macam - macam siklus unsur hara dan pengertiannya

SIKLUS HARA

Unsur hara yang dibutuhkan oleh organisme hidup untuk perumbuhannya terdiri dari 22 jenis atau lebih unsur kimia. (lihat tabel 12.1) . kebutuhan unsur tersebut bervariasi karena ada beberapa unsur hanya dibutuhkan spesifik oleh beberapa organisme atau dibutukan pada saat keadaan tertentu.

Pada pembahasan bab ini akan di paparkan mengenai unsur nitrogen, sulfur, fosfor, dan karbon, yang dibutuhkan dalam jumlah besar atau yang sering disebut unsur hara makro, dengan siklus yang secara substansial telah diubah oleh aktifitas manusia. Bahasan yang muncul akan berhubungan dengan besi dan silikon.

Pada umumnya, nutrisi banyak di temukan dalam bentuk gas ( seperti n2, co2), padatan/mineral ( patatite, rantai p utamanya mengandung mineral), ion anorganik ( nh4+, no3-,so42-,h2po4-) dan bentuk organik ( terikat pada rantai c dari organisme hidup maupun yang sudah membusuk). Tanaman hanya dapat menyerap nutrisi sebagian besar dalam bentuk ionik dan oleh hewan dalam bentuk organik dengan mengkonsumsi jaringan hidup maupun mati; pada umumnya mikroorganisme akan menggunakan nutrisi dalam bentuk mineral maupun organik dalam tingkat kekhususan atau spesies tertentu. Interkonversi yang terjadi dibantu oleh ekosistem.

Siklus hara menjelaskan tentang pergerakan dibawah dan diantara keanekaragaman biotik maupun abiotik tentang hara yang terbentuk pada lingkungan secara global. Unsur-unsur ini dapat diekstraksi dari wujud mineralnya, dari atmosfer, atau di daur ulang dari bentuk organiknya dengan mengkonversi mereka menjadi bentuk ion, hal ini memungkinkan terjadi penyerapan  dan mengembalikan mereka ke atmosfer atau tanah. Siklus hara dapat terjadi akibat keragaman organisme yang mengarah pada terbentuknya berbagai struktur fisik dan mekanisme untuk mengatur aliran hara disetiap bagian. Struktur dan proses menjadi penyangga untuk membatasi kehilangan dan perpindahan ke ekosistem lain. Nutrisi didistribusikan dalam jumlah besar dari kompartemen yang hidup atau yang mati, dan kelimpahan relatif antar kompartemen akan tergantung ekosistem. Sebagai contoh, sebuah ekosistem terrestrial, dimana nutrient dapat dalam jumlah besar terkonsentrasi dalam biomassa hidup (seperti hutan hujan) atau pada humus dan material tanah organik (seperti ekosistem tundra) (lavelle and spain 2001)

Kesuburan tanah adalah perpaduan dari potensi tanah, endapan, dan sistem perairan untuk memyediakan unsur hara yang mempengaruhi kuantitas, pembentukan, dan proporsi yang diperlukan dalam mendukung pertumbuhan tanaman (dalam hal ini ekosistem yang mendukung aktifitas manusia). Aliran nutrisi yang paling besar adalah pelepasan dari materi organik, sebagai hasil dari dekomposisi oleh mikroba. Aliran ini tidak dapat diukur karena sebagian akan langsung bergabung kembali dengan biommasa mikroba yang lain. Aktivitas mikroba bergantung pada ketersediaan makanan, iklim dan faktor hidrologis. Dalam satu tempat, parameter biologi seperti komposisi kimia suatu materi organik ( bergantung pada tumbuhan yang memproduksinya) dan invertebrata tanah bertindak sebagai determinan terukur.

Pemeliharan kesuburan adalah upaya yang mendukung untuk produksi pangan, kayu, serat, dan bahan bakar. Hal ini juga diperlukan dalam proses ekologi seperti kelangsungan dan stabilitas suatu ekosistem. Dalam sistem yang secara intensif dikelola oleh manusia seperti sistem budidaya, kesuburan dari ekosistem akan erat kaitannya dengan pemupukan dan pengelolaan, seperti penggunaan n untuk memperbaiki kondisi, percepatan proses mikrobiologi menggunakan  pengolahan tanah, penambahan materi organik pada tanah, dan sseperti di berbagai belahan dunia, pembakaran biomassa.

Pemupukan adalah penambahan hara yang dilakukan oleh manusia pada tanah, dilakukan secara sengaja atau konsekuensi karena aktifitas lainnya. Termasuk hara N, P, S, kalium, kalsium, magnesium, dan mikronutrien untuk pertanian, juga penguraian n dan s dari atmosfer, dan efek dari naiknya kadar co2 di atmosfer. Penumpukan besi di laut juga terjadi dan telah dikaji untuk penelitian (coale et al. 1996; moore et al. 2001).

Ada kemungkinan pada suatu tempat terdapat suplai unsur hara yang berlimpah yang dalam istilah pertanian disebut eutrofikasi. Eurotifikasi ini disebabkan oleh pencucian unsur hara yang berasal dari bekas lahan pertanian. Merupakan bentuk dari fertilisasi yang terjadi secara tidak sengaja pada daerah pedalaman dan pesisir pantai. Penambahan nutrisi dalam kotoran yang mengalir merupakan bentuk lain dari eutrofikasi yang berhubungan dengan penambahannya dalam populasi manusia.

kesuburan juga dapat berkurang akibat aktivitas manusia, seperti erosi tanah, penggalian nutrisi (memanen nutrisi pada tingkat yang berlebihan tanpa pembaharuan), perubahan dari biota atau struktur tanah , buruknya pengelolaan irigasi, oksidasi akibat pemupukan yang tidak tepat, terbentuknya endapan saat mengoksidasi polutan, aau penggunaan tanaman penambat n yang terlalu banyak.

kehidupan di bumi diatur oleh siklus dan ketersediaan nutrisi. Manipulasi manusia pada proses ini memperngaruhi semua ekosistem. Pengaturan iklim dipengaruhi oleh dekomposisi dan siklus nutrisi pada skala regional atau kontinen melalui pelepasan gas rumah kaca dan pembuangan karbon pada ekosistem. Saat siklus nutrisi terganggu, nilai estetika dan rekreasi dari ekosistem air tawar dan air laut dapat berkurang secara signifikan.

Siklus nutrisi membutuhkan organisme yang memiliki perbedaan berdasarkan fungsinya dalam jumlah besar. Hal itu merupakan contoh utama dari “keanekaragaman hayati fungsional” pada praktiknya. Sebaliknya, gangguan dalam siklus nutrisi, contohnya eutrifikasi, memiliki beberapa dampak negatif dalam keanekaragaman hayati.

Siklus nutrisi terjadi dimana saja, menjadi bagian yang penting dari fungsi seluruh ekosistem, tetapi dalam tingkat perbedaan yang luas. Layanan ekosistem spesifik mengenai kesuburan tidak terdistribusi secara merata diseluruh daratan dan lautan didunia. Tanah yang paling subur misalnya, kedalaman, warna gelap, tanah liat pada padang rumput di Euroasia, Amerika Utara dan  Amerika Selatan, kebanyakan memiliki  tanah yang sudah dikonversi dari padang rumput menjadi agroekosistem intensif lebih selama 2 abad terakhir. Saat ini pertanian berkembang pada daerah yang memiliki tanah dengan tingkat kesuburan yang rendah, seperti yang sudah lama kita tau, tanah merah dari daerah tropis Afrika, Amerika Selatan, dan Asia Tenggara (Wood et al. 2000)

Lautan dunia mengandung penadah besar berisi nutrisi. Namun, ini ditemukan terutama pada kedalaman di bawah sekitar 200 meter, di mana ada cukup cahaya untuk (net) fotosintesis (dugdale 1976). Akibatnya, tingkat tinggi produksi primer laut memerlukan semangat nutrisi dari air yang lebih dalam ke zona eufotik (summerhayes et al. 1995). Sepanjang pantai barat benua, angin perdagangan khatulistiwa-bangsal mendorong air permukaan jauh dari pantai untuk digantikan oleh air kaya nutrisi dari zona sub-eufotik. Sistem upwelling pesisir merupakan hanya sekitar 1% dari permukaan laut tetapi berkontribusi sekitar 50% dari perikanan dunia (ryther 1969), karena tidak hanya tingkat produksi tinggi baru, tetapi juga untuk rantai makanan singkat di mana banyak produksi fitoplankton dimakan langsung oleh ikan. Lautan pusat dan laut, terutama di daerah tropis, umumnya rendah nutrisi dan produktivitas. 

Aktivitas manusia telah mengakibatkan perubahan besar-besaran di siklus nutrisi selama dua abad terakhir, yang terjadi pada tingkat dipercepat sejak sekitar tahun 1950. Secara khusus, pergeseran dalam pola penggunaan lahan, peningkatan pemupukan terkait dengan tanaman-yield tinggi, dan perpindahan lateral nutrisi melintasi batas-batas ekosistem telah berubah secara dramatis tingkat, jalur, dan efisiensi siklus nutrisi. Skala kecil tradisional, praktek budidaya rendah input umumnya menyebabkan penipisan nutrisi saat masa bera yang dipersingkat. Di sisi lain, keberlanjutan kesuburan tanah di bawah skala besar, tinggi-masukan pertanian intensif masih menjadi pertanyaan, mengingat bahwa bentuk pertanian ini hanya berumur beberapa dekade.

Peningkatan permintaan untuk makanan, bahan bakar, dan serat selama 50 tahun terakhir telah menyebabkan suplementasi pasokan nutrisi alami di agroekosistem oleh sumber-sumber buatan, dan global nitrogen dan fosfor masukan tahunan untuk ekosistem memiliki lebih dari dua kali lipat dalam periode ini (vitousek . Et al 1997; smil 2000; falkowski et al, 2000).

Di seluruh dunia, mekanisme regulasi yang kompleks dalam sistem alam dan kontrol biologis dioperasikan oleh tanaman dan invertebrata pada berbagai skala telah sangat terganggu, produksi pangan telah meningkat melalui input tambahan nutrisi dan penggunaan persiapan lahan. Penambahan nutrisi dalam skala besar di agroekosistem tidak dapat dipertahankan dan didaur ulang secara lokal. pemindahan yang tidak diinginkan dari darat ke ekosistem perairan telah menjadi masalah serius dan berkembang di seluruh dunia (Howarth et al. 2000). Pada saat yang sama, menumpuknya nutrisi di atmosfer, yang berasal dari industri, pertanian, biomassa, dan erosi angin, menyebar dengan jumlah yang besar berupa N, P, dan mungkin Fe dan Si kearah ekosistem yang lebih besar (Brasseur et al. 2003). 

Sebaliknya, penipisan nutrisi yang dinilai serius ini diamati pada tanah dibeberapa daerah, terutama di Afrika sub-Sahara (Sanchez 2002). Di area tersebut, terutama di mana kesuburan tanah yang melekat rendah untuk alasan geologi dan ekologi dan input pupuk terbatas oleh kendala ekonomi, mengakibatkan stok hara di lahan pertanian menurun. (Lihat Tabel 12.2 dan 12.3.) Hal ini menimbulkan dampak serius terhadap ketahanan pangan manusia di wilayah tersebut.

Beberapa pertanyaan penting yang dibahas dalam bab ini meliputi: Apa yang menjadi konsekuensi bagi ekosistem dan kesejahteraan manusia dari perkiraan meningkatnya 30% kontribusi anusia dala fiksasi N dan nutrisi lainnya sampai 30 tahun kedepan? Apakah dengan meningkatnya frekuensi dan tingkat eutrofikasi yang diamati di perairan tawar dan laut kemungkinan akan dihentikan atau dikembalikan Bagaimana hal ini dapat berdampak pada nutrisi yang sudah tersedia di alam? 

Siklus Nitrogen

source : http://swroc.cfans.umn.edu/sites/swroc.cfans.umn.edu/files/nitrogen-cycle.jpg

Terdapat suatu perubahan yang signifikan didalam siklus nitrogen global pada dua abad terakhir, dan input N pada siklus global telah bertambah dua kali lipat saat ini (perhatikan Gambar 12.2 dan 12.3 pada Lampiran A). Walaupun kebanyakan aspek dari keseimbangan ini telah ditaksir dengan suatu akurasi tingkat tinggi ( pemakaian puput, endapan atmosfer, fiksasi dalam N), suatu ..... , seperti yang akan dijelaskan nanti. Tiga buah proses setidaknya paling berperan untuk peningkatan aliran nitrogen didalam siklus global.

Yang pertama, era pembakaran industri, terutama bahan bakar fosil, yang telah meningkatkan emisi gas nitrogen reaktif (NOy) di atmosfer, yang mengambil bagian didalam produksi ozon troposfer (komponen yang paling berbahaya dari polusi udara) sebelum deposisi, sebagai suatu gas, sebagai asam nitric, atau sebagai aerosol kering di daratan atau lautan. Dikarenakan kereaktifan gas, maka akibatnya dilarang untuk mendekati pemukiman hingga jarak 1000 km dari sumber .Deposisi Nitrogen diseluruh dunia sebagai deposit kering atau deposit basah , didalam bentuk ion NO3- atau NH4+  yang khususnya dipusatkan di daerah yang memiliki produksi sapi ternak. Tingkat deposisi yang tertinggi dapat mencapai 50 kg per hektar per tahun, dengan lokal maksimum mencapai hingga 200 kg di Eropa, Amerika Utara, China, India, begitupula dengan Amerika bagian barat daya, Kolumbia, dan beberapa wilayah di Africa (Lihat Bab 9). Di tempat lain, kenaikan deposisi baru-baru ini (dibandingkan dengan awal abad 20) tetap terbatas.

Awalnya, deposisi nitrogen merangsang produktivitas jaringan primer, karena nitrogen merupakan nutrisi yang  paling terbatas jumlahnya di ekosistem darat ( sebagian besar karena begittu mudah hilang oleh emisi gas). Saat kapasitas dari ekosistem penerima untuk pemakaian nitrogen tercapai ( yang dikenal dengan  saturasi nitrogen, yang ditandai oleh sebuah peningkatan tiba-tiba dalam nitrat didalam bandaran air dari sistem ),  yang kelebihannya mengalir ke sungai, danau, serta daerah perairan terdekat, yang menyebabkan eutrofikasi. Hal ini dapat menyebabkan hilangnya keanekaragaman hayati baik di ekosistem darat maupun ekosistem air, dan dalam beberapa kasus, produksi jaringan primer bisa mengalami penurunan (Schulze et al 1989). Bagaimanapun, jika diberikan prediksi kenaikan penggunaan nitrogen, kontribusi kecil yang dapat dilakukan untuk pertumbuhan tanaman seperti yang diperhitungkan oleh Nadelhoffer (1999), ini akan menimbulkan sedikit bahaya terhadap biodiversitas (keanekaragaman hayati).

Kedua, penemuan mengenai proses Haber Bosch untuk mengkonversi atmosfer N2 menjadi amonia mendasari pertumbuhan ekponensial didalam penggunaan pupuk nitrogen pada pertengahan kedua abad 20. Hal ini memungkinkan terjadinya penghasilan tanaman yang tinggi dari revolusi hijau (Green revolution), yang memberikan peningkatan yang tinggi pada produksi makanan urah dan peningkatan kualitas hidup jutaan orang. Bagaimanapun, kurang dari setengah pupuk Nitrogen yang diterapkan mengalami keberhasilan. Sisanya mengalir ke perairan atau kembali ke atmosfer, namun beberapa dimanfaatkan pada gas NO2 greenhouse, yang juga terlibat dalam penipisan ozon stratosfer. Konsentrasi atmosfer NO2 telah mengalami peningkatan sebesar 0.25% per triliun per tahun selama era industri, melalui mekanisme ini. pada tahun 1998, rata-ratanya mencapai 314 ppt yang pada tingkat preindutrial mencapai 270 ppt (Prater et al 2001) ( lihat juga Policy Responses volume, Bab 9). Trend saat ini mengindikasikan bahwa dataran tinggi telah tercapai, walaupun beberapa model memprediksikan peningkatan dimasa mendatang. Model manapun yang benar,  tentunya penurunan tidak diharapkan terjadi, karena populasi manusia cenderung telah mengalami ledakan penduduk yang dapat didukung tanpa pupuk kimia.

Ketiga, porses alami dari fiksasi nitrogen biologis telah membahayakan tujuan agrikultur. Penanaman tumbuhan seperti kedelai, yang diperkirakan mengambil 40 teragram dalam setahun, pengayaan ekosistem yang bernilai jutaan dollar per tahun untuk menghindari biaya pupuk dan kontribusi terhadap nutrisi manusia akibat negatif yang terjadi dari fiksasi nitrogen industri : peningkatan emisi N2O dan kebocoran nitrogen dari tanah menuju perairan saat nitrogen organik dimineralisasi. Sebagai tambahan, beberapa adifikasi tanah dapat terjadi, kecuali keseimbangan kuantitas ditambahkan (Pate 1968). Peningkatan fiksasi nitrogen masih dianggap penting untuk produksi agrikultur, dan akan terus dilakukan.

Pada ekosistem laut, perkirakan fiksasi nit gen oleh berbagai organisme lebih dari sepuluh kali lipat, berkisar dari kurang dari 30 hingga lebih dari 300 teragram per tahun (Vitousek et al. 1997). Terdapat suatu spekulasi, yang didukung oleh beberapa bukti, bahwa fiksasi nitrogen biologis melalui cynobacterium. Trichodesmium telah mengalami peningkatan selama era modern sebagaihasil peningkatan iron fertilisasi oleh debu wind-borne (Moore et al 2001).

Bagian dari akumulasi nitrogen akan dihilangkan dalam bentuk gas melalui proses denitrifikasi. Walaupun menyerupai sebuah mitigasi alami dari eutrofikasi, oksida nitrat yang dihasilkan dari denitrifikasi pupuk sebanyak 6,9 teragram per tahun, yang mewakili peningkatan fluks sebesar 56% dari total denitrifikasi ekosistem daratan. Lebih jauh lagi, 20-32 teragram bentuk gas dilepaskan ke udara tiap tahunnya melalui pembakaran, yang menyebabkan terjadinya polusi atmosfer (Lihat Bab 13).

Persediaan nitrogen keseluruhan di bumi telah berubah signifikan. Pada era preindustri, fluks nitrogen tahunan dari atmosfer untuk ekosistem darat dan air diperkirakan sekitar 90-140 teragram nitrogen per tahun. Lebih kurang diseimbangi oleh denitrifikasi fluks terbalik. Produksi dan penggunaan dari pupuk nitrogen sintetis, memperluas penanaman tanaman bernitrogen, dan deposisi polutan udara yang mengandung nitrogen yang bersama-sama menciptakan suatu fluks tambahan sekitar 210 teragram dalam setahun, hanya bagian yang didenitrifikasi (Vitousek et al 1997). Peningkatan 210 teragram dapat dikaitkan dengan pupuk kimia (80), pembakaran biomassa (40), fiksasi nitorgen pada tanaman legum (40),  pembakaran bahan bakar fosil (20), pembersihan tanah (20), serta pengeringan lahan basah (10).

Siklus Fosfor Global

source : http://www.environmental-research.ox.ac.uk/wp-content/uploads/2014/11/phosphor.jpg

Litosfer merupakan sumber utama dari seluruh fosfor yang ada di biosfer (Lihat Gambar 12.4). Sedangkan apatit (batuan fosfat yang terbentuk secara alami) adalah salah satu mineral primer yang paling mudah lapuk. Namun setidaknya P memiliki nutrisi yang paling besar secara biologis. Hal ini dikarenakan betuk fosfor di biosfer yang sukar larut, bergerak, dan sulit didapatkan.

Hasilnya, P terbentuk di dalam tanah yang bersifat netral, gersang, dan masih muda. Walaupun dengan beberapa pengecualian, yang tergantung pada sifat dari material induk. Di sisi lain, P seringkali berkolimit (dengan N) dengan produksi hewan dan tumbuhan, tanah yang sangat lapuk, seperti yang umumnya terdapat di daerah tropis Afrika, Amerika Selatan, dan Australia. Karena NH4+ dan NO3- keduanya lebih siap untuk mengalir ke dalam tanah daripada fosfat, air segar dan beberapa ekosistem perairan yang tipically lebih responsif untuk meningkatkan P daripada N, membuat P memiliki kendali utama di danau dan muara.

Fosfor diangkut untuk diserap kedalam partikel tanah. Sebagi tambahan, dimana terdapat peternakan intensif, P bisa menghilang dalam jumlah yang besar di permukaan tanah. Dengan demikian, faktanya  fosfor tidak begitu tersiklus (selain waktu geologis yang sangat panjang) tapi mengikuti jalan satu arah dari daratan menuju sistem perairan. Kemudian kembali dari sistem lautan menuju tanah dalam bentuk bird guano, walupun terkadang penting, namun total fluks yang ada sangat sedikit.

Ketersediaan P dimuka bumi yang sangat langka dapat ditingkatkan dengan proses biologis. Terutama dengan simbiosis fungi (jamur), yang dikenal dengan mycorrhizae, memindahkan P dari bentuk yang tak dapat diakses ke tanaman dan membantu mengurangi kebocoran P dari sistem. Terdapat suatu bukti empiris yang luas bahwa ketersediaan P yang rendah menghamba fiksasi bilogis N (Smith 1992) yang berkontribusi pada co-limitation yang baru disebutkan. Bagaimanapun, mekanisme ini mengakibatkan kendala yang masih kurang dipahami (Vitousek et al 2002). 

Gambar 12.4 memperlihatkan siklus P kontemporer dan preindustri. Siklus kontemporer ini tidak mengalami keseimbangan. Sebagai hasilnya, pemakaian P dalam jumalah besar dari litosfer, kebanyakan melewati pertambangan fosfat, dan mempercepat pelapukan tanah sebagai asil dari erosi di permukaan tanah. P diakumulasikan pada ekosistem daratan baik di perindustrian maupun perkembangan dunia ( dengan beberapa pengecualian, seperti Sahara di Afrika). Mekanisme utama dimana P meninggalkan tanah dan memasuki ekosistem air bersih merupakan erosi tanah. Agrikultur P merupakan pengendali dari eutrofikasi. Konsentrasi P dalam limbah-limbah hewan dan limbah industri, termasuk P yang mengandung deterjen, membuat sedikit kontribusi global (Bennet et al 2001). Walaupun ini merupakan hal yang penting secara lokal. Sebagai contoh di US 36% endapan kotoran diaplikasikan ke tanah, yang sisanya akan dibuang ke pembuangan sampah, pembakaran, atau pembuangan lainnya. 

Karena jumlah P yang diakumulasikan ditanah cukup banyak, dan proses pembuangannya relatif lambat namun susah untuk dicegah, permasalahan ini sepertinya akan berkembang dari dekade-ke dekade berikutnya. Bagaimanapun, peningkatan pesat dibeberapa bagian dunia yang tidak sampai ke sistem pertanian ini  dan trend peningkatan yang menggabungkan pagar tanaman di lansekap pertanian ini dapat membantu mengurangi masalah di beberapa daerah yang terjadi secara signifikan. Sebagai contoh, di US tahun 1989, lahan pertanian yang ada tidak sampai 3%, pada 1998 sudah 16,3% (20 juta hektar). Di Brazil, pada tahun 1990 tidak sampai 3% juga dan tahun 1998 sudah mencapai 25% (10 juta hektar). diArgentina, pada tahun 1990 hanya mencapai 2%  dan 25% (10 juta hektar) di tahun 1998. Dan di Australia, area nya 0.1% saja di tahun 1990 dan 50% pada tahun 1998 (10 juta hektar). (Eutrofikasi akan dijelaskan di bab ini).

Siklus Sulfur Global

source : https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEhBwm6VY3Xvsjhdyrz6iRadYGYAW4LjHN7gtu4DvmvOs-7zNPSV3B3YCokvgGhVVtsHNTdiVsqrdWvWapZoMejUYfhT3Ax3Te-YFCxy_1MLsSTaCLbeMa7uqqLWM_GBQE_Vr4ycgtkzcx0h/s640/daur-sulfur.png

Dalam banyak hal, siklus sulfur sejajar dengan siklus nitrogen, kecuali untuk pemakaian yang signifikan dari litosfer via aktivitas volkanis dan tidak adanya proses biologis dari fiksasi S dari atmosfer menuju tanah ataupun air (Lihat Gambar 12.5). kendala utama manusia pada siklus global S adalah pelepasan SOx ( SO2 ditambah sedikit SO3) ke atmosfer sebagai hasil dari pembakaran sulfur yang mengandung batubara dan minyak serta peleburan biji sulfida.  Konsentrasi SOx yang tinggi dapat mengganggu pernapasan manusia dan bersifat racun bagi tanaman. Gas-gas sulfur lainnya, seperti H2S dan merkaptan (zat kimia organik yang mengandung sulfur), tidak terlalu beracun tapi sangat mengganggu penciuman manusia walaupun konsentrasinya rendah. Akibatnya, gas yang mengandung sulfur biasanya keluar dari cerobong asap yang tinggi untuk diencerkan secara luas. Ditambah dengan penghapusan simultan partikel abu dari asap, yang memberikan kontribusi besar terhadap munculnya permasalahan deposisi “hujan asam” di abad ke-20 (Smil 1977).  Asam sulfur merupakan salah satu komponen utama dari deposisi asam (22-47 teragram per tahun) yang telah menimbulkan situasi dimana kompensasi ini tidak lagi beroperasi.

Di atmosfer SOx membentuk SO42-, suatu aerosol kristal yang bertindak sebagai suatu inti yang kuat untuk kondensasi awan dan membantu memperlambat perubahan iklim. Sulfat yang larut dalam hujan membentuk asam sulfat encer dan diendapkan di permukaan bumi dalam bentuk kering maupun basah, proporsi yang bergantung kepada iklim yang berlaku.

Kerusakan yang terjadi pada hasil ekosistem tidak begitu banyak yang berasal dari efek langsung asam, SOx atau SO42- pada tanaman (S, dalam dosis kecil, merupakan sebuah pupuk), namun dari efek langsung kebocoran SO42- dari tanah yang gersang. Untuk menjaga drainase netralitas listrik, kation, dan terutama Ca2+ yang hilang: akibat adifikasi yang membawa Al3+ dan H+ kedalam larutan (Galloway 2003). Ion Al3+ mengganggu penyerapan nutrisi, khususnya pada penyerapan fosfor, melalui akar tanaman, namun hanya pada kelompok-kelompok tanaman tertentu saja. Hal ini juga sangat merugikan ekosistem dan organisme perairan. Adifikasi  tanah, sungai, dan danau sangat sulit dan butuh biaya yang besar untuk diperbaiki. Kapasitas penyangga ekosistem, yang berhubungan dengan kedalaman tanah, kandungan kimia yang ada dalam tanah, tingkat pelapukan, menyediakan layanan ekosistem yang bernilai miliaran dollar, baik pada kerusakan yang dihindari maupun tindakan mitigasi. Namun kapasitas layanan ini hanya bersifat terbatas.

Akibatnya, permasalahan kesehatan manusia yang bercampur dengan SO2 pada kabut asap   dan kekhawatiran mengenai kesehatan ekosistem yang terpapar deposisi asam yang tinggi, penggunaan sulfur dikurangi atau dihilangkan dari industri, rumah tangga, serta emisi sektor transportasi di Eropa dan Amerika Utara. Hal ini dicapai dengan mengganti batubara dan minyak berkandungan sulfur tinggi menjadi bahan bakar rendah sulfur dan memasang peralatan pembuangan gas desulfurisasi. Hal ini sangat sukses yang ditandai dengan berkurangnya deposisi sulfur dan  sulfur saat ini menjadi nutrisi terbatas di banyak negara bagian di Eropa. Hasilnya adalah bahwa deposisi N yang dihasilkan dari kendaraan, industri-industri, dan emisi agrikultur, sekarang telah menjadi komponen utama dari deposisi asam di daerah-daerah tersebut. Konsekuensi dari hal ini adalah global warming akan mengalami peningkatan sekitar 0.3 watt per meter persegi (sekitar 10%) sebagai efek anti greenhouse dari pengurangan aerosol sulfat (Ramaswamy et al 2001).

Pool dan Fluks Utama dalam Siklus Sulfur Global

Bagaimanapun, pengurangan emisi sulfur tidak banyak dilakukan di negara-negara industri didunia : China, India, Afrika Selatan, serta bagian selatan dari Amerika Selatan. Sebuah penilaian global dari ancaman deposisi asam (Kulenstierna et al 2001), berdasarkan kombinasi lokasi-lokasi emisi, pola transportasi angin, dan kapasitas dapar tanah di daerah penerima, menyarankan bahwa ekosistem tropis di negara berkembang beresiko tinggi akan adifikasi (Lihat Gambar 12.6 pada Lampiran A).

Siklus Karbon Global

Siklus karbon global telah dinilai secara komprehensif baru-baru ini oleh Intergovernmental Panel on Climate Change (Prentice et al 2001) dikarenakan oleh sentralitasnya terhadap issue perubahan iklim global. Bab ini tidak akan mengulang diskusi mengenai interaksi iklim C yang dibahas di Bab 13 mengenai kualitas udara dan iklim. Cukup dikatakan disini bahwa siklus global C  saat ini tidak semibang (Lihat Tabel 12.4), terutama sebagai akibat dari pembakaran bahan bakar fosil tapi juga karena konversi densitas C tinggi dari ekosistem alami, seperti hutan dan rimba, menjadi densitas C agroekosistem yang lebih rendah. Harus dicatat bahwa siklus C telah berpindah sekitar 13%, jika dibandingkan dengan siklus N,P, dan S yang 100% (Falkowski et al 2000).

Terdapat suatu interkonetivitas yang oenting antara siklus N,P,S,Fe, dan Si dan siklus C (Mackenzie et al 2002). Ulah manusia telah mengganggu siklus ini, dan memiliki efek jera terhadap siklus C arena pertimbangan stoikiometri dan co-limitation atau regulasi dari proses kunci. Mekanisme seperti pemupukan N dan pemencilan C di laut dalam melalui “pompa biologi / biological pump” yang berkontribusi pasti namun jasa penyimpanan berproporsi besar sekitar 4 miliar ton per tahun yang disediakan biosfer saat ini (Prentice et al 2001). Beberapa proses kunci, seperti pemupukan N dan CO2 dari ekosistem daratan, cenderung mecapai saturasi selama abad ini (Scholes et al 2000).

Fiksasi global karbon melalui fotosintesi telah disarankan sebagi suatu indeks general kesehatan bagi ekosistem daratan dan perairan, semua kondisi suhu, kelembaban, dan pasokan nutrisi adalah sama (Schlesinger 1997). Tipe bursa global ini ( seperti Normalized Differential Vegetation Index)  tersedia  dan memperlihatkan peningkatan dalam biomassa dalam lintang tinggi belahan bumi utara, yang konsisten dengan perubahan iklim, dan secara keseluruhan tidak terdapat trend (namun variabilitasnya tinggi) di gurun tropis. Mereka juga membuka daerah yang luas di wilayah pesisir, khususnya yang  semi tertutup, seperti Laut Cina, yang menunjukkan eutrofikasi.