Mikroorganisme laut :: MIKROBA DAN RANTAI MAKANAN (III)

4.1.4  Ammonifikasi

Ammonifikasi adalah suatu proses perubahan senyawa nitrogen organik menjadi molekul yang lebih sederhana.

Proses:

(NH₂)₂ CO + H₂O  à  2NH₃ + CO₂

NH₃ yang terbentuk akan kembali dimanfaatkan oleh tumbuh – tumbuhan dan sebagian lagi akan di oksidasi menjadi  NO₂ dan NO₃ melalui proses nitrifikasi (konversi ion ammonium menjadi nitrat yang esensial). Hasil konversi sebagian digunakan oleh tumbuh – tumbuhan .

Reaksi:  4NO₂ + 2O₂ à 4NO₃

Sebagian NO₃ akan tercuci ke kolom perairan dan sedimen dan sebagian lagi ke atmosfir dalam bentuk N₂ dan N₂O melalui proses denitrifikasi.

Reaksi :  5CH₂O + 4NO₃ + 4H^- à 2N₂ + 5CO₂ + 7H₂O

Reduksi NO₂ menjadi gas nitrogen membutuhkan unsur zat lain seperti metan dan ion hydrogen dan terjadi pada bagian sedimen.

4.1.5 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).

Tahap kedua (nitrisasi) oksidasi

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

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.

4.1.6  Denitrifikasi

            Denitrifakasi adalah proses pengubahan nitrir menjadi nitrat melalui proses reduksi kemudian menjadi gas nitrogen. Proses ini dilakukan secara mikrobiologi oleh banyak bentuk bakteri. Dalam system anaerobic (oksigen rendah) banyak bakteri menggunakan oksigen terikat seperti NO₃^-. Ketika konsentrasi oksigen dalam suatu system menurun, bakteri akan menggunakan oksigen dalam nitrat, sulfat dan campuran yang lain.

            (Mas’ud, 1993) produksi nitrogen bebas dari senyawa-seyawa organic tidaklah melalui aksi mikroorganisme, namun terbentuk secara tidak langsung oleh tindak antara asam nitrat bebas dengan senyawa amino, yang keduanya dihasilkan secara bersama melaui biang bakteri. Menurut Rompas (1998) dalam keadaan anaerob dapat memanfaatkan nitrat untuk menggantikan oksigen sebagai penerima electron, sehingga mengurangi gas-gas produk akhir seperti NO, N₂O atau N₂.

Didalam subtropics, pada musim panas dan gugur kadar ntrogen diperairan cenderung rendah dan sumber energi berupa alga yang mati sebelumnya cukup tersedia sehingga menguntungkan pertumbuhan mikroba yang melakukan fiksasi nitrogen. Walaupun hasilnya tidak banyak, namun cukup penting terutama bila musim gugur yang lain terbatas/ bila kadar nitrat rendah maka secara otomatis alga ini akan aktif menfiksasi nitrogen dengan membebaskan nitrat keluar sel sebagai metabolit.

Kadar nitrogen pada lapisan permungkaan relatif tinggi, bahkan ghas nitrogen diudara melrut kedalam air melalui permungkaan. Kadar mineral nitrogen dipengaruhi oleh musim, terutama erat kaitannya dengan hanyutnya mineral dari daratan bersama air hujan. Terkadang minerak nitrogen dapat terakumulasi didalam perairan, yakni hasil dekomposisi senyawa organik. Kadar nitrat umumnya rendah pada lapisan permungkaan, yakni karena dipakai oleh fitoplankton. Sedangkan pada perairan anaerobik, nitrat terurai pada proses denitrifikas oleh bakteri. Nitrogen organik pada lapisan permungkaan umumnya dalam bentuk asam amino, protein, peptida-peptida dan urea.Kadar nitrogen dilaut lepas umumnya sekitar 0,45 mg/ l dan perairan pantai dan muara sungai angka ini lebih tinggi, dimana sekitar 95% dalambentuk gas nitrogen terlarut. Selebihnya berupa zat organik, sedimen dan didalam tubuh organisme hidup. Pada perairan laut tropis yang lebih dalam, dimana kondisi anaerob, nitrat dapat direduksi menjadi amonium. Sepertihalnya nitrat, kadar amonium juga dipengaruhi oleh musim dan kepadatan plankton didalam perairan yang bersangkutan.

            Kandungan nitrogen dengan jenis yang berbeda akan menghasilkan sirkulasi yang kompleks dalam sistem alamiah. Sirkulasi nitrogen sidasarkan atas sifat-sifat fisik, kimia, dan biologis. Kondisi biogekimia dari setiap proses dalam satu sistem berbeda satu sama lain baik dalam bentuk maupun ruang. Dan setiap proses menghasilkan kandungan dan keseimbangan sirkulasi nitrogen dalam ekosistem. Hidrosfer dan atmosfer adalah dua media umum untuk sirkulasi nitrogen yang terdapat dalam permukaan bumi.(Wada. E. & Hattori. A. 1991)

Nitrogen terdapat di dalam tanah dalam bentuk organik dan anorganik. Bentuk-bentuk organik meliputi NH₄⁺, NO₃^-, NO₂^-, NO₂, NO dan unsur N. Juga terdapat bentuk lain yaitu hidroksi amin (NH₂OH), tetapi bentuk ini merupakan bentuk antara, yaitu bentuk peralihan dari NH₄⁺, menjadi NO₂^- dan bentuk ini tidak stabil (Hakim, dkk,1991).

Penyediaan ion dalam tanah dapat dipandang dari sudut mineral dengan masukan dan kehilangan dari ekosistem dan laju transfer diantara komponen sistem.

Pendekatan ini berharga bagi nitrogen, dimana masukan karena curah hujan dan fiksasi serta kehilangan akibat pencucian dan denitrifikasi merupakan sebagian besar dari jumlah seluruhnya yang ada dengan siklus sistem tersebut. Untuk ion yang di absorbsi, masukan ini tidak berarti dibandingkan dengan dengan jumlah seluruhnya yang ada, termasuk kehilangana karena pencucian dalam tanah-tanah subur.

Kesimpulan:

• Pool N terbesar di udara sebagai gas N2

• N menjadi tersedia melalui proses fiksasi (kimia maupun mikrobiologis)

(nitrogen fixer: rhizobium dll)

• N organik (dalam jaringan mahluk hidup - bentuk protein, asam amino dan asam nukleat) menjadi N anorganik melalui proses mineralisasi  NH4+ (ammonium) == MO dekomposer
• NH4+  mengalami Nitrifikasi oleh Nitrosomonas, Nitrosococcus dan Nitrosovibrio
• NO2-  menjadi NO3-  oleh Nitrobacter dan Nitrococcus
• NO3-  mengalami Denitrifikasi menjadi NO2-  oleh Pseudomonas, Bacillus dan Alcaligenes
• N anorganik dapat diasimilasi oleh mikroorganisme == Imobilisasi

5.1 Kegiatan Belajar 5

 

5.1.1 Sirkulasi Sulphur

Pada poeriran, sumber senyawa sulphur adalah air hujan dan air yang sebelumnya melewati tanah daratan. Diperkirakan unsur sulphur yang terdapat pada perairan laut mencaai 2700mg/l. Dalam sirkulasinya dialam, senyawa sulphur melalui beberapa tahapan. Asam amono dan sulphat adalah bentuk yang paling utama. Bahan sulphur organik dimetabolisir dalam proses dekomposisi protein oleh beberapa jenis mikroba. Kemudian dilepaskan sebagai sulphat suasana aerob dan hydrogen sulphida pada kondisi anaerob.

Hidrogen sulphida yang dihasilkan dari dekomposisi protein dalam situasi anaerob akan dapat melarutkan logan sulphida. Proses ini lebih dikenal sebagai biokorasi atau pengkaratan logan yang disebabkan oleh organisme. Sulphida dapat dioksidasi oleh bakteri komosintetik bila kondisi perairan anaerob. Beberapa bakteri heterotrof, termasuk bakteri Actinomycetes dan fungi dapat pula mengoksidasi hidrogen sulfida. Namun yang paling penting adalah bakteri kemosintetik thiobacillus didalam laut yang dapat mengoksidasi unsur sulphur, sulphida, thiosulphat, dan thetrathionat menjadi sulphat. Terbentuknya sulphat akan menyebabkan turunnya Ph, namun sebagian proses dari genus ini dapat mentolerir keadaan asam, bahkan ada yangdapat bertahan pada Ph >1.

Di dasar laut dalam, dimana suasana hampir anaerob, akan terjadi dekomposisi protein organik oleh mikroba seperti Thibacillus menghasilkan sulphat, sehingga Ph turun, misalnya thiobacillus denitrificans. Thiobacillus thioparus dapat mengoksidasi substrat seperti thiosulphat dan thetrathinat dengan menghasilkan sulphat, Begiota, thiotrix spp. Dan thiovolum, adalah bakeri filamen umumnya hidup pada permungkaan sedimen yang mengandung hidrogen sulphida. Mikroba ini juga menyimpan senyawa sulphur dalam selnya walaupun dalam suasana aerob, hydrogen sulohida diubah menjadi sulphur dan sulphat. Energi yang diperoleh mikroba cukup rendah. Oksidasi sulphida menjadi sulphur menghasilkan energi 50 kkal/ mol dan 148,8 kakal/mol sampai menjadi sulphat.

H2s + O2                                                 S + H2O + 50,1 kkal/mol

S = O2 + H2O                            H2SO4 + 149, kakal/mol

Bakteri sulphur yang melakukan fotosintesa, misalnya Chlorobium dan Chromatium berarti penting hanya pada perairan dangkal yang akan kaya akan senyawa organik. Bakteri ini tinggal pada kedalaman yang masih terjangkau cahaya namun mulai terjadi suasana anaerob. Walaupun demikian ditemukan juga bahwa beberapa spesies dari bakteri chromatium bersifat fakultatif aerob, bahkan ada yang aerob kemosintetik. Bakteri ini mengoksidasi hydrogen sulphida dengan adanya karbon dioksida.

Didalam suasana anaerob sulphida dapat pula dapat dioksidasi oleh mikroba fototrop, misalnya bakteri sulphur yang melakukan fotosintesa dari famili Chlorobiacheae dan chromatiaceae. Mikroba ini banyak terdapat pada dasar perairan pantai. Mereka mereduksi karbon dioksida dam mengoksidasi sulphida.

NCO2 + nH2 S                                       (CH2O) n + nS

Didalam sedimen yang anaerob dan kaya akan sulphida, bakteri desulforomonas memanfaatkan asam asetat sebagai sumber energi utama dan selanjutnya mereduksi sulphur menjadi hidrogen sulphida.

CH3COOH + H2O + S                          CO2 + H2S +5,7 kkal/mol

Bakteri pereduksi sulphur (sulphur reducting bacteria) seperti : Desulfobacter, Desulfobulbus, Desulfococcus, Desulfosarcina dan desulfovibrio mereduksi sulphat dan membentuk sulphida, karbondiosida dan air.

C6H12O6 +SO4^-2 +H⁺                               CO2 +H2S + H2)

Reaksi ini terjadi hanya dalam suasana anaerob, dan akanterhambat dengan adanya oksigen dan nitarat. Terjadi dalam sedimen dengan kedalaman sampai 20cm. Akan tetapi arti penting mikroba ini bagi lingkungan akan semakin berkurang dengan bertambahnya kedalaman dan semakin jauhnya dari garis pantai. Sungguhpun demikian mereka sangat berperan dalam mereduksi sulphat yang masuk ke laut diperkirakan 10¹¹ kg/tahun. Dalam reaksi ini, selain karbihidrat beberapa substratlain dapat pula digunakan. Misalnya, asetat, butirat, hydrogen, isobutirat, dan propionat. Data lain menyebutkan bahwa etanol, laktat, malate, piruvat, dan suksinat dapat pula dimanfaatkan sebagai sumber energi.

Dampak negatif terbentuknya hidrogen sulphida adalah korosi bahan logam yang digunakan didalam air, misalnya pipa dan tangki. Hidrogen sulphida yang dihasilkan oleh bakteri Desulfovibrio akan mengikat Fe³⁺ atau logam lainnya terutama pada permungkaan bahan. Kemudian mengendap dalam bentuk FeS atau Fe2S3 (depolarisasi anoda). Pada bagian katoda hydrogen dibebaskan sehingga terjadi depolarisasi katoda. Untuk jelasnya berikut ini disajikan beberapa reaksi perkaratan tersebut.

Reaksi pada anoda 4Fe                 4Fe⁺² + 8e

Dissosiasi air 8h20                         8H⁺ + 8OH^-

Reaksi pada katoda 8H⁺ + 8e^-                               8H

Depolarisasi katoda SO4 + 8H⁺              S-2 + $H2O

Pembentukan karat Fe ⁺² + S^-2                            FeS

3Fe⁺² + 6OH                                     3Fe (OH)2

Reaksi keseluruhan pembentukan karat

4Fe⁺² + SO4 + 4H2O                                  3Fe (OH)2 +FeS + 2OH^-

Selain desulfovibrio, bakteri lain seperti Thibacillus thioporus, Thiobacillus furoxidan dan Thiobacillus thioxidan serta desulfotoma culum berfungsi pula dalam bikorasi tersebut. Jenis mikroba yang terlinat sangat ditentukan oleh faktor lingkungan, terutama oksigen dan pH. Misalnya Thiobacillus cenderung pada perairan dengan potensial redoks yang tinggi dan pH yang rendah.

Kesimpulan:

• Oksidasi sulfur menjadi sulfat oleh Thiobacillus, Arthrobacter dan Bacillus

2H2S + O2    2S + 2H2O

2S + 2H2O + 3O2     2SO42- + 4H+

S2O32-  + H2O  + 2O2     2SO42- + 2H+ 

• Reduksi Sulfat menjadi sulfida (S2-) oleh Desulphovibrio desulphuricans

2SO42- + 4H2     S2- + 4H2O

5.1.2 Sirkulasi Phospsor

            Sumber utama berasal dari batuan phosfat yang terbentuk dalam kurun waktu tahunan geologis, karena adanya erosi, maka secara perlahan-lahan batuan itu terkikis dan melepaskan phosfat ke dalam air laut/ekosistem. Dojlido. R. J. and Best. A. T (1992) mengatakan bahwa phosfor tidak terdapat sebagai elemen bebas di alam, tapi secara luas terdistribusi dalam batu-batuan, mineral-mineral, tumbuh-tumbuhan, dan hewan-hewan. Phosfor terbentuk terutama sebagai mineral yang dikenal sebagai Phosforit dan Apatit. Secara umum rumus kimianya adalah Ca₅(PO₄)₃ (F atau OH)dan dapat dikenal sebagai Fluoroapatit saat F menjadi Hidroksilapatit, OH menjadi anion. Mineral phosfat yang penting lain adalah Strengite FePO₄2H₂O), Whitlockite (Ca\₃ (PO4)₂, dan Berlinite (AlPO₄)

            Phosfor terbentuk dalam seluruh organisme hidup, merupakan satu dari elemen yang paling penting untuk aktifitas sel. Hampir 80 % phosfor yang dihasilkan berubah menjadi pupuk. Kegunaan phosfor antara lain untuk : kimia organik, dan kimia anorganik, pabrik sabun dan deterjen, pestisida, makanan suplemen hewan, katalis, dll. Seperti kita ketahui bahwa phosfor sangat penting bagi kehidupan mahluk hidup di laut. Kandungan phosfor yang terdapat di zona Eufosit (zona yang lebih dalam) berfungsi sebagai limiting factor (faktor pembatas) bagi phitoplankton.

Unsur phosphor dialam hampir semuanya terdapat dalam bentuk phosphat, biasanya orthophosphat. Oksidasi phosphat yang dilakukan mikroba menghasilkan phosphin (PH3), Hidrogen phosphida (P4H2), Phosphit (PO3^-2) dan lain lain. Unsur ini sangat esensial bagi mikroorganisme, yakni sebagai komponen phospholida, asam nukleat, dan ATP. Memang tidak diperlukan dalam jumlah banyak seperti lainnya karbon dan nitrogen, tetapi dapat menjadi faktor pembatas pertumbuhan.

Diperairan, kadar unsur ini lebih rendah, sehingga ada kalanya menjadi faktor pembatas pertumbuhan mikroba. Diperkirakan berkisar antara 0.01 – 0,07 mg/l. Namun jumlah ini dapat berlipat ganda pada perairan yang tercemar mengandung phosphor. Walaupun konsentrasinya rendah, laut dapat dikatakan sebagai gudang phosphor dialam, mengingat sebagian senyawa ini tidak terbawa lagi kedaratan karena tertahan dalam bentuk sedimen.

 4.1.4  Ammonifikasi

Ammonifikasi adalah suatu proses perubahan senyawa nitrogen organik menjadi molekul yang lebih sederhana.

Proses:

(NH₂)₂ CO + H₂O  à  2NH₃ + CO₂

NH₃ yang terbentuk akan kembali dimanfaatkan oleh tumbuh – tumbuhan dan sebagian lagi akan di oksidasi menjadi  NO₂ dan NO₃ melalui proses nitrifikasi (konversi ion ammonium menjadi nitrat yang esensial). Hasil konversi sebagian digunakan oleh tumbuh – tumbuhan .

Reaksi:  4NO₂ + 2O₂ à 4NO₃

Sebagian NO₃ akan tercuci ke kolom perairan dan sedimen dan sebagian lagi ke atmosfir dalam bentuk N₂ dan N₂O melalui proses denitrifikasi.

Reaksi :  5CH₂O + 4NO₃ + 4H^- à 2N₂ + 5CO₂ + 7H₂O

Reduksi NO₂ menjadi gas nitrogen membutuhkan unsur zat lain seperti metan dan ion hydrogen dan terjadi pada bagian sedimen.

4.1.5 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).

Tahap kedua (nitrisasi) oksidasi

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

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.

4.1.6  Denitrifikasi

            Denitrifakasi adalah proses pengubahan nitrir menjadi nitrat melalui proses reduksi kemudian menjadi gas nitrogen. Proses ini dilakukan secara mikrobiologi oleh banyak bentuk bakteri. Dalam system anaerobic (oksigen rendah) banyak bakteri menggunakan oksigen terikat seperti NO₃^-. Ketika konsentrasi oksigen dalam suatu system menurun, bakteri akan menggunakan oksigen dalam nitrat, sulfat dan campuran yang lain.

            (Mas’ud, 1993) produksi nitrogen bebas dari senyawa-seyawa organic tidaklah melalui aksi mikroorganisme, namun terbentuk secara tidak langsung oleh tindak antara asam nitrat bebas dengan senyawa amino, yang keduanya dihasilkan secara bersama melaui biang bakteri. Menurut Rompas (1998) dalam keadaan anaerob dapat memanfaatkan nitrat untuk menggantikan oksigen sebagai penerima electron, sehingga mengurangi gas-gas produk akhir seperti NO, N₂O atau N₂.

Didalam subtropics, pada musim panas dan gugur kadar ntrogen diperairan cenderung rendah dan sumber energi berupa alga yang mati sebelumnya cukup tersedia sehingga menguntungkan pertumbuhan mikroba yang melakukan fiksasi nitrogen. Walaupun hasilnya tidak banyak, namun cukup penting terutama bila musim gugur yang lain terbatas/ bila kadar nitrat rendah maka secara otomatis alga ini akan aktif menfiksasi nitrogen dengan membebaskan nitrat keluar sel sebagai metabolit.

Kadar nitrogen pada lapisan permungkaan relatif tinggi, bahkan ghas nitrogen diudara melrut kedalam air melalui permungkaan. Kadar mineral nitrogen dipengaruhi oleh musim, terutama erat kaitannya dengan hanyutnya mineral dari daratan bersama air hujan. Terkadang minerak nitrogen dapat terakumulasi didalam perairan, yakni hasil dekomposisi senyawa organik. Kadar nitrat umumnya rendah pada lapisan permungkaan, yakni karena dipakai oleh fitoplankton. Sedangkan pada perairan anaerobik, nitrat terurai pada proses denitrifikas oleh bakteri. Nitrogen organik pada lapisan permungkaan umumnya dalam bentuk asam amino, protein, peptida-peptida dan urea.Kadar nitrogen dilaut lepas umumnya sekitar 0,45 mg/ l dan perairan pantai dan muara sungai angka ini lebih tinggi, dimana sekitar 95% dalambentuk gas nitrogen terlarut. Selebihnya berupa zat organik, sedimen dan didalam tubuh organisme hidup. Pada perairan laut tropis yang lebih dalam, dimana kondisi anaerob, nitrat dapat direduksi menjadi amonium. Sepertihalnya nitrat, kadar amonium juga dipengaruhi oleh musim dan kepadatan plankton didalam perairan yang bersangkutan.

            Kandungan nitrogen dengan jenis yang berbeda akan menghasilkan sirkulasi yang kompleks dalam sistem alamiah. Sirkulasi nitrogen sidasarkan atas sifat-sifat fisik, kimia, dan biologis. Kondisi biogekimia dari setiap proses dalam satu sistem berbeda satu sama lain baik dalam bentuk maupun ruang. Dan setiap proses menghasilkan kandungan dan keseimbangan sirkulasi nitrogen dalam ekosistem. Hidrosfer dan atmosfer adalah dua media umum untuk sirkulasi nitrogen yang terdapat dalam permukaan bumi.(Wada. E. & Hattori. A. 1991)

Nitrogen terdapat di dalam tanah dalam bentuk organik dan anorganik. Bentuk-bentuk organik meliputi NH₄⁺, NO₃^-, NO₂^-, NO₂, NO dan unsur N. Juga terdapat bentuk lain yaitu hidroksi amin (NH₂OH), tetapi bentuk ini merupakan bentuk antara, yaitu bentuk peralihan dari NH₄⁺, menjadi NO₂^- dan bentuk ini tidak stabil (Hakim, dkk,1991).

Penyediaan ion dalam tanah dapat dipandang dari sudut mineral dengan masukan dan kehilangan dari ekosistem dan laju transfer diantara komponen sistem.

Pendekatan ini berharga bagi nitrogen, dimana masukan karena curah hujan dan fiksasi serta kehilangan akibat pencucian dan denitrifikasi merupakan sebagian besar dari jumlah seluruhnya yang ada dengan siklus sistem tersebut. Untuk ion yang di absorbsi, masukan ini tidak berarti dibandingkan dengan dengan jumlah seluruhnya yang ada, termasuk kehilangana karena pencucian dalam tanah-tanah subur.

Kesimpulan:

• Pool N terbesar di udara sebagai gas N2

• N menjadi tersedia melalui proses fiksasi (kimia maupun mikrobiologis)

(nitrogen fixer: rhizobium dll)

• N organik (dalam jaringan mahluk hidup - bentuk protein, asam amino dan asam nukleat) menjadi N anorganik melalui proses mineralisasi  NH4+ (ammonium) == MO dekomposer
• NH4+  mengalami Nitrifikasi oleh Nitrosomonas, Nitrosococcus dan Nitrosovibrio
• NO2-  menjadi NO3-  oleh Nitrobacter dan Nitrococcus
• NO3-  mengalami Denitrifikasi menjadi NO2-  oleh Pseudomonas, Bacillus dan Alcaligenes
• N anorganik dapat diasimilasi oleh mikroorganisme == Imobilisasi

5.1 Kegiatan Belajar 5

 

5.1.1 Sirkulasi Sulphur

Pada poeriran, sumber senyawa sulphur adalah air hujan dan air yang sebelumnya melewati tanah daratan. Diperkirakan unsur sulphur yang terdapat pada perairan laut mencaai 2700mg/l. Dalam sirkulasinya dialam, senyawa sulphur melalui beberapa tahapan. Asam amono dan sulphat adalah bentuk yang paling utama. Bahan sulphur organik dimetabolisir dalam proses dekomposisi protein oleh beberapa jenis mikroba. Kemudian dilepaskan sebagai sulphat suasana aerob dan hydrogen sulphida pada kondisi anaerob.

Hidrogen sulphida yang dihasilkan dari dekomposisi protein dalam situasi anaerob akan dapat melarutkan logan sulphida. Proses ini lebih dikenal sebagai biokorasi atau pengkaratan logan yang disebabkan oleh organisme. Sulphida dapat dioksidasi oleh bakteri komosintetik bila kondisi perairan anaerob. Beberapa bakteri heterotrof, termasuk bakteri Actinomycetes dan fungi dapat pula mengoksidasi hidrogen sulfida. Namun yang paling penting adalah bakteri kemosintetik thiobacillus didalam laut yang dapat mengoksidasi unsur sulphur, sulphida, thiosulphat, dan thetrathionat menjadi sulphat. Terbentuknya sulphat akan menyebabkan turunnya Ph, namun sebagian proses dari genus ini dapat mentolerir keadaan asam, bahkan ada yangdapat bertahan pada Ph >1.

Di dasar laut dalam, dimana suasana hampir anaerob, akan terjadi dekomposisi protein organik oleh mikroba seperti Thibacillus menghasilkan sulphat, sehingga Ph turun, misalnya thiobacillus denitrificans. Thiobacillus thioparus dapat mengoksidasi substrat seperti thiosulphat dan thetrathinat dengan menghasilkan sulphat, Begiota, thiotrix spp. Dan thiovolum, adalah bakeri filamen umumnya hidup pada permungkaan sedimen yang mengandung hidrogen sulphida. Mikroba ini juga menyimpan senyawa sulphur dalam selnya walaupun dalam suasana aerob, hydrogen sulohida diubah menjadi sulphur dan sulphat. Energi yang diperoleh mikroba cukup rendah. Oksidasi sulphida menjadi sulphur menghasilkan energi 50 kkal/ mol dan 148,8 kakal/mol sampai menjadi sulphat.

H2s + O2                                                 S + H2O + 50,1 kkal/mol

S = O2 + H2O                            H2SO4 + 149, kakal/mol

Bakteri sulphur yang melakukan fotosintesa, misalnya Chlorobium dan Chromatium berarti penting hanya pada perairan dangkal yang akan kaya akan senyawa organik. Bakteri ini tinggal pada kedalaman yang masih terjangkau cahaya namun mulai terjadi suasana anaerob. Walaupun demikian ditemukan juga bahwa beberapa spesies dari bakteri chromatium bersifat fakultatif aerob, bahkan ada yang aerob kemosintetik. Bakteri ini mengoksidasi hydrogen sulphida dengan adanya karbon dioksida.

Didalam suasana anaerob sulphida dapat pula dapat dioksidasi oleh mikroba fototrop, misalnya bakteri sulphur yang melakukan fotosintesa dari famili Chlorobiacheae dan chromatiaceae. Mikroba ini banyak terdapat pada dasar perairan pantai. Mereka mereduksi karbon dioksida dam mengoksidasi sulphida.

NCO2 + nH2 S                                       (CH2O) n + nS

Didalam sedimen yang anaerob dan kaya akan sulphida, bakteri desulforomonas memanfaatkan asam asetat sebagai sumber energi utama dan selanjutnya mereduksi sulphur menjadi hidrogen sulphida.

CH3COOH + H2O + S                          CO2 + H2S +5,7 kkal/mol

Bakteri pereduksi sulphur (sulphur reducting bacteria) seperti : Desulfobacter, Desulfobulbus, Desulfococcus, Desulfosarcina dan desulfovibrio mereduksi sulphat dan membentuk sulphida, karbondiosida dan air.

C6H12O6 +SO4^-2 +H⁺                               CO2 +H2S + H2)

Reaksi ini terjadi hanya dalam suasana anaerob, dan akanterhambat dengan adanya oksigen dan nitarat. Terjadi dalam sedimen dengan kedalaman sampai 20cm. Akan tetapi arti penting mikroba ini bagi lingkungan akan semakin berkurang dengan bertambahnya kedalaman dan semakin jauhnya dari garis pantai. Sungguhpun demikian mereka sangat berperan dalam mereduksi sulphat yang masuk ke laut diperkirakan 10¹¹ kg/tahun. Dalam reaksi ini, selain karbihidrat beberapa substratlain dapat pula digunakan. Misalnya, asetat, butirat, hydrogen, isobutirat, dan propionat. Data lain menyebutkan bahwa etanol, laktat, malate, piruvat, dan suksinat dapat pula dimanfaatkan sebagai sumber energi.

Dampak negatif terbentuknya hidrogen sulphida adalah korosi bahan logam yang digunakan didalam air, misalnya pipa dan tangki. Hidrogen sulphida yang dihasilkan oleh bakteri Desulfovibrio akan mengikat Fe³⁺ atau logam lainnya terutama pada permungkaan bahan. Kemudian mengendap dalam bentuk FeS atau Fe2S3 (depolarisasi anoda). Pada bagian katoda hydrogen dibebaskan sehingga terjadi depolarisasi katoda. Untuk jelasnya berikut ini disajikan beberapa reaksi perkaratan tersebut.

Reaksi pada anoda 4Fe                 4Fe⁺² + 8e

Dissosiasi air 8h20                         8H⁺ + 8OH^-

Reaksi pada katoda 8H⁺ + 8e^-                               8H

Depolarisasi katoda SO4 + 8H⁺              S-2 + $H2O

Pembentukan karat Fe ⁺² + S^-2                            FeS

3Fe⁺² + 6OH                                     3Fe (OH)2

Reaksi keseluruhan pembentukan karat

4Fe⁺² + SO4 + 4H2O                                  3Fe (OH)2 +FeS + 2OH^-

Selain desulfovibrio, bakteri lain seperti Thibacillus thioporus, Thiobacillus furoxidan dan Thiobacillus thioxidan serta desulfotoma culum berfungsi pula dalam bikorasi tersebut. Jenis mikroba yang terlinat sangat ditentukan oleh faktor lingkungan, terutama oksigen dan pH. Misalnya Thiobacillus cenderung pada perairan dengan potensial redoks yang tinggi dan pH yang rendah.

Kesimpulan:

• Oksidasi sulfur menjadi sulfat oleh Thiobacillus, Arthrobacter dan Bacillus

2H2S + O2    2S + 2H2O

2S + 2H2O + 3O2     2SO42- + 4H+

S2O32-  + H2O  + 2O2     2SO42- + 2H+ 

• Reduksi Sulfat menjadi sulfida (S2-) oleh Desulphovibrio desulphuricans

2SO42- + 4H2     S2- + 4H2O

5.1.2 Sirkulasi Phospsor

            Sumber utama berasal dari batuan phosfat yang terbentuk dalam kurun waktu tahunan geologis, karena adanya erosi, maka secara perlahan-lahan batuan itu terkikis dan melepaskan phosfat ke dalam air laut/ekosistem. Dojlido. R. J. and Best. A. T (1992) mengatakan bahwa phosfor tidak terdapat sebagai elemen bebas di alam, tapi secara luas terdistribusi dalam batu-batuan, mineral-mineral, tumbuh-tumbuhan, dan hewan-hewan. Phosfor terbentuk terutama sebagai mineral yang dikenal sebagai Phosforit dan Apatit. Secara umum rumus kimianya adalah Ca₅(PO₄)₃ (F atau OH)dan dapat dikenal sebagai Fluoroapatit saat F menjadi Hidroksilapatit, OH menjadi anion. Mineral phosfat yang penting lain adalah Strengite FePO₄2H₂O), Whitlockite (Ca\₃ (PO4)₂, dan Berlinite (AlPO₄)

            Phosfor terbentuk dalam seluruh organisme hidup, merupakan satu dari elemen yang paling penting untuk aktifitas sel. Hampir 80 % phosfor yang dihasilkan berubah menjadi pupuk. Kegunaan phosfor antara lain untuk : kimia organik, dan kimia anorganik, pabrik sabun dan deterjen, pestisida, makanan suplemen hewan, katalis, dll. Seperti kita ketahui bahwa phosfor sangat penting bagi kehidupan mahluk hidup di laut. Kandungan phosfor yang terdapat di zona Eufosit (zona yang lebih dalam) berfungsi sebagai limiting factor (faktor pembatas) bagi phitoplankton.

Unsur phosphor dialam hampir semuanya terdapat dalam bentuk phosphat, biasanya orthophosphat. Oksidasi phosphat yang dilakukan mikroba menghasilkan phosphin (PH3), Hidrogen phosphida (P4H2), Phosphit (PO3^-2) dan lain lain. Unsur ini sangat esensial bagi mikroorganisme, yakni sebagai komponen phospholida, asam nukleat, dan ATP. Memang tidak diperlukan dalam jumlah banyak seperti lainnya karbon dan nitrogen, tetapi dapat menjadi faktor pembatas pertumbuhan.

Diperairan, kadar unsur ini lebih rendah, sehingga ada kalanya menjadi faktor pembatas pertumbuhan mikroba. Diperkirakan berkisar antara 0.01 – 0,07 mg/l. Namun jumlah ini dapat berlipat ganda pada perairan yang tercemar mengandung phosphor. Walaupun konsentrasinya rendah, laut dapat dikatakan sebagai gudang phosphor dialam, mengingat sebagian senyawa ini tidak terbawa lagi kedaratan karena tertahan dalam bentuk sedimen.,,

Artikel terkait :