16.2 Biogeochemical cycles
Unit ini menerangkan kitar biogeokimia (biogeochemical cycles) nitrogen, karbon dan fosforus serta peranan organisma dalam setiap kitar.
SP 16.2.1Explain the biogeochemical cycles of nitrogen, carbon and phosphorus.
Huraian SPApa yang perlu dikuasai
Untuk guru: kata tugas Explain (Menerangkan)
Calon perlu menerangkan langkah dan organisma dalam kitar nitrogen, karbon dan fosforus, serta konsep jejak karbon dan sekuestrasi karbon dalam kitar karbon (catatan RPT).
- IsiKitar nitrogenHuraian
N2 diikat menjadi NH4+ oleh Rhizobium, Azotobacter dan sianobakteria; amonifikasi oleh pengurai; nitrifikasi oleh Nitrosomonas (NH4+ ke NO2-) dan Nitrobacter (NO2- ke NO3-); asimilasi oleh tumbuhan; pendenitritan oleh Pseudomonas dalam keadaan anaerob mengembalikan N2.
ContohPetani menanam kekacang secara giliran kerana nodul akar yang mengandungi Rhizobium menambah nitrogen tanah.
- IsiKitar karbon, jejak karbon dan sekuestrasiHuraian
CO2 diikat melalui fotosintesis, dipindah dalam rantai makanan dan dibebaskan melalui respirasi, penguraian dan pembakaran. Jejak karbon ialah jumlah gas rumah hijau (setara CO2) yang dibebaskan oleh aktiviti individu, organisasi atau produk. Sekuestrasi karbon ialah penyimpanan karbon jangka panjang dalam biojisim hutan, tanah gambut, lautan dan batuan.
ContohPerjalanan kereta harian menambah jejak karbon seseorang; hutan paya gambut dan paya bakau Malaysia ialah tempat sekuestrasi karbon yang besar.
- IsiKitar fosforusHuraian
Tiada fasa gas penting; luluhawa batuan membebaskan fosfat yang diserap tumbuhan untuk ATP, DNA dan fosfolipid, dipindah kepada haiwan, dipulangkan oleh pengurai, termendap sebagai sedimen dan kembali melalui pengangkatan geologi.
ContohLarian baja fosfat ke tasik menyebabkan eutrofikasi dan ledakan alga.
Peta alirKitar nitrogen
- Pengikatan nitrogen (nitrogen fixation): N₂ → NH₃/NH₄⁺ oleh Rhizobium (nodul akar kekacang), Azotobacter, sianobakteria (Nostoc, Anabaena); kilat dan proses Haber
- Asimilasi: tumbuhan menyerap NO₃⁻ dan NH₄⁺ untuk membina asid amino dan protein; haiwan memakan tumbuhan
- Pengamonan (ammonification): pengurai (bakteria, kulat) menukar protein dan urea bangkai/kumuhan kepada NH₄⁺
- Penitritan dan penitratan (nitrification): Nitrosomonas NH₄⁺ → NO₂⁻; Nitrobacter NO₂⁻ → NO₃⁻ (aerob)
- Pendenitritan (denitrification): Pseudomonas, Thiobacillus denitrificans menukar NO₃⁻ → N₂ dalam tanah anaerob (berair)
Peta alirKitar karbon
- CO₂ atmosfera diikat melalui fotosintesis menjadi sebatian organik
- Karbon organik dipindah melalui rantai makanan
- Respirasi organisma membebaskan CO₂
- Pengurai menguraikan bangkai dan membebaskan CO₂
- Sebahagian bahan organik menjadi bahan api fosil; pembakaran membebaskan CO₂
- CO₂ larut dalam laut membentuk HCO₃⁻ dan karbonat (cengkerang, batu kapur)
Peta alirKitar fosforus
- Luluhawa batuan membebaskan ion fosfat (PO₄³⁻) ke tanah dan air
- Tumbuhan menyerap fosfat untuk ATP, DNA, fosfolipid
- Fosfat dipindah kepada haiwan melalui pemakanan
- Pengurai memulangkan fosfat daripada bangkai dan kumuhan ke tanah
- Fosfat larut resap ke sungai dan laut, termendap sebagai sedimen
- Pengangkatan geologi mendedahkan semula batuan fosfat (kitar sangat perlahan)
IstilahIstilah kitar biogeokimia
- Kitar biogeokimia (biogeochemical cycle)
- Pergerakan unsur kimia antara komponen biotik dan abiotik ekosistem secara berulang.
- Takungan (reservoir)
- Tempat unsur disimpan dalam jumlah besar untuk tempoh lama.
- Pengurai (decomposer)
- Bakteria dan kulat yang menguraikan bahan organik dan memulangkan nutrien.
JadualPerbandingan tiga kitar
| Ciri | Nitrogen | Karbon | Fosforus |
|---|---|---|---|
| Takungan utama | Atmosfera (N₂ 78%) | Atmosfera, lautan, fosil, batuan karbonat | Batuan dan sedimen |
| Fasa gas | Ada | Ada | Tiada |
| Mikroorganisma utama | Pengikat N, nitrifikasi, denitrifikasi | Pengurai | Pengurai |
| Kesan manusia | Baja berlebihan, eutrofikasi | Pembakaran fosil, pemanasan global | Baja fosfat, eutrofikasi |
Ingat: mnemonik & kad imbas
Mnemonik
- PANDA
- Pengikatan, Asimilasi, Nitrifikasi, Denitrifikasi, Amonifikasi (pengamonan) - proses utama kitar nitrogen.
Kad imbas
- Nitrosomonas
- NH₄⁺ → NO₂⁻
- Nitrobacter
- NO₂⁻ → NO₃⁻
- Pendenitritan
- NO₃⁻ → N₂ oleh Pseudomonas dalam keadaan anaerob
- Kitar tanpa fasa gas
- Kitar fosforus
- Proses mengeluarkan CO₂ dari atmosfera
- Fotosintesis
Semak kefahaman
Namakan bakteria yang menukar ion ammonium kepada nitrit dan bakteria yang menukar nitrit kepada nitrat. (SP 16.2.1)
Lihat jawapan
Nitrosomonas menukar ion ammonium kepada nitrit, manakala Nitrobacter menukar nitrit kepada nitrat dalam proses nitrifikasi.
12 soalan latihan pelbagai aras, kad imbas dan Kad Tahniah ada dalam mod interaktif.
Untuk guru: cadangan aktiviti ikut aras kognitif (4)
- Mengingat
Aktiviti: Murid melabel rajah kitar nitrogen, karbon dan fosforus dengan nama proses dan organisma yang terlibat.
Bukti hasil kerja: Lembaran kerja atau kuiz ringkas: ketepatan ingatan istilah dan fakta tentang kitar biogeokimia.
SP disasar: 16.2.1 · Latihan sepadan: aras Mengingat - Memahami
Aktiviti: Berpasangan, murid menerangkan kitar nitrogen dengan menunjukkan peranan bakteria pengikat nitrogen, nitrifikasi dan denitrifikasi.
Bukti hasil kerja: Penerangan lisan dan lukisan murid tentang kitar biogeokimia; semak ketepatan hubungan sebab dan akibat.
SP disasar: 16.2.1 · Latihan sepadan: aras Memahami - Mengaplikasi
Aktiviti: Murid menjelaskan kesan pembajaan berlebihan pada ladang padi terhadap kitar nitrogen dan fosforus dan eutrofikasi sungai.
Bukti hasil kerja: Jawapan lembaran kerja atau hasil pengiraan tentang kitar biogeokimia; semak kaedah dan ketepatan jawapan.
SP disasar: 16.2.1 · Latihan sepadan: aras Mengaplikasi - Menganalisis
Aktiviti: Dalam kumpulan, murid membandingkan ketiga-tiga kitar dalam jadual (simpanan utama, bentuk kimia, peranan hidupan) dan menganalisis kitar paling bergantung pada aktiviti manusia.
Bukti hasil kerja: Jadual atau peta pemikiran analisis kitar biogeokimia; semak ketepatan kesimpulan berasaskan data atau bukti.
SP disasar: 16.2.1 · Latihan sepadan: aras Menganalisis
Cadangan ini mengikut aras kognitif hasil pembelajaran (bukan TP DSKP kerana STPM tiada TP). Buka unit dan latihan
Siapkan unit ini dalam mod interaktif untuk mendapat bintang, anggaran TP dan Kad Tahniah. Siapkan semua 66 unit Biologi STPM untuk Sijil Penghargaan SistemGuru.My.