Kitar Nitrogen

 Kitar Nitrogen 

Apa yang anda tahu tentang nitrogen? 

Nitrogen (N₂) merupakan unsur penting dalan sintesis protein dalan haiwan dan tumbuhan dan ia merupakan gas yang terbesar kandungannya iaitu kira-kira 78% daripada keseluruhan komposisi gas di atmosfera. Sebatian nitrogen pula boleh wujud dalam bentuk cecair iaitu asid nitrit (N₂O), dalam bentuk ammonia (NH₃) dan dalam bentuk zat iaitu nitrat (NH₄). Tumbuhan tidak dapat menyerap gas nitrogen secara langsung dari atmosfera tetapi hanya dapat menyerap sebatian Nitrat melalui serapan akar dari dalam tanah. 

Sila perhatikan aspek-aspek berikut : 

1. Menjelaskan konsep kitar nitrogen. 
2. Menjelaskan proses-proses dalam kitar nitrogen. 
3. Kepentingan nitrogen kepada alam sekitar fizikal dan manusia. 
4. Pengaruh/gangguan manusia terhadap kitar nitrogen. 
5. Bakteria-bakteria yang terlibat dalam kitar nitrogen. 

 

Konsep 

Kitar Nitrogen merujuk kepada proses-proses pengambilan dan pengembalian sebatian yang mengandungi unsur nitrogen di dalam tanah dalam pelbagai bentuk dan pelbagai fasa yang berlaku secara berterusan dan berkesinambungan. 

Proses-proses dalam kitar nitrogen 

1.       Proses pengembalian 

i)                    Pancaran Kilat  

Kilat menyahcas elektrik menyebabkan nitrogen di atmosfera dioksidakan membentuk nitrogen dioksida yang larut dalam air hujan untuk membentuk asid nitrit. 

ii)                   Infiltrasi air hujan 

Air hujan yang mengandungi asid nitrit akan meresap ke dalam tanah yang membekalkan kandungan nitrat dalam tanah. 

iii)                 Proses penitratan 

Proses penitratan ialah proses di mana bakteria penitaratan menukarkan ammonia kepada nitrit dan seterusnya kepada nitrat. 

iv)                 Proses pengikatan nitrogen 

1. Pengikatan nitrogen oleh bakteria simbiosis pada legum/nodul akar pokok kekacang iaitu oleh bakteria Rhizobium sp. 
2. Pengikatan nitrogen oleh bakteria bebas seperti Clostridium sp. dan Azatobakter sp., Cyanobakteria seperti Anabaena sp. dan Nostoc sp. 

v)                  Proses pembajaan 

Pembuatan baja dari ammonia yang diperoleh melalui proses Haber iaitu melalui campuran gas hidrogen dan gas nitrogen dari atmosfera. Proses ini menghasilkan baja ammonia seperti baja padi akan meningkatkan kandungan nitrat dalam tanah. 

vi)                 Proses perkumuhan haiwan 

Haiwan yang memperolehi sebatian nitrogen dalam bentuk protein dari tumbuh-tumbuhan akan mengembalikan semula unsur nitrogen melalui pembebasan air kencing dan najisnya dalam proses perkumuhan. Bahan perkumuhan ini akan direputkan oleh agen saprofit (pereput) sebelum menukarkan ammonia kepada nitrit dan nitrat oleh bakteria penitritan seperti Nitrosomonas sp. (ammonia kepada nitrit) dan Nitrobakter sp. (nitrit kepada nitrat) 

vii)               Proses pereputan bahan organik 

Pereputan bahan organik sama ada dari sisa tumbuhan atau tanaman mati, pereputan najis haiwan atau haiwan mati akan ditukarkan kepada ammonia sebelum dinitratkan oleh bakteria kepada nitrat ke dalam tanah. 

 

2.       Proses pengambilan (tanah mengalami kehilangan nitrogen/nitrat) 

1. Letusan gunung berapi 
   
   Letusan gunung berapi akan mengeluarkan sebatian nitrogen dari dalam tanah dan telah membebaskan dalam bentuk gas nitrogen dioksida ke atmosfera.  
2. Pembakaran bahan organik 
   
   Pembakaran bahan organik sama ada secara semula jadi seperti kebakaran hutan secara semula jadi atau kebakaran tanah gambut atau melalui aktiviti manusia seperti pembakaran hutan, pembakaran sampah sarap, atau pembakaran sisa pertanian telah membebaskan gas nitrogen dioksida ke atmosfera. 
3. Proses serapan akar 
   
   Penyerapan unsur nitrat oleh akar pokok akan mengurangkan kandungan nitrat dalam tanah. Proses ini diburukkan lagi oleh aktiviti pertanian secara giat sehingga menghilangkan kesuburan tanah. 
4. Proses larut resap 
   
   Proses larut resap berlaku apabila kegiatan pengairan dan penyiraman tanaman berlebihan akan melarutkan unsur nitrat dan meresap jauh ke dalam tanah sehingga tidak dapat dicapai oleh akar tanaman atau tumbuhan. 
5. Proses pendenitritan  

Proses pengambilan nitrat dari dalam tanah oleh bakteria pendenitritan seperti Thiobacillus sp. dan Pseudomonas sp. lalu membebaskan gas nitrogen ke atmosfera. 

Kepentingan kitar nitrogen kepada alam sekitar 

Kepentingan kepada alam sekitar fizikal 

1. Menyimbangkan kandungan gas nitrogen di atmosfera. 
2. Meningkatkan kesuburan tanah. 
3. Mempercepatkan proses pereputan sisa organik. 
4. Memperlengkapkan dan meneruskan rantaian dan siratan makanan. 
5. Membentuk unsur protein dalan tumbuhan dan haiwan. 

Kepentingan kepada alam sekitar manusia 

1. Meningkatkan hasil tanaman dengan peningkatan kesuburan tanah. 
2. Membantu industri pembuatan baja. 
3. Membina tisu badan manusia. 
4. Membekalkan protein kepada manusia. 
5. Membantu proses pereputan sisa buangan. 
   
   Gangguan manusia terhadap kitar nitrogen 

1.       Aktiviti pertanian 

1. Aktiviti pembajaan – meningkatkan kandungan nitrat dalam tanah terutamanya penggunaan baja bernitrogen. 
2. Aktiviti pengairan/penyiraman 
   
   Aktiviti penyiraman berlebihan atau aktiviti pertanian akan meningkatkan proses larut resap nitrat dalam jauh ke dalam tanah. 
3. Aktiviti penanaman pokok kekacang 
   
   Penanaman pokok kekacang seperti kacang tanah, kacang buncis atau kacang panjang akan meningkatkan kandungan nitrat dalam tanah melalui proses pengikatan nitrogen oleh bakteria Rhizobium sp. iaitu bakteria simbiosis pada legum akar pokok kekacang  
4. Aktiviti pertanian giat 
   
   Aktiviti pertanian giat akan meningkatkan penyerapan unsur nitrat dalam tanah secara berterusan sehingga menghilangkan kesuburan tanah. 
5. Aktiviti pembakaran sisa pertanian 
   
   Pembakaran sisa pertanian seperti pembakaran jerami padi akan meningkatkan kandungan nitrat dalam tanah dan meningkatkan pembebasan gas nitrogen oksida di atmosfera. 

2.       Aktiviti pembakaran hutan akan meningkatkan kandungan nitrogen oksida di atmosfera. 

3.       Aktiviti pembakaran sampah sarap meningkatkan kandungan oksida ke atmosfera dan kandungan nitrat dalam tanah. 

 

Bakteria yang terlibat dalam kitar nitrogen 

1. Rhizobium sp. 
2. Clostridium sp. 
3. Azatobakter sp. 
4. Nitrosomonas sp. 
5. Nitrobakter sp. 
6. Anabaena sp. 
7. Nostoc sp. 
8. Thiobacillus sp. 
9. Pseudomonas sp. 

Latihan1 Geografi P3

latihan P3 Bahagian 1 1. Apakah yang dimaksudkan dengan abiotik? (3) Abiotik ialah kumpulan bukan hidup yang terdapat dalam sesebuah sistem seperti air, udara, tanah dan mineral seperti nutrien. Abiotik amat penting dalam sesebuah ekosistem kerana ia merupakan habitat hidupan. 2. Nyatakan tiga komponen abiotik yang terdapat dalam ekosistem hutan hujan tropika. [3] Tiga komponen abiotik yang terdapat dalam ekosistem hutan hujan tropika: (i)Tenaga matahari-Membekalkan sumber tenaga kepada pengeluar, iaitu tumbuh sepanjang tahun dengan suhu di antara 26 °C hingga 27 °C dengan bezantara suhu tahunan yang kecil. (ii) Hujan-Membekalkan jumlah hujan yang banyak dan lebat dengan jumlah 2 030 mm setahun, menjamin kelembapan udara dan tiada musim kering yang nyata. (iii) Tanih - Batuan yang terhasil daripada proses luluhawa kimia menghasilkan pelbagai jenis regolit seperti tanah liat, tanah pasir, aluvium dan lain-lain. 3. Huraikan dua proses pemindahan tenaga dalam rantaian makanan hutan hujan tropika. [4] Dua proses pemindahan tenaga dalam rantaian makanan ekosistem hutan hujan tropika: (i) Tenaga dipindahkan terus dari matahari kepada pengeluar untuk membuat makanan melalui proses fotosintesis. Tumbuh-tumbuhan akan menyimpan tenaga kimia dalam bentuk karbohidrat, protein, lemak dan asid tumbuhan. (ii) Pengeluar atau tumbuhan akan memindahkan tenaga haba dan kimia kepada pengguna kedua seperti arnab, burung, tikus dan tupai apabila memakan tumbuhan yang mengandungi karbohidrat, protein dan lemak. Pemindahan tenaga haba berlakumelalui proses respirasi. (iii) Apabila haiwan karnivor memakan haiwan herbivor, berlaku pemindahan tenaga daripada pengguna pertama kepada pengguna kedua. Contohnya seperti ular yang memakan tikus. Perpindahan tenaga kimia diperoleh melalui tisu tisu badan haiwan herbivor. (iv) Omnivor (pengguna tertier) akan mendapat pemindahan tenaga kimia dan haba daripada pengguna sekunder dan primer apabila haiwan ini memakan haiwan lain dan tumbuhan. v) Organisma pengurai seperti bakteria, kulat, ulat dan cacing tanah memperoleh tenaga kimia daripada tisu organisma yang mati dan mereput. Mikroorganisma akan mereput dan menguraikan jisim organik yang mati. 4. Huraikan dua komponen ekosistem berasaskan pendekatan struktur. [4] Dua komponen ekosistem berasaskan pendekatan struktur: (i) Benda bukan hidupan--Kitaran bahan kimia dalam sesebuah ekosistem seperti fosforus, kalsium, nitrogen, karbon dioksida, oksigen dan lain-lain. (ii) Organisma autotrof-Kumpulan organisma yang menggunakan tenaga suria untuk menghasilkan makanan sendiri dan mengubahnya kepada tenaga kimia. (iii) Organisma heterotrof merupakan kumpulan pengguna yang terbesar yang terdiri daripada haiwan dan manusia. (iv) Organisma pereput dan pengurai yang berfungsi mereputkan dan menguraikan bahan organisma yang kompleks, menyerap reputan dan mengeluarkan semula bahan tersebut sebagai nutrien tanah. Antara organisma tersebut ialah kulat, bakteria, cacing tanah dan kumbang najis 5. Nyatakan tiga ciri piramid ekologi. [3] Tiga ciri piramid ekologi: Bilangan organisma semakin berkurangan dan sedikit apabila menuju ke puncak. Tenaga semakin berkurangan apabila semakin menuju ke puncak piramid. Bilangan pengguna dan pengeluar tidak seimbang. Pengguna yang terakhir berada di puncak piramid ekologi. 6. Apakah yang dimaksudkan dengan pengguna herbivor?[2] Pengguna herbivor ialah pengguna primer atau haiwan yang memakan tumbuh-tumbuhan dan bergantung sepenuhnya kepada tumbuh tumbuhan tersebut seperti ulat, serangga, arnab, rusa, kijang dan sebagainya yang memakan makanan yang dihasilkan oleh pengeluar seperti pucuk, bunga dan buah. 7. Apakah yang dimaksudkan dengan keseimbangan ekologi? [3] Keseimbangan ekologi bermaksud sesebuah ekosistem mempunyai keupayaan pemulihan kendiri untuk mencapai keseimbangan dan kestabilan yang berkekalan. Keseimbangan ekologi dapat dicapai melalui keseimbangan input dan output tenaga yang menghasilkan kitaran lengkap. 8. Dengan merujuk ekosistem hutan, bagaimanakah sesebuah ekosistem yang terganggu dapat mencapai keseimbangan? [4] Cara sesebuah ekosistem hutan yang terganggu boleh mencapai keseimbangan: (i) Musim kemarau-Hutan ragut akan mengalami kekeringan, tumbuhan mati, haiwan herbivor menjadi lemah dan tidak bertenaga kerana kekurangan makanan. Haiwan karnivor menjadi kuat dan bertenaga kerana mempunyai sumber makanan yang mudah dan banyak. (ii) Musim hujan-Tumbuhan akan tumbuh, membiak, membesar dan mengeluarkan makanan. Haiwan herbivor mudah mendapat makanan, populasi haiwan ini bertambah sebaliknya haiwan karnivor akan mengalami pengurangan kerana kesukaran mendapatkan makanan. 9. Nyatakan dua kesan gangguan ekosistem terhadap spesies flora dan fauna. [2] Dua kesan gangguan ekosistem terhadap spesies flora dan fauna: (i) Flora-Tumbuh-tumbuhan akan mati dan kering kerana tidak dapat menghasilkan makanan kerana kekurangan sumber air dan matahari untuk proses pembesaran dan pembiakan. (ii) Fauna-Pengguna primer dan sekunder akan berkurangan kerana kekurangan makanan. Tumbuhan tidak dapat menghasilkan makanan. Populasi pengguna tertier meningkat dengan cepat dan banyak kerana mempunyai sumber makanan yang banyak yang terdiri daripada pengguna sekunder dan primer. 10. Nyatakan satu faktor yang mempengaruhi keseimbangan ekosistem hutan.[1] Satu faktor yang mempengaruhi keseimbangan ekosistem hutan (i) Penyahhutanan secara semula jadi (ii) Pembinaan empangan hidroelektrik (iii) Pembalakan tanpa kawalan (iv) Aktiviti pertanian (v) Pembangunan infrastruktur 11. Huraikan fungsi saprofit dalam hutan hujan tropika. [2] Berfungsi menghuraikan bahan-bahan organisma yang mati dan reput dalam sesebuah ekosistem dan menghasilkan nutrien bukan organik, faitu nitrogen, fosforus, karbon potassium dan sebagainya yang berguna kepada pengeluar, iaitu tumbuhan untuk tumbuh dan membesar dan menghasilkan makanan. 12. Apakah yang dimaksudkan dengan aras trofik? [3] Aras makanan dan pemakanan dalam sesebuah ekosistem secara berturutan sama ada pengeluar, pengguna primer, pengguna sekunder atau pengguna tertier. 13. Huraikan perbezaan antara siratan makanan dengan rantaian makanan. [4] -Rantaian makanan- pemindahan atau aliran tenaga, elemen2 kimia atau beberapa jenis sebatian dari satu organisma ke organisma yang lain di sepanjang satu aliran melalui proses makan dan dimakan bermula daripada tumbuhan sebagai pengeluar hingga pengguna tertier -Siratan makanan- pemindahan atau aliran tenaga, elemen2 kimia atau beberapa jenis sebatian dari satu organisma ke organisma yang lain melalui pelbagai arah aliran yang kompleks melalui proses makan dan dimakan bermula daripada tumbuhan sebagai pengeluar hingga pengguna tertier dalam sesuatu ekosistem. 14. Nyatakan tiga cara manusia mengganggu aktiviti siratan makanan. [3] -Penebangan pokok atau penyahutanan dalam aktiviti pembalakan dan pembinaan - menjejaskan pengeluar dalam siratan makanan -Pengutipan hasil hutan yang berlebihan menjejaskan sumber makanan pengguna primer. -Pembinaan petempatan di kawasan hutan untuk pelbagai tujuan seperti pembinaan chalet boleh mengganggu habitat haiwan. Ini menyebabkan penghijrahan sesetengah haiwan sebagai pengguna primer dan sekunder yang menjadi sumber makanan kepada sesetengah haiwan sebagai pengguna sekunder dan tertier. -Kegiatan menangkap sesetengah haiwan dalam aktiviti perburuan seperti rusa, kancil, landak, burung dan sebagainya menjejaskan sumber makanan kepada pengguna sekunder dan tertier 15. Apakah yang dimaksudkan dengan autotrof? [3] Autotrof ialah tumbuhan yang boleh memproses makanan sendiri dengan menggunakan cahaya matahari yang diterimanya melalui proses fotosintesis. Tumbuhan hijau akan, menukarkan karbon dioksida dan air dan membentuk gula serta mengeluarkan gas oksigen sebagai bahan sampingan. 16. Nyatakan tiga peranan tumbuh-tumbuhan dalam sesebuah ekosistem. [3] -mengawal keseimbangan ekosistem sebagai pengeluar utama dalam rantaian dan siratan makanan -menukarkan tenaga suria kepada tenaga kimia melalui proses fotosintesis -Tumbuhan saprofit seperti lumut dan kulat berperanan menguraikan bahan organik seperti buah dan daun yang gugur, najis dan air kencing haiwan serta haiwan dan tumbuhan mati untuk mengembalikan nutrien kepada tanah -Tumbuhan melalui proses fotosintesis menyerap gas karbon dioksida dan membebaskan gas oksigen dalam respirasi dan pernafasan haiwan.

Serakan

Serakan ialah proses perubahan arah pancaran matahari atau pemindahan bahangan matahari secara mendatar apabila melalui atmosfera yang mengandungi pepejal terampai seperti habuk dan bahan PM10 yang lain di atmosfera. Sekiranya diameter habuk lebih besar daripada jarak gelombang matahari, maka akan berlaku serakan Mie. Manakala serakan Rayleigh berlaku apabila diameter habuk lebih kecil dari jarak gelombang matahari. Serakan cahaya matahari dibahagikan kepada dua jenis mengikut saiz habuk dan debu yang terampai di atmosfera. Iaitu:- 1. Serakan Rayleigh Serakan yang berlaku terhadap cahaya matahari semasa habuk dan debu yang kecil dengan diameter habuk dan debu yang lebih kecil dari jarak gelombang cahaya matahari. Serakan ini menunjukkan udara yang bersih dengan langit kelihatan berwarna biru. 2. Serakan Mie Serakan yang berlaku terhadap cahaya matahari semasa habuk dan debu yang besar dengan diameter habuk dan debu yang lebih besar dari jarak gelombang cahaya matahari. Serakan ini menunjukkan udara yang tercemar dengan langit kelihatan berwarna merah keperangan.