Memahami Kitaran Nitrogen (Diterangkan Secara Mudah)

Mengapa nitrogen penting, dan mengapa ia sukar diperoleh

Nitrogen ialah salah satu unsur yang diperlukan oleh setiap organisma hidup, kerana ia adalah bahan binaan utama protein dan asid nukleik seperti DNA. Tanpa bekalan nitrogen dalam bentuk yang boleh digunakan, sesuatu organisma tidak dapat membesar atau membaiki selnya.

Ini menimbulkan teka-teki: kira-kira 78% udara di sekeliling kita ialah gas nitrogen (N₂), namun hampir tiada tumbuhan atau haiwan boleh menggunakannya dalam bentuk itu. Dua atom nitrogen dalam N₂ disambungkan oleh ikatan tiga yang sangat kuat, menjadikan gas ini sangat tidak reaktif.

Tumbuhan hanya boleh menyerap nitrogen setelah ia ditukar kepada bentuk reaktif dan terlarut, seperti ion nitrat, yang boleh diserap akarnya daripada tanah.

Inilah juga sebabnya kekurangan nitrat dalam tanah menyebabkan masalah yang boleh dilihat pada tumbuhan, seperti pertumbuhan terbantut dan daun menguning, nitrogen diperlukan untuk membina klorofil selain protein, jadi tumbuhan yang tidak mendapat bekalan mencukupi sukar membesar dan menjalankan fotosintesis dengan normal.

Cara nitrogen menjadi boleh digunakan

1. Pengikatan nitrogen: bakteria tertentu, termasuk bakteria pengikat nitrogen yang hidup dalam nodul akar tumbuhan legum seperti kacang, serta bakteria bebas hidup dalam tanah, menukarkan gas nitrogen atmosfera kepada sebatian ammonium yang akhirnya boleh digunakan tumbuhan.
2. Pengikatan oleh kilat: tenaga yang dibebaskan oleh kilat juga boleh menggabungkan gas nitrogen dengan oksigen di udara untuk membentuk oksida nitrogen, yang terlarut dalam air hujan dan sampai ke tanah sebagai nitrat. Laluan ini menyumbang jauh lebih sedikit nitrogen ke tanah berbanding bakteria pengikat nitrogen.
3. Nitrifikasi: bakteria nitrifikasi dalam tanah kemudiannya menukarkan sebatian ammonium ini kepada nitrit, dan seterusnya kepada nitrat.
4. Asimilasi: akar tumbuhan menyerap ion nitrat daripada tanah dan menggunakannya untuk membina protein dan asid nukleik; haiwan memperoleh nitrogen dengan memakan tumbuhan atau memakan haiwan lain yang telah memakan tumbuhan. Berbeza daripada tumbuhan, haiwan tidak boleh membina protein terus daripada nitrat, jadi ia bergantung sepenuhnya pada sebatian nitrogen yang sudah terbina dalam makanannya.

Mengembalikan nitrogen ke tanah dan udara

Nitrogen tidak kekal terkunci dalam tumbuhan dan haiwan selama-lamanya. Apabila organisma mati, atau menghasilkan bahan buangan seperti urea dan najis, pengurai, terutamanya bakteria dan kulat, menguraikan sebatian mengandungi nitrogen ini melalui penguraian.

Ini membebaskan sebatian ammonium semula ke dalam tanah, di mana bakteria nitrifikasi boleh menukarkannya semula kepada nitrat, sedia untuk diserap tumbuhan.

Sebahagian nitrat dalam tanah, terutamanya dalam keadaan tanah bertakung air dengan sedikit oksigen, ditukar oleh bakteria denitrifikasi kembali kepada gas nitrogen, yang terlepas ke atmosfera. Proses ini, denitrifikasi, mengembalikan nitrogen ke udara dan melengkapkan kitaran.

Kitaran semula nitrogen yang berterusan melalui penguraian dan nitrifikasi inilah yang mengekalkan kesuburan tanah bagi menyokong pertumbuhan tumbuhan yang berterusan, generasi demi generasi.

Kitaran secara ringkas

Salah faham biasa

Bagaimana kitaran nitrogen diuji dalam peperiksaan?

Soalan peperiksaan biasanya mengambil salah satu daripada tiga bentuk. Soalan gambar rajah menunjukkan kitaran dengan anak panah dan meminta anda menamakan proses pada setiap anak panah serta jenis bakteria yang bertanggungjawab.

Soalan berstruktur memberikan senario, seperti sawah yang bertakung air, dan meminta anda menerangkan bagaimana ia mengubah aras nitrat. Soalan esei pula mungkin meminta anda menghuraikan keseluruhan kitaran mengikut urutan.

Markah yang paling kerap hilang berpunca daripada menamakan bahan sedangkan proses yang dikehendaki, atau sebaliknya. Apabila anak panah menghala daripada gas nitrogen kepada sebatian ammonium, jawapannya ialah 'pengikatan nitrogen', dan agennya ialah 'bakteria pengikat nitrogen'.

Menamakan setiap proses dan bakterianya dengan tepat itulah yang memperoleh markah penuh.

Mengapa petani menanam tumbuhan legum dan menggilir tanaman?

Tumbuhan legum seperti kacang pea, kacang dan kacang tanah membawa bakteria pengikat nitrogen dalam nodul akarnya, jadi tanaman legum menambah sebatian nitrogen yang boleh digunakan ke dalam tanah semasa ia membesar. Apabila tanaman dituai dan akarnya dibajak semula ke dalam tanah, nitrogen itu menyuburkan tanah untuk tanaman seterusnya.

Inilah sebabnya petani sering menggilir tanaman yang memerlukan banyak nitrogen dengan tanaman legum, dan bukannya menanam tanaman yang sama tahun demi tahun. Ia mengurangkan keperluan baja nitrat buatan, yang mahal dan boleh terhanyut ke dalam sungai lalu menimbulkan masalah.

Memahami hubungan antara kitaran ini dan pertanian ialah soalan aplikasi yang biasa.

Apa berlaku apabila kitaran ini terganggu?

Kitaran ini bergantung pada keseimbangan antara bakteria yang menambah nitrat dan bakteria yang mengeluarkannya. Tanah bertakung air mempunyai sedikit oksigen, yang menggalakkan bakteria denitrifikasi, jadi nitrat hilang sebagai gas nitrogen dan tanah menjadi kurang subur.

Menyaliri dan membajak tanah membenarkan udara masuk, yang memperlahankan denitrifikasi dan mengekalkan lebih banyak nitrat untuk tumbuhan.

Menambah terlalu banyak baja nitrat pula menimbulkan masalah lain. Hujan menghanyutkan lebihan nitrat keluar dari tanah ke sungai dan tasik, di mana ia menyebabkan alga membiak dengan pantas.

Apabila alga mati, pengurai menggunakan oksigen dalam air itu, dan organisma akuatik lain mungkin mati akibat kekurangan oksigen. Ini menunjukkan mengapa kitaran semula nitrogen secara semula jadi penting bagi tanah dan air.

Sumber:SRC-DSKP-EN

Soalan lazim