Nitrat Nitrogen perairan

Nitrat merupakan zat nutrisi yang dibutuhkan oleh tumbuhan untuk dapat tumbuh dan berkembang, sementara nitrit merupakan senyawa toksik yang dapat mematikan organisma air. Keberadaan nitrat diperairan sangat dipengaruhi oleh buangan yang dapat berasal dari industri, bahan peledak, pirotehnik dan pemupukan. Secara alamiah kadar nitrat biasanya rendah namun kadar nitrat dapat menjadi tinggi sekali dalam air tanah didaerah yang diberi pupuk nitrat/nitrogen (Alaerts, 1987)

Nitrogen di perairan terdapat dalam bentuk gas N2, NO2-, NO3-, NH3 dan NH4+ serta sejumlah N yang berikatan dalam organik kompleks (Haryadi, 2003). Sumber nitrogen terbesar berasal dari udara, sekitar 80% dalam bentuk nitrogen bebas yang masuk melalui sistem fiksasi biologis dalam kondisi aerobik. Menurut Chester (1990), keberadaan nitrogen di perairan dapat berupa nitrogen anorganik dan organik. Nitrogen anorganik terdiri atas ion nitrit (NO2-),ion nitrat (NO3 -), ammonia (NH3), ion ammonium (NH4 +) dan molekul N2 yang larut dalam air, sedangkan nitrogen organik berupa protein, asam amino dan urea akan mengendap dalam air. Effendi (2003) menyatakan bahwa bentuk-bentuk nitrogen tersebut mengalami transformasi (ada yang melibatkan mikrobiologi dan ada yang tidak) sebagai bagian dari siklus nitrogen. Transformasi nitrogen secara mikrobiologi mencakup hal-hal sebagai berikut:

1. Asimilasi nitrogen anorganik (nitrat dan ammonium) oleh tumbuhan dan mikroorganisme (bakteri autorof) untuk membentuk nitrogen organik misalnya asam

amino dan protein.

2. Fiksasi gas nitrogen menjadi ammonia dan nitrogen organik oleh mikroorganisme. Fiksasi gas nitrogen secara langsung dapat dilakukan oleh beberapa jenis alga Cyanophyta (alga biru) dan bakteri. N2 + 3 H2 ⇔ 2 NH3 (ammonia); atau NH4+ (ion ammonium). Ion ammonium yang tidak berbahaya adalah bentuk nitrogen hasil hidrolisis ammonia yang berlangsung dalam kesetimbangan seperti reaksi berikut:

H2O + NH3 ⇔ NH4OH⇔ NH4+ + OH- Kondisi pada pH tinggi (suasana basa) akan menyebabkan ion ammonium menjadi ammonium hidroksida yang tidak berdisosiasi dan bersifat racun (Goldman and Horne, 1989).

3. Nitrifikasi yaitu oksidasi ammonia menjadi nitrit dan nitrat dapat dilakukan oleh bakteri aerob. Nitrifikasi berjalan secara optimum pada pH 8 dan berkurang secara nyata pada pH < 7:

NH4+ + 3/2 O2 2 H+ + NO2- + H2O

Nitrosomonas NO2- + 1⁄2 O2 Hasil oksidasi ini sangat reaktif dan mudah sekali larut, sehingga dapat langsung digunakan dalam proses biologis (Hendersen-Seller, 1987).

4. Amonifikasi nitrogen organik untuk menghasilkan ammonia selama proses dekomposisi bahan organik. Proses ini banyak dilakukan oleh mikroba dan jamur yang membutuhkan oksigen untuk mengubah senyawaan organik menjadi karbondioksida (Hendersend-Seller, 1987). Selain itu, autolisasi atau pecahnya sel dan eksresi ammonia oleh zooplankton dan ikan juga berperan sebagai pemasok ammonia.

5. Denitrifikasi yaitu reduksi nitrat menjadi nitrit (NO2-), dinitrogen oksida (N2O) dan molekul nitrogen (N2). Proses reduksi nitrat berjalan optimal pada kondisi anoksik (tak ada oksigen). Dinitrogen oksida (N2O) adalah produk utama dari denitrifikasi pada perairan dengan kadar oksigen sangat rendah, sedangkan molekul nitrogen (N2) adalah produk utama dari proses denitrifikasi pada kondisi anaerob. Proses denitrifikasi akan berkurang atau lambat pada kondisi pH dan suhu rendah, tetapi akan berjalan optimum pada suhu rata-rata danau pada umumnya. Kondisi anaerob di sedimen membuat proses denitrifikasi lebih besar, yaitu dengan laju rata - rata 1 mg/ l/ hari (Jorgensen, 1980).

Kadar nitrogen yang tinggi dalam perairan dapat merangsang pertumbuhan algae secara tak terkendali (blooming). Konsentrasi nitrogen organik di perairan berkisar 0,1 sampai 5 mg/l, sedangkan di perairan tercemar berat kadar nitrogen bisa mencapai 100 mg/l (Dojlido dan Best, 1992). Konsentrasi nitrit yang tinggi dapat menyebabkan perairan menjadi tercemar.

Keberadaan fosfor di perairan adalah sangat penting terutama berfungsi dalam pembentukan protein dan metabolisme bagi organisme. Fosfor juga berperan dalam transfer energi di dalam sel misalnya adenosine triphosfate (ATP) dan adenosine diphosphate (ADP). Ortofosfat yang merupakan produk ionisasi dari asam ortofosfat adalah bentuk yang paling sederhana di perairan (Boyd, 1982). Reaksi ionisasi ortofosfat ditunjukkan dalam persamaan berikut:

H+ + H2PO4- H+ + HPO42-

H+ + PO43-

Fosfor dalam perairan tawar ataupun air limbah pada umumnya dalam bentuk fosfat,yaitu ortofosfat, fosfat terkondensasi seperti pirofosfat (P2O74-), metafosfat (P3O93-) dan polifosfat (P4O136- dan P3O105-) serta fosfat yang terikatsecara organik (adenosin monofosfat). Senyawaan ini berada sebagai larutan,partikel atau detritus atau berada di dalam tubuh organisme akuatik (Fergusson, 1956)

Menurut Perkins (1974), kandungan fosfat yang terdapat di perairan umumnya tidak lebih dari 0,1 mg/l, kecuali pada perairan yang menerima limbah dari rumah tangga dan industri tertentu, serta dari daerah pertanian yang mendapat pemupukan fosfat. Oleh karena itu, perairan yang mengandung kadar fosfat yang

H3PO4 ⇔ H2PO4- ⇔ HPO4- ⇔

cukup tinggi melebihi kebutuhan normal organisme akuatik akan menyebabkan terjadinya eutrofikasi.

Siklus Nitrogen

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. Lihat Gambar

Gbr. Siklus Fosfor di Alam

Daur fosfor yaitu daur atau siklus yang melibatkan fosfor, dalam hal input atau sumber fosfor-proses yang terjadi terhadap fosfor- hingga kembali menghasilkan fosfor lagi. Daur fosfor dinilai paling sederhana daripada daur lainnya, karena tidak melalui atmosfer. fosfor di alam didapatkan dari: batuan, bahan organik, tanah, tanaman, PO4- dalam tanah. kemudian inputnya adalah hasil pelapukan batuan. dan outputnya: fiksasi mineral dan pelindikan.
fosfor berupa fosfat yang diserap tanaman untuk sintesis senyawa organik. Humus dan partikel tanah mengikat fosfat, jadi daur fosfat dikatakan daur lokal.

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 decomposer (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. Fosfor dialam dalam bentuk terikat sebagai Ca-fosfat, Fe- atau Al-fosfat, fitat atau protein. Bakeri yang berperan dalam siklus fosfor : Bacillus, Pesudomonas, Aerobacter aerogenes, Xanthomonas, dll. Mikroorganisme (Bacillus, Pseudomonas, Xanthomonas, Aerobacter aerogenes) dapat melarutkan P  menjadi tersedia bagi tanaman.

Daur fosfor terlihat akibat aliran air pada batu-batuan akan melarutkan bagian permukaan mineral termasuk fosfor akan terbawa sebagai sedimentasi ke dasar laut dan akan dikembalikan ke daratan.

Perbedaan utama diantara siklus nitrogen dan fosfor dalam tanah adalah bahwa bentuk tersedia nitrogen (ammonium dan nitrat) adalah ion-ion relatif stabil yang tetap tersedia untuk digunakan tanaman..H2PO4- sebaliknya bereaksi cepat dengan ion-ion lainnya dalam larutan tanah supaya menjadi tidak begitu mudah larut atau tidak tersedia bagi tanaman..Umumnya terjadi reaksi dengan kalium, besi dan alumunium..

Fosfat juga diadsorbsi kuat pada permukaan liat oleh penempatan kembali OH dari liat (pertukaran ligand) suatu keseimbangan dimantapkan di antara konsentrasi H2PO4- dalam larutan tanah dan bentuk mineral yang tetap..Konsentrasi fosfor dalam larutan merupakan suatu fungsi kelarutan bentuk fosfor yang tetap..Pada umumnya, terjadi penurunan kelarutan dan ketersediaan dalam ordo kalsium fosfat, fosfat yang diadsorbsi liat, besi, serta alumunium fosfat..

Dibanding dengan daur O,N,C,dan S,daur P jauh lebih sederhana..P hanya terlarutkan dalam larutan masam atau dalam keadaan tereduksi, sehingga fase larutannya terbatas..