Daur Biogeokimia

Pengertian & Jenis-jenis Daur Biogeokimia- Kita pasti bertanya-tanta apa sich pengertian Daur Biogeokimia?,unsur-unsur apa saja yang terkandung dalam Daur Biogeokimia? atau mungkin Jenis-jenis Daur Biogeokimia itu? semua pertanyaan di atas akan kita bahas pada pembahasan materi Pengertian & Jenis-jenis Daur Biogeokimia di bawah ini-

Daur Biogeokimia

Unsur-unsur seperti karbon, nitrogen, fosfor, belerang, hidrogen, dan oksigen adalah beberapa di antara unsur yang penting bagi kehidupan. Unsur-unsur tersebut diperlukan oleh makhluk hidup dalam jumlah yang banyak, sedangkan unsur yang lain hanya dibutuhkan dalam jumlah yang sedikit. Meskipun setiap saat unsur-unsur yang ada tersebut dimanfaatkan oleh organisme, keberadaan unsur-unsur tersebut tetap ada. Hal tersebut dikarenakan, unsur yang digunakan oleh organisme untuk menyusun senyawa organik dalam tubuh organisme, ketika organisme-organisme tersebut mati, unsur-unsur penyusun senyawa organik tadi oleh pengurai akan dikembalikan ke alam, baik dalam tanah ataupun dikembalikan lagi  ke udara. Jadi, dalam proses tersebut melibatkan makhluk hidup, tanah, dan reaksi-reaksi kimia di dalamnya. Itulah yang dimaksud sebagai daur biogeokimia. Berikut ini akan dibahas macam-macam daur biogeokimia yang ada di alam ini, antara lain:

1. Daur Nitrogen

Gas nitrogen ikatannya stabil dan sulit bereaksi, sehingga tidak bisa dimanfaatkan secara langsung oleh makhluk hidup. Nitrogen dalam tubuh makhluk hidup merupakan komponen penyusun asam amino yang akan membentuk protein. Nitrogen bebas juga dapat bereaksi dengan hidrogen atau oksigen dengan bantuan kilat atau petir membentuk nitrat (NO). Tumbuhan menyerap nitrogen dalam bentuk nitrit ataupun nitrat dari dalam tanah untuk menyusun protein dalam tubuhnya. Ketika tumbuhan dimakan oleh herbivora, nitrogen yang ada akan berpindah ke tubuh hewan tersebut bersama makanan. Ketika tumbuhan dan hewan mati ataupun sisa hasil ekskresi hewan (urine) akan diuraikan oleh dekomposer menjadi amonium dan amonia. Oleh bakteri nitrit (contohnya Nitrosomonas), amonia akan diubah menjadi nitrit, proses ini disebut sebagai nitritasi. Kemudian, nitrit dengan bantuan bakteri nitrat (contohnya Nitrobacter) akan diubah menjadi nitrat, proses ini disebut sebagai proses nitratasi. Peristiwa proses perubahan amonia menjadi nitrit dan nitrat dengan bantuan bakteri disebut sebagai proses nitrifikasi. Adapula bakteri yang mampu mengubah nitrit atau nitrat menjadi nitrogen bebas di udara, proses ini disebut sebagai denitrifikasi. Di negara-negara maju, nitrogen bebas dikumpulkan untuk keperluan industri. Selain karena proses secara alami melalui proses nitrifikasi, penambahan unsur nitrogen di alam dapat juga melalui proses buatan melalui pemupukan. Reaksi kimia pada proses nitrifikasi adalah sebagai berikut.

2. Daur Fosfor

Unsur fosfor merupakan unsur yang penting bagi kehidupan, tetapi persediaannya sangat terbatas. Dengan kemampuannya untuk membentuk ikatan kimia berenergi tinggi, fosfor sangat penting dalam transformasi energi pada semua organisme. Sumber fosfor terbesar dari batuan dan endapan-endapan yang berasal dari sisa makhluk hidup. Sumber ini lambat laun akan mengalami pelapukan dan erosis, bersamaan dengan itu fosfor akan dilepaskan ke dalam ekosistem. Tetapi sebagian besar senyawa fosfor akan hilang ke perairan dan diendapkan. Fosfor dalam tubuh merupakan unsur penyusun tulang, gigi, DNA atau RNA, dan protein. Daur fosfor dimulai dari adanya fosfat anorganik yang berada di tanah yang diserap oleh tumbuhan. Hewan yang memakan tumbuhan akan memperoleh fosfor dari tumbuhan yang dimakannya. Tumbuhan atau hewan yang mati ataupun sisa ekskresi hewan (urine dan feses) yang berada di tanah, oleh bakteri pengurai akan menguraikan fosfat organik menjadi fosfat anorganik yang akan dilepaskan ke ekosistem.

3. Daur Belerang (Sulfur)

Belerang dalam tubuh organisme merupakan unsur penyusun protein. Di alam, sulfur (belerang) terkandung dalam tanah dalam bentuk mineral tanah dan di udara dalam bentuk SO atau gas sulfur dioksida. Ketika gas sulfur dioksida yang berada di udara bersenyawa dengan oksigen dan air, akan membentuk asam sulfat yang ketika jatuh ke tanah akan menjadi bentuk ion-ion sulfat (SO4 2- ). Kemudian ion-ion sulfat tadi akan diserap oleh tumbuhan untuk menyusun protein dalam tubuhnya. Ketika manusia atau hewan memakan tumbuhan, maka akan terjadi perpindahan unsur belerang dari tumbuhan ke tubuh hewan atau manusia. Ketika hewan atau tumbuhan mati, jasadnya akan diuraikan oleh bakteri dan jamur pengurai dan menghasilkan bau busuk, yaitu gas hidrogen sulfida (H2S) yang akan dilepas ke udara dan sebagian tetap ada di dalam tanah. Gas hidrogen sulfida yang ada di udara akan bersenyawa dengan oksigen membentuk sulfur oksida, dan yang di tanah oleh bakteri tanah akan diubah menjadi ion sulfat dan senyawa sulfur oksida yang nanti akan diserap kembali oleh tumbuhan.

4. Daur Karbon

Sumber-sumber CO2 di udara berasal dari respirasi manusia dan hewan, erupsi vulkanik, pembakaran batu bara, dan asap pabrik. Karbon dioksida di udara dimanfaatkan oleh tumbuhan untuk berfotosintesis dan menghasilkan oksigen. Hewan dan tumbuhan yang mati, dalam waktu yang lama akan membentuk batu bara di dalam tanah. Batu bara akan dimanfaatkan lagi sebagai bahan bakar yang juga menambah kadar CO2 di udara. Di ekosistem air, pertukaran CO2 dengan atmosfer berjalan secara tidak langsung. Karbon dioksida berikatan dengan air membentuk asam karbonat yang akan terurai menjadi ion bikarbonat. Bikarbonat adalah sumber karbon bagi alga yang memproduksi makanan untuk diri mereka sendiri dan organisme heterotrof lain. Sebaliknya, saat organisme air berespirasi, CO2 yang mereka keluarkan menjadi bikarbonat. Jumlah bikarbonat dalam air adalah seimbang dengan jumlah CO2 di air. Lintasan arus utama siklus karbon adalah dari atmosfer atau hidrosfer ke dalam jasad hidup, kemudian kembali lagi ke atmosfer atau hidrosfer (Harliyono, 1999: 191)

5. Daur Hidrologi (Air)

Pemanasan air samudra oleh sinar matahari merupakan kunci proses siklus hidrologi tersebut dapat berjalan secara kontinu. Air berevaporasi kemudian jatuh sebagai presipitasi dalam bentuk hujan, salju, hujan es, hujan gerimis, atau kabut. Pada perjalanan menuju bumi, beberapa presipitasi dapat berevaporasi kembali ke atas, atau langsung jatuh yang kemudian diintersepsi oleh tanaman sebelum mencapai tanah. Setelah mencapai tanah siklus hidrologi terus bergerak secara kontinu dalam tiga cara yang berbeda:

a. Evaporasi (transpirasi)

Air yang ada di laut, di daratan, di sungai, di tanaman, dan sebagainya, kemudian akan menguap ke angkasa (atmosfer) dan akan menjadi awan. Pada keadaan jenuh, uap air (awan) itu akan menjadi bintik-bintik air yang selanjutnya akan turun (precipitation) dalam bentuk hujan, salju, es, dan kabut.

b. Infiltrasi (perkolasi)

Ke dalam tanah air bergerak ke dalam tanah melalui celah-celah dan pori-pori tanah dan batuan menuju permukaan air tanah. Air dapat bergerak akibat aksi kapiler, atau air dapat bergerak secara vertikal atau horizontal di bawah permukaan tanah hingga air tersebut memasuki kembali sistem air permukaan.

c. Air permukaan

Air bergerak di atas permukaan tanah, dekat dengan aliran utama dan danau, makin landai lahan maka makin sedikit pori-pori tanah, maka aliran permukaan semakin besar. Aliran permukaan tanah dapat dilihat biasanya pada daerah urban. Sungai-sungai bergabung satu sama lain dan membentuk sungai utama yang membawa seluruh air permukaan di sekitar daerah aliran sungai menuju laut.

Semoga  materi Pengertian & Jenis-jenis Daur Biogeokimia ini bermanfaat. Materi ini diambil dari buku Biologi kelas I BSE. kunjungi juga blog saya : http://ahmad-cecep.blogspot.com/

Pada artikel kali ini akan membahas lagi tentang pelajaran biologi yaitu tentang Siklus Biogeokimia, Agar lebih mudah mengerti tentang apa itu Siklus Biogeokimia. Silahkan dibaca pelan pelan atau tidak usah terburu buru ya!
Pengertian dari Siklus biogeokimia atau siklus organik anorganik adalah siklus unsur atau senyawa kimia yang mengalir dari komponen abiotik ke biotik dan kembali lagi ke komponen abiotik. Siklus unsur-unsur tersebut tidak hanya melalui organisme, tetapi jugs melibatkan reaksi reaksi kimia dalam lingkungan abiotik sehingga disebut siklus biogeokimia.
Siklus-siklus tersebut antara lain: siklus air, siklus oksigen, siklus karbon, siklus nitrogen, dan siklus sulfur. Pada pembahasan ini hanya akan dibahas 3 macam siklus, yaitu siklus nitrogen, siklus fosfor, dan siklus karbon.
1. Siklus Nitrogen (N2)
Gas nitrogen banyak terdapat di atmosfer, yaitu 80% dari udara. Nitrogen bebas dapat ditambat/difiksasi terutama oleh tumbuhan yang berbintil akar (misalnya jenis polongan) dan beberapa jenis ganggang. Nitrogen bebas juga dapat bereaksi dengan hidrogen atau oksigen dengan bantuan kilat / petir.
Tumbuhan memperoleh nitrogen dari dalam tanah berupa amonia (NH3), ion nitrit (N02-), dan ion nitrat (N03-).

Beberapa bakteri yang dapat menambat nitrogen terdapat pada akar Legum dan akar tumbuhan lain, misalnya Marsiella crenata. Selain itu, terdapat pula bakteri dalam tanah yang dapat mengikat nitrogen secara langsung, yakni Azotobacter sp. yang bersifat aerob dan Clostridium sp. yang bersifat anaerob. Nostoc sp. dan Anabaena sp. (ganggang biru) juga mampu menambat nitrogen.
Nitrogen yang diikat biasanya dalam bentuk amonia. Amonia diperoleh dari hasil penguraian jaringan yang mati oleh bakteri. Amonia ini akan dinitrifikasi oleh bakteri nitrit, yaitu Nitrosomonas dan Nitrosococcus sehingga menghasilkan nitrat yang akan diserap oleh akar tumbuhan. Selanjutnya oleh bakteri denitrifikan, nitrat diubah menjadi amonia kembali, dan amonia diubah menjadi nitrogen yang dilepaskan ke udara. Dengan cara ini siklus nitrogen akan berulang dalam ekosistem.
2. Siklus Fosfor
Di alam, fosfor terdapat dalam dua bentuk, yaitu senyawa fosfat organik (pada tumbuhan dan hewan) dan senyawa fosfat anorganik (pada air dan tanah).
Fosfat organik dari hewan dan tumbuhan yang mati diuraikan oleh dekomposer (pengurai) menjadi fosfat anorganik. Fosfat anorganik yang terlarut di air tanah atau air laut akan terkikis dan mengendap di sedimen laut. Oleh karena itu, fosfat banyak terdapat di batu karang dan fosil. Fosfat dari batu dan fosil terkikis dan membentuk fosfat anorganik terlarut di air tanah dan laut. Fosfat anorganik ini kemudian akan diserap oleh akar tumbuhan lagi. Siklus ini berulang terus menerus.

3. Siklus Karbon dan Oksigen
Di atmosfer terdapat kandungan COZ sebanyak 0.03%. Sumber-sumber COZ di udara berasal dari respirasi manusia dan hewan, erupsi vulkanik, pembakaran batubara, dan asap pabrik.
Karbon dioksida di udara dimanfaatkan oleh tumbuhan untuk berfotosintesis dan menghasilkan oksigen yang nantinya akan digunakan oleh manusia dan hewan untuk berespirasi.
Hewan dan tumbuhan yang mati, dalam waktu yang lama akan membentuk batubara di dalam tanah. Batubara akan dimanfaatkan lagi sebagai bahan bakar yang juga menambah kadar C02 di udara.
Di ekosistem air, pertukaran C02 dengan atmosfer berjalan secara tidak langsung. Karbon dioksida berikatan dengan air membentuk asam karbonat yang akan terurai menjadi ion bikarbonat. Bikarbonat adalah sumber karbon bagi alga yang memproduksi makanan untuk diri mereka sendiri dan organisme heterotrof lain. Sebaliknya, saat organisme air berespirasi, COz yang mereka keluarkan menjadi bikarbonat. Jumlah bikarbonat dalam air adalah seimbang dengan jumlah C02 di air.

Daur Biogeokimia

Unsur-unsur seperti karbon, nitrogen, fosfor, belerang, hidrogen, dan oksigen adalah beberapa diantara unsur yang penting bagi kehidupan. Unsur-unsur tersebut diperlukan oleh makhluk hidupdalam jumlah yang banyak, sedangkan unsur yang lain hanya dibutuhkan dalam jumlah yangsedikit. Meskipun setiap saat unsur-unsur yang ada tersebut dimanfaatkan oleh organisme,keberadaan unsur-unsur tersebut tetap ada. Hal tersebut dikarenakan, unsur yang digunakan olehorganisme untuk menyusun senyawa organik dalam tubuh organisme, ketika organisme-organismetersebut mati, unsur-unsur penyusun senyawa organik tadi oleh pengurai akan dikembalikan kealam, baik dalam tanah ataupun dikembalikan lagi ke udara. Jadi, dalam proses tersebut melibatkanmakhluk hidup, tanah, dan reaksi-reaksi kimia di dalamnya. Itulah yang dimaksud sebagai daur  biogeokimia. Berikut ini akan dibahas macam-macam daur biogeokimia yang ada di alam ini,antara lain:

1. Daur Nitrogen

Gas nitrogen ikatannya stabil dan sulit bereaksi, sehingga tidak bisa dimanfaatkan secara langsungoleh makhluk hidup. Nitrogen dalam tubuh makhluk hidup merupakan komponen penyusun asamamino yang akan membentuk protein. Nitrogen bebas juga dapat bereaksi dengan hidrogen atauoksigen dengan bantuan kilat atau petir membentuk nitrat (NO). Tumbuhan menyerap nitrogendalam bentuk nitrit ataupun nitrat dari dalam tanah untuk menyusun protein dalam tubuhnya. Ketikatumbuhan dimakan oleh herbivora, nitrogen yang ada akan berpindah ke tubuh hewan tersebut bersama makanan. Ketika tumbuhan dan hewan mati ataupun sisa hasil ekskresi hewan (urine) akandiuraikan oleh dekomposer menjadi amonium dan amonia. Oleh bakteri nitrit (contohnya Nitrosomonas), amonia akan diubah menjadi nitrit, proses ini disebut sebagai nitritasi. Kemudian,nitrit dengan bantuan bakteri nitrat (contohnya Nitrobacter) akan diubah menjadi nitrat, proses inidisebut sebagai proses nitratasi. Peristiwa proses perubahan amonia menjadi nitrit dan nitrat dengan bantuan bakteri disebut sebagai proses nitrifikasi. Adapula bakteri yang mampu mengubah nitritatau nitrat menjadi nitrogen bebas di udara, proses ini disebut sebagai denitrifikasi. Di negara-negara maju, nitrogen bebas dikumpulkan untuk keperluan industri. Selain karena proses secaraalami melalui proses nitrifikasi, penambahan unsur nitrogen di alam dapat juga melalui proses buatan melalui pemupukan. Reaksi kimia pada proses nitrifikasi adalah sebagai berikut. 

2. Daur Fosfor

Unsur fosfor merupakan unsur yang penting bagi kehidupan, tetapi persediaannya sangat terbatas.Dengan kemampuannya untuk membentuk ikatan kimia berenergi tinggi, fosfor sangat pentingdalam transformasi energi pada semua organisme. Sumber fosfor terbesar dari batuan dan endapan-endapan yang berasal dari sisa makhluk hidup. Sumber ini lambat laun akan mengalami pelapukandan erosis, bersamaan dengan itu fosfor akan dilepaskan ke dalam ekosistem. Tetapi sebagian besar senyawa fosfor akan hilang ke perairan dan diendapkan. Fosfor dalam tubuh merupakan unsur  penyusun tulang, gigi, DNA atau RNA, dan protein. Daur fosfor dimulai dari adanya fosfatanorganik yang berada di tanah yang diserap oleh tumbuhan. Hewan yang memakan tumbuhan akanmemperoleh fosfor dari tumbuhan yang dimakannya. Tumbuhan atau hewan yang mati ataupun sisaekskresi hewan (urine dan feses) yang berada di tanah, oleh bakteri pengurai akan menguraikanfosfat organik menjadi fosfat anorganik yang akan dilepaskan ke ekosistem.

3. Daur Belerang (Sulfur)

Belerang dalam tubuh organisme merupakan unsur penyusun protein. Di alam, sulfur (belerang)terkandung dalam tanah dalam bentuk mineral tanah dan di udara dalam bentuk SO atau gas sulfur dioksida. Ketika gas sulfur dioksida yang berada di udara bersenyawa dengan oksigen dan air, akanmembentuk asam sulfat yang ketika jatuh ke tanah akan menjadi bentuk ion-ion sulfat (SO4 2- ).Kemudian ion-ion sulfat tadi akan diserap oleh tumbuhan untuk menyusun protein dalam tubuhnya.Ketika manusia atau hewan memakan tumbuhan, maka akan terjadi perpindahan unsur belerangdari tumbuhan ke tubuh hewan atau manusia. Ketika hewan atau tumbuhan mati, jasadnya akandiuraikan oleh bakteri dan jamur pengurai dan menghasilkan bau busuk, yaitu gas hidrogen sulfide

(H2S) yang akan dilepas ke udara dan sebagian tetap ada di dalam tanah. Gas hidrogen sulfida yangada di udara akan bersenyawa dengan oksigen membentuk sulfur oksida, dan yang di tanah oleh bakteri tanah akan diubah menjadi ion sulfat dan senyawa sulfur oksida yang nanti akan diserapkembali oleh tumbuhan.

4. Daur Karbon

Sumber-sumber CO2 di udara berasal dari respirasi manusia dan hewan, erupsi vulkanik, pembakaran batu bara, dan asap pabrik. Karbon dioksida di udara dimanfaatkan oleh tumbuhanuntuk berfotosintesis dan menghasilkan oksigen. Hewan dan tumbuhan yang mati, dalam waktuyang lama akan membentuk batu bara di dalam tanah. Batu bara akan dimanfaatkan lagi sebagai bahan bakar yang juga menambah kadar CO2 di udara. Di ekosistem air, pertukaran CO2 denganatmosfer berjalan secara tidak langsung. Karbon dioksida berikatan dengan air membentuk asamkarbonat yang akan terurai menjadi ion bikarbonat. Bikarbonat adalah sumber karbon bagi algayang memproduksi makanan untuk diri mereka sendiri dan organisme heterotrof lain. Sebaliknya,saat organisme air berespirasi, CO2 yang mereka keluarkan menjadi bikarbonat. Jumlah bikarbonatdalam air adalah seimbang dengan jumlah CO2 di air. Lintasan arus utama siklus karbon adalah dariatmosfer atau hidrosfer ke dalam jasad hidup, kemudian kembali lagi ke atmosfer atau

 hidrosfer (Harliyono, 1999: 191) 

5. Daur Hidrologi (Air)

Pemanasan air samudra oleh sinar matahari merupakan kunci proses siklus hidrologi tersebut dapat berjalan secara kontinu. Air berevaporasi kemudian jatuh sebagai presipitasi dalam bentuk hujan,salju, hujan es, hujan gerimis, atau kabut. Pada perjalanan menuju bumi, beberapa presipitasi dapat berevaporasi kembali ke atas, atau langsung jatuh yang kemudian diintersepsi oleh tanamansebelum mencapai tanah. Setelah mencapai tanah siklus hidrologi terus bergerak secara kontinudalam tiga cara yang berbeda:

a.   Evaporasi (transpirasi)

Air yang ada di laut, di daratan, di sungai, di tanaman, dan sebagainya, kemudian akan menguap keangkasa (atmosfer) dan akan menjadi awan. Pada keadaan jenuh, uap air (awan) itu akan menjadi bintik-bintik air yang selanjutnya akan turun (precipitation) dalam bentuk hujan, salju, es, dankabut.

b.  Infiltrasi (perkolasi)

Ke dalam tanah air bergerak ke dalam tanah melalui celah-celah dan pori-pori tanah dan batuanmenuju permukaan air tanah. Air dapat bergerak akibat aksi kapiler, atau air dapat bergerak secaravertikal atau horizontal di bawah permukaan tanah hingga air tersebut memasuki kembali sistem air 

Nitrogen adalah unsur yang paling berlimpah di atmosfer (78% gas di atmosfer adalah nitrogen). Meskipun demikian, penggunaan nitrogen pada bidang biologis sangatlah terbatas. Nitrogen merupakan unsur yang tidak reaktif (sulit bereaksi dengan unsur lain) sehingga dalam penggunaan nitrogen pada makhluk hidup diperlukan berbagai proses, yaitu : fiksasi nitrogen, mineralisasi, nitrifikasi, denitrifikasi.

Siklus nitrogen sendiri 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. Siklus nitrogen secara khusus sangat dibutuhkan dalam ekologi karena ketersediaan nitrogen dapat mempengaruhi tingkat proses ekosistem kunci, termasuk produksi primer dan dekomposisi. Aktivitas manusia seperti pembakaran bahan bakar fosil, penggunaan pupuk nitrogen buatan, dan pelepasan nitrogen dalam air limbah telah secara dramatis mengubah siklus nitrogen global. Pembukaannya sudah cukup, sekarang kita menginjak ke detail proses daur / siklus nitrogen.

FUNGSI DALAM EKOLOGI

Nitrogen sangatlah penting untuk berbagai proses kehidupan di Bumi. Nitrogen adalah komponen utama dalam semua asam amino, yang nantinya dimasukkan ke dalam protein, tahu kan kalau protein adalah zat yang sangat kita butuhkan dalam pertumbuhan. Nitrogen juga hadir di basis pembentuk asam nukleat, seperti DNA dan RNA yang nantinya membawa hereditas. Pada tumbuhan, banyak dari nitrogen digunakan dalam molekul klorofil, yang penting untuk fotosintesis dan pertumbuhan lebih lanjut. Meskipun atmosfer bumi merupakan sumber berlimpah nitrogen, sebagian besar relatif tidak dapat digunakan oleh tanaman. Pengolahan kimia atau fiksasi alami (melalui proses konversi seperti yang dilakukan bakteri rhizobium), diperlukan untuk mengkonversi gas nitrogen menjadi bentuk yang dapat digunakan oleh organisme hidup, oleh karena itu nitrogen menjadi komponen penting dari produksi pangan. Kelimpahan atau kelangkaan dari bentuk "tetap" nitrogen, (juga dikenal sebagai nitrogen reaktif), menentukan berapa banyak makanan yang dapat tumbuh pada sebidang tanah.

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).

1. 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 :

a. 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.

b. 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.

c. Pembakaran bahan bakar fosil : mesin mobil dan pembangkit listrik termal, yang melepaskan berbagai nitrogen oksida (NOx).

d. Proses lain: Selain itu, pembentukan NO dari N2 dan O2 karena foton dan terutama petir, dapat memfiksasi nitrogen.

2. 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.

3. Amonifikasi

Jika tumbuhan atau hewan mati, nitrogen organik diubah menjadi amonium (NH4+) oleh bakteri dan jamur.

4. 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 menjadi nitrit (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.

Paku Heterospora

Tumbuhan Paku Heterospora.

Ada pula tumbuhan paku yang mempunyai protalium tidak sama besar dan berumah dua, pemisahan jenis kelamin ini terjadi pada pembentukan spora dan ukurannya pun berbeda, sehingga tumbuhan paku ini disebut dengan paku heterospora. Spora yang berukuran besar mengandung banyak makanan cadangan dinamakan makrospora/megaspora. Adapun spora yang kecil dinamakan mikrospora, dihasilkan dari mikrosporangium. Contohnya paku semanggi (Marsilea), paku rane (Selaginella).

Perlu Anda ketahui mikrospora akan tumbuh menjadi mikroprotalium, sedangkan makrospora akan tumbuh menjadi makroprotalium. Selanjutnya, mikroprotalium membentuk mikroogametofit yang akan menghasilkan anteridium dan akan menghasilkan sperma. Sebaliknya makroprotalium membentuk makrogametofit yang akan menghasilkan arkegonium dan akan menghasilkan ovum. Jika terjadi fertilisasi antara sperma dan ovum, maka akan menghasilkan tumbuhan paku. Dan tumbuhan paku ini akan berkembang menghasilkan spora, demikian seterusnya.

Skema daur hidup tumbuhan paku homospora

Paku Homospora

PAKU HOMOSPORE - PERALIHAN

Metagenesis Daur hidup paku

• Tumbuhan paku atau dikenal dengan Pterydophyta
• Tumbuhan paku adalah salah satu dari kelompok kingdom Plantae yang secara evolusi lebih maju dibandingkan Bryophyta (Lumut)
• Tumbuhan paku sudah tergolong dalam Tracheophyta karena sudah mempunyai Trakeid atau berkas pengangkut baik Xilem maupun Floem OK
• Selain akarnya sudah jelas dan membentuk sistem perakaran serabut.
• Secara keseluruhan Paku dan Lumut mempunyai persamaan yaitu adanya peristiwa metagenesis
• Metagenesis yaitu peristiwa pergiliran keturunan dari fase sexual ke fase asexual ke fase sexual lagi sehingga membentuk daur/cyclus.

Karakter khas pada Pteridophyta ( tumbuhan paku)

• Tumbuhan paku dewasa yang dijumpai di alam merupakan fase sporofit yang menghasilkan spora sebagai alat perkembangbiakan seksual.
• Spora yang jatuh ditempat lembab akan tumbuh menjadi protalium atau prothallus yang merupakan fase gametofit yang berwujud tumbuhan kecil berupa lembaran berwarna hijau
• Fase gametofitnya lebih pendek daripada fase sporofitnya.
• fase sporoitnya berupa tumbuhan paku sendiri

Daur hidup tumbuhan paku mengenal pergiliran keturunan, yang terdiri dari dua fase

1. Fase Gametofit
2. Fase Sporofit.

• Tumbuhan paku yang mudah kita lihat merupakan bentuk fase sporofit karena menghasilkan spora.
• Bentuk generasi fase gametofit dinamakan protalus (prothallus) atau protalium (prothallium),yang sementara kemudian akan menjadi tumbuhan paku setelah terjadi fertilisasi

PROTHALLIUM

• Prothallium berwujud tumbuhan kecil berupa lembaran berwarna hijau, mirip lumut hati,
• tidak berakar (tetapi memiliki rizoid sebagai penggantinya)
• tidak berbatang, tidak berdaun.
• Prothallium tumbuh dari spora yang jatuh di tempat yang lembab.
• Dari prothallium Tumbuh anteridium (antheridium, organ penghasil spermatozoid atau sel kelamin jantan) dan arkegonium (archegonium, organ penghasil ovum atau sel telur).
• Pembuahan mutlak memerlukan bantuan air sebagai media spermatozoid berpindah menuju archegonium. Ovum yang terbuahi berkembang menjadi zigot, yang pada gilirannya tumbuh menjadi tumbuhan paku baru.

TUMBUHAN PAKU

• Berupa tumbuhan yang dewasa yang berakar , berbatang dan berdaun
• Daun yang muda menggulung
• Daunnya ada yang berukaran besar (makrofil) maupun kecil ( mikrofil ) dan ditemukan pula dau sporofil ( daun penghasil spora) dan Tropofil( daun untuk fotosintesis yang sering pula disebut daun steril
• Daun sporofil dibagian permukaan bawahnya terdapat sporogonium penghasil spora sehingga permukaan daun bagian bawahnya tidak rata
• Karena sering dijumpai dialam tentu ia lebih lama hidupnya maka pada paku Fase sporofit lebih dominan / lebih lama hidupnya dibandingkan dengan fase gametofitnya yang berupa fase gametofit

Berdasarkan jenis spora yang dihasilkan tumbuhan paku dapat dibedakan sebagai berikut:

1. Tumbuhan paku homospora
2. Tumbuhan paku heterospora
3. Tumbuhan paku peralihan

• Tumbuhan paku homospora : Tumbuhan paku yang menghasilkan spora baik bentuk ukuran dan jenisnya sama , sehingga di daun paku ukuran dan bentuk sporanya homogen
• Contoh: Lycopodium clavatum ( Paku kawat ) dan Suplir (adiantum cuneatum)

2. Tumbuhan paku Heterospor Contoh : Marsilea crenata ( paku semanggi ) dan Selaginella ( Paku rane )

3. Tumbuhan paku peralihan Contoh : Paku ekor kuda(Equisetum debile)

KLASIFIKASI PTERYDOPHYTA

Berdasarkan ciri tubuhnya, tumbuhan paku diklasifikasikan menjadi empat subdivisi, yaitu

1. Paku purba (Psilopsida)
2. Paku kawat (Lycopsida)
3. Paku ekor kuda (Sphenopsida)
4. Paku sejati (Pteropsida).

1. Paku Purba (Psilopsida)

• Tumbuhan paku purba yang masih hidup saat ini diperkirakan hanya tinggal 10 spesies sampai 13 spesies dari dua genus.
• Paku purba hidup di daerah tropis dan subtropis.
• Sporofit paku purba ada yang tidak memiliki akar sejati dan tidak memiliki daun sejati.
• Paku purba yang memilki daun pada umumnya berukuran kecil (mikrofil) dan berbentuk sisik.
• Batang paku purba bercabang dikotomi dengan tinggi mencapai 30 cm hingga 1 m. Paku purba juga tidak memiliki pembuluh pengangkut.
• Batang paku purba mengandung klorofil sehingga dapat melakukan fotosintesis.
• Cabang batang mengandung mikrofil dan sekumpulan sporangium yang terdapat di sepanjang cabang batang.
• Sporofil paku purba menghasilkan satu jenis spora (homospora).
• Gametofitnya tidak memiliki klorofil dan mengandung anteridium dan arkegonium. Gametofit paku purba bersimbiosis dengan jamur untuk memperoleh nutrisi.

Contoh tumbuhan paku purba yaitu

1. Paku purba tidak berdaun (Rhynia)
2. Paku purba berdaun kecil (Psilotum).

2. Paku Kawat (Lycopsida)

• Paku kawat mencakup 1.000 spesies tumbuhan paku, terutama dari genus Lycopodium dan Selaginella.
• Paku kawat banyak tumbuh di hutan-hutan daerah tropis dan subtropis.
• Paku kawat menempel di pohon atau hidup bebas di tanah.
• Anggota paku kawat memiliki akar, batang, dan daun sejati.
• Daun tumbuhan paku kawat berukuran kecil dan tersusun rapat.
• Sporangium terdapat pada sporofil yang tersusun membentuk strobilus pada ujung batang.
• Strobilus berbentuk kerucut seperti konus pada pinus.
• Oleh karena itu paku kawat disebut juga pinus tanah.
• Pada paku rane (Selaginella) sporangium terdiri dari dua jenis, yaitu mikrosporangium dan megasporangium.
• Mikrosporangium terdapat pada mikrosporofil (daun yang mengandung mikrosporangium).
• Mikrosporangium menghasilkan mikrospora yang akan tumbuh menjadi gametofit jantan.
• Megasporangium terdapat pada megasporofil (daun yang mengandung megasporangium).
• Megasporangium menghasilkan megaspora yang akan tumbuh menjadi gametofit betina.

• Gametofit paku kawat berukuran kecil dan tidak berklorofil.
• Gametofit memperoleh makanan dari jamur yang bersimbiosis dengannnya.
• Gametofit paku kawat ada yang uniseksual, yaitu mengandung anteridium saja atau arkegonium saja.
• Gametofit paku kawat juga ada yang biseksual, yaitu mengandung anteridium dan arkegonium.
• Gametofit uniseksual terdapat pada Selaginella.
• Selaginella merupakan tumbuhan paku heterospora sedangkan gametofit biseksual terdapat pada Lycopodium sehingga tergolong paki homospore

3. Paku Ekor Kuda (Sphenopsida)

• Paku ekor kuda saat ini hanya tinggal sekitar 25 spesies dari satu genus, yaitu Equisetum.
• Equisetum terutama hidup pada habitat lembab di daerah subtropis.
• Equisetum yang tertinggi hanya mencapai 4,5 m sedangkan rata-rata tinggi Equisetum kurang dari 1 m.
• Equisetum memiliki akar, batang, dan daun sejati.
• Batangnya beruas dan pada setiap ruasnya dikelilingi daun kecil seperti sisik.
• Equisetum disebut paku ekor kuda karena bentuk batangnya seperti ekor kuda.
• Batangnya yang keras disebabkan dinding selnya mengandung silika.
• Sporangium terdapat pada strobilus.
• Sporangium menghasilkan satu jenis spora, sehingga Equisetum digolongkan pada tumbuhan paku peralihan.
• Gametofit Equisetum hanya berukuran beberapa milimeter tetapi dapat melakukan fotosintesis.
• Gametofitnya mengandung anteridium dan arkegonium sehingga merupakan gametofit biseksual.

4. Paku Sejati (Pteropsida)

• Paku sejati mencakup jenis tumbuhan paku yang paling sering kita lihat.
• Tempat tumbuh paku sejati sebagian besar di darat pada daerah tropis dan subtropis.
• Paku sejati diperkirakan berjumlah 12.000 jenis dari kelas Filicinae.
• Filicinae memiliki akar, batang, dan daun sejati.
• Batang dapat berupa batang dalam (rizom) atau batang di atas permukaan tanah.
• Daun Filicinae umumnya berukuran besar dan memiliki tulang daun bercabang.
• Daun mudanya memiliki ciri khas yaitu tumbuh menggulung (circinnatus).

Contoh jenis paku yang termasuk paku sejati (Pteropsida) yaitu

1. Semanggi (Marsilea crenata),
2. Paku tanduk rusa (Platycerium bifurcatum),
3. Paku sarang burung (Asplenium nidus)
4. Paku suplir (Adiantum cuneatum)
5. Paku sawah / paku air (Azolla pinnata)
6. Dicksonia antarctica.

Manfaat Tumbuhan Paku

• Beberapa jenis tumbuhan paku dapat diamanfaatkan bagi kepentingan manusia.
• Jenis tumbuhan paku yang dapat dimanfaatkan yaitu

1. Semanggi (Marsilea crenata) dimakan sebagai sayur
2. Paku rane (Selaginella plana) sebagai obat untuk menyembuhkan luka
3. Paku sawah (Azolla pinnata) sebagai pupuk hijau tanaman padi di sawah
4. Paku suplir (Adiantum cuneatum) dan paku rusa (Platycerium bifurcatum) sebagai tanaman hias.

DETAIL

Nephrolepis biserrata

Klasifikasi

• Kingdom: Plantae (Tumbuhan)
• Subkingdom: Tracheobionta (Tumbuhan berpembuluh)
• Divisi: Pteridophyta (paku-pakuan)
• Kelas: Pteridopsida
• Sub Kelas: Polypoditae
• Ordo: Polypodiales
• Famili : Dryopterydaceae
• Genus : Nephrolepis
• Spesies: Nephrolepis biserrata (Sw.) Schott

Habitat

• Di alam paku ini tumbuh di tempat yang terbuka, kadang-kadang tumbuh di tempat yang terlindung, di dataran rendah yang tidak terlalu kering.
• Selain hidup di tanah, dijumpai pula di pohon-pohon palem secara epifit, dapat pula tumbuh di sela-sela bebatuan apabila terisi dengan humus.
• Orang Sunda menyebutnya paku harupat, mungkin karena suka tumbuh di pohon-pohon palem, kata harupat sebenarnya berarti lidi aren.
• Mungkin juga nama tersebut berasal dari tangkai daunnya yang tegak dan kaku seperti lidi.
• Nephrolepis dapat ditemukan pada dataran tinggi, daerah kering seperti padang pasir, daerah berair atau area-area terbuka.
• Selain itu dapat ditemukan 4 tipe habitat Nephrolepis yaitu,

1. Hutan rindang yang memiliki celah permukaan berkarang
2. Tempat yang terlindung dari sinar matahari
3. di daerah rawa dan tergenang air
4. tumbuh sebagai epifit pada pohon-pohon tropik.

Reproduksi

• Nephrolepis memilki fase gametofit yang hidupnya bebas.
• Beberapa ciri reproduksi Nephrolepis:

1. Fase sporofit (diploid) yang menghasilkan spora haploid melalui pembelahan miosis.
2. Spora tersebut tumbuh melalui bagian selnya menjadi gametofit, untuk fotosistesis protalus.
3. Gametofit tersebut menghasilkan gamet (sel sperma dan sel telur) melalui pembelahan mitosis.
4. Selanjutnya sperma membuahi sel telur dengan cara manggabungkan diri pada protalus.
5. Pembuahan sel telur menghasilkan zigot yang diploid dan berkembang melalui pembelahan miosis sehingga menjadi sporofit (tumbuhan Nephrolepis).

Karakteristik

• Tangkai daunnya bersisik lembut, sisik-sisik tersebut berwarna coklat, panjang daunnya dapat mencapai 2 m bila tumbuh di tempat yang cocok.
• Bentuk daun subur lebih besar dari daun mandul, pada daun subur bentunya lancip dengan dasar yang berkuping. Sporanya terletak dipinggir daun.
• Jenis ini mudah dibedakan dengan jenis paku lain karena letak sporanya yang tidak merata.
• Para daun tumbuh hingga sekitar satu meter.

Penyebaran

• Umumnya tersebar di seluruh daerah Asia tropika.
• Paku ini jarang ditemukan di lereng-lereng gunung namun menyukai dataran rendah.

Manfaat

Sebagai tanaman hiasan :

• Asplenium nidus (paku sarang burung)
• Platycerium nidus (paku tanduk rusa)
• Adiantum cuneatum (suplir)
• Selaginella wildenowii (paku rane)

Sebagai bahan penghasil obat-obatan :

• Asipidium filix-mas
• Lycopodium clavatum

Sebagai sayuran :

• Marsilea crenata (semanggi)
• Salvinia natans (paku sampan = kiambang)

Sebagai pupuk hijau :

• Azolla pinnata - bersimbiosis dengan anabaena azollae (gangangbiru)

Sebagai pelindung tanaman di persemaian :

• Gleichenia linearis