daur biogeokimia

Dalam suatu ekosistem, sebagian besar energi hilang pada setiap tingkat trofik, tetapi materi pada setiap tingkat trofik tidak hilang. Materi merupakan unsur-unsur penyusun bahan organik yang dapat didaur ulang. Daur ulang unsur-unsur tersebut melibatkan makhluk hidup dan batuan (geofisik) sehingga disebut daur biogeokimia. Daur biogeokimia meliputi daur karbon dan oksigen, daur air, daur nitrogen, daun fosfor, dan daur sulfur.

a.     Daur karbon dan oksigen 

Karbon merupakan bahan dasar dari semua bahan organik. Selain itu, karbon ditemukan sebagai gas karbondioksida dan sebagai karbonat. Karbon juga terdapat pada bahan bakar fosil (batu bara, gas alam, dan minyak). Tumbuhan hijau menangkap karbondioksida (CO₂) dan mereduksinya menjadi senyawa organik: karbohidrat, protein, lipid dan lain-lain melalui proses fotosintesis. Oksigen (O₂) digunakan selama pembakaran dan pemecahan energi, bersamaan dengan dihasilkannya karbondioksida. Untuk setiap molekukl oksigen yang digunakan dalam respirasi seluler dilepaskan satu molekul karbondioksida. Sebaliknya untuk setiap karbondioksida yang diam bil fotosintesis, dilepaskan satu molekul oksigen. Siklus karbon melalui jaring-jaring makanan secara tertutup diikuti dengan pembentukan dan pelepasan energi.  

   

Pada setiap tingkatan tropik dalam suatu jaring makanan, karbon kembali ke atmosfer atau air sebagai hasil respirasi. Bakteri dan fungi mempunyai fungsi penting sebagai pembebas karbon dari bangkai. Melalui metabolismenya, karbon dioksida dibebaskan dan daur karbon dapat mulai lagi.  

b.      Daur air

Sebagian air yang ada di tanah diserap oleh tumbuhan, digunakan dalam proses metabolisme dan mengembalikannya ke udara melalui transpirasi. Transpirasi dan evaporasi (penguapan) dari permukaan tanah dan laut menghasilkan kumpulan uap air yang disebut awan. Pada saat molekul air di atmosfer bergerak mengikuti pola angin, kelembapan udara menyebabkan suhu menjadi lebih dingin. Selanjutya, uap air terkondensasi menjadi tetes-tetes air dan jatuh sebagai air hujan atau salju. Ketika hujan jatuh didaratan, beberapa diantaranya menjadi air permukaan, mengalami penguapan, dan terserap di dalam tanah.

 Sebagian dari air ini mengalir ke bawah melewati tanah dan bebatuan, kemudian tersimpan dalam tanah atau di bawah danau yang disebut sebagai air tanah dalam. Sebagian lagi mengalir di permukaan tanah membentuk aliran air dan sungai, yang mana nantinya membawa iar ke lautan.

c.       Daur Nitrogen

Beberapa tanaman memiliki nodul di akarnya, misalnya tanaman dalam keluarga kacang-kacangan (legume)  yang didalamnya terdapat bakteri pengikat nitrogen. Bakteri genus Nitrosomonas mengoksidasi NH₃ menjadi nitrit (NO₂). Nitrit kemudian dioksidasi menjadi nitrat (NO₃) oleh bakteri genus nitrobacter, yang akhirnya menjadi nitrogen yang akan dilepaskan ke atmosfer. Proses ini akan terus berlanjut dan membentuk satu putaran atau siklus. Beberapa bakteri yang terlibat dalam daur nitrogen yaitu, Nitrosomonas mengubah amonium menjadi nitrit, Nitribacter mengubah nitrit menjadi nitrat, Rhizobium menambat nitrogen di udara, Bakteri ungu pengikat nitrogen seperti rhodospirillum. Kedua kelompok bakteri ini disebut bakteri nitrifikasi.

Tumbuhan dan hewan membutuhkan nitrogen untuk membentuk asam amino untuk membentuk protein. Selain itu, nitrogen diperlukan dalam pembentukan senyawa nitrogen, seperti asam nukleat (ADN dan ARN). Meskipun 78% di udara terdapat nitrogen bebas, namun tumbuhan dan hewan pada umumnya tidak mampu menggunakannya dalam bentuk bebas. Nitrogen harus diubah menjadi bahan nitrogen lain sehingga dapat digunakan. Nitrogen diikat oleh bakteri yang ada di dalam tanah (biasanya dalam bentuk amonia). Selanjutnya oleh bakteri nitrifikasi diubah menjadi nitrit (NO2-), kemudian menjadi nitrat (NO3-), yang mana dapat diserap dari tanah oleh tumbuhan (disebut proses nitrifikasi). Beberapa tanaman mempunyai nodul pada akarnya yang di dalamnya terdapat bakteri pengikat nitrogen. Bakteri mengubah banyak nitrogen menjadi asam amino yang dilepaskan ke jaringan tumbuhan. Tanaman dengan nodul ini mampu hidup dalam kondisi tanah yang miskin nitrogen, misalnya ercis, tanaman dengan daun menjari dan tanaman lain yang termasuk dalam keluarga kacang-kacangan (legume).
Gambar Daur Nitrogen

Kadang-kadang tanaman ini digunakan untuk mengisi lahan yang miskin nitrogen selama masa perputaran setelah panen padi. Beberapa hasil penelitian genetik yang diorientasikan terhadap pemberian tanaman panen yang lain (jagung, gandum) yang mempunyai kemampuan untuk mengikat nirogen. Kemampuan yang secara besar dapat mengurangi kebutuhan pemupukan pertanian. Dalam ekosistem air, alga hijau-biru juga mampu menyerap nitrogen. Nitrogen juga dapat terikat di atmosfer melalui masuknya energi elektrik misalnya melalui penyinaran. Bakteri pemecah memecah protein dalam tubuh organisme mati atau hasil sisa mereka menjadi amonium, kemudian nitrit atau nitrat dan akhirnya menjadi gas nitrogen yang mana akan dilepaskan ke atmosfer darimulai nitrogen diikat dan berputar lagi.Gambar Daur Nitrogen
Semua hewan hanya memperoleh nitrogen organik dari tumbuhan atau hewan lain yang dimakannya. Protein yang dicerna akan menjadi asam amino yang selanjutnya dapat disusun menjadi protein-protein baru pada tingkat trofik berikutnya. Ketika makhluk hidup mati, materi organik yang dikandungnya akan diuraikan kembali oleh dekomposer sehingga nitrogen dapat dilepaskan sebagai amonia. Dekomposisi nitrogen organik menjadi amonia lagi disebut amonifikasi. Proses tersebut dapat dilakukan oleh beberapa bakteri dan mahkluk hidup eukariotik.

Contoh beberapa mikroorganisme yang terlibat dalam daur nitrogen ialah :

1.Nitrosomanas mengubah amonium menjadi nitrit.
2.Nitrobacter mengubah nitrit menjadi nitrat
3.Rhizobium menambat nitrogen dari udara
4.Bakteri hidup bebas pengikat nitrogen seperti Azotobakter (aerobik) dan Clostridium (anaerobik)
5.Alga biru hijau pengikat nitrogen seperti Anabaena, Nostoc dan anggota-anggota lain dari ordo Nostocales

6.Bakteri ungu pengikat nitrogen seperti Rhodospirillum

.pengikatan secara alami menghasilkan cukup nitrogen untuk proses yang berlangsung secara alami, namun pembentukan nitrogen oleh industri yang digunakan untuk pemupukan dan produk lain melampui kebutuhan ekosistem darat

d.      Daur sulfur

        Sulfur hampir tergabung dalam semua protein dan dengan demikian merupakan unsur yang mutlak untuk semua makhluk hidup. Unsur itu begerak melalui biosfer dalam dua daur yaitu daur dalam dan daur luar. Daur dalam meliputi pelaluan dari tanah (atau air, dalam lingkungan air) ke tumbuhan, ke hewan dan kembali ke tanah atau air. Akan tetapi ada kebocoran pada daur dalam air. Sebagian senyawa sulfur yang ada di daratan (misalnya, dalam tanah) terbawa oleh air sungai ke laut. Sebagian senyawa ini bisa hilang bila daur darat tanpa melalui suatu mekanisme pengembalian ke daratan. Hal ini terdiri dari proses pengubahannya menjadi senyawa gas, misalnya hidrogen sulfida (H₂S) dan sulfur dioksida (SO₂). Gas-gas itu memasuki atmosfer dan terbawa ke atas daratan. Biasanya gas tersebut lalu tercuci dari udara karena hujan.

Bakteri berperan penting dalam daur sulfur, Bila ada udara, perombakan senyawa sulfur (termasuk pembusukan protein) menhasilkan sulfat (SO₄). Dalam keadaan anaerobic, hydrogen sulfide dan dimetil sulfide (CH₃SCH_3­) adalah produk utamanya. Bila kedua gas tersebut mencapai atmosfer keduanya akan dioksidasikan menjadi sulfur dioksida.

 Sulfur dioksida dan larutannya dalam air hujan melalui oksidasi lebih lanjut menghasilkan asam sulfite dan sulfat, yaitu bentuk utama yang mengembalikan sulfur ke ekosistem.  Batu bara dan minyak bumi mengandung sulfur dan pembakaranya membebaskan sulfur dioksida ke atmosfer. Pencairan biji yang mengandung sulfur, seperti biji tembaga, juga menambah sulfur dioksida dalam jumlah yang sangat besar ke udara.

e.      Daur fosfor

          Dalam daur fosfor tidak terjadi pembentukan senyawa yang menguap (volatil) yang dapat berlalu dari lautan ke atmosfer, dan kemudian kembali ke darat. Fosfor yang sampai ke laut hanya ada dua cara mekanisme pengembaliannya ke ekosistem darat salah satunya ialah melalui burung laut yang mengambil fosfor melalui rantai makanan laut dan dapat mengembalikannya kedaratan melalui kotorannya. Cara kedua adanya peristiwa erosi dan pelapukan menyebabkan fosfat terbawa menuju sungai hingga laut membentuk sedimen.

 Adanya pergerakan dasar bumi menyebabkan sedimen yang mengandung fosfat muncul ke permukaan dalam kurun waktu yang lama. Di darat tumbuhan mengambil fosfat yang terlarut dari dalam air tanah. Herbivor mendapatkan fosfat dari tumbuhan yang dimakannya dan karnivora mendapat fosfat dari herbivor yang dimakannya. Seluruh hewan mengeluarkan fosfat melalui urin dan feses. Bakteri dan jamur mungurai bahan-bahan anorganik di dalam tanah lalu melepaskan fosfor kemudian diambil oleh tumbuhan.