Dalam biologi, siklus nutrisi adalah konsep yang menggambarkan bagaimana nutrisi berpindah dari lingkungan fisik ke organisme hidup dan selanjutnya didaur ulang kembali ke lingkungan fisik. Gerakan melingkar nutrisi ini penting untuk ekosistem tertentu, dan harus seimbang dan stabil agar sistem dapat dipertahankan. Dalam banyak kasus, aktivitas manusia memiliki dampak besar pada proses ini, yang menghasilkan efek yang merugikan. Ada banyak siklus nutrisi yang berbeda, masing-masing dengan jalurnya sendiri, tetapi mungkin yang paling penting adalah siklus yang melibatkan unsur-unsur karbon, oksigen, nitrogen, dan fosfor.
Siklus Karbon
Siklus nutrisi ini dimulai dengan fotosintesis, proses di mana tanaman, ganggang, dan beberapa bakteri menggunakan energi dari sinar matahari untuk menggabungkan karbon dioksida (CO2) dari atmosfer dan air untuk membentuk gula, pati, lemak, protein, dan senyawa lain yang mereka gunakan. untuk membangun sel atau menyimpannya sebagai makanan. Dengan cara ini, tanaman menghilangkan karbon dari atmosfer dan menyimpannya, membuatnya tersedia untuk herbivora yang memakan tanaman. Herbivora menggunakan sebagian dari karbon yang mereka konsumsi untuk membangun dan memperbaiki sel, sehingga disimpan di dalam tubuh mereka. Sisanya digunakan untuk menyediakan energi: ia digabungkan dengan oksigen dari udara untuk membentuk CO2, yang kemudian dihembuskan, mengembalikan karbon langsung ke atmosfer.
Karbon yang tersimpan dalam tubuh herbivora, seperti rusa, dapat didaur ulang ketika hewan tersebut mati. Sebagai alternatif, hewan tersebut dapat dibunuh dan dimakan oleh karnivora, seperti serigala, di mana daur ulang akan dilakukan ketika karnivora mati. Tumbuhan dan hewan yang mati diurai oleh organisme lain, seperti jamur dan bakteri. Proses ini melepaskan karbon, dalam bentuk karbon dioksida, kembali ke atmosfer.
Ada sejumlah komplikasi dalam proses umum ini. Misalnya, bahan organik mati terkadang dapat terkubur di bawah sedimen, membuat karbon tidak tersedia untuk organisme hidup. Bahan yang terkubur ini telah membentuk endapan batu bara dan minyak, yang sekarang dimanfaatkan manusia sebagai bahan bakar fosil. Pembakaran senyawa ini membentuk karbon dioksida, yang dilepaskan ke atmosfer. Ada konsensus luas di antara para ilmuwan bahwa peningkatan kadar CO2 akibat pembakaran bahan bakar fosil mengubah iklim bumi dalam skala global.
Karbon juga dapat terkurung dalam batuan ketika karbon dioksida larut dalam air. Beberapa jenis organisme laut dapat menggabungkan karbon dioksida terlarut dengan kalsium untuk membangun cangkang yang terdiri dari kalsium karbonat. Ketika organisme ini mati, cangkang terakumulasi sebagai sedimen, akhirnya membentuk batu kapur. Selama rentang waktu yang luas, batu kapur dapat terangkat ke permukaan melalui proses geologis, di mana air asam dapat bereaksi dengannya untuk melepaskan CO2 kembali ke atmosfer.
Siklus Oksigen
Siklus ini terkait erat dengan siklus karbon dan dimulai di tempat yang sama: fotosintesis, yang melepaskan oksigen ke udara. Ini, pada gilirannya, diserap oleh organisme penghirup oksigen, yang menggabungkannya dengan karbon dan melepaskan karbon dioksida ke atmosfer. CO2 kemudian digunakan dalam fotosintesis untuk melepaskan oksigen lagi. Karbon dioksida dari sumber lain, seperti dekomposisi bahan organik mati dan pembakaran bahan bakar fosil, juga digunakan dalam fotosintesis, menghasilkan oksigen.
Siklus Nitrogen
Nitrogen adalah elemen penting untuk semua bentuk kehidupan yang diketahui, dan diperlukan untuk membentuk asam amino, protein, dan DNA. Meskipun 78% dari atmosfer bumi terdiri dari elemen ini, tidak dapat digunakan secara langsung oleh tanaman dalam bentuk ini. Molekul gas terdiri dari dua atom yang disatukan oleh ikatan rangkap tiga yang sangat kuat, yang membuatnya sangat sulit untuk bereaksi dengan unsur lain. Namun demikian, nitrogen memiliki siklus nutrisinya sendiri.
Ada dua cara utama di mana elemen ini dapat tersedia untuk organisme hidup. Biasanya, banyak energi diperlukan untuk memutuskan ikatan antara atom-atom dalam molekul nitrogen. Energi ini dapat berasal dari petir, yang menyebabkan beberapa nitrogen bergabung dengan oksigen, membentuk nitrogen oksida. Ini dapat larut dalam air hujan untuk membentuk asam nitrat yang sangat encer, yang bereaksi dengan mineral di tanah untuk membentuk nitrat. Nitrat larut dalam air dan mudah diserap oleh tanaman.
Sebagian besar nitrogen dalam organisme hidup berasal dari proses yang dikenal sebagai fiksasi nitrogen. Ini melibatkan konversi nitrogen atmosfer di tanah menjadi amonia oleh berbagai jenis bakteri dan beberapa ganggang. Salah satu kelompok bakteri tersebut, yang disebut Rhizobium, membentuk bintil pada akar kacang polong dan buncis. Untuk alasan ini, tanaman ini sering ditanam sebagai tanaman oleh petani ketika tanah perlu diperkaya dengan unsur ini.
Amonia yang dihasilkan dengan cara ini kemudian diubah oleh jenis bakteri lain menjadi nitrat, yang diserap oleh tanaman. Proses lain, yang disebut denitrifikasi, mengembalikan gas nitrogen ke atmosfer. Sekali lagi, ini dilakukan oleh bakteri, yang mereduksi nitrat di dalam tanah menjadi nitrogen.
Manusia memiliki dampak yang signifikan pada siklus nitrogen. Karena nitrat sangat larut dalam air, mereka dapat dengan cepat dihilangkan dari tanah oleh hujan. Di mana tanaman ditanam secara intensif, nitrat yang hilang seringkali harus diganti dengan pupuk nitrat. Senyawa ini diproduksi secara industri melalui proses yang pertama menggabungkan nitrogen atmosfer dengan hidrogen untuk membentuk amonia kemudian menggabungkannya dengan oksigen untuk membentuk asam nitrat, yang digunakan untuk memproduksi pupuk.
Siklus Fosfor
Seperti nitrogen, elemen ini merupakan bagian penting dari DNA. Hal ini juga diperlukan untuk produksi adenosin trifosfat (ATP), senyawa yang digunakan sel untuk energi. Sumber alami utama fosfor adalah dari batuan. Unsur memasuki air dan tanah dalam bentuk fosfat melalui erosi dan pelapukan, dan diambil oleh tanaman. Kemudian berkembang melalui rantai makanan melalui herbivora dan karnivora, kembali ke tanah ketika organisme ini mati.
Fosfat dapat tersapu dari tanah oleh air hujan, terakumulasi di danau dan sungai, di mana sebagian digunakan oleh tanaman air dan organisme lain. Beberapa fosfat, bagaimanapun, mengalami reaksi kimia yang membentuk senyawa tidak larut yang disimpan sebagai sedimen. Ini akhirnya membentuk batu dan, dengan cara ini, fosfor dapat dikunci untuk waktu yang sangat lama – mungkin puluhan atau ratusan juta tahun. Akhirnya, proses geologis dapat mengangkat batu ini, memungkinkan erosi dan pelapukan untuk mengembalikannya ke organisme hidup.
Di daerah budidaya, seperti halnya nitrogen, fosfor yang hilang dari tanah sering kali perlu diganti dengan pupuk fosfat agar pertanian dapat terus menguntungkan. Pupuk ini terutama terbuat dari batuan fosfat seperti apatit. Penggunaan kotoran hewan di ladang tanaman adalah contoh lain dari penambahan fosfor ke tanah oleh manusia. Dalam beberapa kasus, kelebihan fosfat terbawa ke sungai dan danau. Dari sini, mungkin disimpan dalam sedimen, tetapi beberapa mungkin tetap terlarut, menyebabkan pertumbuhan alga yang berlebihan.