DAUR / SIKLUS SULFUR (BELERANG)
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.
Selain proses tadi, manusia juga berperan dalam siklus sulfur. Hasil pembakaran pabrik membawa sulfur ke atmosfer. Ketika hujan terjadi, turunlah hujan asam yang membawa H2SO4 kembali ke tanah. Hal ini dapat menyebabkan perusakan batuan juga tanaman.
Dalam daur belerang, mikroorganisme yang bertanggung jawab dalam setiap trasformasi adalah sebagai berikut :
- H2S → S → SO4; bakteri sulfur tak berwarna, hijau dan ungu.
- SO4 → H2S (reduksi sulfat anaerobik), bakteri desulfovibrio.
- H2S → SO4 (Pengokaidasi sulfide aerobik); bakteri thiobacilli.
- S organik → SO4 + H2S, masing-masing mikroorganisme heterotrofik aerobik dan anaerobik.
Peranan Nitrogen dan Sulfur terhap pertumbuhan tanaman
a. Peranan Nitrogen
Ada beberapa peranan nitrogen terhadap pertumbuhan tanaman diantaranya adalah memacu pertumbuhan tanaman secara umum terutama pada fase vegetative, berperan dalam pembentukan klorofil, dan merangsang perkembang biakan mikroorganisme.
Peranan nitrogen dalam tanaman yaitu mensintesis karbohidrat menjadi protein dan protoplasma (melalui mekanisme respirasi) yang berperan dalam pembentukan jaringan fegetatif tanaman. Sedangkan peranan nitropgen dalam tanah yaitu nitrogen diserap tanaman dalam bentuk nitrat (NO3) dan ammonium (NH4), akan tetapi nitrat akan segera tereduksi menjadi amonium melalui enzim yang mengandung Mo.
Amonium merupakan sumber nitrogen bagi tumbuhan yang hidup di tanah masam, terutama tanah humus, nitrat, merupakan sumber nitrogen bagi tumbuhan yang hidup di tanah netral atau basa selanjutnya organic, merupakan sumber nitrogen bagi tumbuhan yang hidup di tanah organic. Nitrogen udaram merupakaan sumber nitrogen bagi tumbuhan yang bersimbiosis dengan organisme penambat nitrogen.
b. Peranan Sulfur
Pada umumnya belerang dibutuhkan tanaman dalam pembentukan asam-asam amino sistin, sistein, dan metionin. Disamping itu S juga merupakan bagian dari biotin, tiamin, ko-enzim A dan glutationin. Diperkirakan 90% S dalam tanaman ditemukan dalam bentuk asam amino, yang salah satu fungsi utamanya adalah penyususn protein yaitu dalam pembentukan ikatan disulfide antara rantai-rantai peptide. Belerang merupakan bagian (constituent) dari hasil metabolisme senyawa-senyawa kompleks. Belerang juga berfungsi sebagai activator, kofaktor atau regulator enzim dan berperan dalam proses fisiologi tanaman. Selain fungsi yang dikemukakan di atas, peranan S dalam pertumbuhan dan metabolisme tanaman sangat banyak dan penting, diantaranya (1) merupakan bagian penting dari ferodoksin, suatu complex Fe dan S yang terdapat dalam kloroplas dan terlibat dalam reaksi oksidoreduksi dengan transfer elektron serta dalam reduksi nitrat dalam proses fotosintesis, (2) S terdapat dalam senyawa-senyawa yang mudah menguap yang menyebabkan adanya rasa dan bau pada rumput-rumputan dan bawang-bawangan.
Belerang dikaitkan pula dengan pembentukan klorofil yang erat hubungannya dengan proses fotosintesis dan ikut serta dalam beberapa reaksi metabolisme seperti karbohidrat, lemak, dan protein. Belerang juga dapat merangssang pembentukan akar dan buah serta dapat mengurangi serangan penyakit.
Tanaman sangat membutuhkan blerang karena pada umumnya belerang yang dibutuhkan untuk pertumbuhan optimal tanaman bervariasi antara 0.1 sampai 0.5% dari bobot kering tanaman. Spencer (1975) membagi 3 kelompok tanaman berdasarkan tingkat kebutuhan S, yaitu:
- tanaman dengan tingkat kebutuhan S yang banyak (20-80 kg S/ha)
- tanaman dengan tingkat kebutuhan S sedang (10-50 kgS/ha)
- tanaman dengan kebutuhan S rendah (5-25 kg S/ha).
Berdasarkan familinya, kebutuhan S oleh tanaman Graminaea, Leguminaeae, Cruciferae, yang dapat dilihat dari kandungan sulfat pada biji dari masing-masing kelompok tanaman tersebut adalah secara berturut-turut (0.18-0.19%, 0,25-0 3% dan 1.1-1.7%) dari bobot kering tanaman.
Devisiensi Unsur Nitrogen dan Belerang
Kekurangan unsur hara Nitrogen (N)
- Warna daun hijau agak kekuning-kuningan dan pada tanaman padi warna ini mulai dari ujung daun menjalar ke tulang daun selanjutnya berubah menjadi kuning lengkap, sehingga seluruh tanaman berwarna pucat kekuning-kuningan. Jaringan daun mati dan inilah yang menyebabkan daun selanjutnya menjadi kering dan berwarna merah kecoklatan.
- Pertumbuhan tanaman lambat dan kerdil
- Perkembangan buah tidak sempurna atau tidak baik, seringkali masak sebelum waktunya
- Dapat menimbulkan daun penuh dengan serat, hal ini dikarenakan menebalnya membran sel daun sedangkan selnya sendiri berukuran kecil-kecil
- Dalam keadaan kekurangan yang parah, daun menjadi kering, dimulai dari bagian bawah terus ke bagian atas.
Kekurangan unsur hara Belerang (S)
- Daun-daun muda mengalami klorosis (berubah menjadi kuning), perubahan warna umumnya terjadi pada seluruh daun muda, kadang mengkilap keputih-putihan dan kadang-kadang perubahannya tidak merata tetapi berlangsung pada bagian daun selengkapnya
- Perubahan warna daun dapat pula menjadi kuning sama sekali, sehingga tanaman tampak berdaun kuning dan hijau, seperti misalnya gejala-gejala yang tampak pada daun tanaman teh di beberapa tempat di Kenya yang terkenal dengan sebutan”Tea Yellow” atau”Yellow Disease”
- Tanaman tumbuh terlambat, kerdil, berbatang pendek dan kurus, batang tanaman berserat, berkayu dan berdiameter kecil
- Pada tanaman tebu yang menyebabkan rendemen gula rendah
- Jumlah anakan terbatas.
PROSES-PROSES DALAM DAUR NITROGEN
Nitrogen hadir di lingkungan dalam berbagai bentuk kimia termasuk nitrogen organik, amonium (NH4 +), nitrit (NO2-), nitrat (NO3-), dan gas nitrogen (N2). Nitrogen organik dapat berupa organisme hidup, atau humus, dan dalam produk antara dekomposisi bahan organik atau humus dibangun. Proses siklus nitrogen mengubah nitrogen dari satu bentuk kimia lain. Banyak proses yang dilakukan oleh mikroba baik untuk menghasilkan energi atau menumpuk nitrogen dalam bentuk yang dibutuhkan untuk pertumbuhan. Diagram di atas menunjukkan bagaimana proses-proses cocok bersama untuk membentuk siklus nitrogen (lihat gambar).
Fiksasi Nitrogen
Fiksasi nitrogen adalah proses alam, biologis atau abiotik yang mengubah nitrogen di udara menjadi ammonia (NH3). Mikroorganisme yang mem-fiksasi nitrogen disebut diazotrof. Mikroorganisme ini memiliki enzim nitrogenaze yang dapat menggabungkan hidrogen dan nitrogen. Reaksi untuk fiksasi nitrogen biologis ini dapat ditulis sebagai berikut :
N2 + 8 H+ + 8 e− → 2 NH3 + H2
Mikro organisme yang melakukan fiksasi nitrogen antara lain : Cyanobacteria, Azotobacteraceae, Rhizobia, Clostridium, dan Frankia. Selain itu ganggang hijau biru juga dapat memfiksasi nitrogen. Beberapa tanaman yang lebih tinggi, dan beberapa hewan (rayap), telah membentuk asosiasi (simbiosis) dengan diazotrof. Selain dilakukan oleh mikroorganisme, fiksasi nitrogen juga terjadi pada proses non-biologis, contohnya sambaran petir. Lebih jauh, ada empat cara yang dapat mengkonversi unsur nitrogen di atmosfer menjadi bentuk yang lebih reaktif :
- Fiksasi biologis: beberapa bakteri simbiotik (paling sering dikaitkan dengan tanaman polongan) dan beberapa bakteri yang hidup bebas dapat memperbaiki nitrogen sebagai nitrogen organik. Sebuah contoh dari bakteri pengikat nitrogen adalah bakteri Rhizobium mutualistik, yang hidup dalam nodul akar kacang-kacangan. Spesies ini diazotrophs. Sebuah contoh dari hidup bebas bakteri Azotobacter.
- Industri fiksasi nitrogen : Di bawah tekanan besar, pada suhu 600 C, dan dengan penggunaan katalis besi, nitrogen atmosfer dan hidrogen (biasanya berasal dari gas alam atau minyak bumi) dapat dikombinasikan untuk membentuk amonia (NH3). Dalam proses Haber-Bosch, N2 adalah diubah bersamaan dengan gas hidrogen (H2) menjadi amonia (NH3), yang digunakan untuk membuat pupuk dan bahan peledak.
- Pembakaran bahan bakar fosil : mesin mobil dan pembangkit listrik termal, yang melepaskan berbagai nitrogen oksida (NOx).
- Proses lain: Selain itu, pembentukan NO dari N2 dan O2 karena foton dan terutama petir, dapat memfiksasi nitrogen.
Asimilasi
Tanaman mendapatkan nitrogen dari tanah melalui absorbsi akar baik dalam bentuk ion nitrat atau ion amonium. Sedangkan hewan memperoleh nitrogen dari tanaman yang mereka makan.
Tanaman dapat menyerap ion nitrat atau amonium dari tanah melalui rambut akarnya. Jika nitrat diserap, pertama-tama direduksi menjadi ion nitrit dan kemudian ion amonium untuk dimasukkan ke dalam asam amino, asam nukleat, dan klorofil. Pada tanaman yang memiliki hubungan mutualistik dengan rhizobia, nitrogen dapat berasimilasi dalam bentuk ion amonium langsung dari nodul. Hewan, jamur, dan organisme heterotrof lain mendapatkan nitrogen sebagai asam amino, nukleotida dan molekul organik kecil.
Amonifikasi
Jika tumbuhan atau hewan mati, nitrogen organik diubah menjadi amonium (NH4+) oleh bakteri dan jamur.
Nitrifikasi
Konversi amonium menjadi nitrat dilakukan terutama oleh bakteri yang hidup di dalam tanah dan bakteri nitrifikasi lainnya. Tahap utama nitrifikasi, bakteri nitrifikasi seperti spesies Nitrosomonas mengoksidasi amonium (NH4 +) dan mengubah amonia menjadinitrit (NO2-). Spesies bakteri lain, seperti Nitrobacter, bertanggung jawab untuk oksidasi nitrit menjadi dari nitrat (NO3-). Proses konversi nitrit menjadi nitrat sangat penting karena nitrit merupakan racun bagi kehidupan tanaman.
Proses nitrifikasi dapat ditulis dengan reaksi berikut ini :
- NH3 + CO2 + 1.5 O2 + Nitrosomonas → NO2- + H2O + H+
- NO2- + CO2 + 0.5 O2 + Nitrobacter → NO3-
- NH3 + O2 → NO2− + 3H+ + 2e−
- NO2− + H2O → NO3− + 2H+ + 2e
Denitrifikasi
Denitrifikasi adalah proses reduksi nitrat untuk kembali menjadi gas nitrogen (N2), untuk menyelesaikan siklus nitrogen. Proses ini dilakukan oleh spesies bakteri seperti Pseudomonas dan Clostridium dalam kondisi anaerobik. Mereka menggunakan nitratsebagai akseptor elektron di tempat oksigen selama respirasi. Fakultatif anaerob bakteri ini juga dapat hidup dalam kondisi aerobik.
Denitrifikasi umumnya berlangsung melalui beberapa kombinasi dari bentuk peralihan sebagai berikut:
NO3− → NO2− → NO + N2O → N2 (g)
Proses denitrifikasi lengkap dapat dinyatakan sebagai reaksi redoks:
2 NO3− + 10 e− + 12 H+ → N2 + 6 H2O
Oksidasi Amonia Anaerobik
Dalam proses biologis, nitrit dan amonium dikonversi langsung ke elemen (N2) gas nitrogen. Proses ini membentuk sebagian besar dari konversi nitrogen unsur di lautan. Reduksi dalam kondisi anoxic juga dapat terjadi melalui proses yang disebut oksidasi amonia anaerobik
NH4+ + NO2− → N2 + 2 H2O.
Penyerapan nitrogen
Anasir hara nitrogen (N) diserap perakaran tanaman dalam bentuk anion nitrat (NO3-), kation amonium (N4+) dan bahan lebih kompleks, seperti asam amino larut atmosphere dan asam nukleik.
Setiap jenis tanaman mempunyai kecenderungan khusus untuk menggunakan bentuk ion nitrogen yang dibutuhakannya dan kecendrungan ini dapat berubah oleh cause lingkungan.
Umumnya tanaman mampu menyerap dan menggunakan nitrat dan amonium.
Tanaman lahan atusan lebih banyak menyerap N dalam bentuk anion nitrat,
sedangkan tanman padi sawah lebih banyak menyerap N-NH4+.
b. Asimilasi Sulfur
Sulfur adalah komponen asam amino yang dibutuhkan untuk sintesis protein. Beberapa organisme dapat memperoleh sulfur melalui asimilasi reduksi sulfat, sebagian lagi memperoleh sulfur melalui reduksi senyawa sulfur seperti H.
Sulfur adalah nutrisi utama bagi semua organisme. Plant Tanaman spesies memiliki keanekaragaman hayati yang tinggi di serapan, metabolization dan akumulasi sulfur sehingga ada potensi untuk menggunakan tanaman untuk fitoremediasi situs belerang-diperkaya. Sebuah survei tanah diperkaya dengan sulfur baik secara alami atau aktivitas manusia menunjukkan bahwa surplus sulfur sebagian besar disertai dengan surplus unsur kimia lainnya yang dapat membatasi fitoremediasi karena terjadi co-elemen lebih beracun untuk tanaman dari belerang. Selain itu, akumulasi unsur-unsur lain, membuat bahan tanaman (nabati ekstraksi) kurang cocok untuk digunakan sebagai pakan ternak dan untuk konsumsi manusia. Sulfur (S) asimilasi oleh tumbuhan memainkan peran penting dalam siklus S di alam, dan metabolisme S berasimilasi menyediakan berbagai senyawa yang bermanfaat bagi hewan, termasuk manusia. Sangat penting untuk memahami mekanisme yang terlibat dalam metabolisme S sistemik dalam rangka meningkatkan tanaman agronomi dan produksi tanaman makanan dan Studi-studi ini dapat dianggap sebagai studi kasus penting yang memberikan informasi mengenai mekanisme peraturan rumit yang terlibat dalam metabolisme tanaman.
0 komentar:
Posting Komentar