PERANAN MIKROBA DI BIDANG KESUBURAN TANAH DAN REDUSEN OLEH: DORA DAYU RAHMA TURISTA
1.
Mikr Mikroh ohab abita itatt dala dalam m struk struktu turr tan tanah ah Di setia setiap p tempat tempat sepe seperti rti dalam dalam tana tanah, h, udara udara maup maupun un air selalu selalu dijup dijupai ai
mikroba. Umunya jumlah mikroba dalam tanah lebih banyak daripada dalam air maupun udara. Umumnya bahan organik dan dan senyawa anorganik lebih tinggi dalam dalam tana tanah h sehin sehingg ggaa coco cocok k untu untuk k pertu pertumb mbuh uhan an mikro mikroba ba hete heterot rotof of maup maupun un autotrof. Keberadaan mikroba di dalam tanah terutama dipengaruhi oleh sifat kimia dan fisika tanah. Komponen penyusun tanah yang terdiri atas pasir, debu, lempung dan bahan organik maupun bahan penyemen lain akan membentuk struktur tanah. Mikroba Mikroba akan akan memben membentuk tuk mikrok mikrokolo oloni ni dalam dalam struktu strukturr tanah tanah tersebu tersebut, t, dengan dengan tempat tempat pertum pertumbuh buhan an yang sesuai dengan dengan sifat mikrob mikrobaa dan lingku lingkunga ngan n yang yang diperlukan. Dalam suatu struktur tanah dapat dijumpai berbagai mikrokoloni seperti mikroba heterotof pengguna bahan organik maupun bakteri autotrof, dan bakteri aerob maupun anaerob. Untuk kehidupannya setiap mikroba berkemampuan untuk merubah satu senyawa menjadi senyawa lain dalam rangka mendapatkan energi dan nutrien. Dengan demikian adanya mikroba dalam tanah menyebabkan terjadinya daur unsur-unsur seperti karbon, nitrogen, fosfor dan unsur lain di alam. 2.
Ling ingkungan ngan rhi rhizo zosf sfer er Rhizosfer adalah selapis tanah yang menyelimuti permukaan akar tanaman
yang masih dipengaruhi oleh aktifitas akar. Tebal tipisnya lapisan rhizosfer antar setia setiap p tana tanaman man berb berbed eda. a. Rhizo Rhizosfe sferr meru merupa paka kan n habi habitat tat yang yang sanga sangatt baik baik bagi bagi pertumbuhan pertumbuhan mikroba mikroba karena akar tanaman tanaman menyediakan menyediakan berbagai berbagai bahan organik organik yang yang umum umumny nyaa mens mensti timu muli lirr pert pertum umbu buha han n mikr mikrob oba. a. Baha Bahan n orga organi nik k yang yang dikeluarkan oleh akar dapat berupa: a. Eksud sudat ak akar
: bah bahan ya yang dik dikeeluar luark kand andari ak aktifi tifita tass sel sel aka akar hid hidup
seperti gula, asam amino, asam organik, asam lemak dan sterol, faktor tumbuh, nukleotida, flavonon, enzim, dan miscellaneous.
b. Sekresi akar akar
: bahan yang dipompakan dipompakan secara aktif keluar dari
akar. c. Lisat akar
: bah bahan ya yang di dikeluarkan sec secara pas pasif saa saat aut autolisis
sel akar. d.
Musigel
: bahan s ek ekresi akar, s is isa s el el epidermis, s el eltudung
akar yang bercampur dengan sisa sel mikroba, produk metabolit, koloid organik dan koloid anorganik. Enzim utama yang dihasilkan oleh akar adalah oksidoreduktase, hidrolase, liase, dan transferase. Sedang enzim yang dihasilkan oleh mikroba di rhizosfer adalah selulase, dehidrogenase, urease, fosfatase dan sulfatase. Deng Dengan an adan adanya ya berb berbag agai ai senya senyawa wa yang yang menst menstim imul ulir ir pertu pertumb mbuh uhan an mikro mikroba ba,, meny menyeb ebab abka kan n pertu pertumb mbuh uhan an mikro mikroba ba di lingk lingkun unga gan n rhizo rhizosfe sferr sanga sangatt tingg tinggi. i. Perbandingan jumlah mikroba dalam rhizosfer (R) dengan tanah bukan rhizosfer (S) yang yang diseb disebut ut nisba nisbah h R/S R/S serin sering g digun digunak akan an sebag sebagai ai indek indekss kesub kesubura uran n tanah tanah.. Semakin subur tanah, maka indeks R/S semakin kecil, yang menandakan nutrisi dalam tanah bukan rhizosfer juga tercukupi (subur). Sebaliknya semakin tidak subur tanah, maka indeks R/S semakin besar, yang menandakan nutrisi cukup hanya di lingkungan rhizosfer yang berasal dari bahan organik yang dikeluarkan akar, sedang di tanah non-rhizosfer nutrisi tidak mencukupi (tidak subur). Nilai R/S umunya 520. Mikr Mikrob obaa rhizo rhizosfe sferr dapa dapatt memb memberi eri keun keuntu tung ngan an bagi bagi tanam tanaman an,, hal ini ini disebabkan oleh: a. Mikrob Mikrobaa dapat melaru melarutkan tkan dan dan menyedia menyediakan kan mineral mineral sepert sepertii N, P, Fe dan unsur lain. b. Mikroba Mikroba dapat menghasilkan menghasilkan vitamin, asam amino, auxin dan giberelin giberelin yang dapat mrnstimulir pertumbuhan tanaman. c. Mikrob Mikrobaa mengu menguntun ntungka gkan n akan mengham menghambat bat pertumb pertumbuha uhan n bakteri bakteri lain yang yang patogenik patogenik dengan dengan menghasil menghasilkan kan antibiotik. antibiotik. Contoh Contoh spesies spesies yang yang telah telah banyak banyak diteliti diteliti dapat dapat merang merangsang sang pertumb pertumbuha uhan n tanaman adalah Pseudo adalah Pseudomona monass fluorescens. fluorescens. 3.
Mikr Mikrob obaa dan dan nutr nutris isii tan tanam aman an
Berb Berbag agai ai kelo kelomp mpok ok mikr mikrob obaa di dalam dalam tanah tanah berpe berperan ran penti penting ng dalam dalam penyediaan penyediaan unsur unsur hara hara bagi tumbu tumbuhan. han. a.
Tran Transf sfor oram amsi si nitr nitrog ogen en (N) (N) Unsur N adalah komponen utama protoplasma, terdapat dalam jumlah besar
dala dalam m bent bentuk uk tero teroks ksid idas asi. i. Baha Bahan n yang yang meng mengan andu dung ng N dapa dapatt meng mengal alam amii amonifi amonifikasi kasi,, nitrifik nitrifikasi, asi, dan denitrif denitrifikas ikasi, i, tergantu tergantung ng bentuk bentuk senyawasenyawa-N N dan lingkungannya. Beberapaeaksi redoks kunci dalam daur N di alam semuanya dilakukan oleh mikroba. Secara termodinamik N2 gas adalah bentuk paling stabil dan seimbang. Jumlah N terbesar di udara sebagaigas N2 yang merupakan sumber utama N. Untuk meme memeca cahk hkan an ikat ikatan an rang rangka kap p 3 N N dipe diperl rluk ukan an ener energi gi yang yang besa besar, r, bera berart rtii penggunaan penggunaan N2 merupakan proses yang memerlukan energi besar. Hanya sedikit orga organis nisme me yang yang mampu mampu meng menggu gunak nakan an N 2 dala dalam m pros proses es fiks fiksas asii N2, hal itu menyebabkan N lebih mudah dimanfaatkan yaitu dalam bentuk amonia dan nitrat. N2 gas merupakan sumber utama N, maka fiksasi N 2 secara ekologis memiliki peranan yang sangat penting penting..
Fiksasi nitrogen (N2) oleh bakteri tanah Fiks Fiksas asii N2 dapat dapat terja terjadi di secara secara simbio simbiotik tik,, nons nonsim imbi biot otik ik,, dan dan kimi kimia. a.
Nitrogenase Nitrogenase adalah enzim utama dalam fiksasi N2 udara secara biologis. Enzim ini mempunyai dua macam protein, yang satu mengandung Mo dan Fe dan yang lain mengandung Fe. Enzim ini sangat sensitif terhadap O 2 dan aktifitasnya memerlukan tekanan O2 yang sangat rendah. Selain itu diperlukan ATP, feredoksin, pereduksi dan mungkin sitokromdan koenzim. Reaksinya adalah sebagai berikut: N2 + 6 e-
2 NH3 (∆ G= 15 Kkal)
Reaksi ini memerlukan energi karena G bernilai positif. Amonia yang dibebaskan diasimilasi menjadi asam amino yang selanjutnya disusun menjadi protein. Dala Dalam m lingk lingkun unga gan n tana tanah, h, fiksas fiksasii N2 terbe terbesar sar dilak dilakuk ukan an oleh oleh bakt bakteri eri Rhizobium Rhizobium (bakteri yang bersimbiosis dengan perakaran legum). Jumlah N 2 yang difiksasi oleh bakteri ini sekitar 2-3 kali lebih besar daripada yang difiksasi oleh organis organisme me nonsimb nonsimbioti iotik. k. Bakteri Bakteri Rhizobium Rhizobium yang yang bersi bersimb mbio iosis sis deng dengan an akar akar tanaman kedelai kedelai atau alfafa dapat memfiksasi memfiksasi lebih dari 300 kg N/ha/th, sedangkan sedangkan
fiksasi organisme yang hidup bebas Azotobacter Azotobacter hanya hanya mampu memfiksasi 0,5-2,5 kg N/ha/th. Selain Azotobacter Azotobacter , bakter bakterii lain yang dapat memfiks memfiksasi asi N2 udara adalah spesies-spesies Bejerinckia, Bejerinckia, Chromatium, Chromatium, Rhodopseud Rhodopseudomon omonas, as, Rhodospirillum Rhodospirillum,, Rhodomicrob Rhodomicrobium, ium,
Chlorobium, Chlorobium,
Chloropseudo Chloropseudomona monas, s,
Desulfovibrio, Desulfovibrio,
Desulfotomacu Desulfotomaculum, lum, Klebsirlla, Klebsirlla, Bacillus, Bacillus, Clostridium, Clostridium, Azospirillum, Azospirillum, Pseudomona Pseudomonas, s, Vibrio, Thiobacillus, Thiobacillus, dan Methanobacillus. Methanobacillus. Kecepatan fiksasi N2 oleh organisme non-simbiotik itu kecil, namun distribusi mikroba ini dalam tanah tersebar luas, sehingg sehinggaa perana perananny nnyaa penting penting.. Kecepa Kecepatan tan fiksasi fiksasi Azotob Azotobacte acterr dan Azospiri Azospirillu llum m lebih tinggi di daerah rhizosfer daripada dalam tanah di luar daerah perakaran. Hal ini disebabkan karena adanya bahan organik dari eksudat akar. Pada Pada lingkun lingkungan gan tanah tanah tergenan tergenang, g, sianoba sianobakter kteria ia seperti seperti Anabaena Anabaena dan Nostoc merupakan jasad yang paling penting dalam fiksasi N 2 udara. Sebagian sianobakteria sianobakteria membentuk heterosis yang memisahkan nitrogenase nitrogenase yang sensitif terh terhad adap ap O2 dari dari ekos ekosis iste tem m yang yang meng menggu guna naka kan n O2 (lingkungan (lingkungan aerobik). aerobik). Sianobakteria pada tanah sawah yang ditanami padi, dalam keadaan optimum dapat memfiksasi 100-150 kg N/ha/tahun. Sianobakteria pemfiksasi nitrogen dapat hidup bersimbiosis bersimbiosis dengan dengan organisme organisme lain, seperti seperti dengan jamur jamur kerak kerak ( Lichenes Lichenes), ), dengan tanaman air Azolla misalnya Anab misalnya Anabaena aena azollae azollae..
Amonifikasi
Berba Berbaga gaii tumb tumbuh uhan an,, binat binatan ang, g, dan dan mikr mikrob obaa dapat dapat melak melakuk ukan an prose prosess amonifi amonifikasi kasi.. Amonifi Amonifikas kasii adalah adalah proses proses yang yang mengu mengubah bah N-orga N-organik nik menjadi menjadi Namonia. Bentuk senyawa Ndalam jasad hidup dan sisa-sisa organik sebagian besar terdapat terdapat dalam dalam bentuk bentuk amino amino penyus penyusun un protein protein.. Senyaw Senyawaa N-orga N-organik nik yang yang lain adalah khitin, peptidoglikan, asam nukleat, selain itu juga terdapat senyawa Norganik yang banyak dibuat dan digunakan sebagai pupuk yaitu urea. Proses Proses amonifik amonifikasi asi dari dari senyawa senyawa N-orga N-organik nik pada pada prinsipn prinsipnya ya merupa merupakan kan reaksi peruraian protein oleh mikroba. Secara umum proses perombakan protein dimulai dari peran enzim protease yang dihasilkan mikroba sehingga dihasilkan asam amino. Selanjutnya tergantung macam asam aminonya dan jenis mikroba yang berperan maka asam amino akan dapat terdeaminasi melalui berbagai reaksi
dengan dengan hasil hasil akhirny akhirnyaa nitroge nitrogen n dibeba dibebaskan skan sebagai sebagai amonia. amonia. Reaksi Reaksi umumny umumnyaa adalah sebagai berikut: PROTEIN
protease
ASAM AMINO
deaminasi
NH3
Urea yang mengalami proses amonifikasi akan terhidrolisis oleh adanya enzim urease yang dihasilkan oleh mikroba tanah. Urea yang dimasukkan ke dalam tanah akan mengalami proses amonifikasi sebagai berikut: CO(NH2) + H2O
urease
2NH3 + CO2
Dalam Dalam keadaa keadaan n asam asam dan netral netral amonia amonia berada berada sebaga sebagaii ion amonium. amonium. Sebagia Sebagian n amonia amonia hasil hasil amonifik amonifikasi asi dibeba dibebaska skan n sebagai sebagai gas NH3 NH3 ke atmosfer atmosfer,, sehingga lepas dari sistem tanah. Amonia dan bentuk nitrogen laindi eko-atmosfer dapat dapat mengal mengalami ami peruba perubahan han kimia kimia dan fotokim fotokimia, ia, sehingg sehinggaa dapat dapat kembali kembali ke litosfer litosfer dan hidrosfe hidrosferr bersama bersama-sama -sama air hujan. hujan. Ion amoniu amonium m dapat dapat diasimil diasimilasi asi tanaman dan mikroba, selanjutnya diubah menjadi asam amino atau senyawa N lain. Di dalam sel, amonia direaksikan oleh glutamat atau glutanmin sintase atau mengalami proses aminasi langsung dengan asam-ketokarboksilat sehingga berubah menjadi asam amino.
Nitrifikasi Dalam proses nitrifikasi, amonia (NH3) atau ion NH 4+ dioksidasi menjadi
nitrit dan nitrat dengan reaksi sebagai berikut: NH4+ + 1,5 H2O
NO2- + 2H+ + H2O (∆ G = -66 Kkal)
NO2- + 0,5 O2
NO3-
(∆ G = -17 Kkal)
Proses ini dilakukan dilakukan oleh mikroba mikroba khemoototro khemoototrof, f, yang menggunakan menggunakan energinya untu untuk k asim asimil ilas asii karb karbon on dala dalam m bent bentuk uk CO2-. Kedua edua lang langka kah h reak reaksi si yang yang mengh menghasilk asilkan an energi energi ini dilakuk dilakukan an oleh oleh jasad yang yang berbed berbeda, a, tetapi tetapi reaksin reaksinya ya berlangsung berlangsung bersamaan bersamaan sehingga sehingga jarang terjadi akumulasi akumulasi NO2-. Dalam Dalam reaksi reaksi tersebu tersebutt dihasil dihasilkan kan ion H+, sehingg sehinggaa ada kemung kemungkin kinan an dapat dapat menuru menurunka nkan n pH lingkungan. Di dalam dalam tana, tana, genus genus utama utama pengo pengoksid ksidasi asi amonia amonia menjad menjadii nitrit nitrit adalah adalah Nitrosomona Nitrosomonass dan yang dominan dominan menghasilkan menghasilkan nitrat adalah Nitrobacter Nitrobacter . Mikroba lain yang yang mampu mampu mengo mengoksid ksidasi asi amonia amonia menjad menjadii nitrit nitrit adalah adalah Nitrospira Nitrospira dan Nitrococcus Nitrococcus.. Bakteri tanah yang mengoksidasi amonium menjadi nitrit dan nitrat umun umunya ya memp mempun unya yaii sifat sifat khem khemoa oaut utot otro rofik fik.. Kelo Kelomp mpok ok bakt bakteri eri ini mamp mampu u
meng menggu gunak nakan an seny senyaw awaa anor anorga ganik nik seba sebaga gaii satu-s satu-satu atuny nyaa sumb sumber er energ energii dan dan menggunakan CO 2 sebagai sumber karbon. Selain itu terdapat mikroba heterotrof baik bakteri bakteri maupun maupun jamur juga juga berperan berperan dalam dalam proses proses nitrifikasi. nitrifikasi.
Reduksi nitrat (Denitrifikasi) Ion nitrat dapat diubah menjadi bahan organik olehmikroba melalui proses
asimilasi reduksi nitrat. Sekelompok mikroba heterotrof termasuk bakteri, jamur dan algae dapat mereduksi nitrat. Proses ini menggunakan sistem enzim nitrat dan nitrit reduktase, membentuk amonia yang kemudian disintesis menjadi protein. Pada lingkungan tanpa oksigen, ion nitrit dapat berfungsi sebagai aseptor elektron terakhir, yang dikenal sebagai proses respirasi nitrat atau asimilasi nitrat. Dalam Dalam proses proses desimila desimilasi si reduks reduksii nitrat, nitrat, nitrat nitrat diubah diubah menjad menjadii bahan bahan tereduk tereduksi si sedang senyawa organik dioksidasi. dioksidasi. Pada keadaan keadaan anaerob, anaerob, reaksi ini lebih banyak menghasilkan energi dibandingkan energi yang dihasilkan oleh reaksi fermentasi. Ada dua tipe desimila desimilasi si reduks reduksii nitrat. nitrat. Sekelo Sekelompo mpok k mikrob mikrobaa fakulta fakultatif tif anaero anaerob b seperti seperti Alcaliganes, Alcaliganes, Escherichia, Escherichia, Aeromonas, Aeromonas, Enterobacter, Enterobacter, Bacillus, Bacillus, Flavobacterium Flavobacterium,, Nocardia, Nocardia, Spirillum, Spirillum, Staphylococcu Staphylococcus, s,
dan Vibrio
mampu
mereduk mereduksi si nitrat nitrat menjadi menjadi nitrit nitrit dalam dalam keadaa keadaan n anaerob anaerob.. Nitrit Nitrit yang yang dihasilk dihasilkan an diekskr diekskresik esikan, an, sehingg sehinggaa mikrob mikrobaa dapat dapat meredu mereduksin ksinya ya melalu melaluii hidrok hidroksila silamin min ke amonium. Enzim yang bekerja pada reaksi tersebut melibatkan sistem enzim nitrat reduktase dan nitrit reduktase. Mikrob Mikrobaa pereduk pereduksi si nitrat nitrat seperti seperti Paracoccus Paracoccus denitrificans, denitrificans, Thiobacillus Thiobacillus denitrificans dan beberapa Pseudomona Pseudomonass mempunyai tahap reaksi reduksi yang lebih lengkap sebagai berikut: NO3-
NO2-
NO
N2O
N2
Reaksi Reaksi denitri denitrifikas fikasii ni dapat dapat terjadi terjadi dalam dalam keadaa keadaan n lingkun lingkunga gan n anaerob anaerob pada pada tekanan oksigen yang sangat rendah (reduktif). Walaupun demikian denitrifikasi juga dapat terjadi dalam keadaan aerob apabila terdapat terdapat mikrohabitat mikrohabitat anion. Mikr Mikrob obaa denit denitrif rifik ikasi asi utam utamaa di dalam dalam tanah tanah ialah ialah gene genera ra Pseudomon Pseudomonas as dan Alcaligenes Alcaligenes.. Mikroba lain yang juga mampu mereduksi nitrat adalah Azospirillum, Azospirillum, Rhizobium, Rhizobium, Rhodop Rhodopseudom seudomonas, onas, dan Propio dan Propionibacte nibacterium. rium. b.
Tranformasi Tranformasi fosfor fosfor oleh mikroba mikroba
Mikroba tanah dapat berperan dalam proses penyediaan unsur hara untuk tanaman. Pada tanah-tanah kahat unsur hara tertentu yang perlu masukan tinggi untuk memanipulasi secara kimia agar ketersediaanya meningkat, maka penyediaan secara biologis dengan menggunakan mikroba menjadi sangat penting. Kenyataan di alam, pada rhizosfer (daerah sekitar perakaran) setiap tanaman merupakan habitat yang sangat baik untuk pertumbuhan mikroba. Oleh karena itu penggunaan mikroba yang hidup di rhizosfer yang dapat meningkatkan serapan unsur hara tanaman menjadi perhatian utama pada kajian ini. Mikroba yang berperan dalam tranformasi P dalam tanah adalah mikoriza yang bersimbiosis dengan perakaran tanaman dan mikroba pelarut fosfat yang hidup bebas di daerah perakaran.
Vesikular Arbuskular Mikoriza Pada Pada kead keadaan aan tanah tanah yang yang kura kurang ng meng mengunt untun ungk gkan an bagi bagi pertu pertumb mbuh uhan an
tanaman, telah ditemukan adanya simbiosis tanaman dengan sejenis jamur yang disebut disebut mikoriz mikoriza. a. Mikoriz Mikorizaa terdiri terdiri atas beberap beberapaa macam macam spesies spesies,, simbion simbion untuk untuk tanaman tanaman pertani pertanian an pada pada umumny umumnyaa adalah adalah endomi endomikor koriza iza yang yang dikenal dikenal sebagai sebagai vesikul vesikular ar asbuku asbukular lar mikoriz mikorizaa (VAM). (VAM). Tanama Tanaman n memerlu memerlukan kan mikoriz mikorizaa untuk untuk pengambilan pengambilan unsur hara terutama terutama kemampuanny kemampuannyaa untuk meningkatkan meningkatkan serapan P, sehingga dapat membantu pertumbuhan tanaman terutama pada tanah-tanah kahat P. Perakaran tanaman yang terinfeksi mikoriza mempunyai daya serap yang lebih besar terhadap air dan unsur hara, khususnya P, apabila dibandingkan dengan tanaman tanpa mikoriza. Hal ini disebabkan disebabkan adanya miselium jamur mikoriza yang tumbuh keluar dari akar sehingga daya jangkau dan luas permukaan perakaran mening meningkat, kat, akibat akibatnya nya dapat dapat memper memperbesa besarr daya daya serap serap akar. akar. Didug Didugaa bahwa bahwa hifa eksternal mikoriza menyerap ion secara intersepsi dan melalui pertukaran kontak langsun langsung, g, sehingg sehinggaa penyer penyerapa apan n ion oleh oleh tanaman tanaman dengan dengan cara tersebu tersebutt menjadi menjadi lebih besar, sedangkan penyerapan secara difusi dan aliran masa tetap berlangsung. Dengan demikian pada ketersediaan P yang sama, maka tanaman bermikoriza dapat menyerap P yang lebih besar apabila dibandingkan dengan tanaman tanpa mikoriza. Tana Tanama man n bermi bermiko koriz rizaa memp mempun unya yaii daya daya serap serap akar akar yang yang lebih lebih besar besar sehin sehingg ggaa meng mengak akiba ibatk tkan an unsu unsurr hara hara yang yang dapat dapat diser diserap ap oleh oleh tanam tanaman an juga juga meningkat. Oleh karena sifat dan cara penyerapan unsur hara yang berbeda satu
sama lain, maka jumlah unsur hara yang dapat diserap oleh adanya miselium jamur mikoriza ini kemungkinan juga berbeda, dan hal ini dapat menyebabkan respon mikoriza pada serapan unsur hara tertentu sangat besar tetapi untuk unsur hara yang lain tidak sama. Penyerapan unsur hara oleh tanaman dapat secara pasif dan aktif, ada yang berpendapat bahwa pengaruh mikoriza lebih nyata pada unsur hara yang terutama diserap tanaman secara pasif dan sifat ionnya tidak lincah, seperti fosfor yang terutama diserap oleh akar secara difusi. Fosfor merupakan unsur penting penyusun penyusun ATP, dan ATP merupakan merupakan bentuk energi tinggi tinggi yang sangat berperan berperan penting dalam penyerapan penyerapan unsur hara secara aktif, sehingga sehingga peningkatan peningkatan serapan fosfor memungkinkan peningkatan serapan unsur hara lain yang diserap secara aktif oleh perakaran tanaman.
c.
Deko Dekomp mpos osis isii baha bahan n orga organi nik k
d.
Pros Prosees peng pengo omposa posan n Kompos adalah bahan organik hasil proses dekomposisi dan mempunyai
susunan yang relatif stabil. Kompos banyak digunakan untuk memperbaiki sifat fisik dan kimia tanah. Secara alami kompos dapat terjadi dari peruraian sisa-sisa tumbu tumbuhan han dan hewan. hewan. Pengo Pengompo mposan san secara secara alami alami berlang berlangsung sung dengan dengan lambat, lambat, tetapi tetapi dengan dengan berkem berkemban bangny gnyaa biotek bioteknol nologi ogi maka maka proses proses pengom pengompos posan an dapat dapat dipercepat. Pada proses pengomposan terjadi proses biokonversi bahan organik oleh berbagai berbagai kelompok kelompok mikroba mikroba heterotrof. heterotrof. Mikroba Mikroba yang berperan berperan dalam proses tersebut adalah bakteri, jamur actynomycetes dan protozoa. Peranan mikroba yang bersifat selulolitik dan lignilolitik lignilolitik sangat besar pada proses dekomposisi dekomposisi sisa tanaman yang banyak mengandung lignoselulosa. Selama pengomposan terjadi proses oksidasi C-organik menjadi CO 2 yang dapat membebaskan membebaskan energi dalam bentuk panas. Dalam pengomposa pengomposan n tertutup, tertutup, suhuny suhunyaa dapat dapat mencap mencapai ai 65-75 65-75oC. Pada Pada suhu suhu terse tersebu butt aktif aktifita itass mikro mikroba ba pada pada umumnya turun, danproses perombakannya dilanjutkan oleh mikroba termofil yang mulai berkembang apabila suu meningkat sampai 50 oC. Setelah suhu turun kembali akan ditumbuhi lagi oleh mikroba mesofil, dan merupakan pertanda bahwa kompos sudah mulai matang.
Dari Dari uraia uraian n di atas atas maka maka dike diketah tahui ui bahw bahwaa trdapa trdapatt bany banyak ak fakto faktorr yang yang memp mempen enga garuh ruhii pros proses es peng pengom ompo posan san,, sepe seperti rti nisb nisbah ah C/N C/N baha bahan n yang yang akan akan dikom dikompos poskan kan,, ukuran ukuran bahan, bahan, kelemb kelembaban aban dan aerasi, aerasi, suhu, suhu, kemasam kemasaman an (pH), (pH), adanya mikroba, dan lain sebagainya. Nisbah C/N yang ideal untuk pengomposan pengomposan adalah 30-40, 30-40, apabila nisbah terlalu rendah banyak nitrogen yang hilang (tidak efisien) dan apabila terlalu tinggi proses pengom pengomposan posan lambat. lambat. Ukuran Ukuran bahan bahan yang yang lebih lebih kecil akan akan memperbesar memperbesar luas luas permukaan, permukaan, sehingga sehingga memperbesar memperbesar kontak dengan mikroba. mikroba. Ukuran Ukuran yang terlalu halus halus dan kandun kandungan gan lengas lengasnya nya terlalu terlalu tinggi tinggi menyeb menyebabk abkan an keadaa keadaan n anaerob anaerob,, sehingga sebaiknya dicampur dengan bahan kasar untuk menciptakan keadaan yang aerob. Kelembaban optimum yang baik antara 50-60%. Pengomposan akan berjalan baik jika pH awal sedikit asam (pH 6), dan selama pengomposan pengomposan pada keadaan keadaan netral, setelah pH meningkat pH sedikit alkalis (pH 7,5-8,5).pengomposan dapat dipe diperce rcepat pat deng dengan an inok inokul ulasi asi mikr mikrob obaa sepe seperti rti mikro mikroba ba termo termofil fil,, selul selulolo olotik tik,, lignilolitik, dan sebagainya. Tanda-t Tanda-tanda anda kompos kompos yang telah matang matang adalah adalah berwar berwarna na coklat coklat sampai sampai kehitaman, tidak larut dalam air dan sebagian dapat tersuspensi kolodial, ekstrak dalam larutan basa berwarna gelap (mengandung asam humat, fulvat, dan humin), nisbah C/N antara 15-20, KPK dan kapasitas adsorpsi air besar. A. Pengu Penguraian raian/Bio /Biodeg degrada radasi si Bahan Bahan Pencemar Pencemar (Poluta (Polutan) n) Akhir Akhir-a -akh khir ir ini mikr mikrob obaa bany banyak ak dima dimanfa nfaat atka kan n di bidan bidang g lingk lingkun unga gan, n, terutam terutamaa untuk untuk mengat mengatasi asi masalah masalah pencem pencemaran aran lingkun lingkunga gan, n, baikdi baikdi lingkun lingkunga gan n tanah maupun perairan. Bahan pencemar dapat bermacam-macam mulai dari bahan yang berasal dari sumber-sumber alami sampai bahan sintetik, dengan sifat yang mudah dirombak (biodegradable) sampai sangat sulit bahkan tidak bisa dirombak (rekalsitran/ nonbiodegradable) maupun bersifat meracun bagi jasad hidup dengan bahan aktif tidak tidak rusak dalam waktu waktu lama lama (persisten). (persisten). Dalam Dalam bahan bahan ini akan akan dibahas dibahas beberapa beberapa pemanfaatan pemanfaatan mikroba dalam proses proses peruraian peruraian bahan pencemar pencemar dan peran lainnya untuk mengatasi bahan pencemar. 1.
Mikr Mikrob obaa dala dalam m pemb pember ersi siha han n air air Banyak mikroba yang terdapat dalam air limbah meliputi mikroba aerob,
anaerob, dan anaerob fakultatif yang umunya bersifat heterotrof. Mikroba tersebut
kebanyakan berasal dari tanah dan saluran pencernaan. Bakteri colon (coliforms) terutama Escheric terutama Escherichia hia coli sering digunakan sebagai indeks pencemaran air. Bakteri tersebut berasal dari saluran pencernaan manusia dan hewan yang dapat hidup lama dalam dalam air, air, sehin sehingg ggaa air yang yang bany banyak ak meng mengand andun ung g bakt bakteri eri terse tersebu butt diang diangga gap p tercemar. Untuk mengurangi mikroba pencemar dapat digunakan saringan pasir atau trickling filter yang segera membentuk lendir di permukaan bahan penyaring, sehi sehing ngga ga dapa dapatt meny menyar arin ing g bakt bakter erii maup maupun un baha bahan n lain lain untu untuk k peng pengur urai aian an.. Penggunaan lumpur aktif juga dapat mempercepat perombakan bahan organik yang tersuspensi dalam air. Secara kimia digunakan indeks BOD (biolog ( biological ical oxygen demand demand ). ). Prinsip perombakanb perombakanbahan ahan dalam limbah adalah oksidasi, oksidasi, baik oksidasi oksidasi biologis biologis maupun maupun oksidasi kimia. Semakin tinggi bahan organik dalam air menyebabkan kandungan oksigen oksigen terlarut terlarut semakin semakin kecil, kecil, karena karena oksige oksigen n diguna digunakan kan oleh oleh mikrob mikrobaa untuk untuk mengoksidasi bahan organik. Adanya bahan organik tinggi dalam air menyebabkan kandungan kandungan oksigen terlarut semakin kecil, karena oksigen oksigen digunakan digunakan oleh mikroba mikroba untu untuk k meng mengok oksid sidasi asi baha bahan n orga organik nik.. Adany Adanyaa bahan bahan orga organik nik tingg tinggii dalam dalam air menyebabkan kebutuhan mikroba akan oksigen akan meningkat, yang diukur dari nilai BOD yang meningkat. Untuk memperdcepat perombakan umumnya diberi aerasi untuk meningkatkan oksigen terlarut, misalnya dengan aeraror yang disertai pengadukan. pengadukan. Setelah terjadi perombakan bahan organik maka nilai BOD menurun sampai nilai tertentu yang menandakan bahwa air sudah bersih. Dalam Dalam sasana sasana aerob aerob bahan-b bahan-bahan ahan dapat dapat diruba dirubah h menjad menjadii sulfat, sulfat, fosfat, fosfat, amon amoniu ium, m, nitra nitrat, t, dan dan gas gas CO2 yang yang mengu menguap. ap. Untuk Untuk menghi menghilang langkan kan sulfat, sulfat, ammonium dan nitrat dari air dapat menggunakan berbagai cara. Dengan diberikan suasana yang anaerob maka sulfat direduksi menjadi gas H 2S, ammonium dan nitrat dirubah menjadi gas N2O atau N2. 2.
Akil Akil Benz Benzil il Sulf Sulfon onat at (ABS (ABS)) Alkil benzil sulfonat (ABS) adalah komponen detergen, yang merupakan zat
aktif aktif yang yang dapat dapat menuru menurunka nkan n tegang tegangan an muka muka sehingg sehinggaa dapat dapat digunk digunkan an sebaga sebagaii pembersih. pembersih. ABS mempunyai mempunyai Na-sulfonat Na-sulfonat polar dan ujung alkil non-polar. non-polar. Pada proses pencucian, pencucian, ujung polar ini menghadap menghadap ke kotoran kotoran (lemak) dan ujung polarnya polarnya menghadap menghadap ke luar (ke-air). Bagian Bagian alkil dari ABS ada yang linier dan
non-linier (bercabang). Bagian yang bercabang ABS-nya lebih kuat dan berbusa, tetapi tetapi lebih lebih sukar sukar terurai terurai sehing sehingga ga menyeb menyebabk abkan an badan badan air berbui berbuih. h. Sulitny Sulitnyaa peruraian ini disebabkan disebabkan karena atom C tersier memblokir beta-oksidasi beta-oksidasi pada alkil. Hal ini dapat dihindari apabila ABS mempunyai alkil yang linier. 3.
Plastik Plastik Plastik banyak banyak keguna kegunaanny annyaa tetapi tetapi polime polimerr sintetik sintetik plastik plastik sangat sangat sulit sulit
diromba dirombak k secara secara alamiah. alamiah. Hal ini mengak mengakibat ibatkan kan limbah limbah yang plastik semakin semakin menu menump mpuk uk dan dan dapat dapat mence mencema mari ri lingk lingkun unga gan. n. Akhir Akhir-ak -akhir hir ini suda sudah h mulai mulai diproduksi plastik yang mudah terurai. Plastik terdiri atas berbagai senyawa yang terdiri dari polietilen, polistiren, dan polivinil klorida. Bahan-bahan tersebut bersifat inert dan rekalsitran. Senyawa lain penyusun plastik yang disebut disebut plasticizers plasticizers terdiri: (a) ester asam lemak (oleat, risinoleat, adipat, azelat, dan sebakat serta turunan minyak tumbuhan, (b) ester asam phthalat, phthalat, maleat, dan fosforat. Bahan tambahan tambahan untuk pembuatan pembuatan plastik seperti Phthalic Phthalic Acid Esters (PAEs) dan Polych dan Polychlorinated lorinated Biphenyls Biphenyls (PCBs) sudah diketahui sebagai karsinogen yang berbahaya bagi lingkungan walaupun dalam konsentrasi rendah. Dari alam telah ditemukan mikroba yang dapat merombak plastik, yaitu terdiri dari dari bakteri, actynomycetes, jamur, dan khamir yang umumnya dapat menggunakan plasticizers sebagai sumber C, tetapi hanya sedikit mikroba yang telah telah ditemuk ditemukan an mampu mampu meromb merombak ak polime polimerr plastik plastiknya nya yaitu yaitu jamur jamur Asperg Aspergillus illus fischeri dan Paecilomyces Paecilomyces sp. Sedangkan mikroba yang mampu merombak dan meng menggu gunak nakan an sumb sumber er C dari dari plsti plsticiz cizer erss yaitu yaitu jamur jamur Aspergillus Aspergillus niger, A. Versicolor, Versicolor, Clasdosporiu Clasdosporium m sp., Fusarium sp., Penicillium sp., Trichoderma sp., Verticillium sp., sp., dan dan khamir Zygosaccharom Zygosaccharomyces yces drosophilae, drosophilae, Saccharomyce Saccharomycess cerevisiae, serta serta bakter bakterii Pseudomona Pseudomonass aeruginosa, aeruginosa, Brevibacterium Brevibacterium sp., dan actynomycetes Streptomyces rubrireticuli. Untu Untuk k dapa dapatt mero meroba bak k plasti plastik, k, mikr mikrob obaa haru haruss dapa dapatt meng mengko konta ntami mina nasi si lapi lapisa san n plas plasti tik k mela melalu luii muat muatan an elek elektr tros osta tati tik k dan dan mikr mikrob obaa haru haruss mam mampu mengg mengguna unakan kan kompo komponen nen di dalam dalam atau pada pada lapisan lapisan plastik plastik sebaga sebagaii nutrien nutrien.. Plasticizers yang membuat plastik bersifat fleksibel seperti adipat, oleat, risinoleat, sebakat, dan turunan asam lemak lain cenderung mudah digunakan, tetapi turunan
asam phthalat dan fosforat sulit digunakan untuk nutrisi. Hilangnya plasticizers menyebabkan lapisan plastik menjadi rapuh, daya rentang meningkat dan daya ulur berkurang. berkurang. 4.
Minyak bumi Minyak bumi tersusun dari berbagai macam molekul hidrokarbon alifatik,
alisiklik, dan aromatik. Mikroba berperan penting dalam menguraikan minyak bumi ini. Ketahan Ketahanan an minyak minyak bumi bumi terhada terhadap p peruraia peruraian n oleh oleh mikrob mikrobaa tergantu tergantung ng pada pada struktur dan berat molekulnya. Frak Fraksi si alkana alkana rantai rantai C pend pendek ek,, deng dengan an atom atom C kuran kurang g dari dari 9 bersi bersifat fat meracun terhadap mikroba dan mudah menguap menjadi gas. Fraksi n-alkana rantai C sedang sedang deng dengan an atom atom C 10-24 10-24 palin paling g cepat cepat terur terurai. ai. Adan Adanya ya rantai rantai C yang yang bercabang bercabang pada alkana alkana akan akan mengurangi mengurangi kecepatan kecepatan peruraian, peruraian, karena karena atom C tersier atau kuarter mengganggu mekanisme biodegradasi. Apabila dibandingkan maka senyawa aromatik akan lebih lambat terurai daripad daripadaa alkana alkana linier. linier. Sedang Sedang senyawa senyawa alisikl alisiklik ik sering sering tidak tidak dapat dapat diguna digunakan kan sebagai sumber C untuk mikroba, kecuali mempunyai rantai samping alifatik yang cukup panjang. Senyawa ini dapat terurai karena kometabolisme beberapa strain mikr mikrob obaa deng dengan an metab metaboli olism smee saling saling melen melengk gkap api. i. Jadi Jadi wala walaup upun un seny senyaw awaa hidrokarbon dapat diuraikan oleh mikroba, tetapi belum ditemukan mikroba yang berkemampua berkemampuan n enzimatik enzimatik lengkap lengkap untuk untuk penguraia penguraian n hidrokarbon hidrokarbon secara sempurna. sempurna. 5.
Pest Pestis isid ida/ a/he herb rbis isid idaa Macam Macam pestisida pestisida kimia kimia sintetik sintetik yang yang telah telah diguna digunakan kan sampai sampai sekarang sekarang
jumlahnya jumlahnya mencapai mencapai ribuan. Pestisida yang digunakan digunakan untuk memberantas memberantas hama maupun herbisida yang digunakan untuk membersihkan gulma, sekarang sudah mengakibatka mengakibatkan n banyak banyak pencemaran. pencemaran. Hal ini disebabkan sifat pestisida yang sangat taha tahan n terh terhad adap ap peru perura raia ian n seca secara ra alam alamii (per (persi sist sten en). ). Cont Contoh oh pest pestis isid idaa yang yang persistensinya persistensinya sangat lama adalah DDT, DDT, Dieldrin, Dieldrin, BHC, dan lain-lain. walaupun walaupun sekarang telah banyak dikembangkan pestisida yang mudah terurai (biodegradable), tetapi kenyataannya masih banyak digunakan pestisida yang bersifat rekalsitran. Walaup Walaupun un dalam dalam dosis dosis rendah rendah,, tetapi tetapi denga dengan n terjadi terjadinya nya biomag biomagnifi nifikasi kasi maka maka kandungan pestisida di lingkungan yang sangat rendah akan dapat terakumulasi
melalui rantai makanan, makanan, sehingga sehingga dapat membahayakan membahayakan kehidupan makhluk hidup termasuk manusia. Untu Untuk k meng mengata atasi si pence pencema maran ran terse tersebu but, t, sekara sekarang ng banya banyak k dipe dipelaj lajari ari biodegradasi biodegradasi pestisida/ herbisida. herbisida. Proses biodegradasi biodegradasi pestisida dipengaruhi dipengaruhi oleh struktur kimia pestisida, sebagai berikut: a. Sema Semakin kin panja panjang ng ranta rantaii karb karbon on alifat alifatik ik,, sema semakin kin mudah mudah meng mengal alami ami degradasi. b. Ketidak
jenuhan jenuhan
dan
percabangan percabangan
rantai
hidrokarbon hidrokarbon
akan
mempermudah degradasi. c.
Jumlah Jumlah dan kedudu kedudukan kan atom-ato atom-atom m C1 pada pada cincin cincin aromat aromatik ik sangat sangat mempengaruh mempengaruhii degradasi. degradasi. Misal 2,4 D (2,4-diklorofen (2,4-diklorofenol ol asam asetat) lebih mudah dirombak di dalam tanah dibandingkan dengan 2,4,5-T (2,4,5- triklorofenoksi asam asetat).
d. Posis osisii teri terika katn tnya ya rant rantai ai sam samping ping sang sangat at mene menetu tuka kan n kem kemudah udahaan degradasi pestisida. B. Peran Peran Lain Mikro Mikroba ba Untuk Untuk Meng Mengatas atasii Masalah Masalah Pencem Pencemaran aran 1.
Biopestisida Pestisida mikroba termasuk biopestisida yang telah banyak digunakan untuk
meng mengga ganti ntika kan n pesti pestisid sidaa kimi kimiaa sinte sintetik tik yang yang bany banyak ak mence mencema mari ri lingk lingkun unga gan. n. Penggunaan pestisida mikroba merupakan bagian dari pengendalian hama secara hayati hayati mengg menggunak unakan an parasit, parasit, hiperp hiperparasi arasit, t, dan predat predator. or. Salah Salah satu keuntu keuntunga ngan n pestisida yang dikemba dikembangkan ngkan dari mikroba mikroba adalah: adalah: a.
Dapat Dapat berke berkemba mbang ng biak biak secara secara cepat cepat dalam dalam jasad jasad inangn inangnya ya (hospe (hospes). s).
b.
Dapat bertahan bertahan hidup hidup di luar hospes.
c.
Sang Sangat at mud mudah ah ters terseb ebar ar di di alam alam.. Mikrob Mikrobaa yang telah telah dikemb dikembang angkan kan untuk untuk biopest biopestisid isidaa adalah adalah berbag berbagai ai
macam mikroba sebagai berikut: a.
Virus penyebab penyakit hama, seperti NPV (nuclear ( nuclear polyhidrosis virus), virus), CPV (cytop cytopla lasm smic ic
polyh polyhidr idros osis is
virus virus)),
dan
GV
( granulosis granulosis
virus) virus)
untuk
mengendalikan mengendalikan Lepidoptera. Lepidoptera. Baculovirus Baculovirus untuk mengendalikan mengendalikan Lepidoptera, Lepidoptera, Hymenoptera, dan diptera.
b.
Bakteri yang dapat mematikan serangga hama, yang terkenal adalah Bacillus Bacillus thuringiensis
(Bt) (Bt).. bakt bakter erii ini ini dapa dapatt digu diguna naka kan n untu untuk k meng mengen enda dali lika kan n
Lepid Lepidop opte tera, ra, Hyme Hymeno nopte ptera, ra, dipte diptera, ra, dan dan cole coleop opte tera. ra. Bakt Bakteri eri ini dapa dapatt mengha menghasilk silkan an kristal kristal protein protein toksin toksin yang yang dapat dapat mematik mematikan an serangg seranggaa hama. hama. Selai Selain n itu ada bakt bakteri eri lain lain sepert sepertii Pseudomonas Pseudomonas aeruginosa aeruginosa dan Proteus vulgaris untuk mengendalika mengendalikan n belalang, belalang, Pseudomonas Pseudomonas septica dan Bacillus larva larvaee untuk untuk hama hama kumb kumban ang, g, Bacil Bacillu luss spha sphaer ericu icuss untu untukk meng mengen enda dalik likan an nyamuk, dan B. Moritai untuk mengendalikan lalat. c.
Jamur yang termasuk entomophagus dapat digunakan untuk mengendalikan hama. hama. Seba Sebaga gaii conto contoh h Metarhizium Metarhizium anisopliae anisopliae dapa dapatt digun digunak akan an untuk untuk mengendalikan kumbang Rhinoceros dan belalang cokelat. Beauveria Beauveria bassiana bassiana untuk mengendalikan kumbang kentang, Nomurea Nomurea rilevi untuk mengendalikan lepidoptera, Paecylomyces Paecylomyces lilacinus dan Gliocladium roseum dapat digunakan untuk mengendalikan nematoda.
2.
Logam be berat Limba imbah h
pen penamba ambang ngan an emas mas
dan temb tembag agaa
(tai (taill llin ing g)
yang ang
banya anyak k
mengandung mengandung logam berat terutama air raksa (Hg), industri industri logam dan penyamakan kulit kulit banyak banyak mengha menghasilk silkan an limbah limbah logam logam berat berat terutam terutamaa cadmiu cadmium m (Cd), (Cd), serta serta penggunaan penggunaan pupuk (misalnya pupuk fosfat) yang mengandung mengandung logam berat seperti Hg, Pb, dan Cd sekarang banyak menimbulkan masalah pencemaran logam berat. Logam berat dalam konsentrasi rendah dapat membahayakan kehidupan karena afinitasnya yang tinggi dengan sistem enzim dalam sel, sehingga menyebabkan inaktivasi enzim dan berbagai gangguan fisiologi sel. Bakteria Bakteria dapat menghasilkan menghasilkan senyawa senyawa pengkhelat pengkhelat logam yang berupa ligan berberat berberat molekul molekul rendah yang disebut disebut siderofor. siderofor. Siderofor Siderofor dapat membentuk membentuk kompleks kompleks dengan logam-logam logam-logam termasuk logam berat. Umumnya Umumnya pengkhelatan pengkhelatan logam berat oleh bakteri adalah sebagai mekanisme bakteri untuk mempertahankan diri terhadap toksisitas logam. Bakteri yang tahan terhadap toksisitas logam berat mengal mengalami ami peruba perubahan han terhada terhadap p sistem sistem transpo transport rt di membra membran n selnya, selnya, sehingg sehinggaa terjadi terjadi penolak penolakan an atau pengur pengurang angan an logam logam yang masuk ke dalam dalam sitoplas sitoplasma. ma. Dengan demikian logam yang tidak dapat melewati membran sel akan terakumulasi dan diendapkan atau dijerap di permukaan sel.
Untuk mengambil logam berat yang sudah terakumulasi oleh bakteri, dapat dilakukan dengan beberapa macm cara. Logam dari limbah cair dapat dipisahkan dengan dengan memane memanen n mikrob mikroba. a. Logam Logam yang yang berada berada dalam dalam tanah tanah lebih lebih sulit sulit untuk untuk dipisah dipisahkan kan,, tetapi tetapi ada cara pengam pengambila bilan n logam logam dengan dengan mengg mengguna unakan kan tanama tanaman n pengakumulas pengakumulasii logam berat. Tanaman yang termasuk sawi-sawian sawi-sawian (misal Brassic (misal Brassica a juncea) juncea) dapat digunakan bersama-sama dengan rhizobacteria pengakumulasi logam (misal Pseudomon Pseudomonas as flurescens flurescens) untuk mengambil logam berat yang mencemari tanah. Selanjutnya logam yang telah terserap tanaman dapat dipanen dan dibakar untuk memisahkan logam beratnya.
