat dan melepaskan gas hidrogen sulfida (H2S) yang berbau seperti telur busuk serta sama beracunnya dengan sianida. Gas hidrogen sulfida yang lepas ke udara bereaksi dengan oksigen membentuk gas sulfur dioksida, sedangkan di dalam tanah hidrogen sulfida dioksidasi oleh bakteri tanah menjadi ion sulfat dan senyawa sulfur oksida (SO). Untuk lebih jelasnya, coba Anda lihat Gambar di bawah.

Daur sulfur salah satu jenis Daur Biogeokimia

3. Daur Fosfor (P) | Daur Biogeokimia

Fosfor merupakan unsur penting bagi organisme, terutama sebagai bahan pembentuk tulang pada hewan, sebagai penyusun protein, sebagai pembentuk senyawa berenergi tinggi (contohnya, ATP), dan sebagai komponen penyusun asam nukleat (RNA serta DNA). Fosfor memiliki daur yang lebih sederhana dan kurang sempurna dibandingkan unsur-unsur lainnya.

Fosfor terkandung di dalam tanah dalam bentuk ion-ion fosfat (PO43-) anorganik. Fosfat anorganik itu merupakan bentuk yang terlarut dalam tanah dan dapat diserap oleh tumbuhan. Hewan dan manusia memperoleh fosfor dari tumbuhan. Hasil ekskresi hewan ataupun tubuh hewan dan tumbuhan yang mati diuraikan oleh dekomposer menjadi fosfat organik. Oleh bakteri pengurai, fosfat organik itu diubah menjadi fosfat anorganik yang dapat diserap oleh tumbuhan. Sebagian besar fosfor berasal dari endapan batuan fosfat (endapan fosil tulang) selama jutaan tahun yang terkikis air dan memasuki ekosistem. Sebagian besar fosfat tersebut hanyut menuju laut membentuk endapan dangkal di laut dan sebagian lagi hilang sebagai endapan di laut dalam. Endapan fosfat itu dapat menyuburkan ekosistem laut jika teraduk oleh arus air. Fosfat dapat kembali ke darat melalui kegiatan burung-burung laut (contohnya, endapan feses burung guano) dan ikan-ikan laut. Secara ringkas, daur fosfor di alam ditunjukkan pada Gambar di bawah.

daur fosfor salah satu jenis Daur Biogeokimia

4. Daur Oksigen

Penjelasan selengkapnya bisa dilihat di daur oksigen.

5. Daur Karbon (C)

Penjelasan selengkapnya bisa dilihat di daur karbon.

Demikian tulisan mengenai Daur Biogeokimia. Semoga bermanfaat. Terima kasih.

Sumber:

Pujiyanto, Sri.(2012). Menjelajah Dunia BIOLOGI 1 Untuk kelas X SMA dan MA. Platinum: Solo

Add a Comment

Your email address will not be published. Required fields are marked *