PENGARUH MANUSIA PADA SIKLUS NITROGEN

Muhammad fahri. Brawijaya University Malang. 2009

Pengenalan.

Suatu kunci pemahaman peredaran Nitrogen (N) adalah untuk menentukan gangguan kegiatan manusia (human-induced) pada peredaran N yang alami seperti penentuan melibatkan pemahaman pertama, menguraikan, dan mengukur peredaran N yang alami pada global, regional, dan skala lokal. Konsentrasi jenis N di lingkungan sangat bervariasi atas jarak yang singkat. Variabilitas alami ini dapat membuatnya sukar untuk mengevaluasi pengaruh manusia pada peredaran N. Idealnya, semua komponen yang alami peredaran N harus diukur dengan ketelitian dan ketepatan yang dikenal. Dalam praktek, ini adalah mustahil. Pada kenyataannya, perkiraan dibuat dari penting atau besarnya komponen utama peredaran N berdasar pada pengukuran yang tidak lengkap atau terpisah-pisah. Ada ketidak-pastian besar pada penting/besar perubahan terus menerus secara alami diperkirakan N dan penyimpanan N alami didalam reservoir N. Sebagai contoh, perkiraan fiksasi N laut sebesar 40-200 juta metrik tons/tahun, deposisi organik-N di atmosfir 10-100 juta metrik tons/tahun dan, emisi ammonia/ammonium terestrial (NH3/NH4+) sebesar 91-186 juta metric ton N/tahun. Satu alasan untuk ketidak-pastian yang besar seperti itu adalah bahwa dunia alami adalah heterogen dan besar dan secara luas dimodifikasi oleh berbagai pengaruh manusia. Ini membuat sangat sukar mengukur peredaran N alami.

Suatu perkiraan siklus N alami dibuat, kemudian perkiraan gangguan manusia pada siklus N alami dapat dibuat. Aktivitas Manusia mempengaruhi peredaran N melalui saling berinteraksi phisik, bahan kimia dan proses biologi. Didalam menaksir fiksasi N oleh pembakaran bahan bakar fosil (fossil-fuel), tingkat fiksasi N diperkirakan didasarkan pada data yang tersedia, sebagai contoh, suhu pembakaran, proses pembakaran, dan isi bahan bakar N. Fiksasi N oleh kacang-kacangan diperkirakan didasarkan pada penghitungan pengukuran fiksasi N pada sejumlah kecil penempatan yang spesifik.

Dalam beberapa situasi, adalah mudah untuk menentukan dengan kepercayaan bahwa peredaran N meningkat sehubungan dengan aktivitas manusia. Sebagai contoh, pemecatan langsung pemborosan manusia pada sungai dapat diukur dan konsentrasi dapat sangat tinggi bahwa tidak dapat dibantah hampir semua N dalam air adalah terkaitan dengan masukan oleh manusia. Dan sebaliknya, masukan N oleh manusia yang diukur dapat rendah, dimana mungkin saja lebih sukar untuk menyatakan dengan pasti masukan N manusia itu sudah meningkatkan N alami pada kandungan sungai, sebab masukan N manusia adalah dalam cakupan ketidak-pastian N alami yang diperkirakan dalam isi sungai. Itu dapat lebih sukar lagi untuk menentukan tingkat pada aktivitas manusia mana yang membingungkan peredaran N alami ketika keduanya baik peredaran N alami dan masukan manusia mempunyai ketidak-pastian yang tinggi.

Tantangan untuk menilai kontribusi alami dan proses human-induced relatif untuk peredaran N di bawah kondisi-kondisi ketidak-pastian. Untuk melakukan ini, suatu sistem perhitungan N penuh harus dimapankan dengan ditetapkan tingkat ketelitian. Dan sistem perhitungan harus meliputi aktivitas manusia yang menghabiskan reservoir N dan mengurangi peredaran N, seperti halnya meningkatkan peredaran N yang penting/besar.

Evolusi Pengaruhi Manusia Pada Siklus N.

Seperti yang dibahas di Biosphere, hampir dimana-mana manusia prasejarah tinggal mereka memodifikasi lingkungan untuk memanfaatkan dengan penggunaan api. Secara phisik memindahkan tutupan tumbuh-tumbuhan daratan, api meningkatkan perpindahan N dari daratan oleh angin dan erosi air dan dengan pelarutan dari N terlarut. Keteduhan yang direduksi dan suatu permukaan dibakar untuk membuat permukaan lebih hangat (dengan mengurangi evapotranspirasi) sering membuat daratan lebih panas. Ini secara biologi dirangsang oleh nitrifikasi dan denitrifikasi, dimana, pada gilirannya, meningkatkan lebih lanjut hilangnya N dari daratan ke hydrosphere dan atmospir, secara berturut-turut. Dengan cara yang sama, api secara kimiawi merangsang mineralisasi tanah bahan organik ke NH4+, banyak pohon dengan kayu keras yang bersifat sangat alkali yang ditinggalkan oleh api yang dikonversi ke gas NH3, lebih lanjut penambahan hilangnya lahan N ke atmospir. Apalagi, api itu sendiri secara kimiawi mengkonversi sebagian besar N yang terdapat pada tumbuh-tumbuhan yang terbakar ke gas N2 melalui suatu proses yang disebut dengan pyrodenitrifikasi.

Sebaliknya, api secara istimewa merangsang pertumbuhan tumbuhan yang mendukung fiksasi N secara mutualistik dan simbiotik seperti halnya populasi bakteri asymbiotik pemfiksasian N. Kendati hilangnya meningkatkan fire-induced N tanah ke hydrosphere dan atmospir, efek api meningkatkan fiksasi N menjadi sangat besar, pemandangan yang dibakar biasanya diperoleh N sebagai hasil api. Di Illinois, penggunaan api masa prasejarah oleh Orang Amerika Asli membantu untuk menggandakan kandungan dari N tanah dengan pemeliharaan kebanyakan dari daratan didalam padang rumput yang luas dibandingkan didalam hutan. Ini prairies (dan sisa-sisa hutan yang dibakar) mendukung populasi binatang pengaruh pada ekologi American yang dibentuk. Lebih lanjut meningkatkan perpindahan N ke atmospir dan hydrosphere. Tetapi, oleh api, pembedaan binatang meningkatkan fiksasi N lebih dari peningkatan perpindahan N.

Sebagai peradaban lebih konvensional perkembangan sejarah waktu, manusia mempengaruhi atas peredaran N bergeser dengan mengubah praktek pemanfaatan lahan daratan. Api masih digunakan, dikombinasikan dengan teknik lain. Daerah hutan dan padang rumput yang dibakar/terbakar mendukung binatang yang dipelihara. Pupuk yang kaya kandungan N dan air seni dari binatang telah bercampur dan dikomposisikan dengan pupuk miskin N secara relatif material tananam untuk menghasilkan suatu pelepasan/release yang lambat remarkably-consistent biokimia yang kaya organik. Pupuk organik ini diberlakukan untuk tilled dan mengolah cropland. Gangguan fisik memacu mineralisasi N didalam bahan organik ke NH4+ dan pengisian angin yang diproduksi oleh tille memacu konversi dari mineralisasi N ke NO3-, kedua bentuk dari N inorganik yang siap digunakan oleh tanaman musiman. Pada iklim hangat lembab, seperti Illinois, sekitar dua are padang rumput diperlukan untuk mendukung tiap-tiap are dari tanah pertanian (cropland) yang dibajak; sebagian dari cropland ini digunakan untuk lahan makanan binatang yang digunakan untuk pupuk didaur ulang kembali ke cropland. Meskipun demikian, cropland hilang kesuburan sehubungan dengan status alami. Sebagai contoh, di midwest USA Cornbelt, tilled croplands hilang hampir separuh kandungan N pada 60 tahun pertama. Pertanian Wetland dikembangkan oleh peradaban pada kedua masa baik masa lampau dan baru dengan tak terpisahkan pemfiksasian N tinggi dari kapasitas ekosistem wetland yang berarti pertanian wetland ini memerlukan sedikit atau tidak ada tambahan untuk mendukung kesuburan.

Ketika peradaban menjadi terindustrialisasi, manusia mempengaruhi pada peredaran N bergeser lagi. Tenaga binatang telah digantikan oleh tenaga mesin; pupuk telah digantikan oleh pupuk kimia dan penggunaan dari peningkatan pemfiksasian N kacang-kacangan. Tumbuhan dipelihara dan mengurangi hilangnya tanaman musiman pada rumput liar, serangga dan penyakit meningkat hasil setiap are dari tanaman musiman utama (seperti, jagung, gandum, padi) 10-fold, atau lebih, dalam perkembangan dunia. Sebagai contoh, U.S. produksi panen telah meningkat lebih dari 5-fold ketika area cropland berkurang dari 162 juta ha di sekitar Tahun 1900 sampai 113 juta ha pada Tahun 1990an. Area Illinois baris tanaman musiman meningkat dari 4 juta ha pada 1900 ke sekitar 9.3 juta ha pada akhir 1990an.

Produksi panen intensive masa kini memerlukan aplikasi pupuk N lebih besar dari penerapan pada pertengahan Tahun 1900an. Semakin pupuk N diterapkan semakin besar potensi untuk hilangnya N ke atmospir dan hydrosphere. Mengetahui permasalahan terkait dengan pupuk ini, pertanian sedang berhembang meningkat praktek manajemen terbaik (best management practices / BMPs) seperti manajemen slow-release permukaan air dibawah tanah dan pupuk kimia dan teknik lain untuk mengurangi tingkat nitrifikasi/denitrifikasi selama periode dari tumbuhan yang menuntut N rendah. Juga pertanian sedang bergeser ke suatu kombinasi membangun kembali lahan reservoir N organik dan meningkatkan jumlah tumbuhan rhizosphere untuk fiksasi N dan pengambilan N untuk berkurang ketergantungan pada pupuk N kimiawi.

Generasi energi melepaskan lapisan N tanah yang disimpan bahan bakar fosil dan juga memperbaiki O2 di atmosfir dan N2 dibawah kondisi-kondisi dari temperatur dan tekanan tinggi. Solusi rekayasa mempunyai dan melanjutkan untuk mengurangi jumlah fiksasi N yang diproduksi setiap satuan produksi energi.

Arus Perhatian Utama Atas Modifikasi Manusia Untuk Peredaran N.
Aktivitas Manusia yang utama hari ini yang mempengaruhi siklus N global adalah pembakaran bahan bakar fosil, produksi dan penggunaan dari pupuk kimia, dan pertumbuhan pemfiksasian N tanaman musiman. Aktivitas ini dilaporkan untuk menggandakan penting/besar fiksasi N diatas benua. Isu lingkungan yang utama sehubungan dengan peningkatan ini adalah perubahan iklim global, pengurang ozon stratospherik, asap regional, penurunan derajat jarak penglihatan, hujan asam, perusakan pemanfaatan air, dan eutrophikasi.