BESI, SULFUR, MANGAN DAN NITROGEN

KATA PENGANTAR

Puji dan rasa syukur penyusun panjatkan kehadirat allah swt atas limpahan rahmat dan hidayah-nya kami dapat menyelesaikan makalah ini dengan tepat waktu. Makalah ini disusun sebagai tugas mata kuliah LIMNOLOGI..

Dalam kesempatan ini penyusun menyampaikan rasa terima kasih kepada pihak-pihak yang turut membantu mulai awal penulisan hingga menjadi sebuah makalah yang dapat bermanfaat bagi semua pihak. Makalah ini berjudul ”besi,sulfur,mangan, dan nitrogen”.

Penyusun menyadari dalam penulisan makalah ini masih ada kesalahan dan kekurangan. Untuk itu kritik dan saran yang membangun sangat penyusun harapkan untuk kesempurnaan pada penulisan berikutnya dan pengayaan wawasan penyusun.

Semoga makalah ini dapat memberi manfaat pada pembaca pada umumnya dan penyusun pada khusunya, dalam rangka meningkatkan wawasan keilmuan di bangku kuliah. Harapan kami makalah ini dapat digunakan dengan baik sebagaimana mestinya.

Makassar,  11 april  2011

    

                                                                                                     penyusun

BAB I

PENDAHULUAN

Latar Belakang

Unsur hara esensial yang dibutuhkan tanaman terdiri dari unsur hara makro (N, P, K, Ca, Mg, dan S) dan unsur mikro (Zn, Cu, Mn, Mo, B, Fe, dan Cl). Secara umum semua unsur hara bersumber dari bebatuan induk tanah/mineral-mineral, kecuali unsur N yang berasal dari bahan organik. Mineral dalam bebatuan terlarut, unsur hara terbebas dan tersedia bagi tanaman. Suplai unsur hara dari bahan mineral untuk tanaman secara alami cukup bagi pertumbuhan tanaman secara normal, kecuali pada tanah masam seperti pada Oxisols. Tanah ini memiliki sifat kesuburan rendah terutama tingginya kelarutan unsur-unsur mikro yang dapat menekan pertumbuhan tanaman.

Pertumbuhan, perkembangan dan produksi suatu tanaman ditentukan oleh dua faktor utama yaitu faktor genetik dan faktor lingkungan. Salah satu faktor lingkungan yang sangat menentukan lajunya pertumbuhan, perkembangan da produksi suatu tanaman adalah tersedianya unsur-unsur hara yang cukup di dalam tanah. Diantaranya 105 unsur yang ada di atas permukaan bumi, ternyata baru 16 unsur yang mutlak diperlukan oleh suatu tanaman untuk dapat menyelesaikan siklus hidupnya dengan sempurna. Ke 16 unsur tersebut terdiri dari 9 unsur makro dan 7 unsur mikro. 9 unsur makro dan 7 unsur mikro inilah yang disebut sebagai unsur -unsur esensial. Ada tiga kriteria yang harus dipenuhi sehingga suatu unsur dapat disebut sebagai unsur esensial:

a. Unsur tersebut diperlukan untuk menyelesaikan satu siklus hidup tanaman secara normal.

 b. Unsur tersebut memegang peran yang penting dalam proses biokhemis tertentu dalam tubuh tanaman dan peranannya tidak dapat digantikan atau disubtitusi secara keseluruhan oleh unsur lain.

c. Peranan dari unsur tersebut dalam proses biokimia tanaman adalah secara langsung dan bukan secara tidak langsung.

Tanah merupakan suatu sistem yang kompleks, berperan sebagai sumber kehidupan tanaman yaitu air, udara dan unsur hara. Tembaga (Cu), seng (Zn), besi (Fe) dan mangan (Mn) merupakan beberapa contoh unsur hara mikro yang esensial bagi tanaman karena walaupun diperlukan dalam jumlah relatif sedikit tetapi sangat besar peranannya dalam metabolisme di dalam tanaman Pemupukan yang tidak diikuti dengan peningkatan produksi karena hanya memenuhi beberapa unsur hara makro saja, sementara unsur mikro yang lain tidak terpenuhi. Padahal meskipun dibutuhkan dalam jumlah yang lebih sedikit, unsur mikro ini tidak kalah pentingnya dengan unsur hara makro sebagai komponen struktural sel yang terlibat langsung dalam metabolisme sel dan aktivitas enzim.

Nitrogen adalah salah satu unsur golongan VA yang merupakan unsur nonlogam dan gas yang paling banyak di atmosfir bumi. Nitrogen merupakan unsur yang relatif
stabil, tetapi membentuk isotop-isotop yang 4 di antaranya bersifat radioaktiv. Di alam nitrogen terdapat dalam bentuk gas N2 yang tidak berwarna dan tidak berbau, tidak berasa, dan tidak beracun. Pada suhu yang rendah nitrogen dapat berbentuk cairan atau bahkan kristal padat yang tidak berwarna (bening). Selain itu nitrogen terdapat dalam bentuk senyawa nitrat, amoniak, protein

           

BAB II
PEMBAHASAN

A.BESI

Besi adalah logam yang berasal dari bijih besi (tambang) yang banyak digunakan untuk kehidupan manusia sehari-hari dari yang bermanfaat sampai dengan yang merusakkan. Dalam tabel periodik, besi mempunyai simbol Fe dan nomor atom 26. Besi juga mempunyai nilai ekonomis yang tinggi.

Besi adalah logam yang paling banyak dan paling beragam penggunaannya. Hal itu karena beberapa hal, diantaranya:

·         Kelimpahan besi di kulit bumi cukup besar,

·         Pengolahannya relatif mudah dan murah, dan

·         Besi mempunyai sifat-sifat yang menguntungkan dan mudah dimodifikasi.

Besi (Fe) hampir semua perairan alami mengandung besi. Unsur logam ini merupakan zat penting dalam pemeliharaan (nutrition) tubuh manusia, tetapi tidak dapat dipergunakan langsung dalam minuman atau makanan (dalam tablet multivitamin). Adanya besi dalam air minum dalam jumlah yang berlebihan akan menyebabkan rasa logam atau besi, selain itu warna air pun menjadi kuning atau cokelat. Air teh yang dibuat dengan air yang mengandung besi, walaupun kelihatan air itu jernih, air teh tersebut akan menjadi berwarna hitam. Selain itu apabila digunakan untuk mencuci pakaian atau kain maka akan meninggalkan warna kuning atau cokelat pada kain tersebut.

Besi adalah logam dalam kelompok makromineral di dalam kerak bumi, tetapi termasuk dalam kelompok mikro dalam sistem biologi. Logam ini mungkin logam yang pertama ditemukan dan digunakan oleh manusia sebagai alat pertanian. Pada sistem biologi seperti hewan, manusia dan tanaman, logam ini bersifat esensial, kurang stabil, dan secara pelahan berubah menjadi fero (FeII) atau Feri (FeIII). Kandungan Fe dalam tubuh hewan sangat bervariasi tergantung pada status kesehatan, nutrisi, umur, jenis kelamin dan spesies .

Rasa pada air sumur dapat disebabkan oleh derajat keasamanan (ph) yang rendah sehingga dapat melarutkan besi, sedangkan bau disebabkan oleh kadar sulfida yang tinggi. Bau dan warna pada air minum dapat mengurangi selera konsumen, sedangkan warna yang mungkin disebabkan oleh tingginya kadar besi dapat meninggalkan noda pada pakaian, wadah penampung air dan dinding kamar mandi .

Zat besi (Fe) adalah salah satu kandungan mineral yang terdapat dalam air, selain mangaan dan logam berat lainnya. Ada beberapa tehnik / cara untuk menghilangkan / menurunkan kandungan besi ini:

1. Aerasi

Merupakan suatu teknik memancarkan air ke udara agar air terkena kontak dengan udara / oksigen. Semakin banyak permukaan air yang terkena oksigen maka semakin baik. Selain dapat menurunkan zat besi, banyak lagi manfaat yang lain jika menggunakan system Aerasi ini.

2. Menggunakan Pasir Mangaan (Manganese Green Sand)

Pasir mangaan ini terbukti efektif untuk menurunkan kandungan zat besi (Fe) dalam air. Penggunaanya adalah dengan cara dimasukkan ke dalam tabung filter.

3. Menggunakan bahan kimia.

Banyak sekali jenis bahan kimia yang dapat dipergunakan untuk menurunkan zat besi ini. Tergantung dari metode yang digunakan dan takarannya berbeda beda tergantung dari seberapa tingginya Zat Besi Dalam Air tersebut.

Untuk mengubah unsur metalik menjadi uap atau hasil disosiasi diperlukan energi panas. Temperatur harus benar-benar terkendali dengan sangat hati-hati agar proses atomisasinya sempurna. Biasanya temperatur dinaikkan secara bertahap, untuk menguapkan dan sekaligus mendisosiasikan senyawa yang dianalisis. Bila ditinjau dari sumber radiasi, haruslah bersifat sumber yang kontinyu. Di samping itu sistem dengan penguraian optis yang sempurna diperlukan untuk memperoleh sumber sinar dengan garis absorpsi yang semonokromator mungkin.

Zat besi merupakan unsur mineral mikro yang paling banyak terdapat dalam tubuh ikan dan manusia. Dalam makanan terdapat dua macam zat besi, yaitu dalam bentuk heme dan non heme. Zat besi heme ditemukan dalam bentuk hemoglobin dan zat besi non heme dalam otot yang disebut myoglobin.Fungsi dan peranan zat besi dalam tubuh ikan antara lain adalah :Unsur yang sangat penting dalam pigmen darah (hemoglobin dan myoglobin) Terlibat dalam pengangkutan oksigen dalam darah dan urat daging (otot) serta pemindahan/transfer elektron dalam tubuh Unsur yang sangat penting dari variasi sistem enzim, yang meliputi enzim katalase, enzim peroxidase, enzim xantin oksidase, enzim aldehyde oxidase dan enzim succinic dehydrogenase. Ikan dapat menyerap zat besi terlarut dari air melalui insang, sirip dan kulit. Zat besi dalam bentuk tereduksi, ion Fero (Fe ++) lebih mudah diserap karena lebih mudah larut dalam cairan-cairan pencernaan. Penyerapan zat besi dalam saluran pencernaan sangat dipengaruhi oleh kadar keasaman,pH atau keasamn lambung dan bagian atas usus halus. Kekurangan zat besi pada ikan dapat membawa dampak yang merugikan bagi ikan. Pada beberapa jenis ikan memberikan dampak yang berbeda, misalnya pada ikan channel catfish dapat mengakibatkan pertumbuhan terhambat, konversi pakan rendah, nafsu makan menurun dan abnormalitas. Sedangkan pada ikan salmon, japanese eel,common carp dan red sea bream dapat mengakibatkan hypochromic microcytic anemia yaitu sel-sel darah merah berwarna lebih pucat dengan ukuran sel yang lebih besar.

B.MANGAN

Ketersediaan Unsur Hara Mn di dalam Tanah dan Tanaman serta Tingkat ketersediaan unsur hara mikro bagi tanaman sangat tergantung pada pH tanah, proses oksidasi reduksi, adanya unsur yang berlebihan dan bahan organik tanah. Reaksi unsur hara mikro di dalam tanah pada setiap jenis tanah berbeda-beda. Pada tanah yang ber-pH rendah atau bersifat masam, beberapa unsur mikro lebih banyak tersedia terutama dalam bentuk kation diantaranya Fe, Mn, Zn dan Cu. Bila pH tanah naik maka bentuk ion dari kation tersebut berubah menjadi hidroksida/oksida yang tidak tersedia bagi tanaman. Hal yang perlu diperhatikan dalam hubungannya dengan tanaman adalah bahwa setiap jenis tanaman berbeda-beda kebutuhannya akan unsur mikro sehingga kelebihan sedikit saja akan bersifat racun bagi tanaman.

Pada umumnya proses oksidasi terjadi bila didukung oleh pH yang tinggi sedangkan pada pH yang rendah/masam akan terjadi reduksi. Mn, Fe, dan Cu dalam kondisi teroksidasi umumnya kurang larut pada pH yang biasa dijumpai dalam tanah dibandingkan keadaan tereduksi pada tanah-tanah yang sangat masam (reduktif).
Mangan paling banyak diserap dalam bentuk ion mangan. Keberadaan unsur mangan biasanya bersama-sama dengan unsur besi dan unsur besi biasanya terdapat di air tanah. Air tanah umumnya mempunyai konsentrasi karbon dioksida yang tinggi hasil penguraian kembali zat-zat organik dalam tanah oleh aktivitas mikroorganisme, serta mempunyai konsentrasi oksigen terlarut yang relatif rendah, menyebabkan kondisi anaerobik. Kondisi ini menyebabkan konsentrasi besi dan mangan bentuk mineral tidak larut (Fe3+ dan Mn4+) tereduksi menjadi besi dan mangan yang larut dalam bentuk ion bervalensi dua (Fe2+ dan Mn2+).

Meskipun besi dan mangan pada umumnya terdapat dalam bentuk terlarut bersenyawa dengan bikarbonat dan sulfat, juga ditemukan kedua unsur tersebut bersenyawa dengan hidroden sulfida (H2S).  Selain itu besi dan mangan ditemukan pula pada air tanah yang mengandung asam yang berasal dari humus yang mengalami penguraian dan dari tanaman atau tumbuhan yang bereaksi dengan unsur besi untuk membentuk ikatan kompleks organik. konsentrasi mangan pada umumnya kurang dan 1,0 mg/l.
Pada air permukaan yang belum diolah ditemukan konsentrasi mangan rata-rata lebih dari 1 mg/l, walaupun demikian dalam keadaan tertentu unsur mangan dapat timbul dalam konsentrasi besar pada suatu reservoir/tandon atau sungai pada kedalaman dan saat tertentu. Hal ini terjadi akibat adanya aktivitas mikroorganisme dalam menguraikan dan mereduksi bahan organik dan mangan (IV) menjadi mangan (II) pada kondisi hypolimnion (kondisi adanya cahaya matahari).

Mangan terdapat dalam bentuk kompleks dengan bikarbonat, mineral dan organik. Unsur mangan pada air permukaan berupa ion bervalensi empat dalam bentuk organik kompleks.  Ketersediaan dalam tanah dan kebutuhan normal tanaman akan unsur mikro
Serapan Mn oleh Tanaman. Mangan diambil/diserap oleh tanaman dalam bentuk: Mn++ dan Seperti hara mikro lainnya, Mn dianggap dapat diserap dalam bentuk kompleks khelat. Mn dalam tanaman tidak dapat bergerak atau beralih tempat dari organ yang satu ke organ lain yang membutuhkan. Mangan merupakan unsur mikro yang dibutuhkan tanaman dalam jumlah yang tidak terlalu banyak. Mangan sangat berperan dalam sintesa klorofil selain itu berperan sebagai koenzim, sebagai aktivator beberapa enzim respirasi, dalam reaksi metabolisme nitrogen dan fotosintesis. Mangan juga diperlukan untuk mengaktifkan nitrat reduktase sehingga tunbuhan yang mengalami kekurangan mangan memerlukan sumber N dalam bentuk NH4+. Peranan mangan dalam fotosintesis berkaitan dengan pelepasan elektron dari air dalam pemecahannyamenjadi hidrogen dan oksigen.
Fungsi unsur hara Mangan (Mn) bagi tanaman ialah:
a. Diperlukan oleh tanaman untuk pembentukan protein dan vitamin terutama vitamin C
b. Berperan penting dalam mempertahankan kondisi hijau daun pada daun yang tua
c. Berperan sebagai enzim feroksidase dan sebagai aktifator macam-macam enzim
d. Berperan sebagai komponen penting untuk lancarnya proses asimilasi

Mn diperlukan dalam kultur kotiledon selada untuk memacu pertumbuhan jumlah pucuk yang dihasilkan. Mn dalam level yang tinggi dapat mengsubstitusikan Mo dalam kultur akar tomat. Mn dapat menggantikan fungsi Mg dalam beberapa sistem enzym tertentu. Kekurangan Mn sering terjadi sebagai akibat pemupukan Fe berlebihan sehingga menyebabkan Mn menjadi tidak tersedia. Mangan terdapat dalam tanah berbentuk senyawa oksida, karbonat dan silikat dengan nama pyrolusit (MnO2), manganit (MnO(OH)), rhodochrosit (MnCO3) dan rhodoinit (MnSiO3). Mn umumnya terdapat dalam batuan primer, terutama dalam bahan ferro magnesium. Mn dilepaskan dari batuan karena proses pelapukan batuan. Hasil pelapukan batuan adalah mineral sekunder terutama pyrolusit (MnO2) dan manganit (MnO(OH)). Kadar Mn dalam tanah berkisar antara 20 sampai 3000 ppm. Bentuk Mn dapat berupa kation Mn++ atau mangan oksida, baik bervalensi dua maupun valensi empat. Penggenangan dan pengeringan yang berarti reduksi dan oksidasi pada tanah berpengaruh terhadap valensi Mn.

Sumber-sumber Mangan adalah:
a. Batuan mineral Pyroluste Mn O2
b. Batuan mineral Rhodonite Mn SiO3
c. Batuan mineral Rhodochrosit Mn CO3
d. Sisa-sisa tanaman dan lain-lain bahan organis

Pemupukan Mn dapat dilakukan melalui daun dan tanah. Jika melalui daun (Foliar application) dilakukan dengan menyemprot larutan pupuk ke permukaan bawah daun, namun dalam aplikasi melalui daun ada beberapa faktor yang harus diperhatikan yaitu : konsentrasi Mn dalam larutan bahan, lamanya kontak dengan daun dan temperatur. Jika melalui tanah, dengan memberikan Mn dalam bentuk MnO2. biasanya pemupukan Mn pada tanah sebanyak 5-40 kgMn/ha.

Ada beberapa prinsip proses penghilangan besi dan mangan yaitu : pertukaran ion (ion exchange), proses secara biologis, tetapi yang umum digunakan pada sistem penyediaan air adalah proses oksidasi secara kimiawi, yaitu menaikkan tingkat oksidasi oleh suatu oksidator dengan tujuan merubah bentuk besi dan mangan terlarut menjadi bentuk besi dan mangan tidak larut (endapan). Proses ini dilanjutkan dengan pemisahan endapan/suspensi/dispersi yang terbentuk menggunakan proses sedimentasi dan atau filtrasi. Untuk meningkatkan efisiensi pemisahan endapan ini, bila perlu menggunakan proses koagulasi-flokulasi dilanjutkan dengan sedimentasi dan filtrasi.
Besi dan mangan dapat diendapkan sebagai senyawa dengan karbonat pada air yang mengandung karbonat (alkalinitas), dengan penambahan kapur atau soda. Pengendapan ini berlangsung pada kondisi anaerobik.

C.SULFUR

Belerang atau sulfur adalah unsur kimia dalam tabel periodik yang memiliki lambang S dan nomor atom 16. Bentuknya adalah non-metal yang tak berasa, tak berbau dan multivalent. Belerang, dalam bentuk aslinya, adalah sebuah zat padat kristalin kuning. Di alam, belerang dapat ditemukan sebagai unsur murni atau sebagai mineral- mineral sulfide dan sulfate. Ia adalah unsur penting untuk kehidupan dan ditemukan dalam dua asam amino.

Sulfur terdapat dalam bentuk sulfat anorganik. Sulfur direduksi oleh bakteri menjadi sulfida dan kadang-kadang terdapat dalam bentuk sulfur dioksida atau hidrogen sulfida. Hidrogen sulfida ini seringkali mematikan mahluk hidup di perairan dan pada umumnya dihasilkan dari penguraian bahan organik yang mati. Tumbuhan menyerap sulfur dalam bentuk sulfat (SO4).

Perpindahan sulfat terjadi melalui proses rantai makanan, lalu semua mahluk hidup mati dan akan diuraikan komponen organiknya oleh bakteri. Beberapa jenis bakteri terlibat dalam daur sulfur, antara lain Desulfomaculum dan Desulfibrio yang akan mereduksi sulfat menjadi sulfida dalam bentuk hidrogen sulfida (H2S). Kemudian H2S digunakan bakteri fotoautotrof anaerob seperti Chromatium dan melepaskan sulfur dan oksigen. Sulfur di oksidasi menjadi sulfat oleh bakteri kemolitotrof seperti Thiobacillus.

Gas belerang oksida atau sering ditulis dengan SO_x, terdiri dari gas SO₂ dan gas SO₃ yang keduanya mempunyai sifat berbeda. Gas SO₂ berbau sangat tajam dan tidak mudah terbakar, sedangkan gas SO₃ bersifat sangat reaktif. Gas SO₃ mudah bereaksi dengan uap air yang ada di udara untuk membentuk asam sulfas atau H₂SO₄. Asam sulfat ini sangat reaktif, mudah bereaksi (memakan) benda-benda lain yang mengakibatkan kerusakan, seperti proses pengkaratan (korosi) dan proses kimiawi lainnya.

Hanya sepertiga dari jumlah sulfur yang terdapat di atmosfer merupakan hasil dari aktivitas manusia, dan kebanyakan dalam bentuk SO₂ . Sebanyak dua pertiga dari jumlah sulfur di atmosfer berasal dari sumber-sumber alam seperti volcano, dan terdapat dalam bentuk H₂S dan oksida. Masalah yang ditimbulkan oleh polutan yang dibuat manusia adalah dalam hal distribusinya yang tidak merata sehingga terkonsentrasi pada daerah tertentu, bukan dari jumlah keseluruhannya, sedangkan polusi dari sumber alam biasanya lebih tersebar merata. Transportasi bukan merupakan sumber utama polutan SO_x tetapi pembakaran bahan bakar pada sumbernya merupakan sumber utama polutan SO_x, misalnya pembakaran batu arang, minyak bakar, gas, kayu dan sebagainya.

Pembakaran bahan-bahan yang mengandung sulfur akan menghasilkan kedua bentuk sulfur oksida, tetapi jumlah relatif masing-masing tidak dipengaruhi oleh jumlah oksigen yang tersedia. Meskipun udara tersedia dalam jumlah cukup, SO₂ selalu terbentuk dalam jumlah terbesar. Jumlah SO₂ yang terbentuk dipengaruhi oleh kondisi reaksi, terutama suhu dan bervariasi dari 1 sampai 10% dari total SO_x.

Mekanisme pembentukan SO_x dapat dituliskan dalam dua tahap reaksi sebagai berikut :

S + O_{2   ———- >} SO₂

2SO₂ + O₂ ————> 2SO₃

SO₃ biasanya diproduksi dalam jumlah kecil selama pembakaran. Hal ini disebabkan oleh dua faktor yang menyangkut reaksi terakhir tersebut di atas. Faktor pertama adalah kecepatan reaksi yang terjadi, dan faktor kedua adalah konsentrasi SO₃ dalam campuran ekuilibrium yang dihasilkan dari reaksi tersebut. Reaksi pembentukan SO₃ berlangsung sangat lambat pada suhu relatif rendah (misalnya pada 200^oC), tetapi kecepatan reaksi meningkat dengan kenaikan suhu. Oleh karena itu produksi SO₃ dirangsang pada suhu tinggi karena faktor kecepatan. Tetapi campuran ekuilibrium yang dihasilkan pada suhu rendah mengandung persentase SO₃ lebih tinggi daripada campuran yang dihasilkan pada suhu tinggi. Jadi faktor konsentrasi ekuilibrium merangsang produksi SO₃ pada suhu lebih rendah. Jelas bahwa kedua faktor tersebut mempunyai kecenderungan untuk menghambat satu sama lain selama pembakaran. Pada suhu tinggi reaksi mengakibatkan ekuilibrium tercapai dengan cepat karena kecepatan reaksi tinggi, tetapi hanya sedikit SO₃ terdapat di dalam campuran. Pada suhu rendah, reaksi berlangsung sangat lambat sehingga kondisi ekuilibrium (sesuai dengan konsentrasi SO₃ tinggi) tidak pernah tercapai. Jadi produksi SO₃ terhambat pada zona pembakaran suhu tinggi karena kondisi ekuilibrium. Jika produk dijauhkan dari zona tersebut dan didinginkan, kondisi ekuilibrium dapat tercapai, tetapi kecepatan reaksi akan menghambat pembenutkan SO₃ dalam jumlah tinggi.

  D. NITROGEN

Sumber utama nitrogen adalah nitrogen bebas (N2) yang terdapat di atmosfir, yang takarannya mencapai 78 persen volume, dan sumber lainnya yang ada di kulit bumi dan perairan. Nitrogen juga terdapat dalam bentuk yang komplek, tetapi hal ini tidak begitu besar sebab sifatnya yang mudah larut dalam air.

Pada umumnya derivat nitrogen sangat penting bagi kebutuhan dasar nutrisi, tetapi dalam kenyataannya substansi nitrogen adalah hal yang menarik sebagai polutan di lingkungan. Dapat terjadi perubahan global di lingkungan oleh adanya interaksi antara nitrogen oksida dengan ozon di zona atmosfir. Juga adanya perlakuan pemupukan (fertilization treatment) yang berlebihan dapat mempengaruhi air tanah (soil water), sehingga dapat mempengaruhi kondisi air minum bagi manusia. Khusus di laut, kelebihan unsur N dan P akan mengakibatkan kejadian blooming dapat menimbulkan tumbuhnya beberapa alga yang beracun bagi kehidupan fauna, hal ini sangat merugikan produksi.    Bentuk atau komponen N di atmosfir dapat berbentuk ammonia (NH3), molekul nitrogen (N2), dinitrit oksida (N2O), nitrogen oksida (NO), nitrogen dioksida (NO2), asam nitrit (HNO2), asam nitrat (HNO3), basa amino (R3-N) dan lain-lain dalam bentuk proksisilnitri. Dalam telaah kesuburan tanah proses pengubahan nitrogen dapat dilakukan dengan berbagai cara, yaitu mineralisasi senyawa nitrogen komplek, amonifikasi, nitrifikasi, denitrifikasi, dan volatilisasi ammonium.

Sejumlah organisme mampu melakukan fiksasi N dan N-bebas akan berasosiasi dengan tumbuhan. Senyawa N-amonium dan N-nitrat yang dimanfaatkan oleh tumbuhan akan diteruskan ke hewan dan manusia dan kembali memasuki sistem lingkungan melalui sisa-sisa jasad renik. Proses fiksasi memerlukan energi yang besar, dan enzim (nitrogenase) bekerja dan didukung oleh oksigen yang cukup. Kedua faktor ini sangat penting dalam memindahkan N-bebas dan sedikit simbiosis oleh organism.

Nitrogen organic diubah menjadi mineral N-amonium oleh mikroorganisasi dan beberapa hewan yang dapat memproduksi mineral tersebut seperti : protozoa, nematoda, dan cacing tanah. Serangga tanah, cacing tanah, jamur, bakteri dan aktinbimesetes merupakan biang pentingtahap pertama penguraian senyawa N-organik dalam bahan  organic dan senyawa N-kompleks lainnya.

SENYAWA DAN KANDUNGAN NITROGEN DI LAUT

Pengetahuan senyawa dan kandungan N di laut sangat penting untuk diketahui, hal ini mempunyai hubungan erat dengan kehidupan biota laut, dan berkaitan dengan nutrient untuk biota laut. Secara alamiah perkembangan konsentrasi dari nutrient sangat tergantungan dari hubungan antara kedalaman laut dan stok fitoplankton beserta aktivitasnya (Lonshurst, 1988). Studi yang dilakukan di Guinea, Atlantic bagian timur menemukan adanya korelasi antara naiknya turunnya konsentrasi NO3- dengan kedalaman laut dan produksi fitoplankton. Pada laut yang dalam Zn akan menjadi faktor pembuat masalah dalam hubungan antara kandungan oksigen dan klorofil, oleh karena itu sangat menentukan “batas kandungan nitrat” (nitracline) (Longhurst, 1988), mengingat kandungan N dalam air senentiasaa berbentuk ion nitrat dan ion ammonium (Rompas, 1998).

Dalam hubungan inilah penting untuk menentukan konsentrasi nutrient terutama senyawa N-nitrat dan N-amonium pada permukaan laut di wilayah tropika dan subtropika (Longhurast, 1988). Hal ini disebabkan pada kedalaman air 0 – 200 m, sinar matahari masih menembus badan air dan akan terjadi aktivitas biologi yang sangat banyak (Rompos, 1998). Di laut ekuatorial kandungan N03- pada kedalaman 100 m mengandung konsentrasi 10 – 25 μgram atom 1-1 dan pada subtropikal berkisar antara 10 – 25 μgram atom 1-1. Namun dalam keadaan stok klorofil yang tinggi konsentrasi N03- akan menurun (Longshurt, 1988). Beberapa fitoplankton akan mengangkut nitrogen secara vertical ke garis batas nutrient. Beberapa daripadanya dapat membentuk nitrat tetap. Hujan mungkin sangat sedikit sebagai sumber N03- dan NH4+.

Dari hasil penelitian dan fenomena alam tersebut di atas, dapat ditarik kesimpulan bahwa jenis-jenis N-anorganik yang utama dalam air adalah ion nitrat (N03-) dan ion amonimum (NH4+). Namun dalam kondisi tertentu masih terdapat ion nitrit dan sebagian besar dari nitrogen terikat dalam nitrogen organic (47,9%), yaitu bahan-bahan yang berprotein, juga terdapat dalam bahan pencemar seperti asam sianida (HCN), asam etilen diamin tetra asetat (EDTA) atau dalam bentuk asam nitrilotriasetat (NTA) (Rompas, 1998).

Selanjutnya, Soderlund dan Rosswall (1986), melakukan inventarisasi kandungan total nitrogen yang ada di laut. Konsep ini dikutip oleh Rompas (1998), dengan kesimpulan bahwa siklus nitrogen secara global terlihat pada biomasa di laut sekitar 5,3 x 1012 kg tetapi tidak menguraikan secara kuantum distribusinya di laut.

Kandungan NH4+ dapat ditemui di terumbu karang, sebab gas ini merupakan buangan dari organisme akuatik, domestik dan industri. Ion-ion ammonium dan amino-nitrogen (R-NH2 dalam bahan yang berprotein) dioksidasi oleh oksigen dengan adanya ketalis biologi yang cocok :

Reaksi N dapat terjadi jika ada kandungan oksigen yang cukup memadai. Misalnya untuk pengolahan air pembuangan rumah tangga atau industri, bahan organic jika diberi aerasi intensif maka limbah yang mengandung ion ammonium akan terurai menjadi ion nitrat yang dapat diasimilasi. Dalam keadaan tanpa oksigen, NO3- dapat sebagai penerima electron dalam reaksi-reaksi dengan mikroorganisme sebagai perantara:

NO3 - + 6H + 5e ^-                          1/2 N2     + 3H2O

Kemampuan ion nitrat sebagai penerima electron digunakan dalam proses pengolahan air buangan untuk menghilangkan nitrogen dengan membiarkan ion nitrat mengoksidasi methanol melalui reaksi bakteri dengan kondisi anaerob, sebagai berikut :

5CH3 OH + 6 NO 3- + 6 H ⁺                     5 CO2 + 3N2        + 12H2O

Reaksi tersebut di atas disebut denitrifikasi yang dalam beberapa keadaan reduksi ini merubah semua senyawa itu membentuk ion NH4+.

SIKLUS NITROGEN DI LAUT

Siklus nitrogen adalah suatu proses konversi senyawa yang mengandung unsur nitrogen menjadi berbagai macam bentuk kimiawi yang lain. Transformasi ini dapat terjadi secara biologis maupun non-biologis. Beberapa proses penting pada siklus nitrogen, antara lain fiksasi nitrogen, mineralisasi, nitrifikasi, denitrifikasi.

a.      Fiksasi Nitrogen

Semua mikroorganisme mampu melakukan fiksasi nitrogen, dan berasosiasi dengan N-bebas yang berasal dari tumbuhan. Nitrogen dari proses fiksasi merupakan sesuatu yang penting dan ekonomis yang dilakukan oleh bakteri genus Rhizobium dengan tumbuhan Leguminosa termasuk Trifollum spp, Gylicene max (soybean), Viciafaba (brand bean), Vigna sinensis (cowSikluspea), Piscera sativam (chick-pea), dan Medicago sativa (lucerna).

Dalam memproduksi nutrient bagi organisme laut, maka diperlukan fiksasi N dari atmosfir. Penelitian yang dilakukan di Eniwetok Atoll, menemukan bahwa bentuk N sangat bervariasi pada air yang mengalir sesudah terumbu karang karena air tersebut sangat miskin nutrient.

Sumber N yang berasal dari fiksasi-N di laut berasal dari alga hijau biru Calothnia crustacean.  Fiksasi N juga ditemukan pada bakteri anaerobic Thalassia.  Fiksasi N ditemukan pada akar pertumbuhan Thalassia dan makro alga serta coral rubble. Selain itu pentingnya bakteri-bakteri terumbu (reef bacteria) untuk melakukan fiksasi N Spesies Oscillatoria (Tridrodesmium) dan Richella spp, merupakan spesies yang penting dalam proses asimilasi molekul N. Tetapi N-fiksasi di laut Pasifik sangat kecil terjadi, demikian pula di laut Sargossa, jika dibandingkan dengan NH3.

Asimilasi molekul N dapat dihitung melalui kebutuhan N dari Oscillatoria thiebantii. Bagaimanapun alga ini sangat rendah dan dalam dalam proses regenrasi membutuhkan waktu 15 hari atau lebih.  Akhir-akhir ini ditemukan simbiosis asosiasi antara bakteri Azospirillum lipoferum dan akar tumbuhan termasuk rumput tropikal Digitaria decumbens, juga jenis rumput tropikal Paspalum notatum mampu melakukan fiksasi N bersama-sama bakteri Azotobacter paspalli di dalam akar.

b.      Nitrifikasi

Nitrifikasi merupakan suatu proses oksidasi ensimatik yang dilakukan oleh sekelompok jasad renik/bakteri dan berlangsung dalam dua tahap yang terkoordinasikan. Masing-masing dilakukan oleh bakteri/jasad renik yang berbeda pada tahap-tahapan proses nitrifikasi (Mas’ud, 1993), sebagai berikut:

Tahap pertama (nitrisasi)

                                     oksidasi

2 NH4 + 3 O2                                   2 HNO2 + 2 H2O + E (79 kalori).

                                     Ensimatik

Tahap kedua (nitrisasi)

                                     oksidasi

2 HNO2 + O2                            2 HNO3 + E (43 kalori).

                                     Ensimatik

Menurut Rompas (1998), bakteri autotrofi (bakteri nitrifikasi) dapat menggunakan N-anorganik untuk melakukan nitrifikasi, seperti genera bakteri Nitosomonos, Nitrosococcus, Nitrosospira, Nitrosovibrio, dan Nitrosolobus. Pada proses tahap pertama reaksi berlangsung dari ammonium ke nitrit yang melibatkan bakteri Nitrosomonos dan Nitrosococcus dengan persamaan reaksi sebagai berikut:

NH4 + 3/2 O2                                   NO2 + H2O + 2 H E = - 65 kcal

Sedangkan reaksi kedua diperankan oleh bakteri Nitrobacter dan Nitrococcus spp yang melakukan oksidasi dari nitrat ke nitric dengan

persamaan reaksi sebagai berikut :

NO2 + ½ O2                                  NO3 + E = - 18 kcal.

Reaksi nitrifikasi seperti di atas dapat berlangsung jika adanya oksigen. Proses oksidasi dari NO2 ke nitrit umumnya lebih cepat dari pada proses oksidasi dari NH4 ke nitrit, dan nitri ini terakumulasi di lingkungan.

c.       Denitrifikasi dan Asimilasi Nitrat

Denitrifikasi merupakan proses preduksian senyawa N-nitrat menjadi gas nitrogen dan/atau gas nitrogen oksida, dengan nitrogen bertindak sebagai penerima hydrogen. Produksi nitrogen bebas dari senyawa-senyawa organic tidaklah melalui aksi mikroorganisme, namun terbentuk secara tidak langsung oleh saling tindak antara asam nitrat bebas dengan senyawa amino, yang keduanya dihasilkan secara bersama melalui biang bakteri (Mas’ud, 1993).

Menurut Rompas (1998), dalam keadaan anaerob, bakteri aerob dapat memanfaatkan nitrat untuk menggantikan oksigen sebagai penerima elektron, sehingga mengurangi gas-gas produk akhir seperti NO, N2O atau N2, tahapan dalam nitrifikasi adalah sebagai berikut:

8 NH 4⁺ + 2O2                         NO3^- + H2O + 2H

Gas dinitrogen dan nitrogen oksida adalah dua komponen produk akhir yang sangat penting dan N2 biasanya diproduksi dari N2O sedang dari NO dapat terjadi tetapi dalam kondisi tertentu. Terbentuknya N2O dan N2 tidak saja dari nitrat selama respirasi, tetapi dapat juga konversi dengan cara asimilasi ke NH4+ dalam komponen organic biomasa. Tentu pula mikroorganisme dapat merubah NO3- ke NH4+ melalui mekanisme diasimilasi pada kondisi anaerob, mekanisme ini bersama denitrifikasi adalah proses memanfaatkan energi.

Dari kajian-kajian tersebut di atas dapat dikaji bahwa nitrogen dalam air terjadi dalam berbagai bentuk senyawa. Nitrogen yang terbanyak dalam bentuk N-molekuler (N2) yang berlipat ganda jumlahnya daripada nitrit (NO2) atau nitrat (NO3), tetapi tidak dalam bentuk yang berguna bagi jasad hidup.

Nitrogen memegang peranan kritis dalam siklus organic dalam menghasilkan asam-asam amino yang membuat protein. Dalam siklus nitrogen, tumbuh-tumbuhan menyerap N-anorganik dalam salah satu gabungan atau sebagai nitrogen molekuler. Tumbuh-tumbuhan ini membuat protein yang kemudian dimakan hewan dan diubah menjadi protein hewan. Jaringan organic yang mati diurai oleh berbagai jenis bakteri, termasuk didalamnya bakteri pengikat nitrogen yang mengikat nitrogen molekuler menjadi bentuk-bentuk gabungan (NO2, NO3, NH4) dan bakteri denitrifikasi yang melakukan hal sebaliknya. Nitrogen lepas ke udara dan diserap dari udara selama siklus berlangsung. Jumlah nitrogen yang tergabung dalam mineral dan mengendap di dasar laut tidak seberapa besar.  Nitrat terbanyak terdapat di lapisan permukaan, ammonium tersebar secara seragam, dan nitrit terpusat dekat termoklin. Interaksi-interkasi antara berbagai tingkat nitrogen organic dan bakteri sedemikian rupa sehingga pada saat nitrogen diubah menjadi berbagai senyawa anorganik, zat-zat ini sudah tenggelam di bawah termoklin. Hal ini menimbulkan masalah bagi penyediaan nitrogen karena termoklin merupakan penghalang bagi migrasi menegak unsur-unsur ini dan kenyataannya persediaan nitrogen akan menjadi faktor pembatas bagi produktivitas di laut.

Gambar Siklus Nitrogen

FUNGSI DAN SUMBER NITROGEN

      Ada beberapa fungsi nitrogen pada tanaman adalah sebagai berikut :

a.       Nitrogen merupakan suatu bagian dari sel hidup dan bagian utama dari semua protein,   enzim dan proses metabolik yang disertakan pada sintesa dan perpindahan energi.

b.      Nitrogen merupakan bagian dari kloro l, pewarna hijau dari tanaman yang bertanggung jawab terhadap fotosintesis.

c.       Nitrogen membantu tanaman mempercepat pertumbuhannya, meningkatkan produksi bibit dan buah serta memperbaiki kualitas daun dan akar.

            Nitrogen bersumber dari pupuk dan udara (tumbuhan memperolehnya dari atmosfer). Sumber nitrogen yang digunakan pada pupuk buatan sangat banyak, seperti amonia (NH3), diamonium fosfat ((NH4)2HPO4), amonium nitrat (NH4NO3), amonium sulfat ((NH4)2SO4), kalsium cyanamida (CaCN2), kalsium nitrat (Ca(NO3)2), natrium nitrat (NaNO3), dan urea (N2H4CO). Sumber utama nitrogen secara geologi adalah kelompok mineral nitrat, seperti nitratit dan niter (saltpeter).

Nitratit (NaNO3) mempunyai struktur kristal yang mirip dengan kalsit dan mudah larut dalam air, sehingga hanya dapat ditemukan pada daerah kering. Nitratit mempunyai kekerasan rendah (1 . 2 skala Mohs) dan berat jenis 2,29 gr/cm3. Mineral ini banyak dijumpai di bagian utara Chile, yang juga dikenal sebagai sumber nitrogen (Klein, 1993; 2004). Berbeda dengan nitratit, niter (KNO3) mempunyai struktur yang sama dengan aragonit dan memiliki kembaran heksagonal semu. Seperti halnya nitratit, mineral ini juga sangat mudah larut dalam air. Niter lebih sedikit dijumpai di alam dibandingkan nitratit, namun di beberapa negara merupakan sumber dari nitrogen untuk pupuk.

BAB III
KESIMPULAN

Selain unsur hara makro (N, P, K) unsur lain yang dibutuhkan tanaman tidak itu saja meliankan ada 16 macam unsur yang terbagi atas unsur hara makro (C,H,O,N,P,K.Ca,Mg dan S) dan unsur mikro (Fe, Mn, Mo, B, CU,Zn, dan Cl). Bila penerapan pemupukan yang tidak diikuti dengan peningkatan produksi karena hanya memenuhi beberapa unsur hara makro saja, sementara unsur mikro yang lain tidak terpenuhi. Padahal meskipun dibutuhkan dalam jumlah yang lebih sedikit, unsur mikro ini tidak kalah pentingnya dengan unsur hara makro sebagai komponen struktural sel yang terlibat langsung dalam metabolisme sel dan aktivitas enzim. Unsur Mangan merupakan unsur mikro yang dibutuhkan tanaman dalam jumlah yang tidak terlalu banyak. Mangan sangat berperan dalam sintesa klorofil selain itu berperan sebagai koenzim.

Besi adalah logam yang berasal dari bijih besi (tambang) yang banyak digunakan untuk kehidupan manusia sehari-hari dari yang bermanfaat sampai dengan yang merusakkan. Dalam tabel periodik, besi mempunyai simbol Fe dan nomor atom 26. Besi juga mempunyai nilai ekonomis yang tinggi.

Belerang atau sulfur adalah unsur kimia dalam tabel periodik yang memiliki lambang S dan nomor atom 16. Bentuknya adalah non-metal yang tak berasa, tak berbau dan multivalent. Belerang, dalam bentuk aslinya, adalah sebuah zat padat kristalin kuning. Di alam, belerang dapat ditemukan sebagai unsur murni atau sebagai mineral- mineral sulfide dan sulfate. Ia adalah unsur penting untuk kehidupan dan ditemukan dalam dua asam amino.

Nitrogen memegang peranan kritis dalam siklus organic dalam menghasilkan asam-asam amino yang membuat protein.  Nitrogen di laut dapat berbentuk N-molekuler (N2) yang berlipat ganda jumlahnya daripada nitrit (NO2) atau nitrat (NO3), tetapi tidak dalam bentuk yang berguna bagi jasad hidup, sebelum terjadinya proses pengikatan dalam bentuk senyawa-senyawa. Terdapat hubungan yang signifikan antara kedalaman laut dan stok fitoplankton dengan jumlah nitrogen yang ada di dalam laut.

DAFTAR PUSTAKA

Hefni effendi, 1996, Telaah Kualitas Air Bagi Pengelolaan Sumberdaya Di Lingkungan Perairan, Kanisius, Jakarta.

Purwohadijanto, Prapti Sunari, Sri Andayani, 2008, Pemupukan dan Kesuburan Perairan Budidaya, Faperik UB Malang.

Rianto, T. 2003. Toksisitas Sulfida Terhadap Benih Ikan Kerapu Macan (Ephinephelus fisceguttatus). Skripsi. Fakultas Perikanan Dan Ilmu Kelautan. Universitas Riau.

Sri andayani, Ir, 2005, Manajemen Kualitas Air untuk Budidaya Peraian, Faperik Unibraw, Malang

Suryasi, R. 2005. Toksisitas Sulfida Terhadap Fisiologi Darah Benih Ikan Mas (Cyprinus carpio L). Skripsi. Fakultas Keguruan Dan Ilmu Pendidikan. Universitas Riau.

Romimohtarto, K dan S. Juwana. 2001. Biologi Laut : Ilmu Pengetahuan tentang Biologi Laut. Jakarta: Penerbit Djambatan