13 NovSOIL-Fiksasi N2 Biologis

 

FIKSASI N2 BIOLOGIS

(BIOLOGICAL N2 –FIXATION)

 

Prokaryotik – Nitrogenase – Simbiotik/nonsimbiotik

 

Syekhfani

 

Nitrogen, satu di antara tiga unsur hara esensial tanaman utama (NPK) yang sangat menentukan keberadaan makhluk hidup di bumi ini.  Tanpa unsur N (dan juga PK), maka tidak akan ada makhluk hidup, mengapa?

Nitrogen merupakan unsur penyusun khlorofil tumbuhan (khlorofil A dan B). Proses fotosintesis terjadi di jaringan khloroplast merupakan proses metabolisme pembentukan karbohidrat (CHO) dari molekul air (H2O) dan Oksigen (O2). Karbohidrat adalah kerangka dasar pembentuk senyawa-senyawa penyusun tubuh tumbuhan. Tanpa nitrogen, tidak akan terbentuk karbohidrat yang berarti tidak akan ada senyawa karbohidratjaringan, organ, sistem organ dan akhirnya tidak terbentuk ORGANISME.

 

Fiksasi N2 Biologis (Biological N2–fixation), dilakukan oleh beberapa mikroorganisme prokaryotik (procaryotic) dengan mekanisme reaksi sebagai berikut:

N2 + 8H+ + 2e + 16 ATP → 2NH3 + H2

Enzim bertanggung jawab mengkatalisis reaksi di atas disebut nitrogenase. Diketahui bahwa enzim nitrogenase sangat peka terhadap oksigen (O2) bebas. Batas oksigen tertentu meracun enzim dan menghentikan fiksasi N2.

Fiksasi N2 membutuhkan sejumlah besar suplai energi untuk memecah ikatan tiga kovalen N2. Secara global, fiksasi N2-biologis bisa menyumbang sekitar  140 juta ton nitrogen per tahun ke sistim lahan, dan secara kasar setara dengan jumlah kontribusi lautan.

(1) Simbiotik (mutualistik): tipe -tipe rhizobium dan aktinomiset.

(2) Hidup bebas (“Free-living“): misalnya, Azotobacter, Azospirillum, Beijerinckia, dan cyanobacteria (blue green algae).

Prokaryot mengandung enzim nitrogenase, dan mampu memfiksasi N2;  ditemukan umumnya di permukaan tanaman (daun dan pelepah, atau permukaan tubuh tanaman - phyllosphere) saat cuaca lembab atau dalam jaringan tanaman, dan beberapa dijumpai di permukaan akar, di mana suplai substrat organik tinggi dan oksigen bebas terikat.

 Pea root system

Sistem perakaran Pea

Soya bean root nodules

Nodul akar Kedelai

Alder root nodules

Nodul akar Alnus

 

Referensi: → http://ic.ucsc.edu/~wxcheng/envs161/Lecture11/ch12_N_S_2012_fnl.pdf

 

Lihat pula:  → SOIL-SIFAT-PERILAKU-NPK

 

11 JulSOIL-Fiksasi N oleh Petir

 

FIKSASI NITROGEN OLEH PETIR

(NITROGEN FIXATION BY LIGHTENING)

 

Mekanisme – Jumlah – Ketersediaan

 

Syekhfani

 

Unsur Nitrogen (N), secara alami bersumber utama di atmosfer (80%/v) dalam bentuk gas N2 yang tidak  langsung tersedia bagi tanaman.

Gas N2 ini harus diiubah (transformasi) ke dalam bentuk senyawa tersedia, yaitu: NH4+, NO2-, atau NO3- melalui mekanisme fiksasi (fixation).

Fiksasi N atmosferik dilakukan secara:

1. Biologis: simbiose antara mikroorganisme dengan tanaman atau non-simbiose.

2. Non Biologis: melalui kilat dan panas tinggi oleh petir (lightening).

 

Fiksasi N oleh petir:

Reaksinya:

N2 → NO→ NO3-

Namun, belum diketahui dengan jelas mekanisme secara pasti.

Pada skala global, petir mungkin memfiksasi sebanyak 70 hingga 100 juta metrik ton nitrogen per tahun.

 

Fiksasi N artifisial meniru reaksi petir:

 

Proses paling terkenal – Haber-Bosch:

200 ATM + 5000 oC

4N2 + 12H2 → 8NH3

Katalis

Persamaan di atas diacu oleh sebagian besar industri pupuk nitrogen.  Saat ini jumlah pupuk nitrogen digunakan di dunia sekitar 70-80 juta metrik ton per tahun.  Produksi pupuk  nitrogen merupakan bisnis energi sangat intensif (energy-intensive business).

lihat → UCSC:  Lecture11/ch12_N_S_2012.pdf