7 BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Bakteri Tanah Bakteri
advertisement
BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Bakteri Tanah Bakteri tanah merupakan kelompok mikroorganisme dalam tanah yang paling dominan dan mungkin meliputi separuh dari biomassa mikroba dalam tanah. Setiap satu gram tanah dapat mengandung beberapa ribu sampai beberapa juta bakteri. Di dalam tanah subur yang normal, terdapat 10 – 100 juta bakteri di dalam setiap gram tanah (Rao, 1994:227). Aktivitas hidup bakteri di tanah berperan penting dalam perombakan bahan organik yang sudah mati dan mengembalikan mineral-mineral untuk pertumbuhan tumbuhan tingkat tinggi (Abercrombie, dkk, 1993:58). Aktivitas hidup bakteri tanah selain sebagai perombak bahan organik dan pengembali mineral-mineral adalah sebagai produsen zat-zat aditif. Menurut Hanafiah, dkk (2010:47-65) mikrobia tanah dapat menghasilkan zat-zat aditif, antara lain zat pengatur tumbuh (ZPT), antibiotik, toksin mikrobial, biopestisida, dan enzim. Bakteri dari daerah rizosfer dan daerah nonrizosfer mampu menyintesis hingga 9 jenis vitamin yang berfungsi sebagai perangsang dan pemacu pertumbuhan tanaman. Beberapa zat pengatur tumbuh (ZPT) yang dihasilkan oleh bakteri tanah antara lain asam indol asetat, giberelin, dan auksin. Diketahui sekitar 90 jenis bakteri tanah mampu menghasilkan biopestisida, yang kini dimanfaatkan sebagai insektisida mikrobial. 7 8 Bakteri yang hidup dalam tanah berupa bakteri kokus (bulat) berukuran 0,5µ, basil (batang) berukuran 0,5µm sampai 3,0µm, dan spirilum (spiral). Masing-masing dari jutaan bakteri tersebut berdiameter ≤1µm, dengan total biomassa (bahan organik) lebih dari 2 ton/ha (Hanafiah, dkk, 2010:25). Bakteri yang paling umum dijumpai dalam tanah adalah bakteri berbentuk basil, sedangkan bakteri berbentuk spiral paling jarang ditemukan di dalam tanah (Rao, 1994:34-35). Penyebaran bakteri dalam tanah lebih beragam dibanding organisme tanah lainnya. Diperkirakan terdapat lebih dari 200 genus. Terdapat dua divisi utama bakteri ditinjau dari habitatnya, yaitu indigenus (Autochthonous) dan Allochthonous. Autochthonous merupakan bakteri penghuni sebenarnya yang permanen, sedangkan Allochthonous merupakan bakteri pendatang, penyerang, atau penjelajah. Bakteri kelompok Allochthonous dapat tinggal dan berkembang biak tetapi tidak jelas kontribusinya pada transformasi biologi (Handayanto dan Hairiah, 2007:22). Bakteri dari ordo Pseudomonales, Eubacteriales, dan Actinomycetes berisi spesies yang sering dijumpai di dalam tanah. Jenis-jenis bakteri yang paling umum dijumpai dalam tanah tergolong dalam genus Pseudomonas, Aerobacter, Arthrobacter, Clostridium, Achromobacter, Bacillus, Micrococcus, Flavobacterium, Corynibacterium, Sarcina, dan Mycobacteria. Kelompok bakteri lain yang juga umum dijumpai dalam tanah, diantaranya genus Myxococcus, Chodrococcus, Archangium, Polyangium, Cyptophaga, dan Sporocytophaga. Genus Aerobacter merupakan genus yang paling sering dijumpai dalam tanah karena bakteri dari genus Aerobacter adalah penghuni normal tanah (Rao, 1994:37). 9 2.2 Bakteri yang Berperan Penting dalam Tanah 2.2.1 Azotobacter Genus Azotobacter adalah bakteri heterotrof gram negatif yang berbentuk batang dengan panjang bervariasi dan diameter sekitar 2µm. Bakteri heterotrof menghasilkan energi dari oksidasi hidrogen dengan membentuk metan dan CO2 (Pelczar dan Chan, 2008:174). Temperatur optimum untuk pertumbuhannya adalah 20-30oC dengan pH 5,5-8,5. Jadi Azotobacter dapat dijumpai pada tanah netral hingga basa, pada lingkungan perairan, dan pada rizosfer tanaman. (Buchanan dan Gibbons dalam Handayanto dan Hairiah, 2007:24-25). Azotobacter dapat mengikat nitrogen (N2) dari udara secara bebas. Berbeda dengan Rhizobium yang membutuhkan tanaman inang agar dapat mengikat nitrogen (N2) dari udara, Azotobacter dapat menambat nitrogen tanpa simbiosis (Anas,1989:37). Adapun klasifikasi bakteri genus Azotobacter menurut Euzéby (2015) sebagai berikut: Kingdom Division Class Order Family Genus 2.2.2 : Bacteria : Proteobacteria : Alphaproteobacteria : Pseudomonadales : Pseudomonadaceae : Azotobacter Pseudomonas Genus Pseudomonas berasal dari famili Pseudomonadaceae, orde Pseudomonales, dari kelompok bakteri batang dan kokus gram negattif aerobik 10 (Bergey dkk, 1974:217 dan Euzéby, 2015:1). Pseudomonas merupakan bakteri yang dapat ditemukan hampir dalam semua media alami seperti air dan tanah. Bakteri ini bersifat parasit pada manusia. Namun beberapa spesies Pseudomonas dapat membantu pertumbuhan tanaman dan meningkatkan produksi tanaman. Pseudomonas mendenitrifikasi NO2+ atau NO3+ menjadi gas N2 di atmosfer (Campbell, dkk, 2002:112) Pseudomonas bersel tunggal, berbentuk basil, motil, bakteri gram negatif, berukuran antara 1 sampai 3 µm, sebagian spesies memproduksi pigmen kuning sampai hijau dan kadang-kadang pigmen biru. Sifat lain dari Pseudomonas pada umumnya mendominasi daerah rizosfer hampir semua tanaman, berkembang sangat cepat, memperoleh energi dari eksudat akar (Anas, 1989:41). Adapun klasifikasi bakteri genus Pseudomonas menurut Euzéby (2015) sebagai berikut: Kingdom Division Class Order Family Genus 2.2.3 : Bacteria : Proteobacteria : Gammaproteobacteria : Pseudomonadales : Pseudomonadaceae : Pseudomonas Rhizobium Genus Rhizobium berasal dari famili Rhizobiaceae, orde Rhizobiales, dari kelompok bakteri batang dan kokus gram negatif aerobik (Bergey dkk, 1974:261 dan Euzéby, 2015:1). Rhizobium adalah bakteri aerob berbentuk batang dengan ukuran 11 0,5-0,9 µm x 1,2-3,0 µm, tidak membentuk spora dan tumbuh cepat. Koloni berwarna putih berbentuk sirkular. Rhizobium adalah bakteri penambat nitrogen yang hidup dalam tanah dan membentuk asosiasi simbiotik dengan sel akar tanaman legum. Spesies Rhizobium dapat menambat nitrogen sebanyak 110 kg N2/ha lahan pertanian per tahun. Rhizobium dengan tanaman inangnya membentuk simbiosis mutualisme. Rhizobium cenderung bersifat host specific, yakni satu spesies Rhizobium cenderung membentuk nodul akar pada satu spesies tanaman legum saja (Handayanto dan Hairiah, 2007:23-24). Adapun klasifikasi bakteri genus Rhizobium menurut Euzéby (2015) sebagai berikut: Kingdom Division Class Order Family Genus 2.2.4 : Bacteria : Proteobacteria : Alphaproteobacteria : Rhizobiales : Rhizobiaceae : Rhizobium Nitrosomonas Genus Nitrosomonas berasal dari famili Nitrosomonadaceae, orde Nitrosomonadales, dari kelompok bakteri kemolitotrofik gram negatif (Bergey dkk, 1974:450 dan Euzéby, 2015:1). Nitrosomonas adalah bakteri aerob kemolitotrof obligat berbentuk batang panjang, namun kadang-kadang juga berbentuk coccus. Bakteri ini dapat tumbuh pada suhu 5-30oC dan pH optimum 8-9,5. Ciri khas bakteri ini adalah mengoksidasi amonia menjadi nitrit. Nitrosomonas mengubah NH3 12 menjadi NO2+. Spesies ini termasuk famili Nitrobacteraceae. Spesies Nitrosomonas banyak dijumpai di tanah dan air terutama jika tersedia sejumlah besar amonia. Kebanyakan dijumpai pada lingkungan dengan pH netral sampai basa, karena lingkungan asam dapat menghambat proses nitrifikasi (Campbell, dkk, 2002:112; Handayanto dan Hairiah, 2007:25). Adapun klasifikasi bakteri genus Nitrosomonas menurut Euzéby (2015) sebagai berikut: Kingdom Division Class Order Family Genus 2.2.5 : Bacteria : Proteobacteria : Betaproteobacteria : Nitrosomonadales : Nitrosomonadaceae : Nitrosomonas Nitrobacter Genus Nitrobacter berasal dari famili Bradyrhizobiaceae, orde Rhizobiales, dari kelompok bakteri kemolitotrofik gram negatif (Bergey dkk, 1974:450 dan Euzéby, 2015:1). Nitrobacter termasuk bakteri gram negatif kemolitrotof fakultatif berbentuk batang dengan ukuran 0,5-0,8 µm x 1,0-2,0 µm. Bakteri kemilitotrof mampu menghasilkan energi dari oksidasi zat-zat kimia anorganik (Pelczar dan Chan, 2008:173). Bakteri ini menggunakan nitrit sebagai donor elektron, sehingga mereduksi senyawa nitrit menjadi amonia. Melalui proses tersebut kebutuhan energi Nitrobacter terpenuhi (Handayanto dan Hairiah, 2007:25). 13 Adapun klasifikasi bakteri genus Nitrobacter menurut Euzéby (2015) sebagai berikut: Kingdom Division Class Order Family Genus 2.2.6 : Bacteria : Proteobacteria : Alphaproteobacteria : Rhizobiales : Bradyrhizobiaceae : Nitrobacter Azospirillum Genus Azospirillum berasal dari famili Rhodospirillaceae, orde Rhodospirillales (Euzéby, 2015:1). Azospirillum bersimbiosis dengan tanaman jagung, padi, kapas, dan rumput-rumputan untuk menambat nitrogen bebas dari udara. Azospirillum berasal dari kata azote yang berarti nitrogen dan spirillum yang berarti spiral. Jadi Azospirilum berarti spiral nitrogen kecil. Beberapa fungsi dari Azospirillum berkaitan dengan tumbuhan, yakni merupakan pengikat N2 bebas dari udara, melindungi tanaman dari patogen, dan menstimulir pertumbuhan tanaman melalui produksi auksin, homon, vitamin, dan zat pengatur tumbuh (Anas, 1989:44). Adapun klasifikasi bakteri genus Azospirillum menurut Euzéby (2015) sebagai berikut: Kingdom Division Class Order Family Genus : Bacteria : Proteobacteria : Alphaproteobacteria : Rhodospirillales : Rhodospirillaceae : Azospirillum 14 2.3 Tanah sebagai Media Pertumbuhan Tanaman Secara ekologis tanah tersusun oleh material hidup (faktor biotik) berupa biota (jasad-jasad hayati) dan faktor abiotik berupa pasir (sand), debu (silt), dan liat (clay). Sekitar 5% penyusun tanah merupakan biomassa (Hanafiah, dkk, 2010:1). Populasi dan biodiversitas biota tanah tergantung pada aktivitas masing-masing golongan biota tanah tersebut. Menurut Hanafiah, dkk (2010:26) Terdapat tiga faktor utama yang mempengaruh aktivitas biota tanah, yaitu: a. Cuaca, terutama curah hujan dan kelembaban. b. Kondisi atau sifat tanah, terutama tingkat keasaman, kelembaban, suhu, dan ketersediaan hara. c. Tipe vegetasi penutup lahan, misalnya hutan, belukar, dan padang rumput. Tanah tersusun dari berbagai lapisan yang masing-masing mempunyai ciri berbeda, yang disebut horizon tanah. Menurut Sutedjo dan Kartasapoetra (2005:5455) horizon tanah terdiri dari 3 lapisan, yakni horizon A, horizon B, dan horizon C. Horizon A merupakan bagian atas yang berpenghuni mikroflora dan makroflora. Horizon A inilah bagian tanah yang sebenarnya, yang dapat dimanfaatkan bagi tanaman pangan. Horizon B berada di bawah lapisan horizon A, dan tebalnya sekitar 1-2 meter. Lapisan ini tidak mengandung bahan organik, banyak menyerap air, dan mengandung banyak zat mineral. Horizon C merupakan lapisan pelapukan batuan induk, terdiri dari batu-batuan yang permukaanya sedang melapuk, banyak zat mineral, dan tidak mengandung bahan organik. 15 Lahan yang baru dibuka umumnya merupakan tanah yang remah, yakni tanah yang tersusun oleh butiran-butiran tanah yang tidak mempunyai bentuk khas. Butiran-butiran tanah terbentuk akibat sekresi dari jasad renik dan tanaman berdaun hijau dan dari air yang mengandung banyak zat kapur atau magnesium. Bahan organik seperti pupuk kandang, kompos, dan serasah tanaman berkontribusi dalam penyusunan tanah. Struktur tanah yang ideal adalah tanah yang mengandung 45% zat mineral, 25% air, 25% udara, dan 5% bahan organik (Sutedjo dan Kartasapoetra, 2005:69). 2.4 Peranan Bakteri dalam Kesuburan Tanah Kesuburan tanah merupakan pengaruh kombinasi tiga komponen utama yang saling berinteraksi, yaitu sifat kimia, fisika, dan biologi tanah (Handayanto dan Hairiah, 2007:171). Tingkat kesuburan tanah tidak hanya dipengaruhi oleh komposisi kimiawi penyusunnya melainkan juga dipengaruhi oleh mikroorganisme yang terkandung di dalam tanah. Bakteri sebagai salah satu mikroorganisme di dalam tanah yang paling banyak jumlahnya mempunyai peran paling besar dalam kesuburan tanah (Rao, 1994:22). Contohnya, bakteri Nitrobacter dan Nitrosomonas yang memanfaatkan nitrit dan amonium untuk pertumbuhannya. Kedua kelompok bakteri tersebut berkontribusi dalam reaksi perubahan bentuk atau pengikatan nitrogen dalam tanah dari udara bebas. Nitrogen merupakan salah satu kebutuhan penting bagi pertumbuhan tanaman (Rao, 1994:38). 16 Proses yang dilakukan oleh bakteri Nitrobacter dan Nitrosomonas disebut proses nitrifikasi. Nitrifikasi adalah proses pembentukan nitrat dalam tanah melalui proses perubahan amonia-nitrogen menjadi bentuk nitrat-nitrogen. Terdapat 2 tahap dalam nitrifikasi, yakni nitritasi dan nitratasi. Nitrosomonas memperoleh energi dengan mengoksidasi amonia menjadi nitrit, kemudian Nitrobacter mengoksidasi nitrit menjadi nitrat. Berikut proses nitrifikasi yang dilakukan oleh bakteri Nitrobacter dan Nitrosomonas (Sutedjo dkk, 1991:150-151). a. Nitritasi, merupakan proses perubahan amonia menjadi nitrit yang melibatkan bakteri Nitrosomonas atau bakteri Nitrosococcus. Reaksi nitratasi sebagai berikut. 2 NH4+ + 3 O2 Nitrosomonas ammonia b. 2 NO2- + 2 H2O + 4 H+ + energi ion nitrit Nitratasi, merupakan proses perubahan nitrit menjadi nitrat yang melibatkan bakteri Nitrobacter. Reaksi nitritasi sebagai berikut. 2 NO2- + O2 Nitrobacter ion nitrit 2 NO3- + energi ion nitrat Bakteri terdapat dalam segala jenis tipe tanah namun populasinya menurun dengan bertambahnya kedalaman tanah (Rao, 1994:34). Menurut Fitter (1992:131) populasi mikroba aktif dapat mempengaruhi pengambilan hara oleh akar melalui empat jalan, yaitu: (i) Merubah suplai pada permukaan akar. (ii) Merubah pertumbuhan akar atau tajuk dengan merusak akar secara langsung. 17 (iii) Mempengaruhi pengambilan hara sebagai penghambat atau perangsang. (iv) Dengan mineralisasi organik atau pelarutan ion-ion yang tidak mudah larut. Menurut Handayanto dan Hairiah (2007:171-172) terdapat sepuluh prinsip kunci kesuburan biologi tanah, yakni 1) organisme tanah banyak dijumpai di tanah lapisan atas; 2) bahan organik tanah diperlukan untuk siklus unsur hara dan agregasi tanah; 3) diversitas biologi tanah maksimum tergantung pada diversitas bahan organik dan habitatnya; 4) bakteri penambat nitrogen membentuk asosiasi spesifik dengan legum pada kondisi tertentu; 5) nitrogen dilepaskan selama pelapukan bahan organik, baik di dalam tanah atau dalam biomassa mikroba tanah; 6) jamur mikoriza arbuskular dapat meningkatkan serapan fosfor ke dalam tanaman pada tanah-tanah yang kekurangan fosfor; 7) bahan pembenah tanah mempengaruhi lingkungan fisik dan kimia organisme tanah; 8) beberapa rotasi tanaman dan tindakan pengolahan tanah menurunkan kesesuaian tanah untuk patogen tanaman; 9) sistem produksi berbasis kesuburan biologi tanah dapat memberikan keuntungan; dan 10) prosesproses biologi tanah berkembang lambat, dan waktu yang diperlukan akan berbeda pada tanah, lingkungan dan tindakan pengolahan lahan yang berbeda. Bagian dari tumbuhan yang berinteraksi langsung dengan tanah dan mikroorganisme tanah adalah bagian akar. Akar tanaman menjadi habitat bagi banyak mikroorganisme. Dibandingkan dengan area lain di dalam tanah, tanah yang berada disekitar akar tanaman menjadi habitat favorit banyak jenis mikroorganisme. Interaksi pertukaran nutrisi yang tejadi antara mikroorganisme tersebut dan akar tanaman menjadi penyebabnya (Atlas dan Bartha, 1998:99). Zona tanah yang tepat 18 berada disekitar akar termodifikasi oleh akar tersebut, dengan ciri berupa aktivitas mikroba yang meningkat dan terjadi perubahan rasio organisme dibandingkan dengan tanah disekitarnya (Abercrombie, dkk, 1993:556). 2.5 Kebun Botani Kebun botani merupakan salah satu bentuk konservasi alam atau cagar alam. Cagar alam adalah sebidang lahan yang dijaga untuk melindungi flora dan fauna di dalamnya (Soemarwoto, 2008:112). Usaha konservasi alam atau pelestarian sumber daya hayati berdasarkan tempat dilakukannya terdapat 2 jenis, yaitu secara in-situ dan ex-situ. Pelestarian in-situ merupakan usaha pelestarian yang dilakukan di habitat aslinya. Pelestarian ex-situ merupakan strategi pelestarian keanekaragaman hayati dengan memelihara individu-individu alami dalam kondisi terkendali di bawah pengawasan manusia atau berada di luar habitatnya Pelestarian tumbuhan secara exsitu dapat berupa kebun raya, arboretum, dan bank benih (Supriatna, 2008:248). Di Indonesia, kebun botani biasa disebut sebagai kebun raya. Terdapat beberapa kebun botani di Indonesia, misalnya Kebun Raya Bogor di Cibodas, Jawa Barat. Kebun botani atau kebun raya umumnya memiliki tujuan utama di bidang ilmiah, misalnya Kebun Raya Bogor. Kebun botani juga ada yang bernilai ekonomi. Akan tetapi, kebun botani yang bernilai ekonomi jarang ditemukan di Indonesia. Salah satu contohnya adalah kebun botani yang berada di ujung Jalan Merdeka, Jakarta (Soemarwoto, 2008:149-150). 19 Kebun botani berfungsi menyimpan koleksi berbagai jenis tumbuhan hidup dan sebagai sumber penting untuk upaya pelestarian tumbuhan. Koleksi tumbuhan dalam kebun raya atau kebun botani merupakan sumber informasi terbaik mengenai sebaran tumbuhan dan kebutuhan habitatnya. Oleh karena itu, kebun raya memberikan sumbangan berharga bagi usaha konservasi (Indrawan, dkk, 2007:254; Soemarwoto, 2008:149). 2.5.1 Profil Kebun Botani Biologi FKIP Universitas Jambi Program Studi Pendidikan Biologi Universitas Jambi memiliki sebidang lahan yang digunakan sebagai kebun botani. Kebun botani biologi FKIP Universitas Jambi dibuat dengan tujuan sebagai lahan pelestarian beberapa jenis tanaman, sebagai laboratorium terbuka, sebagai pusat penelitian rumah kaca, dan sebagai lokasi pembelajaran di ruang terbuka. Selain di bidang akademis, Kebun botani biologi FKIP Universitas Jambi juga digunakan sebagai sarana sosialisasi oleh mahasiswa dan dosen program studi pendidikan biologi karena dalam proses pembuatan dan perawatannya melibatkan mahasiswa dan dosen program studi pendidikan biologi (Komunikasi pribadi, 2015). Lokasi kebun botani biologi berada tepat di sebelah gedung L Pertamina FKIP Universitas Jambi (UNJA) Mendalo, tepatnya di sebelah selatan gedung L Pertamina FKIP. Kebun botani biologi mulai dibuka lahannya pada tahun 2013 dengan lahan seluas 924 m2 berukuran 24 m x 38,5 m. Pada bulan Oktober 2014 lahan kebun botani diperluas ke arah barat daya dengan luas 1121,5 m2, sehingga lahan sekarang mempunyai luas 2045,5 m2 (Komunikasi pribadi, 2015). 20 Lahan untuk pembuatan kebun botani biologi sebelumnya ditumbuhi oleh tanaman semak, beberapa jenis ilalang, pohon akasia (Acasia mangium), dan pohon pulai (Alstonia scholaris). Jenis tanah pada lahan secara umum sejenis atau homogen, yakni tanah yang berwarna kekuningan. Lahan yang pertama kali dibuka pada tahun 2013 tekstur tanahnya lebih kering daripada bagian lahan yang baru dibuka pada bulan oktober 2014. Disekitar lahan yang telah dibuka masih ditumbuhi oleh pohon akasia (Acasia mangium) dan pohon pulai (Alstonia scholaris). Hingga saat ini, masih berlangsung kegiatan pembersihan lahan yang dilakukan secara bergantian oleh mahasiswa Program Studi Pendidikan Biologi (Komunikasi pribadi, 2015). Gambar 2.1 Lokasi Pembuatan Kebun Botani Biologi FKIP UNJA (dokumentasi pribadi)
