Daur biogeokimia merupakan materi esensial dalam biologi yang menjelaskan bagaimana unsur-unsur penting seperti karbon, nitrogen, fosfor, sulfur, dan air bergerak serta bertransformasi melalui komponen biotik dan abiotik di Bumi. Memahami siklus ini sangat krusial untuk mengerti keseimbangan ekosistem, dampak aktivitas manusia terhadap lingkungan, serta perubahan iklim global. Tanpa siklus ini, kehidupan di Bumi tidak akan dapat bertahan. Kumpulan soal biologi daur biogeokimia ini dirancang untuk menguji dan memperdalam pemahaman Anda tentang konsep-konsep inti, proses-proses kunci, serta peran organisme dalam setiap siklus. Dari soal pilihan ganda yang mengasah ingatan, isian singkat yang melatih ketepatan definisi, hingga soal uraian yang mendorong analisis mendalam, serta mencocokkan untuk menguji koneksi antar konsep, setiap jenis soal akan membantu Anda menguasai materi ini secara komprehensif. Persiapkan diri Anda untuk menjadi ahli dalam menjaga kelestarian lingkungan dengan menguasai daur biogeokimia!
Contoh Soal dan Pembahasan
A. Pilihan Ganda
- Proses utama yang mengubah karbon dioksida (CO₂) atmosfer menjadi senyawa organik oleh tumbuhan disebut…
- A. Respirasi
- B. Dekomposisi
- C. Fotosintesis
- D. Pembakaran
- E. Transpirasi
Jawaban: C. Fotosintesis
Pembahasan: Fotosintesis adalah proses di mana tumbuhan menggunakan energi cahaya matahari untuk mengubah CO₂ dan air menjadi glukosa (senyawa organik) dan oksigen.
- Bakteri jenis apa yang bertanggung jawab untuk mengubah gas nitrogen (N₂) di atmosfer menjadi amonia (NH₃) dalam proses fiksasi nitrogen?
- A. Bakteri denitrifikasi
- B. Bakteri nitrit
- C. Bakteri nitrat
- D. Bakteri pengikat nitrogen (fiksasi nitrogen)
- E. Bakteri belerang
Jawaban: D. Bakteri pengikat nitrogen (fiksasi nitrogen)
Pembahasan: Bakteri pengikat nitrogen, seperti Rhizobium atau Azotobacter, memiliki enzim nitrogenase yang dapat mengkonversi N₂ atmosfer menjadi bentuk nitrogen yang dapat digunakan oleh organisme lain.
- Siklus biogeokimia yang tidak melibatkan fase gas atmosfer secara signifikan adalah siklus…
- A. Karbon
- B. Nitrogen
- C. Air
- D. Fosfor
- E. Sulfur
Jawaban: D. Fosfor
Pembahasan: Siklus fosfor sebagian besar terjadi di litosfer (batuan dan tanah) dan hidrosfer (air), dengan reservoir utama berupa batuan sedimen. Fosfor tidak memiliki fase gas yang besar di atmosfer.
- Proses kembalinya nitrat (NO₃⁻) ke bentuk gas nitrogen (N₂) di atmosfer oleh bakteri tertentu disebut…
- A. Nitrifikasi
- B. Fiksasi nitrogen
- C. Ammonifikasi
- D. Denitrifikasi
- E. Asimilasi
Jawaban: D. Denitrifikasi
Pembahasan: Denitrifikasi adalah proses mikrobial di mana nitrat diubah kembali menjadi gas nitrogen (N₂) dan dilepaskan ke atmosfer, mengurangi ketersediaan nitrogen di dalam tanah.
- Pernyataan berikut yang paling tepat mengenai peran dekomposer (pengurai) dalam daur biogeokimia adalah…
- A. Mengubah energi cahaya menjadi energi kimia.
- B. Memfiksasi gas nitrogen dari atmosfer.
- C. Mengembalikan unsur hara dari organisme mati ke lingkungan.
- D. Menghasilkan oksigen melalui fotosintesis.
- E. Mengikat CO₂ dari atmosfer.
Jawaban: C. Mengembalikan unsur hara dari organisme mati ke lingkungan.
Pembahasan: Dekomposer, seperti bakteri dan jamur, memecah bahan organik dari organisme mati dan limbah, mengembalikan nutrisi penting seperti karbon, nitrogen, dan fosfor kembali ke tanah atau air agar dapat digunakan oleh produsen.
- Gas rumah kaca utama yang terlibat dalam siklus karbon dan berkontribusi terhadap pemanasan global adalah…
- A. Oksigen (O₂)
- B. Nitrogen (N₂)
- C. Metana (CH₄)
- D. Karbon dioksida (CO₂)
- E. Sulfur dioksida (SO₂)
Jawaban: D. Karbon dioksida (CO₂)
Pembahasan: Karbon dioksida adalah gas rumah kaca alami yang paling melimpah dan secara signifikan dipengaruhi oleh aktivitas manusia, terutama pembakaran bahan bakar fosil.
- Proses penguapan air dari permukaan daun tumbuhan ke atmosfer disebut…
- A. Evaporasi
- B. Kondensasi
- C. Presipitasi
- D. Transpirasi
- E. Infiltrasi
Jawaban: D. Transpirasi
Pembahasan: Transpirasi adalah bagian dari siklus air di mana uap air dilepaskan dari tumbuhan ke atmosfer melalui stomata pada daun.
- Eutrofikasi, yaitu pertumbuhan alga yang berlebihan di perairan, seringkali disebabkan oleh kelebihan unsur hara…
- A. Karbon dan Sulfur
- B. Nitrogen dan Fosfor
- C. Oksigen dan Hidrogen
- D. Kalium dan Kalsium
- E. Besi dan Mangan
Jawaban: B. Nitrogen dan Fosfor
Pembahasan: Limbah pertanian dan domestik yang kaya akan senyawa nitrogen dan fosfor dapat menyebabkan eutrofikasi, memicu pertumbuhan alga yang masif dan mengurangi oksigen terlarut.
- Di antara reservoir berikut, manakah yang merupakan reservoir utama dari gas nitrogen (N₂) di Bumi?
- A. Tanah
- B. Lautan
- C. Biomassa
- D. Atmosfer
- E. Batuan sedimen
Jawaban: D. Atmosfer
Pembahasan: Sekitar 78% komposisi atmosfer adalah gas nitrogen (N₂), menjadikannya reservoir utama untuk siklus nitrogen.
- Bakteri nitrifikasi yang mengubah amonia (NH₃) atau amonium (NH₄⁺) menjadi nitrit (NO₂⁻) adalah…
- A. Nitrobacter
- B. Rhizobium
- C. Nitrosomonas
- D. Azotobacter
- E. Clostridium
Jawaban: C. Nitrosomonas
Pembahasan: Nitrosomonas adalah genus bakteri kemoautotrof yang mengoksidasi amonia menjadi nitrit sebagai bagian dari proses nitrifikasi.
- Bentuk sulfur di atmosfer yang dapat menyebabkan hujan asam adalah…
- A. S₂
- B. H₂S
- C. SO₂
- D. S O₃
- E. Metionin
Jawaban: C. SO₂
Pembahasan: Sulfur dioksida (SO₂) yang dilepaskan ke atmosfer, terutama dari pembakaran bahan bakar fosil, bereaksi dengan uap air membentuk asam sulfat, penyebab utama hujan asam.
- Proses penyerapan air hujan ke dalam tanah melalui pori-pori tanah disebut…
- A. Evaporasi
- B. Presipitasi
- C. Kondensasi
- D. Infiltrasi
- E. Runoff
Jawaban: D. Infiltrasi
Pembahasan: Infiltrasi adalah proses di mana air meresap ke dalam tanah, mengisi pori-pori tanah dan akuifer.
- Unsur fosfor paling sering ditemukan dalam bentuk apa yang dapat diserap oleh tumbuhan dari tanah?
- A. Gas P₂
- B. Fosfat (PO₄³⁻)
- C. Asam fosfat
- D. Senyawa organik fosfor
- E. Fosfor elemental
Jawaban: B. Fosfat (PO₄³⁻)
Pembahasan: Tumbuhan menyerap fosfor dari tanah dalam bentuk ion fosfat anorganik, terutama dihidrogen fosfat (H₂PO₄⁻) atau monohidrogen fosfat (HPO₄²⁻).
- Salah satu kontribusi manusia terbesar terhadap peningkatan konsentrasi CO₂ di atmosfer adalah…
- A. Penanaman hutan
- B. Pembakaran bahan bakar fosil
- C. Budidaya tanaman air
- D. Konservasi lahan basah
- E. Penggunaan energi surya
Jawaban: B. Pembakaran bahan bakar fosil
Pembahasan: Pembakaran bahan bakar fosil (minyak bumi, gas alam, batu bara) melepaskan CO₂ yang tersimpan jutaan tahun ke atmosfer dalam waktu singkat.
- Siklus biogeokimia manakah yang memiliki ketergantungan erat pada siklus air untuk pergerakannya di dalam ekosistem?
- A. Siklus Karbon
- B. Siklus Nitrogen
- C. Siklus Fosfor
- D. Siklus Sulfur
- E. Semua siklus tersebut
Jawaban: E. Semua siklus tersebut
Pembahasan: Air adalah pelarut universal dan medium transportasi bagi sebagian besar unsur hara. Pergerakan air melalui presipitasi, runoff, dan aliran air tanah sangat penting dalam menggerakkan nutrisi di seluruh ekosistem.
- Ketika organisme mati, nitrogen organik dalam tubuhnya diubah menjadi amonia (NH₃) oleh dekomposer. Proses ini disebut…
- A. Nitrifikasi
- B. Denitrifikasi
- C. Fiksasi nitrogen
- D. Ammonifikasi
- E. Asimilasi
Jawaban: D. Ammonifikasi
Pembahasan: Ammonifikasi adalah dekomposisi senyawa nitrogen organik menjadi amonia atau ion amonium oleh bakteri dan jamur pengurai.
- Peristiwa apa yang paling mungkin terjadi jika aktivitas bakteri denitrifikasi di suatu ekosistem meningkat secara drastis?
- A. Peningkatan ketersediaan nitrogen bagi tumbuhan.
- B. Penurunan konsentrasi nitrat dalam tanah.
- C. Peningkatan fiksasi nitrogen.
- D. Peningkatan eutrofikasi.
- E. Penurunan konsentrasi gas nitrogen di atmosfer.
Jawaban: B. Penurunan konsentrasi nitrat dalam tanah.
Pembahasan: Bakteri denitrifikasi mengubah nitrat (NO₃⁻) menjadi gas nitrogen (N₂), sehingga peningkatan aktivitasnya akan mengurangi jumlah nitrat yang tersedia di tanah untuk diserap tumbuhan.
- Reservoir utama siklus fosfor adalah…
- A. Atmosfer
- B. Lautan
- C. Biomassa
- D. Batuan sedimen
- E. Es kutub
Jawaban: D. Batuan sedimen
Pembahasan: Fosfor sebagian besar tersimpan dalam batuan dan sedimen, dilepaskan melalui pelapukan.
- Salah satu dampak negatif dari peningkatan CO₂ di atmosfer yang berasal dari siklus karbon adalah…
- A. Penurunan suhu global
- B. Peningkatan produksi pertanian
- C. Hujan asam
- D. Pengasaman laut
- E. Ozon menipis
Jawaban: D. Pengasaman laut
Pembahasan: Peningkatan CO₂ atmosfer diserap oleh lautan, membentuk asam karbonat yang menurunkan pH air laut (pengasaman laut), berdampak buruk pada organisme bercangkang kalsium karbonat.
- Unsur apakah yang merupakan komponen utama protein, asam nukleat, dan ATP, serta merupakan salah satu pembatas pertumbuhan utama di banyak ekosistem?
- A. Karbon
- B. Oksigen
- C. Hidrogen
- D. Nitrogen
- E. Belerang
Jawaban: D. Nitrogen
Pembahasan: Nitrogen adalah komponen kunci dalam protein, asam nukleat (DNA/RNA), dan ATP. Meskipun melimpah di atmosfer, ketersediaannya dalam bentuk yang dapat digunakan (fiksasi) seringkali membatasi pertumbuhan organisme.
B. Isian Singkat
- Gas yang paling melimpah di atmosfer dan merupakan reservoir utama siklus nitrogen adalah…
Jawaban: nitrogen (N₂) gas - Proses penguapan air dari permukaan tumbuhan disebut…
Jawaban: transpirasi - Bakteri yang berperan mengubah nitrit menjadi nitrat dalam siklus nitrogen adalah…
Jawaban: Nitrobacter - Unsur yang tidak memiliki fase gas dalam siklus biogeokimianya secara signifikan adalah…
Jawaban: fosfor - Fenomena pencemaran air akibat peningkatan kadar nutrisi, terutama nitrogen dan fosfor, yang menyebabkan pertumbuhan alga berlebihan disebut…
Jawaban: eutrofikasi
C. Uraian
- Jelaskan secara rinci tahapan-tahapan penting dalam siklus nitrogen dan peran masing-masing organisme yang terlibat di dalamnya.
Jawaban/Pembahasan:
Siklus nitrogen terdiri dari beberapa tahapan: 1. Fiksasi Nitrogen: Gas N₂ dari atmosfer diubah menjadi amonia (NH₃) atau ion amonium (NH₄⁺) oleh bakteri pengikat nitrogen (misalnya Rhizobium, Azotobacter). 2. Ammonifikasi: Organisme mati dan limbah diuraikan oleh dekomposer (bakteri dan jamur), mengubah nitrogen organik menjadi amonia/amonium. 3. Nitrifikasi: Amonia/amonium dioksidasi menjadi nitrit (NO₂⁻) oleh bakteri Nitrosomonas, kemudian nitrit dioksidasi menjadi nitrat (NO₃⁻) oleh bakteri Nitrobacter. 4. Asimilasi: Tumbuhan menyerap nitrat atau amonium dari tanah dan menggunakannya untuk membentuk protein dan asam nukleat. Hewan mendapatkan nitrogen dengan memakan tumbuhan atau hewan lain. 5. Denitrifikasi: Nitrat diubah kembali menjadi gas nitrogen (N₂) oleh bakteri denitrifikasi (misalnya Pseudomonas denitrificans) dan dilepaskan kembali ke atmosfer. - Bagaimana aktivitas manusia, seperti pembakaran bahan bakar fosil dan deforestasi, memengaruhi keseimbangan siklus karbon global? Jelaskan dampak yang mungkin terjadi.
Jawaban/Pembahasan:
Aktivitas manusia sangat memengaruhi siklus karbon: 1. Pembakaran Bahan Bakar Fosil: Melepaskan karbon yang tersimpan selama jutaan tahun (dalam bentuk batubara, minyak, gas) sebagai CO₂ ke atmosfer, meningkatkan konsentrasi CO₂ atmosfer secara drastis. 2. Deforestasi: Pohon menyerap CO₂ melalui fotosintesis. Penebangan hutan mengurangi jumlah ‘penyerap’ CO₂ dan jika pohon dibakar, karbon yang tersimpan dilepaskan sebagai CO₂. Dampaknya adalah peningkatan CO₂ atmosfer memperkuat efek rumah kaca, menyebabkan pemanasan global. Ini juga menyebabkan pengasaman laut karena CO₂ yang larut dalam air laut membentuk asam karbonat, mengancam ekosistem laut. - Bandingkan dan kontraskan siklus fosfor dengan siklus nitrogen, terutama dalam hal reservoir utama dan ketersediaan atmosferik.
Jawaban/Pembahasan:
Siklus Fosfor: Reservoir Utama adalah batuan sedimen dan sedimen laut. Tidak memiliki fase gas yang signifikan di atmosfer. Pergerakannya lambat, terutama melalui pelapukan batuan dan aliran air. Bentuk yang diserap tumbuhan adalah fosfat (PO₄³⁻). Siklus Nitrogen: Reservoir Utama adalah atmosfer (N₂ gas, sekitar 78%). Sangat melimpah di atmosfer sebagai N₂ gas, tetapi harus difiksasi menjadi bentuk yang dapat digunakan oleh sebagian besar organisme. Bentuk yang diserap tumbuhan adalah nitrat (NO₃⁻) atau amonium (NH₄⁺). Perbedaan utama adalah ketiadaan fase gas dalam siklus fosfor, yang membuatnya lebih terbatas dan lebih lambat dibandingkan siklus nitrogen yang memiliki reservoir gas besar dan pergerakan yang lebih dinamis melalui berbagai bentuk. - Mengapa daur biogeokimia sangat penting bagi keberlanjutan kehidupan di Bumi? Berikan contoh konkrit dari tiga siklus berbeda untuk mendukung penjelasan Anda.
Jawaban/Pembahasan:
Daur biogeokimia sangat penting karena memastikan ketersediaan unsur-unsur esensial (nutrisi) yang diperlukan untuk kehidupan terus-menerus didaur ulang dan tidak habis. Tanpa daur ini, unsur-unsur akan terperangkap dalam satu bentuk atau lokasi, dan kehidupan akan terhenti. Contoh konkrit: 1. Siklus Karbon: Fotosintesis (tumbuhan menyerap CO₂) menyediakan bahan organik dan oksigen. Respirasi (organisme melepaskan CO₂) mengembalikan karbon ke atmosfer, menjaga pasokan CO₂ untuk fotosintesis dan O₂ untuk respirasi. 2. Siklus Nitrogen: Bakteri pengikat nitrogen mengubah N₂ atmosfer menjadi amonia/amonium yang dapat digunakan oleh tumbuhan. Ini penting karena N₂ atmosfer tidak dapat langsung digunakan, dan nitrogen sangat penting untuk protein dan asam nukleat. 3. Siklus Air: Evaporasi dan presipitasi mendistribusikan air tawar ke seluruh daratan, memungkinkan kehidupan terestrial dan menjaga siklus hidrologi Bumi. - Jelaskan konsep hujan asam dan bagaimana proses dalam siklus sulfur dapat berkontribusi pada pembentukannya.
Jawaban/Pembahasan:
Hujan asam adalah presipitasi (hujan, salju, kabut) yang memiliki tingkat keasaman (pH) lebih rendah dari normal (pH < 5,6). Ini disebabkan oleh adanya polutan asam di atmosfer. Kontribusi siklus sulfur: Aktivitas manusia, terutama pembakaran bahan bakar fosil (batubara dan minyak) di pembangkit listrik dan industri, melepaskan sulfur dioksida (SO₂) dalam jumlah besar ke atmosfer. SO₂ di atmosfer bereaksi dengan uap air (H₂O) dan oksidan lain (seperti oksigen) untuk membentuk asam sulfat (H₂SO₄). Asam sulfat ini larut dalam tetesan air di awan dan jatuh ke bumi sebagai hujan asam, merusak hutan, danau, bangunan, dan mengasamkan tanah.
D. Mencocokkan
- Cocokkan istilah di kiri dengan definisi atau proses yang sesuai di kanan.
- Fiksasi nitrogen — Pengubahan gas nitrogen (N₂) menjadi amonia (NH₃) atau senyawa nitrogen lainnya.
- Denitrifikasi — Proses pengubahan nitrat menjadi gas nitrogen (N₂).
- Nitrifikasi — Proses pengubahan amonia menjadi nitrit, lalu nitrit menjadi nitrat.
- Ammonifikasi — Pengubahan senyawa nitrogen organik menjadi amonia.
- Transpirasi — Penguapan air dari permukaan daun tumbuhan.
- Cocokkan unsur di kiri dengan reservoir utama di Bumi.
- Karbon — Atmosfer (gas CO₂), lautan, biomassa
- Nitrogen — Atmosfer (gas N₂)
- Fosfor — Batuan sedimen dan sedimen laut
- Sulfur — Tanah, batuan, sedimen, atmosfer (SO₂), lautan
- Air — Lautan, cadangan air es, air tanah