Apa yang begitu penting tentang nitrogen?

Dalam dunia ekonomi manusia, politik, dan masyarakat, ada banyak mata uang yang berbeda, yang semuanya diperdagangkan untuk barang. Ini bisa jadi minyak, Dolar Amerika, Suka Facebook atau cookie Nenek. Dunia alam memiliki mata uang yang serupa—perdagangan oksigen, karbon, dan mungkin mata uang yang paling berharga dari semuanya: nitrogen .

Seluruh dunia berjuang untuk itu, memanennya dengan jujur, kecurangan untuk itu, dan mencurinya secara brutal. Ini adalah elemen yang kuat, dibutuhkan dalam jumlah tertinggi untuk pertumbuhan yang baik, pertahanan, dan reproduksi. Artikel ini akan membahas apa itu nitrogen, di mana itu terjadi dalam sistem, dan bagaimana ia berinteraksi dengan elemen aquaponik lainnya. Kami juga akan membahas bagaimana mengidentifikasi kekurangan nitrogen.

Nitrogen dalam akuaponik

Seperti yang sudah saya sebutkan, nitrogen adalah salah satu nutrisi terpenting dalam sistem akuaponik Anda. Ini terjadi dalam beberapa bentuk di alam, tapi untuk saat ini, kami akan fokus pada yang paling relevan:protein.

Protein dibangun dari asam amino, yang sendiri dibangun dari nitrogen. Semua tumbuhan dan hewan mengandung protein, dan ketika mereka mati, organisme lain mengkonsumsinya dan mengais protein ini untuk energi. Dengan demikian, nitrogen masuk ke dalam tubuh dalam bentuk makanan berprotein.

Siklus nitrogen

Ketika hewan darat mengkonsumsi protein, mereka akhirnya memecahnya menjadi asam amino dan kemudian menjadi amonia. Amonia (NH3) adalah zat yang tidak menyenangkan—sangat beracun—dan cara terbaik untuk menghilangkan kelebihan amonia adalah dengan membuangnya. Jadi, pada hewan darat, amonia diubah menjadi bahan kimia yang disebut urea dan diekskresikan dalam urin.

Nitrogen terjadi dalam sistem aquaponik dengan cara yang hampir sama. Itu masuk dalam bentuk pakan ikan. Ikan mengkonsumsi makanan tetapi prosesnya lebih sederhana; mikroba di perut mereka memecah protein menjadi amonia dan amonium. Amonia biasanya hadir sebagai amonium (NH4+) yang bergerak melintasi membran sel ikan dan akhirnya berdifusi ke dalam air. Tidak diperlukan konversi tambahan. Untuk ikan, omong-omong.

Tergantung pada pH air Anda, amonium dapat tetap menjadi amonium atau berubah menjadi amonia, yang bisa sangat berbahaya. Amonia tidak memiliki muatan, sehingga ikan kesulitan mengeluarkannya dari tubuhnya. Ketika ini terjadi, ikannya keracunan.

Jadi, Setelah amonia dalam larutan, dia harus berubah atau akhirnya akan membunuh ikan. Ada dua cara untuk melakukannya:ubah pH Anda untuk mendukung amonium (yang tidak disarankan) atau ubah amonia menjadi nitrat. Rangkaian transformasi dari bentuk organik (amonia) menjadi bentuk yang tersedia untuk tumbuhan (nitrat)—dan langkah berikutnya dalam siklus—disebut nitrifikasi.

Nitrifikasi

Nitrifikasi adalah proses yang mendorong sebagian besar sistem akuaponik. Pada dasarnya, nitrifikasi mengubah amonia dan amonium menjadi nitrat yang berguna. Ini terjadi dalam dua proses:mengubah amonia menjadi nitrit, dan mengubah nitrit menjadi nitrat.

Di hampir semua lingkungan (kecuali lingkungan anaerobik) amonia dengan cepat berubah menjadi nitrit (NO2-). Mikroba—atau bakteri nitrifikasi —di dalam tanah atau larutan tambahkan oksigen ke (atau mengoksidasi ) amonia. Sementara ini terjadi, mikroba mendapatkan energi untuk memperbaiki karbon (memecah karbon dari karbon dioksida untuk membangun sel). Tambahan, ion hidrogen (H+) dihasilkan—ion yang diukur dalam uji pH dan menyebabkan air menjadi asam.

Proses ini secara tradisional dikaitkan dengan bakteri yang disebut Nitrosomonas. Penelitian terbaru menunjukkan bahwa ada ratusan, jika bukan ribuan spesies yang berbeda selain Nitrosomonas yang juga melakukan pekerjaan ini.

Itu adalah langkah pertama.

Langkah selanjutnya dalam siklus ini adalah mengubah nitrit menjadi nitrat. Nitrit juga cukup beracun sehingga Anda tidak ingin terlalu banyak dalam sistem Anda. Untung, itu mewakili banyak energi yang tersimpan untuk bakteri [nitrifikasi] lainnya. Bakteri ini mengoksidasi nitrit dan menggunakan energi dari proses untuk memperbaiki lebih banyak karbon. Kedengarannya akrab, kecuali kali ini hasilnya adalah nitrat (NOMOR 3-). Nitrat adalah bentuk nitrogen yang relatif tidak beracun yang dapat diambil dan digunakan tanaman untuk membangun sel.

Bakteri yang paling umum dikenal untuk melakukan reaksi kimia ini disebut Nitrobacter. Lagi, Namun, penelitian menunjukkan bahwa ada banyak bakteri yang berpartisipasi dalam reaksi ini selain Nitrobacter.

Saat bakteri mengoksidasi amonia dan nitrit, mereka melepaskan ion hidronium ke dalam larutan, membuat sistem lebih asam. (Untuk orang yang ingin menjalankan sistem mereka dalam kisaran pH optimal untuk ketersediaan nutrisi, nitrifikasi adalah proses yang paling penting untuk menurunkan pH). Ini menunjukkan mengapa solusi sistem yang lebih tua cenderung ke arah nilai pH yang lebih asam.

Nitrogen tersedia pada sejumlah besar nilai pH—jadi pH kurang penting dalam hal ketersediaan nitrogen.

“…nitrifikasi adalah satu-satunya proses terpenting untuk menurunkan pH.”

Efisiensi nitrifikasi dan pH

Kecepatan perubahan pH larutan, Namun, dapat mempengaruhi bentuk nitrogen yang tersedia (lihat video tentang amonia/amonium dan pH) serta efisiensi nitrifikasi. Jika bakteri nitrifikasi tidak diberi waktu untuk menyesuaikan diri dengan perubahan tingkat pH (seperti hampir semua variabel sistem lainnya), nitrifikasi akan menderita.

Faktanya, nitrifikasi berlangsung dengan baik pada nilai pH rendah selama ekologi nitrifikasi diberikan waktu untuk menyesuaikan. Bakteri nitrifikasi umumnya tidak efisien dalam hal mengubah variabel sistem. Mereka sering mati atau tidak aktif ketika terkena terlalu banyak cahaya, fluktuasi suhu, fluktuasi salinitas dan pH, serta banyak perubahan lain pada lingkungan mereka.

Bakteri nitrifikasi dalam aquaponik

Keseimbangan yang dirasakan antara pH dan efisiensi nitrifikasi didasarkan pada asumsi bahwa aktivitas nitrifikasi dalam sistem akuaponik terutama merupakan fungsi dari dua kelompok bakteri yang berbeda: Nitrosomonas spp., dan Nitrobakter sp.

Dalam uji laboratorium, spesies bakteri ini telah menunjukkan kepekaan terhadap pH, dengan perubahan pH yang mempengaruhi kemampuannya untuk mengoksidasi amonia (Nitrosomonas) dan nitrit (Nitrobacter). Ingatlah bahwa sebagian besar bakteri nitrifikasi (setidaknya telah dipelajari sejauh ini) tidak menangani perubahan variabel lingkungan dengan baik. Ini penting untuk diketahui karena dua alasan:

1. Mengubah pH Anda dengan cepat akan mengurangi efisiensi nitrifikasi Anda.
2. Kebanyakan nitrifier sangat sulit dihilangkan dari lingkungan dan kultur di laboratorium.

Mengapa saya perlu mengetahui hal ini?

Apa hubungannya ini dengan debat nitrifikasi? Sehat, poin #1 memberi tahu kita bahwa mungkin banyak dari "kerusakan sistem" yang dianggap berasal dari menjalankan pH sistem terlalu rendah sebenarnya dapat dikaitkan dengan penurunan pH sistem terlalu cepat. Poin #2 memberi tahu kita bahwa Nitrosomonas dan Nitrobacter mungkin tidak benar-benar menjadi paling nitrifier penting dalam sistem—mereka hanyalah kelompok yang paling mudah diisolasi dan tumbuh dalam cawan petri di laboratorium.

Apa artinya ini?

Ini pada dasarnya berarti bahwa aturan nitrifikasi yang keras dan cepat mungkin tidak sekeras dan secepat yang biasanya dikomunikasikan. Ada banyak sistem di luar sana yang menjalankan rentang pH sangat rendah dengan efisiensi nitrifikasi yang hebat (termasuk milik kami). Mungkin spesies Nitrosomonas dan Nitrobacter adalah nitrifier utama dalam sistem kami, tetapi kenyataannya adalah bahwa kita tidak tahu. Apa yang kami ketahui adalah bahwa nitrifikasi kami efisien dan sangat baik terlepas dari pH sistem kami.

Nitrifikasi dalam tanah

Untuk menempatkan ini ke dalam perspektif, ada banyak tanah masam dan lingkungan laut di seluruh dunia di mana nitrifikasi terjadi pada rentang pH yang sangat rendah. Banyak nitrifier di lingkungan ini bukan anggota kelompok Nitrobacter atau Nitrosomonas. Banyak dari mereka tidak diketahui. Dalam satu sekop tanah, diperkirakan ada 10, 000 spesies bakteri yang berbeda atau kira-kira dua kali jumlah bakteri yang saat ini dikenal sains.

Dengan mengingat hal itu, Saya pikir itu tidak hanya mungkin, tetapi kemungkinan ada beberapa bakteri yang cukup menarik yang melakukan fungsi nitrifikasi dalam sistem akuaponik di seluruh dunia.

Lihat video BSA kami yang merinci Area Permukaan Biologis—bisa dibilang elemen desain sistem terpenting yang mendorong nitrifikasi.

Nitrat

Bagaimanapun, produk akhirnya adalah nitrat (NO3-). Beberapa tanaman dapat mengambil amonium dan menggunakannya. Namun, paling suka nitrat. Dalam sistem di mana ada kelebihan amonium, tanaman bisa cenderung lebih banyak dan seringkali kurang laku. Di samping itu, dalam sistem dengan banyak nitrat, masalah dengan kutu daun dan hama lainnya bisa lebih dramatis, membutuhkan lebih banyak intervensi. Jadi ketahuilah bahwa sistem dengan terlalu banyak nitrat dapat meningkatkan masalah hama.

Nitrat, nitrit, dan kadar amonia dapat diuji dengan mudah dengan alat uji air tawar, Seperti yang ini. Nitrat larut dalam larutan dan langsung diperebutkan oleh bakteri, jamur, alga dan tumbuhan lainnya. Semua organisme ini mengambil nitrat dan menggunakannya dalam jaringan mereka. Sebagai bakteri, jamur, dan alga mati, bahwa nitrogen (sering dalam bentuk protein) masuk kembali ke sistem dan siklus dimulai lagi. Sebagian besar nitrat Namun, disampaikan, segar bugar, ke zona akar, di mana tanaman di sistem Anda mengambilnya dan menggunakannya untuk tumbuh.

Kadar nitrat yang ideal

Meskipun berbahaya untuk memiliki kadar amonia atau nitrit masing-masing jauh di atas 2 ppm dan 1 ppm, nitrat seringkali dapat berjalan jauh di atas 100 ppm (jauh dari grafik untuk banyak tes nitrat) tanpa menimbulkan ancaman bagi ikan Anda. Banyak sistem hidroponik menjalankan nitrat dalam kisaran 160 ppm. Tanaman sering dapat menghargai tingkat yang lebih tinggi dari itu, tetapi pembudidaya akuaponik harus menjaga keseimbangan antara kebutuhan ikan, ekologi sistem (termasuk hama), dan kebutuhan tanaman. Untuk alasan ini, Saya merekomendasikan bahwa sebagian besar penanam akuaponik menembak untuk mempertahankan nitrat mereka dalam kisaran 40-80 ppm untuk kebaikan, pertumbuhan tanaman yang konsisten.

Mempertahankan rentang nitrat yang konsisten

Banyak sistem mengalami kesulitan mempertahankan kadar nitrogen, terutama saat sistem matang, tanaman menjadi besar dan sistem ekologi menjadi lebih kompleks. Hal ini mungkin memerlukan pemberian pakan yang ditingkatkan untuk memenuhi permintaan yang meningkat. Banyak orang awalnya ingin meningkatkan padat penebaran, tapi ini sering salah. Sebagai gantinya, tingkatkan tingkat pemberian makan (tetapi jangan memberi makan berlebihan!), dan lihat apakah kadar nitrat yang lebih tinggi dapat dicapai dengan jumlah ikan yang sama.

Bagaimana mengidentifikasi kekurangan nitrogen

Karena nitrogen adalah nutrisi bergerak (diarahkan ke berbagai tempat di dalam tanaman), kekurangan mempengaruhi pertumbuhan yang lebih tua pertama. Gejala defisiensi adalah klorosis total tanpa pola pada daun dan pertumbuhan kerdil. Baca Panduan Pemula kami untuk Kekurangan Gizi untuk lebih lanjut.

N-P-K

Selain pakan ikan, nitrogen memasuki sistem melalui pupuk. Hampir semua pupuk memiliki peringkat NPK yang memberi tahu Anda konsentrasi relatif nitrogen, fosfor, dan kalium (dalam urutan itu). Untuk pertumbuhan vegetatif (pertumbuhan batang, daun-daun, dan akar), nitrogen dibutuhkan lebih dari nutrisi mineral lainnya.

Kesimpulan

Dalam banyak hal, nitrogen adalah nutrisi tanaman yang paling penting, tetapi juga yang paling sederhana. Nutrisi berikutnya dalam daftar kami adalah zat besi—nutrisi yang rewel tapi penting.