Nutrien dan Nitrogen

TUGAS

OSEANOGRAFI KIMIA

“Nutrien dan Nitrogen”

Selasa, 15 November 2011

Oleh :

MOHAMAD IQBAL PRIMANANDA

26020210110028

Oseanografi - A

PROGRAM STUDI OSEANOGRAFI

JURUSAN ILMU KELAUTAN

FAKULTAS PERIKANAN DAN ILMU KELAUTAN

UNIVERSITAS DIPONEGORO

SEMARANG

2011

1.       NUTRIEN

Tumbuhan dan hewan yang hidup umumnya membutuhkan nutrien untuk  tumbuh dan berkembang. Organisme hidup memenuhi kebutuhannya akan nutrien dengan cara menyerap  unsur  hara  dari  tanah,  makan  dan  minum  atau  melalui  proses  absorbsi, dekomposisi dan difusi elemen yang dibutuhkan dari  lingkungan sekitarnya. Ada elemen atau  senyawa  yang mampu  diproduksi  dan  dihasilkan  oleh  tubuh  seperti  hormon,  zat tepung,  serbuk  sari  dan madu  pada  bunga.  Namun  adapula  elemen  yang  tidak  dapat dihasilkan oleh tubuh. Elemen  ini umumnya diperlukan dalam  jumlah sedikit oleh tubuh namun  sangat  penting  bagi  proses metabolisme,  fisiologi  dan  reaksi  biokimiawi  dalam tubuh. Kekurangan elemen  ini akan menyebabkan gangguan metabolisme dan penyakit akibat  defisiensi.  Elemen  ini  dikenal  sebagai  elemen  esensial.  Vitamin  dan  mineral umumnya termasuk dalam senyawa yang bersifat esensial.

Elemen  esensial  yang  ada  di  laut  umumnya  memiliki  konsentrasi  yang  rendah. Konsentrasi elemen esensial yang berlebihan di dalam air laut (akibat run off dari daratan dan  antropogenik)  dapat  memberikan  dampak  yang  merugikan  bagi  makhluk  hidup. Elemen  yang  tidak  dibutuhkan  oleh  tubuh  atau  jika  kekurangan  tidak  menimbulkan gangguan  pada  proses  metabolisme  dalam  tubuh  tergolong  elemen  non  esensial.

Millero  dan  Sohn  (1992)  menyatakan  bahwa  perairan  laut  memiliki  konsentrasi senyawa  organik  yang  sangat  rendah  dibandingkan  konsentrasi  senyawa  inorganik. Senyawa organik  terdiri dari kelompok hewan yang  telah hidup dan  telah mati. Serasah atau  detritus  hasil  degradasi  bahan  organik  dan  pengaruh  antropogenik.  Berdasarkan komposisi kimianya, bahan organik terdiri atas karbohidrat, protein, asam amino, lemak, hidrokarbon,  asam  karbosiklik,  humus,  dan  kerogen  serta  komponen-komponen mikro lainnya  seperti  steroid,  aldehid,  alkohol  dan  komponen  organo-sulfur.Riley dan Chester (1971), menyatakan bahwa unsur N, P dan Si adalah merupakan elemen esensial terpenting yang dibutuhkan oleh organisme laut. Ketiga elemen tersebut berperan penting dalam metabolisme, proses fisiologis dan reaksi biokimiawi dalam tubuh. Nitrogen penting untuk membangun jaringan tubuh. Sedangkan fosfor dan silica penting dalam pembentukan cangkang terutama bagi kelompok Diatom, Coccolithofor dan Pteropod.

Nutrien adalah semua unsur dan senyawa yang dibutuhkan tumbuh – tumbuhan melalui proses fotosintesis dan berada dalam material organik. Nutrient dapat dibagi menjadi 2 elemen, Elemen – elemen yang termasuk nutrien antara lain :

·         Makro nutrien : Dibutuhkan dalam jumlah yang besar. Contohnya : C, N, P, O, Si, Mg, K, Na

·         Mikro nutrien : Dibutuhkan hanya dalam jumlah yang sedikit. Contohnya : Fe, Cu, MN, V

Elemen makro esensial yaitu elemen yang dibutuhkan dalam jumlah yang banyak.

Elemen mikro esensial yaitu elemen yang dibutuhkan dalam jumlah yang sedikit.

Secara garis besar, elemen dapat dibagi menjadi 2, yaitu : elemen organik dan inorganik. Miessler dan Tarr (2000) menyatakan bahwa elemen organik berkaitan dengan senyawa hidrokarbon dan derivatnya yang sebagian besar menjadi elemen utama yang menyusun makhluk hidup. Asam amino, protein dan lemak yang menyusun organisme hidup umumnya tersusun dari elemen organik (unsur atau senyawa yang terdiri dari  C , H dan O). Sedangkan elemen inorganik mencakup keseluruhan elemen yang terdapat dalam tabel periodik unsur termasuk Hidrogen dan Karbon itu sendiri.  Namun, menurut Manahan (2001), elemen, bahan atau materi organik adalah semua senyawa yang mengandung karbon termasuk substansi yang dihasilkan dari proses hidup (kayu, kapas, wol), minyak bumi, gas alam (metan), cairan pelarut/pembersih, fiber sintetik dan plastik. Sedangkan elemen atau bahan inorganik adalah semua substansi yang tidak mengandung Karbon seperti logam, batuan, garam, air, pasir dan beton. Elemen inorganik ada yang bersifat terlarut (dissolved) dan ada yang padat (solid atau insoluble).

Elemen dan Fungsinya

§  Senyawa fercedoxin yang terdiri dari Fe, berperan dalam proses asimilasi

§  Mn : kofaktor enzim yang berperan dalam proses fotosintesis

§  Si dan P : bahan untuk membuat cangkang dan rangka ekstenal.

§  N, MO, Cu : membentuk kofaktor

§  Menjadi produksi biologi (mengandung produkivias primer fitoplakton yang jadi dasar rantai makanan dalam ekosistem laut.

§  Karbon sanga dibutuhkan, namun tidak termasuk nutrient karena bukan factor pembatas. Hal ini karena C jumlahnya melimpah.

Sumber nutrien

a.       Allotochnous (eksternal)

§  Aktifitas gunung berapi / vulkanik

§  Aktifitas manusia

§  Atmosfer

b.      Autotochnous (internal )

§  Aktifitas gunung berapi bawah laut

§  Pergeseran kerak bumi

§  Aktifitas biologi

Karakteristik Utama Nutrien

Dalam mempelajari nutrient, perlu diketahui tentang :

§  Struktur dan karakteristik nutrient

§  Makanan apa yang merupakan sumber utamanya

§  Bagaimana nutrient tersebut diproses dalam saluran cerna, diserap, diangkut dan disimpan

§  Dalam bentuk apakah nutrient tersebut digunakan, apa yang menentukan penggunnanya, bagaimana dan dalam kondisi apa nutrient tersebut dimobilisasi, bagaimana kelebihan nutrient

Mekanisme transport elemen

§  Sungai

§  Udara

§  Pencairan es

2.       NITROGEN

Air adalah suatu zat pelarut yang bersifat sangat berdayaguna, yang mampu melarutkan zat-zat lain dalam jumlah yang lebih besar dari zat cairnya. Sifat ini dapat dilihat dari banyaknya unsur-unsur pokok yang terdapat di dalam air laut. Selain itu air laut juga mengandung sejumlah besar gas-gas udara yang terlarut.

Semua gas-gas yang ada di atmosfir dapat dijumpai di dalam air laut walaupun jumlah terdapat dalam jumlah yang lebih sedikit jika dibandingkan dengan yang ada di atmosfir  konsentrasi nitrogen di atmosfir mencapai 780,90 cm³/liter udara sedangkan konsentrasi nitrogen di dalam air laut hanya mencapai 13 cm³/liter air laut. Namun demikian konsentrasi nitrogen masih lebih tinggi dibandingkan dengan gas-gas lainnya seperti oksigen, argon,neon, helium, dan gas xrypton. Tingginya konsentrasi gas nitrogen dibandingkan dengan gas-gas lain hal ini disebabkan selain faktor siklus alamiah yang berlangsung, nitrogen  juga memegang peranan kritis dalam daur organik untuk menghasilkan asam-asam amino yang membentuk protein.

Daur bahan organik atau disingkat daur organik di laut sama dengan daur organik di lingkungan air tawar dan di darat. Karbon (C) bersama-sama dengan unsur hara lainnya seperti posfor (P) dan nitrogen (N) melalui proses fotosintesis menghasilkan jaringan tumbuh-tumbuhan yang menjadi makanan hewan. Keduanya akan menghasilkan zat organik dan jika mereka mati dan membusuk maka akan dihasilkan bahan mentah untuk memulai daur bahan organik lagi (Romimohtarto dan Juwana, 2001).

Unsur hara nitrogen (N) tidak mempunyai hubungan tetap dengan unsurk hara posfor (P), tetapi bersama-sama dengan karbon (C), N dan P,merupakan unsur-unsur utama dalam produksi zat organik. Walaupun hara C terdapat dalam jumlah yang banyak, tetapi kedua unsur hara N dan P menjadi faktor pembatas dalam daur bahan organik di laut.

1.1              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 (Herbland dan Voituriesa, 1979). 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 inlah 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

1.2              Distribusi Nitrogen

  Proses distribusi nitrat tergolong lebih kompleks jika dibandingkan dengan mikro elemen esensial yang lain seperti Fosfat dan Silikat. Awal distribusi terjadi saat senyawa nitrat  yang berasal dari daratan tiba di muara sungai dan kemudian masuk ke laut. Saat tumbuhan dan hewan mati, senyawa nitrogen akan mengalami regenerasi  dan terdistribusi ke seluruh kolom air. Nitrat kemudian diambil dari lapisan permukaan laut oleh fitoplankton melalui  absorbsi dan memasuki proses berikutnya, yaitu: fotositesis. Burung laut juga dapat menyebabkan hilangnya kandungan nitrogen dalam air dalam bentuk senyawa NaNO3 yang terdapat dalam guano. Deposit NaNO3 yang besar di padang pasir daerah Chile dapat saja terbentuk akibat fiksasi oleh bakteri ataupun aktifitas vulkanisme. Nitrogen juga dapat hilang ke atmosfir sebagai N2O.  Gas ini juga dapat bereaksi dengan ozon. Dengan demikian dapat didimpulkan bahwa siklus nitrogen sangat ditentukan oleh organisme biologis. Fiksasi Nitrogen (N2-NO3) dilakukan oleh bakteria nodular yang terdapat pada tumbuhan dari kelompok Leguminosae yang terdapat di darat. Bakteri air tawar, jamur dan khamir juga mampu melakukan fiksasi nitrogen. Demikian pula alga hijau-biru yang hidup di laut. 

1.3              Siklus Nitrogen di laut

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 (Davis, 1986).

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 di dalamnya 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 (Romimohtarto dan Juwana, 2001). Pola sebaran nitrogen di Samudera Atlantik, Pasifik dan Samudera India tidak menunjukkan perbedaan yang signifikan (Davis, 1986).

Sebaran menegak dari bentuk-bentuk gabungan nitrogen berbeda di laut. 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.

Daur Nitrogen di Alam

Daur Nitrogen di Laut

Tumbuhan seperti ganggang atau alga memperoleh nitrogen dari dalam tanah berupa amonia (NH₄), ion nitrit (N0₂^- ), dan ion nitrat (N0₃^- ). Selain itu, terdapat bakteri yang dapat mengikat nitrogen secara langsung, yakni Azotobacter sp. yang bersifat aerob dan Clostridium sp. yang bersifat anaerob, dan Anabaena sp. (ganggang biru) juga mampu menambat nitrogen. Nitrogen yang diikat dalam bentuk ammonia (NH₄).

Amonia juga diperoleh dari hasil penguraian jaringan yang mati oleh bakteri. Amonia ini akan dinitrifikasi oleh bakteri nitrit, yaitu Nitrosomonas dan Nitrosococcus dan dirombak kembali oleh Nitrobacter sehingga menghasilkan nitrat yang akan diserap oleh akar tumbuhan. Selanjutnya oleh bakteri denitrifikan, (Thiobacillus denitrificans, Pseudomonas denitrificans) nitrat diubah menjadi amonia kembali, dan amonia diubah menjadi nitrogen yang dilepaskan ke udara. Dengan cara ini siklus nitrogen akan berulang dalam ekosistem.

Sederhananya, tumbuh-tumbuhan menyerap nitrogen anorganik dalam salah satu bentuk gabungan atau sebagai nitrogen molekuler. Tumbuh-tumbuhan ini membuat protein yang kemudian dimakan oleh hewan dan diubah menjadi protein hewani. Jaringan organic yang mati diurai oleh berbagai jenis bakteri pengikat nitrogen kemudian bakteri denitrifikasi melakukan hal sebaliknya. Nitrogen diepas ke udara dan kemudian diserap lagi untuk daur berikutnya.

Secara singkat daur nitrogen di dalam laut adalah :

Pengikatan nitrogen dari udara oleh bakteri menjadi amonia

 

Nitrifikasi (oleh bakteri) : amonia à nitrit à nitrat

Denitrifikasi (oleh bakteri): nitrat à nitrogen

1.4              Peranan Nitrogen di Air Laut

Nitrogen merupakan unsur pembatas pertumbuhan dan memainkan peran penting dalam mengkontrol produktivitas biologis. Beberapa bahagian dari siklus biogeokimiawi nitrogen di laut turut berperan dalam rangkaian 'feedback' yang mengatur iklim, pembentukan sedimen biogenik, dan kadar beberapa bahan kimia dalam air laut.

Nitrogen dalam air laut umumnya terlarut dalam bentuk nitrat (NO₃), nitrit (NO₂) dan Amonia  (NH₄).  Bentuk-bentuk  senyawa  dari  nitrogen  tersebut  diabsorbsi  oleh organisme  laut  untuk  memenuhi  kebutuhan  akan  nitrogen  sebagai  salah  satu komponen utama pembentukan asam amino yang menjadi cikal bakal terbentuknya protein.

PERTANYAAN :

1.        Dibawah ini termasuk sumber nutrient Autotochnous (internal), kecuali…

A.       Aktifitas gunung berapi bawah laut

B.       Pergeseran kerak bumi

C.       Aktifitas biologi

D.       Atmosfer

E.        A, B dan C Benar

Jawaban : D. Atmosfer

2.        Yang termasuk mikro nutrient adalah…

A.    N

B.     Mg

C.     Fe

D.    K

E.     Si

Jawaban : C. Fe

DAFTAR PUSTAKA

Anderson, G.C., T.R. Parsons, and K. Stephens. 1969. Nitrate Distribution inSubarctic Northeast Pasific Ocean Deep Sea. Res (16), 329-334 p.

Carpenter, E.J., and J.J. McCarthy. 1975. Nitrogen Fixation and Uptake of Combined Nitrogeneous Nutrient by Oscillatoria thiebautii in Western Sargasso Sea. Limnol Oceagogr (20), 389 – 401 p.

Darjamuni. 2003. “Siklus Ntirogen di Laut”

Eppley, R.W., Renger, E.H., and G.W. Harrison. 1979. Nitrat and Phytoplankton Production in Southern California Coastal Waters. Limnol Oceanogr (24), 483 – 494 p.

Miessler, G. L dan Donald A. Tarr. Inorganic Chemistry.  3rd Edition. Pearson Prentice-Hall. 706 + xiii halaman.

Millero, F. J. 2006. Chemical Oceanography. 3rd edition. CRC-Taylor and Francis. Boca Raton – London . 496 + xi halaman.

Riley, J. P dan R. Chester. 1971. Introduction to Marine Chemistry. Academic Press London and New York. 465 halaman + xiv.

Romimohtarto, K. 2009. Biologi Laut. Djambatan : Jakarta

Wibisono, M.S. 2005. Pengantar Ilmu Kelautan. Grasindo : Jakarta

http://blog.unila.ac.id/ekoefendi/2009/09/03/element-mikro/ diakses 15 November 2011 pukul 01:30

http://www.ilmupedia.com/siklus biogeokimia diakses 14 November 2011 pukul 21:23

http://www.docstoc.com/docs/10627572/esensial-nutrien  diakses 14 November 2011 pukul 22:31