Fiksasi nitrogen biologis cara kerjanya

Daftar isi

• Nitrogen sebagai nutrisi tanaman
  • Bentuk nitrogen
• Siklus nitrogen
  • Nitrogen memasuki tanah
  • Nitrogen meninggalkan tanah
  • Imobilisasi nitrogen
• Bagaimana Bakteri Memperbaiki Nitrogen
• Fiksasi nitrogen simbiotik
  • Formasi Nodul
• Fiksasi nitrogen heterotrofik
• Fiksasi nitrogen asosiatif
• Cara menggunakan tanaman pemasangan nitrogen secara rotasi
• Pertanyaan yang sering diajukan

Nitrogen adalah nutrisi penting yang mendukung pertumbuhan tanaman, dan fiksasi nitrogen adalah tanaman satu arah yang mendapatkannya untuk tumbuh. Bakteri pengikat nitrogen di tanah mengambil gas nitrogen (N) dan mengubahnya menjadi bentuk yang dapat digunakan untuk tanaman. Bentuk -bentuk ini datang dalam beberapa jenis, tetapi fiksasi nitrogen simbiotik adalah yang paling umum. Ini adalah hubungan yang dimiliki legum dengan bakteri.

Legum adalah bagian penting dari rotasi tanaman dan pembangunan tanah. Karena hubungan mereka dengan bakteri pengikat nitrogen, mereka menambahkan nitrogen untuk tanaman di masa depan dalam rotasi. Jika Anda ingin tahu tentang rotasi tanaman, pertimbangkan untuk membaca artikel kami tentang topik itu!

Artikel ini harus memberi Anda gambaran tentang nitrogen sebagai nutrisi tanaman, informasi tentang dinamika nitrogen, dan pemahaman tentang jenis nitrogen yang ada di tanah. Memahami fiksasi nitrogen biologis membantu Anda memahami interaksi tanaman-mikroba. Memahami cara kerja nitrogen tetap juga membantu tukang kebun memahami cara memanfaatkan tanaman tertentu dalam rotasi.

Nitrogen sebagai nutrisi tanaman

Nitrogen adalah komponen penting dari pertumbuhan tanaman. Secara umum, tanaman membutuhkan nitrogen dalam jumlah terbesar dibandingkan dengan nutrisi lain. Pada tanaman, nitrogen digunakan untuk klorofil. Klorofil adalah yang membuat tanaman menjadi hijau. Itu berada dalam kloroplas fotosintesis. Nitrogen sangat penting dalam asam amino, yang berfungsi sebagai blok bangunan protein.

Mengapa asam amino begitu penting untuk fisiologi tanaman? Nah, mereka menghasilkan klorofil yang terkait langsung dengan fotosintesis. Ketika mikroorganisme pengikat nitrogen memiliki hubungan yang sehat dengan tanaman, membran yang diturunkan tanaman yang disebut membran tilakoid memberi kloroplas waktu yang lebih mudah menyerap cahaya. Penyerapan cahaya yang lebih baik menyebabkan penyerapan air dan nutrisi tanaman yang lebih baik.

Bentuk nitrogen

Ada beberapa bentuk nitrogen di dunia tanaman. Dua bentuk yang digunakan oleh tanaman adalah nitrat dan amonium. Nitrat adalah senyawa nitrogen bermuatan negatif yang terdiri dari satu atom nitrogen dan tiga atom oksigen. Senyawa bermuatan positif dengan satu atom nitrogen dan empat atom hidrogen membentuk amonium. Jika tanaman memiliki pilihan antara nitrat dan amonium, mereka lebih suka nitrat. Namun, keduanya adalah bentuk yang dapat diterima untuk tanaman dalam ekonomi nitrogen.

Ada beberapa bentuk nitrogen penting lainnya yang terlibat dengan tanaman dan siklus nitrogen. Gas dinitrogen membentuk 78% dari udara di sekitar kita. Itu terbuat dari dua atom nitrogen triple terikat bersama. Obligasi ini sangat sulit untuk rusak. Senyawa nitrogen gas penting lainnya adalah amonia. Satu nitrogen dan tiga atom hidrogen membentuk amonia. Gas beracun ini adalah bagian dari siklus N dan dapat menumpuk dalam pengaturan pertanian tertentu. Senyawa nitrogen penting terakhir untuk dipertimbangkan adalah nitrogen organik terlarut. Senyawa yang mengandung karbon ini adalah asam organik yang ditemukan di tanah.

Siklus nitrogen

Sebelum masuk ke fiksasi nitrogen secara keseluruhan, penting untuk memahami dasar -dasar siklus N. Ada beberapa bagian dalam siklus ini, dan kami akan membahas dasar -dasarnya dalam upaya memberi Anda pemahaman tentang bagaimana perubahan nitrogen dalam proses ini. Komponen siklus termasuk tanah, atmosfer, dan jaringan hidup. Cara termudah untuk membahas topik ini adalah dengan memeriksa bagaimana nitrogen masuk dan keluar dari tanah.

Nitrogen memasuki tanah

Nitrogen memasuki tanah melalui dekomposisi bahan organik. Ini dapat terjadi ketika tukang kebun menambahkan kompos, organisme yang membusuk, membusuk bahan tanaman, kotoran, dan lainnya ke kebun mereka. Cara lain adalah melalui fiksasi nitrogen di tanah itu sendiri. Proses ini memerlukan bakteri pengikat nitrogen spesifik yang menggunakan gas dinitrogen dan mengubahnya menjadi bentuk tanaman dapat memanfaatkan. Ada tiga jenis fiksasi nitrogen: simbiosis pengikat nitrogen, fiksasi heterotrofik, dan fiksasi asosiatif). Mereka semua memiliki kemampuan untuk memecahkan ikatan rangkap tiga dalam gas dinitrogen dan, dalam prosesnya, menyimpan nitrogen di tanah.

Nitrogen meninggalkan tanah

Denitrifikasi, volatilisasi amonia, dan pencucian atau limpasan adalah cara utama nitrogen meninggalkan tanah. Denitrifikasi adalah proses di mana nitrat di tanah diubah menjadi gas oleh bakteri anaerobik. Konsentrasi oksigen rendah menciptakan kondisi anaerobik. Bahan organik yang dapat diuraikan, nitrat, dan kondisi suhu hangat juga diperlukan untuk denitrifikasi. Dalam proses ini, gas dinitrogen dan dinitrogen monoksida dilepaskan ke udara sebagai nitrogen atmosfer.

Dinitrogen monoksida (terbuat dari dua nitrogen dan satu atom oksigen) adalah gas rumah kaca yang dilepaskan dalam konsentrasi yang jauh lebih rendah daripada gas dinitrogen, yang bukan gas rumah kaca. Faktor -faktor yang mempengaruhi jumlah dinitrogen monoksida yang dilepaskan termasuk pH tanah dan suhu.

Bentuk lain dari nitrogen yang hilang terjadi melalui volatilisasi menjadi gas amonia. Ini terjadi ketika tanah kering, hangat, dan memiliki kapasitas pertukaran kation rendah - kapasitas tanah untuk menampung ion bermuatan positif. Hasil dari kondisi ini adalah penerapan amonium ke permukaan tanah.

Salah satu contoh proses volatilisasi dapat ditemukan dalam urea. Urea adalah bentuk organik umum dari pupuk N yang digunakan di seluruh dunia dan merupakan produk sampingan dari urin dari manusia atau hewan lain. Ini sering dapat menyebabkan volatilisasi gas amonia saat kondisinya benar. Saat amonia menguap dan naik ke atmosfer, ia meninggalkan tanah yang tidak memiliki senyawa nitrogen berbasis amonia yang telah ditambahkan melalui urea. Anggap saja seolah-olah itu adalah balon udara panas yang mengocok nitrogen kami langsung dari tanah di mana ia berada!

Pencucian dan limpasan adalah dua cara lain nitrogen meninggalkan tanah, terutama ketika datang ke sistem penanaman yang menerima pupuk kimia biasa. Seringkali nitrogen tidak diasingkan di dalam tanah dengan baik, terutama sebagai nitrat. Itu bergerak dengan mudah melalui profil tanah dan akhirnya berakhir di air tanah, yang mengalir di bawah tanah. Nitrogen kemudian berakhir di sungai, sungai, dan badan air lainnya.

Polusi nutrisi ini menyebabkan eutrofikasi atau penumpukan konsentrasi nutrisi di lahan basah dan saluran air. Sama seperti pupuk nitrogen meningkatkan pertumbuhan tanaman, limpasan mereka menyebabkan pertumbuhan tanaman yang berlebihan di daerah ini, yang mengarah ke batas jumlah oksigen yang tersedia untuk organisme lain.

Zona mati adalah hasil lain dari limpasan, karena mekar ganggang berkembang, menghilangkan oksigen dari satwa liar di lautan.

Imobilisasi nitrogen

Hal penting lainnya yang perlu dipertimbangkan dengan nitrogen adalah imobilisasi atau nitrogen yang tidak tersedia untuk tanaman, terutama karena nitrogen ditemukan di jaringan bakteri hidup bebas di tanah. Imobilisasi dapat terjadi lebih banyak ketika kompos dan amandemen menambahkan terlalu banyak karbon yang tersedia. Karbon berfungsi sebagai energi untuk mikroorganisme di tanah. Organisme ini menggunakan nitrogen di tanah untuk jaringan dan protein. Pertimbangkan ini saat menambahkan jerami dan mulsa kayu ke dalam taman. Karena ini sebagian besar karbon dengan nitrogen kecil, mereka dapat menyebabkan imobilisasi.

Tukang kebun perlu menambahkan lebih banyak N pupuk dan N memperbaiki tanaman ke kebun untuk melawan siklus imobilisasi. Kompos juga dapat menyebabkan imobilisasi saat tidak memiliki rasio nitrogen dengan karbon yang benar. Kelebihan nitrogen dalam bentuk nitrat ditandai oleh bau yang dipancarkan dari tumpukan kompos. Untuk menyeimbangkan rasio dan mempromosikan asimilasi amonia yang lebih baik menambah karbon.

Bagaimana Bakteri Memperbaiki Nitrogen

N gas akan "diperbaiki" ke dalam tanah oleh bakteri rhizobial, tetapi bagaimana? Ikatan rangkap tiga dalam dinitrogen sangat kuat, membuatnya sulit untuk hancur. Organisme pengikat nitrogen ini menggunakan enzim, nitrogenase, untuk mematahkan ikatan ini. Enzim nitrogenase ditemukan pada bakteri rhizobial dan cyanobacteria pengikat nitrogen. Kompleks nitrogenase mengubah dinitrogen menjadi amonia, kemudian reaksi mengubahnya menjadi bentuk yang dapat digunakan untuk tanaman tanaman.

Manusia menemukan cara memecahkan ikatan rangkap tiga ini pada awal abad ke -20 melalui proses Haber Bosch. Metode industri industri ini dalam mengambil gas nitrogen atmosfer dan mengubahnya menjadi bentuk yang dapat digunakan untuk tanaman meringankan strain pengadaan pupuk nitrogen. Oleh karena itu, pupuk yang terbuat dari proses ini berasal dari senyawa anorganik dan tidak dapat digunakan di pertanian organik bersertifikat.

Fiksasi nitrogen simbiotik

Bentuk fiksasi yang paling umum adalah fiksasi nitrogen simbiotik. Ini adalah hubungan legum dan tanaman aktinorhizal dengan bakteri pengikat nitrogen di tanah. Tanaman yang mendukung bakteri pengikat-N termasuk kacang, kacang polong, kacang, semanggi, vetch, alfalfa, dan lupines. Beberapa spesies lain adalah pudi tetapi termasuk beberapa pohon dan semak.

Sebagian besar tanaman darat tidak memiliki simbiosis ini dengan bakteri. Tanaman inang ini membentuk nodul akar yang mengandung mikroorganisme pengikat nitrogen, termasuk rhizobacteria yang mempromosikan pertumbuhan tanaman. Hubungan simbiotik menguntungkan kedua belah pihak: spesies rhizobium menerima gula sementara tanaman mendapatkan senyawa nitrogen yang dapat digunakan. Saat Anda menerapkan N pupuk, nodul ini tidak terbentuk karena tanaman tidak memerlukan bantuan bakteri pengikat nitrogen untuk memasok nitrogen untuk menanam mitokondria.

Setiap spesies legum berbeda dalam tingkat nodulasi dan efisiensi. Kacang umum seperti kacang hijau tidak sebagus legum biji -bijian seperti kacang, kacang kacang kacang. Dan kedelai. Tanaman keras bahkan lebih baik dalam membubuhkan nitrogen. Tanaman ini termasuk clovers dan alfalfa. Ada banyak pilihan untuk tanaman yang membubuhkan nitrogen.

Formasi Nodul

Tanaman yang berbeda memiliki nodul berbentuk berbeda. Proses pembentukan nodul sebenarnya adalah infeksi bakteri pengikat-N. Tanaman tahunan memiliki nodul seukuran kacang polong sementara tanaman keras memiliki nodul yang lebih memanjang. Tapi bagaimana nodul ini terbentuk? Pertama, bakteri terkait tanaman menyerbu inang tanaman. Bakteri yang hidup di tanah memasuki sel tanaman, berada di dalam korteks akar. Bakteri tetap berada di dalam daerah intraseluler jaringan tanaman, akhirnya membentuk nodul yang Anda lihat.

Saya merekomendasikan tukang kebun pergi ke kebun dan menarik tanaman pengikat nitrogen dewasa. Anda akan melihat nodul ini. Potong satu terbuka untuk melihat bagian dalam. Nodul aktif tampak merah di bagian dalam karena senyawa yang mirip dengan hemoglobin dalam darah manusia.

Fiksasi nitrogen heterotrofik

Bakteri pengikat nitrogen heterotrofik tidak seperti yang simbiosis. Mereka tidak memiliki hubungan dengan tanaman untuk mendapatkan karbon dan senyawa lain yang mereka butuhkan. Sebaliknya, mereka mendukung fiksasi nitrogen secara pasif dengan mengonsumsi materi yang membusuk di tanah.

Studi ini yang dilakukan oleh Eckford dan tim peneliti mengidentifikasi beberapa bakteri heterotrofik di dalam tanah antarctic yang mengandung bahan bakar hidrokarbon. Studi ini juga menekankan bahwa fiksasi nitrogen terjadi di tanah di seluruh dunia.

Bakteri ini mendapatkan energi dengan mengonsumsi senyawa lain di tanah, membuatnya heterotrofik. Manusia heterotrofik karena kita harus memproduksi dan mengonsumsi makanan untuk bertahan hidup. Tumbuhan, ganggang, dan organisme fotosintesis atau kemosintesis lainnya adalah autotrof karena mereka dapat menghasilkan makanan yang diperlukan untuk bertahan hidup di dalam diri mereka sendiri.

Fiksasi nitrogen asosiatif

Fiksasi asosiatif mirip dengan jenis lain dalam arti bahwa gas dinitrogen ditetapkan ke dalam tanah, tetapi dalam hubungan kasual dengan tanaman. Sementara simbiosis melibatkan bakteri yang hidup dalam jaringan tanaman, asosiasi mengacu pada bakteri dalam microbiome tanaman. Mereka adalah bakteri tanah yang hidup bebas yang tidak bergantung pada tanaman untuk melakukan pekerjaan mereka.

Dalam penelitian ini, Roley dan lainnya meneliti potensi hubungan yang dimiliki bakteri dengan switchgrass. Mereka menemukan bahwa rumput abadi sering tidak responsif terhadap pupuk nitrogen. Mereka memeriksa tanah di sekitar akar untuk melihat aktivitas bakteri. Mereka menemukan bahwa tanaman ini mendapat manfaat dari bakteri di tanah yang memiliki hubungan dengan pabrik untuk memasok nitrogen sambil menerima karbon dari lingkungan sekitarnya.

Cara menggunakan tanaman pemasangan nitrogen secara rotasi

Cara terbaik untuk menggunakan tanaman pengikat nitrogen adalah dengan memasukkannya ke dalam rotasi. Tanaman pangan menggunakan jumlah nitrogen yang bervariasi. Sebagian besar adalah pengumpan nitrogen yang berat, seperti jagung manis, labu, labu, dan paprika. Sebagian besar tanaman di dalam kebun dan di pertanian mendapat manfaat dari pemecah nitrogen yang berputar. Fiksasi nitrogen terjadi ketika tukang kebun menanam spesies tanaman yang memperbaiki nitrogen sebelum menanam pengumpan berat. Melakukannya bersama tanaman tahunan juga dapat bermanfaat bagi tanah tanaman.

Legum interplantasi dengan tanaman lain dapat menguntungkan kedua tanaman. Penting untuk dicatat bahwa tanaman pengikat nitrogen hanya akan menyediakan begitu banyak nitrogen untuk tanaman lain saat hidup. Masih bermanfaat untuk menanamnya bersama, tetapi nodul legum mungkin tidak mampu memasok semua nitrogen ke tanaman lain seperti paprika atau tomat.

Saat menggunakan fixer nitrogen sebelum pengumpan berat, ingatlah bahwa akar tanaman (dan jaringan di atas tanah) harus tetap di kebun. Menghapus tanaman pada dasarnya akan menghilangkan nitrogen tetap yang dilakukan oleh bakteri. Oleh karena itu, memotong dan menjatuhkan atau mengurangi fixer nitrogen di akhir hidupnya akan lebih bermanfaat daripada menariknya dengan akar.

Pertimbangkan untuk memetik tanaman yang memiliki kemampuan untuk menyediakan lebih banyak nitrogen tetap. Kacang umum memberikan fiksasi nitrogen yang kurang memadai daripada sesuatu seperti kedelai atau kacang. Sementara sereal pengikat nitrogen seperti kedelai biasanya tidak digunakan di kebun, termasuk edamame, fava, atau kacang dapat menguntungkan tanah. Juga termasuk tanaman sereal dan tanaman tanpa gen fiksasi nitrogen secara umum dalam rotasi dapat membantu membangun bahan organik dan menguntungkan taman.

Pertanyaan yang sering diajukan

T: Apa itu tanaman pengikat nitrogen?

A: Tanaman pengikat nitrogen adalah yang bertindak sebagai tanaman inang untuk jenis bakteri tertentu. Tanaman inang itu sendiri tidak memperbaiki nitrogen. Sebaliknya, bakteri berada dalam hubungan simbiosis dengan spesies tanaman.

T: Pohon apa yang memperbaiki nitrogen?

A: Ada banyak spesies pohon yang diketahui membubuhkan nitrogen. Beberapa dari mereka termasuk Olive Musim Gugur, Locust Hitam, Redbud Timur, dan Alder.

T: Sayuran apa yang menjadi penyatuan nitrogen?

A: Nitrogen Affix Kacang Umum (meskipun tidak seefektif yang lain). Tanaman tanaman umum termasuk kacang hijau, kacang hitam, dan kacang pinto. Serta kacang polong seperti gula snap dan kacang polong. Sekali lagi, jika Anda ingin menambahkan jumlah nitrogen yang memadai ke tanah, termasuk tanaman yang lebih baik seperti kacang atau edamame bisa menjadi pilihan yang baik. Edamame mirip dengan kedelai biji -bijian dan melakukan pekerjaan yang lebih baik untuk membubuhkan nitrogen daripada kacang biasa. Kebanyakan sayuran lainnya, seperti tomat, merica, jagung, terong, dan labu, bukan pemecah nitrogen.

T: Bunga apa yang memperbaiki nitrogen?

A: Lupin adalah bunga yang paling penting yang memperbaiki nitrogen. Kacang Hyacinth adalah kacang -kacangan yang menghasilkan bunga -bunga indah. Mereka sering digunakan sebagai tanaman hias.

T: Tanaman mana yang memperbaiki nitrogen paling?

A: Legum abadi seperti Alfalfa dan Clover memiliki potensi untuk memperbaiki nitrogen paling. Namun, tanaman legum biji -bijian seperti kacang tanah, kacang fava, kedelai, dan cowpeas juga melakukan pekerjaan yang baik untuk membubuhkan nitrogen. Kacang biasa seperti kacang hijau dan kacang kering tidak pandai memperbaiki nitrogen.