Kitaran nitrogen

Di mana ia berlaku

Kitaran nitrogen berlaku merentasi atmosfera, tanah, dan organisma hidup, dan penting kerana nitrogen diperlukan untuk membina protein dan asid nukleik, namun kebanyakan organisma tidak dapat menggunakan gas nitrogen yang membentuk sebahagian besar atmosfera secara terus.

Setiap peringkat mempunyai lokasinya sendiri. Pengikatan nitrogen berlaku di dalam nodul akar kekacang seperti kacang tanah dan kacang soya, dalam bakteria tanah yang hidup bebas, dan di udara semasa kilat.

Nitrifikasi dan ammonifikasi berlaku dalam lapisan atas tanah yang berudara baik, tempat bakteria dan kulat mendapat oksigen. Asimilasi berlaku dalam sel rerambut akar dan kemudian di dalam sel tumbuhan dan haiwan.

Penyahnitrifikasan tertumpu dalam tanah bertakung air dan lumpur yang kurang oksigen; sebab itulah sawah padi yang banjir kehilangan nitrat lebih cepat daripada tanah kering.

Bahan masuk dan bahan keluar

• Bahan masuk: gas nitrogen daripada atmosfera, diikat oleh bakteria atau kilat.
• Bahan masuk: organisma mati, najis dan air kencing yang membawa protein dan urea kembali ke tanah.
• Bahan perantara: ion ammonium yang dihasilkan oleh pengikatan dan ammonifikasi.
• Bahan perantara: ion nitrit, hasil sementara langkah pertama nitrifikasi.
• Bahan keluar kepada tumbuhan: ion nitrat yang diserap oleh akar dan dibina menjadi asid amino, protein, klorofil dan asid nukleik.
• Bahan keluar ke atmosfera: gas nitrogen yang dibebaskan oleh bakteria penyahnitrifikasan.

Langkah-langkahnya

1. Pengikatan nitrogen oleh kilat: tenaga kilat menyebabkan nitrogen dan oksigen di udara bergabung menjadi oksida nitrogen, yang larut dalam air hujan dan sampai ke tanah sebagai nitrat.
2. Pengikatan nitrogen oleh bakteria: bakteria pengikat nitrogen, seperti Rhizobium dalam nodul akar kekacang dan Azotobacter yang hidup bebas dalam tanah, menukar gas nitrogen kepada sebatian ammonium.
3. Nitrifikasi, langkah pertama: bakteria nitrifikasi seperti Nitrosomonas menukar ion ammonium kepada ion nitrit.
4. Nitrifikasi, langkah kedua: bakteria nitrifikasi seperti Nitrobacter menukar ion nitrit kepada ion nitrat, bentuk yang paling mudah diserap oleh tumbuhan.
5. Asimilasi: sel rerambut akar menyerap ion nitrat dan ammonium secara pengangkutan aktif, dan tumbuhan menggunakannya untuk membina asid amino, protein, klorofil dan asid nukleik; sebatian ini beralih kepada haiwan apabila tumbuhan dimakan.
6. Ammonifikasi: pengurai, terutamanya bakteria dan kulat, memecahkan protein dalam organisma mati, najis dan urea, membebaskan ammonia dan ion ammonium kembali ke dalam tanah.
7. Penyahnitrifikasan: bakteria penyahnitrifikasan, terutamanya dalam tanah bertakung air yang kurang oksigen, menukar ion nitrat kembali kepada gas nitrogen, yang kembali ke atmosfera dan melengkapkan kitaran.

Mengapa ia penting dan bagaimana ia dikawal

Oleh sebab nitrogen mesti melalui bakteria sebelum tumbuhan dapat menggunakannya, kitaran nitrogen menghubungkan atmosfera, organisma tanah, tumbuhan dan haiwan bersama-sama. Tanpa bakteria pengikat nitrogen dan nitrifikasi, nitrogen yang terkunci dalam atmosfera akan kekal tidak tersedia kepada hampir semua hidupan.

Keseimbangan kitaran ini ditentukan oleh keadaan tanah. Oksigen menggalakkan nitrifikasi dan ammonifikasi, jadi membajak, menyalirkan dan menggemburkan tanah meningkatkan nitrat yang tersedia untuk tanaman.

Takungan air menyingkirkan oksigen dan menggalakkan penyahnitrifikasan, yang mengurangkan nitrat tanah. Oleh itu petani menggilirkan tanaman dengan kekacang, menambah kompos atau baja kandang untuk membekalkan bahan kepada ammonifikasi, dan menyalirkan ladang supaya nitrat kekal di zon akar.

Baja nitrat berlebihan yang tidak diserap akan terlarut resap ke sungai dan tasik, menyuburkan alga dan menyebabkan eutrofikasi, jadi kitaran ini turut berkait dengan topik pencemaran dalam bab yang sama.

Bagaimana ia diperiksa

Anda mungkin diminta menyatakan jenis bakteria yang bertanggungjawab bagi setiap peringkat kitaran nitrogen, menerangkan mengapa kekacang sering ditanam untuk meningkatkan kesuburan tanah, atau menjejaki laluan atom nitrogen daripada atmosfera ke dalam protein dan kembali semula.

Soalan gambar rajah memberikan kitaran tanpa label dengan anak panah berhuruf dan meminta anda menamakan proses pada setiap anak panah serta organisma yang bertanggungjawab. Soalan berbentuk esei sering meminta anda menerangkan cara aktiviti manusia, seperti membersihkan kekacang, menggunakan baja secara berlebihan atau membanjiri ladang, mengubah jumlah nitrat dalam tanah.

Markah diberikan untuk nama yang tepat: menyatakan Rhizobium untuk pengikatan, Nitrosomonas dan Nitrobacter untuk dua langkah nitrifikasi, dan menyatakan bahawa penyahnitrifikasan menyingkirkan nitrat. Menulis 'bakteria' tanpa jenis mendapat markah yang kurang daripada menamakan kumpulannya.

Salah faham biasa

Soalan contoh berformat peperiksaan

Soalan. Seorang petani menanam jagung di ladang yang sama selama tiga tahun dan mendapati hasilnya menurun setiap tahun. Pada tahun keempat, petani itu menanam kacang tanah, sejenis kekacang, dan membajak pokok itu ke dalam tanah selepas menuai.

Tanaman jagung pada tahun berikutnya lebih besar. (a) Namakan bakteria yang terdapat dalam nodul akar kacang tanah dan nyatakan proses yang dijalankannya.

(b) Terangkan, dengan merujuk kepada kitaran nitrogen, mengapa membajak pokok kacang tanah ke dalam tanah meningkatkan hasil jagung. (c) Ladang itu kemudian bertakung air selepas hujan lebat.

Terangkan bagaimana keadaan ini menjejaskan kandungan nitrat tanah.

Jawapan model. (a) Rhizobium, yang menjalankan pengikatan nitrogen, menukar gas nitrogen daripada udara kepada sebatian ammonium. (b) Jagung menyerap ion nitrat daripada tanah setiap tahun, jadi penanaman berulang menyusutkan nitrogen tanah.

Akar kacang tanah mengandungi nitrogen terikat dalam nodul dan proteinnya. Apabila pokok itu dibajak ke dalam tanah, pengurai memecahkan protein melalui ammonifikasi, membebaskan ion ammonium.

Bakteria nitrifikasi kemudian menukar ammonium kepada nitrit dan seterusnya nitrat, yang diserap oleh jagung secara pengangkutan aktif untuk membina asid amino dan protein, jadi pertumbuhan bertambah baik. (c) Tanah bertakung air mengandungi sedikit oksigen.

Bakteria penyahnitrifikasan hidup subur dalam keadaan ini dan menukar ion nitrat kepada gas nitrogen, yang terlepas ke atmosfera, jadi kandungan nitrat tanah menurun.

Sumber:SRC-DSKP-EN

Soalan lazim