BIOLOGI TANAH
advertisement
EKOLOGI TANAH Bahan kajian MK. Manajemen Agroekosistem FPUB Junil 2010 Diabstraksikan oleh Prof Dr Ir Soemarno MS Dosen Jur Tanah FPUB Pendahuluan Soil ecology is the study of the interactions among soil organisms, and between biotic and abiotic aspects of the soil environment. It is particularly concerned with the cycling of nutrients, formation and stabilization of the pore structure, the spread and vitality of pathogens, and the biodiversity of this rich biological community. Pembahasan ekologi tidak lepas dari pembahasan ekosistem dengan berbagai komponen penyusunnya, yaitu faktor abiotik dan biotik. Faktora biotik antara lain suhu, air, kelembapan, cahaya, dan topografi, sedangkan faktor biotik adalah makhluk hidup yang terdiri dari manusia, hewan, tumbuhan, dan mikroba. Ekologi juga berhubungan erat dengan tingkatan-tingkatan organisasi makhluk hidup, yaitu populasi, komunitas, dan ekosistem yang saling mempengaruhi dan merupakan suatu sistem yang menunjukkan kesatuan. Tanah: Sifat dan Karakteristik Tanah (bahasa Yunani: pedon; bahasa Latin: solum) adalah bagian kerak bumi yang tersusun dari mineral dan bahan organik. Tanah sangat vital peranannya bagi semua kehidupan di bumi karena tanah mendukung kehidupan tumbuhan dengan menyediakan hara dan air sekaligus sebagai penopang akar. Struktur tanah yang berongga-rongga juga menjadi tempat yang baik bagi akar untuk bernafas dan tumbuh. Tanah juga menjadi habitat hidup berbagai mikroorganisme. Bagi sebagian besar hewan darat, tanah menjadi lahan untuk hidup dan bergerak. Ilmu yang mempelajari berbagai aspek mengenai tanah dikenal sebagai ilmu tanah. Dari segi klimatologi, tanah memegang peranan penting sebagai penyimpan air dan menekan erosi, meskipun tanah sendiri juga dapat tererosi. Komposisi tanah berbeda-beda pada satu lokasi dengan lokasi yang lain. Air dan udara merupakan bagian dari tanah. Tanah berasal dari pelapukan batuan dengan bantuan organisme, membentuk tubuh unik yang menutupi batuan. Proses pembentukan tanah dikenal sebagai ''pedogenesis''. Proses yang unik ini membentuk tanah sebagai tubuh alam yang terdiri atas lapisan-lapisan atau disebut sebagai horizon tanah. Setiap horizon menceritakan mengenai asal dan prosesproses fisika, kimia, dan biologi yang telah dilalui tubuh tanah tersebut. Hans Jenny (1899-1992), seorang pakar tanah asal Swiss yang bekerja di Amerika Serikat, menyebutkan bahwa tanah terbentuk dari bahan induk yang telah mengalami modifikasi/pelapukan akibat dinamika faktor iklim, organisme (termasuk manusia), dan relief permukaan bumi (topografi) seiring dengan berjalannya waktu. Berdasarkan dinamika kelima faktor tersebut terbentuklah berbagai jenis tanah dan dapat dilakukan klasifikasi tanah. Tubuh tanah (solum) tidak lain adalah batuan yang melapuk dan mengalami proses pembentukan lanjutan. Usia tanah yang ditemukan saat ini tidak ada yang lebih tua daripada periode Tersier dan kebanyakan terbentuk dari masa Pleistosen. Tubuh tanah terbentuk dari campuran bahan organik dan mineral. Tanah non-organik atau tanah mineral terbentuk dari batuan sehingga ia mengandung mineral. Sebaliknya, tanah organik (organosol / humosol) terbentuk dari pemadatan terhadap bahan organik yang terdegradasi. Tanah organik berwarna hitam dan merupakan pembentuk utama lahan gambut dan kelak dapat menjadi batu bara. Tanah organik cenderung memiliki keasaman tinggi karena mengandung beberapa asam organik (substansi humik) hasil dekomposisi berbagai bahan organik. Kelompok tanah ini biasanya miskin mineral, pasokan mineral berasal dari aliran air atau hasil dekomposisi jaringan makhluk hidup. Tanah organik dapat ditanami karena memiliki sifat fisik gembur (porus, sarang) sehingga mampu menyimpan cukup air namun karena memiliki keasaman tinggi sebagian besar tanaman pangan akan memberikan hasil terbatas dan di bawah capaian optimum. Tanah non-organik didominasi oleh mineral. Mineral ini membentuk partikel pembentuk tanah. Tekstur tanah demikian ditentukan oleh komposisi tiga partikel pembentuk tanah: pasir, debu, dan liat. Tanah berpasir didominasi oleh pasir, tanah berliat didominasi oleh liat. Tanah dengan komposisi pasir, debu, dan liat yang seimbang dikenal sebagai tanah lempung. Warna tanah merupakan ciri utama yang paling mudah diingat orang. Warna tanah sangat bervariasi, mulai dari hitam kelam, coklat, merah bata, jingga, kuning, hingga putih. Selain itu, tanah dapat memiliki lapisan-lapisan dengan perbedaan warna yang kontras sebagai akibat proses kimia (pengasaman) atau pencucian (leaching). Tanah berwarna hitam atau gelap seringkali menandakan kehadiran bahan organik yang tinggi, baik karena pelapukan vegetasi maupun proses pengendapan di rawa-rawa. Warna gelap juga dapat disebabkan oleh kehadiran Mangan, belerang, dan nitrogen. Warna tanah kemerahan atau kekuningan biasanya disebabkan kandungan besi teroksidasi yang tinggi; warna yang berbeda terjadi karena pengaruh kondisi proses kimia pembentukannya. Suasana aerobik / oksidatif menghasilkan warna yang seragam atau perubahan warna bertahap, sedangkan suasana anaerobik / reduktif membawa pada pola warna yang bertotol-totol atau warna yang terkonsentrasi. Struktur tanah merupakan karakteristik fisik tanah yang terbentuk dari komposisi antara agregat (butir) tanah dan ruang antaragregat. Tanah tersusun dari tiga fasa: fasa padatan, fasa cair, dan fasa gas. Fasa cair dan gas mengisi ruang antaragregat. Struktur tanah tergantung dari imbangan ketiga faktor penyusun ini. Ruang antaragregat disebut sebagai porus (jamak pori). Struktur tanah baik bagi perakaran apabila pori berukuran besar (makropori) terisi udara dan pori berukuran kecil (mikropori) terisi air. Tanah yang gembur (sarang) memiliki agregat yang cukup besar dengan makropori dan mikropori yang seimbang. Tanah menjadi semakin liat apabila berlebihan lempung sehingga kekurangan makropori. Mikrohabitat dalam struktur tanah Di setiap tempat seperti dalam tanah, udara maupun air selalu dijumpai mikroba. Umumnya jumlah mikroba dalam tanah lebih banyak daripada dalam air ataupun udara. Umumnya bahan organik dan senyawa anorganik lebih tinggi dalam tanah sehingga cocok untuk pertumbuhan mikroba heterotrof maupun autotrof. Keberadaan mikroba di dalam tanah terutama dipengaruhi oleh sifat kimia dan fisika tanah. Komponen penyusun tanah yang terdiri atas pasir, debu, liat dan bahan organik maupun bahan penyemen lain akan membentuk struktur tanah. Struktur tanah akan menentukan keberadaan oksigen dan lengas dalam tanah. Dalam hal ini akan terbentuk lingkungan mikro dalam suatu struktur tanah. Mikroba akan membentuk mikrokoloni dalam struktur tanah tersebut, dengan tempat pertumbuhan yang sesuai dengan sifat mikroba dan lingkungan yang diperlukan. Dalam suatu struktur tanah dapat dijumpai berbagai mikrokoloni seperti mikroba heterotrof pengguna bahan organik maupun bakteri autotrof,dan bakteri aerob maupun anaerob. Untuk kehidupannya, setiap jenis mikroba mempunyai kemampuan 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. Sumber: http://sumarsih07.files.wordpress.com/2008/11/vi-mikrobadan-kesuburan-tanah.pdf ...... diunduh 23/6/2011 Lingkungan rhizosfer Akar tanaman merupakan habitat yang baik bagi pertumbuhan mikroba. Interaksi antara bakteri dan akar tanaman akan meningkatkan ketersediaan hara bagi keduanya. Permukaan akar tanaman disebut rhizoplane. Sedangkan rhizosfer adalah selapis tanah yang menyelimuti permukaan akar tanaman yang masih dipengaruhi oleh aktivitas akar. Tebal tipisnya lapisan rhizosfer antar setiap tanaman. Rhizosfer merupakan habitat yang sangat baik bagi pertumbuhan mikroba oleh karena akar tanaman menyediakan berbagai bahan organik yang umumnya menstimulir pertumbuhan mikroba. Bahan organik yang dikeluarkan oleh akar dapat 1. Eksudat akar: bahan yang dikeluarkan dari aktivitas sel akar hidup seperti gula, asam amino, asam organik, asam lemak dan sterol, factor tumbuh, nukleotida, flavonon, enzim , dan miscellaneous. 2. Sekresi akar: bahan yang dipompakan secara aktif keluar dari akar. 3. Lisat akar: bahan yang dikeluarkan secara pasif saat autolisis sel akar. 4. Musigel : bahan sekresi akar, sisa sel epidermis, sel tudung 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. Dengan adanya berbagai senyawa yang menstimulir pertumbuhan mikroba, menyebabkan jumlah mikroba di lingkungan rhizosfer sangat tinggi. Perbandingan jumlah mikroba dalam rhizosfer (R) dengan tanah bukan rhizosfer (S) yang disebut nisbah R/S, sering digunakan sebagai indeks kesuburan 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 umumnya berkisar antara 5-20. Mikroba rhizosfer dapat memberi keuntungan bagi tanaman, oleh karena: 1. Mikroba dapat melarutkan dan menyediakan mineral seperti N,P, Fe dan unsur lain. 2. Mikroba dapat menghasilkan vitamin, asam amino, auxin dan giberelin yang dapat menstimulir pertumbuhan tanaman. 3. Mikroba yang patogenik dengan menghasilkan antibiotik. Pseudomonadaceae merupakan kelompok bakteri rhizosfer (rhizobacteria) yang dapat menghasilkan senyawa yang dapat menstimulir pertumbuhan tanaman. Contoh spesies yang telah banyak diteliti dapat merangsang pertumbuhan tanaman adalah Pseudomonas fluorescens. Pembentukan Tanah. Tanah merupakan “tubuh-alamiah” yang tersusun atas lapisan (horison tanah) yang beragam ketebalannya, berbeda dengan bahan induk dalam hal sifat-sifat morfologi, fisika, kimia, dan karakteristik mineraloginya. Tanah terdiri dari partikel pecahan batuan yang telah diubah oleh proses kimia dan lingkungan yang meliputi pelapukan dan erosi. Tanah berbeda dari batuan induknya karena interaksi antara, hidrosfer atmosfer litosfer, dan biosfer. Ini adalah campuran dari konstituen mineral dan organik yang dalam keadaan padat, gas dan air. Partikel tanah tampak longgar, membentuk struktur tanah yang penuh dengan ruang pori. Pori-pori mengandung larutan tanah (cair) dan udara (gas). Oleh karena itu, tanah sering diperlakukan sebagai system. Kebanyakan memiliki kepadatan antara 1 dan 2 g / cm ³. Tanah dapat berasal dari batuan induk (batuan beku, batu sedimen tua, batuan metamorfosa) yang melapuk atau dari bahan-bahan yang lebih lunak dan lepas seperti abu volkan, bahan endapan baru dan lain-lain. Melalui proses pelapukan, permukaan batuan yang keras menjadi hancur dan berubah menjadi bahan lunak (longgar) yang disebut dengan regolit. Selanjutnya melalui proses pembentukan tanah, bagian atas regolit berubah menjadi tanah. Proses pelapukan mencakup beberapa hal yaitu pelapukan secara fisik, biologikmeknik dan kimia.. Faktor pembentukan tanah, atau pedogenesis, adalah efek gabungan proses fisik, kimia, biologi, dan antropogenik pada bahan induk tanah. Genesis tanah melibatkan proses yang mengembangkan lapisan atau horizon dalam profil tanah. Proses ini melibatkan penambahan, kehilangan, transformasi dan translokasi bahan yang membentuk tanah. Mineral yang berasal dari batuan lapuk mengalami perubahan yang menyebabkan pembentukan mineral sekunder dan senyawa lainnya yang larut dalam air, konstituen tersebut dipindahkan (translokasi) dari satu bagian tanah ke daerah lain oleh air dan aktivitas organisme. Perubahan dan pergerakan material di dalam tanah menyebabkan terbentuknya horison tanah yang khas. Pelapukan batuan induk menghasilkan bahan induk tanah. Contoh perkembangan tanah dari bahan induknya terjadi pada aliran lava baru-baru ini di wilayah hangat di bawah hujan lebat dan sangat sering. Dalam iklim seperti itu, tumbuhan sangat cepat berkembang pada lava basaltik, meskipun kandungan bahan organiknya sangat sedikit. Tumbuhan didukung oleh batuan yang porus yang mengandung air dan unsure hara. Akar tanaman tumbuh berkembang, seringkali bersimbiosis dengan dengan mikoriza, secara bertahap merimbak marterial lava dan bahan organik tanah akan terakumulasi. Lima faktor pembentuk tanah adalah : bahan induk, iklim regional, topografi, potensi biotik dan waktu. Bahan yang membentuk tanah disebut “bahan induk” tanah. Bahan ini meliputi: lapukan batuan dasar primer; bahan sekunder diangkut dari lokasi lain, misalnya colluvium dan aluvium; deposit yang sudah ada tetapi campuran atau diubah dengan cara lain - formasi tanah tua, bahan organik termasuk gambut atau humus alpine; dan bahan antropogenik, seperti timbunan sampah atau tambang. Beberapa tanah langsung dari pemecahan bebatuan yang mendasarinya mereka kembangkan di tempatnya, tanah ini sering disebut "tanah residu", dan memiliki sifat kimia umum yang sama seperti batuan induknya. Kebanyakan tanah berasal dari bahan-bahan yang telah diangkut dari lokasi lain oleh angin, air dan gravitasi. Beberapa di antaranya telah mengalami perpindahan dari jarak yang jauh, atau hanya beberapa meter. Bahan yang tertiup angin disebut “loess” Pelapukan merupakan tahap pertama dalam mengubah bahan induk menjadi bahan tanah. Pada tanah yang terbentuk dari batuan dasar, dapat terbentuk lapisan tebal bahan lapuk disebut saprolit. Saprolit adalah hasil proses pelapukan yang meliputi: hidrolisis (penggantian kation mineral dengan ion hidrogen), khelasi dari senyawa organik, hidrasi (penyerapan air dengan mineral), solusi mineral dengan air, dan proses fisik yang mencakup pembekuan dan pencairan atau pembasahan dan pengeringan. Komposisi mineralogi dan kimia dari bahan batuan dasar utama, ditambah sifat-sifat fisik, termasuk ukuran butir dan derajat konsolidasi, laju dan jenis pelapukan, semuanya mempengaruhi sifat-sifat bahan tanah yang dihasilkannya. Proses pembentukan tanah diawali dari pelapukan batuan induknya, pelapukan fisik dan pelapukan kimia. Dari proses pelapukan ini, batuan induk akan menjadi lebih lunak, longgar dan berubah komposisinya. Pada tahap ini batuan yang lapuk belum dikatakan sebagai tanah, tetapi sebagai bahan induk tanah (regolith) karena masih menunjukkan struktur batuan induk. Proses pelapukan terus berlangsung hingga akhirnya bahan induk tanah berubah menjadi tanah. Proses pelapukan ini menjadi awal terbentuknya tanah. Sehingga faktor yang mendorong pelapukan juga berperan dalam pembentukan tanah. Curah hujan dan sinar matahari berperan penting dalam proses pelapukan fisik, kedua faktor tersebut merupakan komponen iklim. Sehingga dapat disimpulkan bahwa salah satu faktor pembentuk tanah adalah iklim. Ada beberapa faktor lain yang memengaruhi proses pembentukan tanah, yaitu organisme, bahan induk, topografi, dan waktu. Faktor-faktor tersebut dapat dirumuskan sebagai berikut. Profil Tanah Secara ekologis tanah tersusun oleh tiga kelompok material, yaitu material hidup (faktor biotik) berupa biota (jasadjasad hayati), faktor abiotik berupa bahan organik, faktor abiotik berupa pasir (sand), debu, (silt), dan liat (clay). Umumnya sekitar 5% penyusun tanah berupa biomass (bioti dan abioti), berperan sangat penting karena mempengaruhi sifat kimia, fisika dan biologi tanah. Ekologi tanah mempelajari hubungan antara biota tanah dan lingkungan, serta hubungan antara lingkungan serta biota tanah. Secara berkesinambungan hubungan ini dapat saling menguntungkan satu sama lain, dan dapat pula merugikan satu sama lain. Organisme Tanah. Organisme tanah atau disebut juga biota tanah merupakan semua makhluk hidup baik hewan (fauna) maupun tumbuhan (flora) yang seluruh atau sebagian dari fase hidupnya berada dalam sistem tanah. • • • Organisme tanah dapat menguntungkan petani karena mereka memperbaiki kesuburan tanah dan dapat membantu ketersediaan hara bagi tanaman dan membantu pengendalian hama penyakit. Organisme tanah memerlukan makanan, oksigen, air, dan habitat yang layak untuk tumbuh. Petani dapat memperkaya organisme tanah dengan jalan menyediakan penutup tanah organic yang cukup, menambah bahan organik ke dalam tanah, memelihara drainase tanah yang baik, dan menghindari pengolahan tanah yang berlebihan. Di bawah permukaan tanah terdapat satu dunia lain yang penuh dengan jasad hidup atau organisme tanah. Organisme tanah ini berfungsi sebegai tenaga kerja bagi para petani karena mereka membantu menyediakan ketersediaan hara yang dibutuhkan tanaman dan memperbaiki struktur tanah. Pengelompokan Organisme Tanah Ada beberapa jenis organisme tanah, diantaranya adalah: 1. Pemecah bahan organik seperti slaters (spesies Isopoda), tungau (mites), kumbang, dan collembola yang memecahmecah bahan organic yang besar menjadi bagian-bagian kecil. 2. Pembusuk (decomposer) bahan organik seperti jamur dan bakteri yang memecahkan bahan-bahan cellular. 3. Organisme bersimbiosis hidup pada/di dalam akar tanaman dan membantu tanaman untuk mendapatkan hara dari dalam tanah. Mycorrhiza bersimbiosis dengan tanaman dan membantu tanaman untuk mendapatkan hara posfor, sedangkan rhizobium membantu tanaman untuk mendapatkan nitrogen. 4. Pengikat hara yang hidup bebas seperti alga dan azotobakter mengikat hara di dalam tanah. 5. Pembangun struktur tanah seperti akar tanaman, cacing tanah, ulat-ulat, dan jamur semuanya membantu mengikat partikel-partikel tanah sehingga struktur tanah menjadi stabil dan tahan terhadap erosi. 6. Patogen seperti jenis jamur tertentu, bakteri dan nematoda dapat menyerang jaringan tanaman. 7. Predator atau pemangsa, termasuk protozoa, nematoda parasite dan jenis jamur tertentu, semuanya memangsa organisme tanah yang lain sebsagai sumber makanan mereka. 8. Occupant / penghuni adalah jenis organisme tanah yang menggunakan tanah sebagai tempat tinggal sementara pada tahap siklus hidup tertentu, seperti ulat (larvae) dan telur cacing. Klasifikasi organism tanah Microorganisme Macroorganisme Tumbuhan Microflora <5 µm Bacteria Fungi Microfauna <100 µm Protozoa Nematodes Mesoorganisms 100 µm - 2 Springtails mm Mites Macroorganisms 2 - 20 mm Algae 10 µm Roots > 10 µm Earthworms Millipedes Woodlice Snails and slugs Catatan: Partikel liat lebih kecil dari 2 µm. Sumber Swift, Heal and Anderson, 1979. Berdasarkan peranannya, organisme tanah dibagi menjadi tiga kelompok, yaitu: (a) organisme yang menguntungkan bagi pertumbuhan dan perkembangan tanaman, (b) organisme yang merugikan tanaman, dan (c) organisme yang tidak menguntungkan dan tidak merugikan. Contoh organisme tanah yang menguntungkan: 1. Organisme tanah yang dapat menyumbangkan nitrogen ke tanah dan tanaman, yaitu: bakteri pemfiksasi nitrogen (Rhizobium, Azosphirillum, Azotobacter, dll), 2. Organisme tanah yang dapat melarutkan fosfat, yaitu: bakteri pelarut fosfat (Pseudomonas) dan fungi pelarut fosfat, 3. Organisme tanah yang dapat meningkatkan ketersediaan hara bagi tanaman, yaitu: cacing tanah. Salah satu organisme tanah yang umum dijumpai adalah cacing tanah. Cacing tanah mempunyai arti penting bagi lahan pertanian. Lahan yang banyak mengandung cacing tanah akan menjadi subur. Cacing tanah juga dapat menigkatkan daya serap air permukaan. Secara singkat dapat dikatakan cacing tanah berperan memperbaiki dan mempertahankan struktur tanah agar tetap gembur. Biota tanah lain yang umum dijumpai adalah Arthropoda. Arthropoda merupakan fauna tanah yang macam dan jumlahnya cukup banyak, yang paling menonjol adalah springtail dan kutu. Fauna tanah ini mempunyai kerangka luar yang dihubungkan dengan kaki, sebagian besar mempunyai semacam sistem peredaran darah dan jantung. Aktivitas biota tanah dapat meningkatkan kesuburan tanah. Aktivitas biota tanah dapat diukur dengan mengukur besar respirasi di dalam tanah. Respirasi yaitu suatu proses pembebasan energi yang tersimpan dalam zat sumber energi melalui proses kimia dengan menggunakan oksigen. Dari respirasi akan dihasilkan energi kimia ATP untak kegiatan kehidupan, seperti sintesis (anabolisme), gerak, pertumbuhan. Pentingnya Organisme Tanah Beberapa fungsi penting dari organism tanah (biota) adalah: Fungsi-fungsi Memelihara struktur tanah Regulasi proses hidrologis Pertukaran gas dan sequestration karbon (akumulasi dalam tanah) Detoksifikasi tanah Siklus unsure hara Organisme yang terlibat Bioturbating invertebrates and plant roots; mycorrhizae and some other microorganisms Most bioturbating invertebrates and plant roots Mostly micro-organisms and plant roots; some C protected in large compact biogenic invertebrate aggregates Mostly micro-organisms Mostly micro-organisms and plant roots; Dekomposisi organic bahan Mengendalikan gangguan hamaparasit-penyakit Sumber makanan dan obat-obatan Hubungan Symbiotic dan asymbiotic dengan tanaman dan akarnya Mengontrol pertumbuhan tanaman (positive dan negative) some soil- and litter-feeding invertebrates Various saprophytic and litter-feeding invertebrates (detritivores); fungi; bacteria; actinomycetes and other micro-organisms Plants; mycorrhizae and other fungi; nematodes; bacteria and various other micro-organisms; collembolan; earthworms; various predators Plant roots; various insects (crickets; beetle larvae; ants; termites); earthworms; vertebrates; micro-organisms and their byproducts Rhizobia; mycorrhizae; actinomycetes; diazotrophic bacteria and various other rhizosphere micro-organisms; ants Direct effects: plant roots; rhizobia; mycorrhizae; actinomycetes; pathogens; phytoparasitic nematodes; rhizophagous insects; plant-growth promoting rhizosphere micro-organisms; biocontrol agents Indirect effects: most soil biota Mikroba tanah sangat penting bagi pertumbuhan tanaman. Mereka memperbanyak diri dan aktif membantu penyediaan unsure hara bagi tanaman melalui proses simbiosis dengan jalan melepaskan unsur hara yang “terikat” menjadi bentuk yang tersedia bagi akar tanaman. Mikroba tanah ini juga mempunyai peran aktif melindungi tanaman melawan penyakit “soil-borne diseases”. Pentingnya organism tanah (Sumber: http://xtekh.aabiotekh.com/nutri_cycle.htm ..... duiakses 27/6/2011) Mendaur ulang bahan organik tanah Organisme tanah mendaur ulang (recycle) bahan organik dengan cara memakan bahan tanaman dan hewan yang mati, kotoran hewan dan organisme tanah yang lain. Mereka memecah bahan organik menjadi bagian-bagian yang lebih kecil sehingga dapat dibusukkan oleh jasad renik seperti jamur dan bakteri. Ketika mereka memakan bahan organik, sisa makanan dan kotoran mereka dapat membantu perbaikan struktur dan kesuburan tanah. Decomposition of organic matter is largely a biological process that occurs naturally. Its speed is determined by three major factors: soil organisms, the physical environment and the quality of the organic matter (Brussaard, 1994). In the decomposition process, different products are released: carbon dioxide (CO2), energy, water, plant nutrients and resynthesized organic carbon compounds. Successive decomposition of dead material and modified organic matter results in the formation of a more complex organic matter called humus. This process is called humification. Humus affects soil properties. As it slowly decomposes, it colours the soil darker; increases soil aggregation and aggregate stability; increases the CEC (the ability to attract and retain nutrients); and contributes N, P and other nutrients. Siklus bahan organic tanah (Sumber: http://www.fao.org/docrep/009/a0100e/a0100e00.gif ..... diunduh 27/4/2011) Organisme tanah membantu meningkatkan ketersediaan hara bagi tanaman. Ketika organisme tanah memakan bahan organik atau makanan yang lain, sebagian hara yang tersedia disimpan didalam tubuh mereka dan hara yang tidak diperlukan, dikeluarkan didalam kotoran mereka (sebagai contoh, phosphor dan nitrogen). Hara di dalam kotoran orgnisma tanah ini dapat diserap oleh akar tanaman. Sebagian organisme tanah membina hubungan simbiosis dengan akar tanaman dan dapat membantu akar tanaman menyerap lebih banyak unsur hara dibandingkan kalau tidak ada kerjasama dengan organisme tanah. Sebagai contoh adalah mycorrhiza, yang membantu tanaman untuk menyerap lebih banyak posfor, sedangkan rhizobia membantu tanaman untuk menyerap lebih banyak nitrogen. Organisme tanah memperbaiki struktur tanah Bahan sekresi dari organisme tanah dapat mengikat partikel-partikel tanah menjadi agregate yang lebih besar. Contohnya, bakteri mengeluarkan kotoran yang berbentuk dan bersifat seperti perekat (organic gum). Jamur-jamuran memproduksi bahan berupa benang-benang halus yang disebut hifa. Zat perekat dari bakteri dan hifa jamur dapat mengikat partikel-partikel tanah secara kuat sehingga agregate tanah yang besar pun tidak mudah pecah walaupun basah. Agregate tanah yang besar tersebut dapat menyimpan air tanah dalam pori-pori halus di antara partikel-partikel tanah untuk digunakan oleh tanaman. Dalam keadaan air berlebihan, air dapat dengan mudah mengalir keluar melalui pori-pori besar diantara agregate–agregate tanah yang besar. Organisme tanah yang lebih besar dapat memperbaiki struktur tanah dengan cara membuat saluran-saluran (lubanglubang) di dalam tanah (contohnya lubang cacing), dan membantu mengaduk-aduk dan mencampur baurkan partikelpartikel tanah, sehingga aerasi (aliran udara) tanah menjadi lebih baik. Pembuatan saluran-saluran dan lubang-lubang ini memperbaiki infiltrasi dan pergerakan air didalam tanah, serta drainase. Struktur tanah (Sumber: http://www.nanik.alunib.net/2011/02/struktur-tanah/ ….. diunduh 26/5/2011) Soil organisms are responsible for soil structure. Biologically created structure improves water holding capacity, equally preventing leaching of nutrients as the nutrients are bound in the bodies of the organisms. Chemical fertiliser, to the contrary, is highly water soluble and leaches very easily. Soils with a healthy micro biological population prevent soil erosion. Soil particles are glued together in a porous granule structures, micro-aggregate, so even heavy rainfall can not displace them. Genesis struktur tanah (Sumber: http://ghort.nl/images/thumbs/korrelstruct.jpg) Organisme tanah dapat membantu mengendalikan gangguan hama dan penyakit Organisme tanah yang memakan organisme lain yang lebih kecil dapat menekan serangan hama penyakit dengan cara mengontrol jenis dan jumlah organisme di dalam tanah. Pengelolaan lahan pertanian yang dapat memperkaya organisme tanah Ada beberapa cara yang dapat dilakukan para petani untuk meningkatkan kegiatan organisme tanah di lahan mereka, diantaranya adalah: Menyediakan makanan. Petani dapat menyediakan bahan makanan untuk organisme tanah dengan cara memelihara tanaman penutup tanah dan menambah bahan organik seperti mulsa, kompos, merang, pupuk hijau, dan pupuk kandang ke dalam tanah yang mereka kelola. Bahan organic menjadi makanan organism tanah (Sumber: http://2.bp.blogspot.com/_AJnRBYfjyYo/TS0F2qc0SmI/AAAAAAA ACdY/qXqR9vs5_sU/s1600/soil-life.jpg ..... diunduh 23/5/2011) Menyediakan cukup oksigen (aerasi tanah yang baik). Seperti mahluk hidup yang lain, organisme tanah membutuhkan cukup oksigen untuk hidup. Petani dapat menjamin ketersediaan oksigen yang cukup untuk organisme tanah dengan cara mencegah pemadatan tanah. Pemadatan tanah dapat mengurangi pori-pori tanah sehingga ketersedian udara menjadi lebih sedikit. Pemadatan tanah dapat terjadi apabila tanah diinjak-injak oleh hewan dan manusia atau dilalui mesin-mesin berat secara berlebihan (trampling), terutama pada saat tanah sedang basah. Menyediakan air. Organisme tanah juga membutuhkan air dalam jumlah tertentu. Tetapi kalau terlalu banyak air (dalam tanah yang jenuh), mereka bisa mati karena kekurangan oksigen. Petani dapat mengatur ketersediaan air didalam tanah dengan cara memperbaiki struktur tanah. Aggergate tanah yang lebih besar dapat menyimpan air di dalam pori-pori halus, dan dapat mengeluarkan kelebihan air melalui pori-pori besar. Drainase yang cukup di lahan yang banjir juga dapat memperbaiki kondisi tanah untuk habitat organisme tanah. Melindungi habitat biota. Petani dapat mendukung kehidupan organisme tanah dengan cara melindungi habitat mereka. Pemeliharaan tanaman penutup tanah adalah cara yang terbaik untuk melindungi habitat organisme tanah dari bahaya kekeringan. Penggunaan mulsa juga dapat melindungi habitat mereka. Penggunaan mulsa organik dapat juga berfungsi sebagai sumber makanan bagi organisme tanah. Musa plastik dapat mengurangi resiko penyakit dan hama tertentu karena mulsa tersebut cenderung meningkatkan suhu permukaan tanah dan dapat menghambat pergerakan hama dari tanah ke tanaman. Tetapi mulsa plastik tidak dapat meningkatkan bahan organik tanah sehingga pendauran ulang unsur hara tidak terjadi. Cara yang lain adalah dengan pengolahan tanah yang tepat guna. Pengolahan tanah yang berlebihan dapat merusak pori-pori tanah dimana organisme tanah hidup. Cacing Tanah Cacing tanah dalam berbagai hal mempunyai arti penting, misalnya bagi lahan pertanian. Lahan yang banyak mengandung cacing tanah akan menjadi subur, sebab kotoran cacing tanah yang bercampur dengan tanah telah siap untuk diserap akar tumbuh-tumbuhan. Cacing tanah juga dapat menigkatkan daya serap air permukaan. Lubang-lubang yang dibuat oleh cacing tanah meningkatkan konsentrasi udara dalam tanah. Disamping itu pada saat musim hujan lubang tersebut akan melipatgandakan kemampuan tanah menyerap air. Secara singkat dapat dikatakan cacing tanah berperan memperbaiki dan mempertahankan struktur tanah agar tetap gembur. Cacing ini hidup didalam liang tanah yang lembab, subur dan suhunya tidak terlalu dingin. Untuk pertumbuhannya yang baik, cacing ini memerlukan tanah yang sedikit asam sampai netral atau pH 6-7,2. Kulit cacing tanah memerlukan kelembabancukup tinggi agar dapat berfungsi normal dan tidak rusak yaitu berkisar 15% - 30%. Suhu yang diperlukan untuk pertumbuhan dan perkembangbiakan antara 15oC-25oC (Anonimous, 2010b). Faktor-faktor yang mempengaruhi ekologis cacing tanah meliputi : (a) kemasaman (pH) tanah, (b) kelengasan tanah, (c) temperatur, (d) aerasi dan CO2, (e) bahan organik, (f) jenis tanah, dan (g) suplai nutrisi (Hanafiah, dkk, 2007). Sebanyak 85 % dari berat tubuh cacing tanah berupa air, sehingga sangatlah penting untuk menjaga media pemeliharaan tetap lembab (kelembaban optimum berkisar antara 15 - 30 %). Tubuh cacing mempunyai mekanisme untuk menjaga keseimbangan air dengan mempertahankan kelembaban di permukan tubuh dan mencegah kehilangan air yang berlebihan. Cacing yang terdehidrasi akan kehilangan sebagian besar berat tubuhnya dan tetap hidup walaupun kehilangan 70 - 75 % kandungan air tubuh. Kekeringan yang berkepanjangan memaksa cacing tanah untuk bermigrasi ke lingkungan yang lebih cocok. Kelembaban sangat diperlukan untuk menjaga agar kulit cacing tanah berfungsi normal. Bila udara terlalu kering, akan merusak keadaan kulit. Untuk menghindarinya cacing tanah segera masuk kedalam lubang dalam tanah, berhenti mencari makan dan akhirnya akan mati. Bila kelembaban terlalu tinggi atau terlalu banyak air, cacing tanah segera lari untuk mencari tempat yang pertukaran udaranya (aerasinya) baik. Hal ini terjadi karena cacing tanah mengambil oksigen dari udara bebas untuk pernafasannya melalui kulit. Kelembaban yang baik untuk pertumbuhan dan perkembangbiakan cacing tanah adalah antara 15% sampai 30% (Anonimous, 2010a). Cacing tanah keluar permukaan hanya pada saat-saat tertentu. Pada siang hari, cacing tanah tidak pernah keluar kepermukaan tanah, kecuali jika saat itu terjadi hujan yang cukup menggenangi liangnya. Cacing tanah takut keluar pada siang hari karena tidak kuat terpapar panas matahari terlalu lama. Pemanasan yang terlalu lama menyebabkan banyak cairan tubuhnya yang akan menguap. Cairan tubuh cacing tanah penting untuk menjaga tekanan osmotik koloidal tubuh dan bahan membuat lendir. Lendir yang melapisi permukaan tubuh salah satunya berfungsi memudahkan proses difusi udara melalui permukaan kulit. Cacing tanah akan keluar terutama pada pagi hari sesudah hujan. Hal ini dilakukan karena sesaat setelah hujan, biasanya liang mereka terendam air sehingga aerasi dalam liang tidak bagus sehingga mereka keluar dalam rangka menghindari keadaan kesulitan bernafas dalam liang. Cacing tanah juga tidak kuat bila terendam air terlalu lama sehingga cendrung menghindar dari genangan air yang dalam. Dalam keadaan normal mereka akan pergi kepermukaan tanah pada malam hari. Pada malam suhu udara tidak panas dan kelembaban udara tinggi sehingga cacing tanah bisa bebas keluar untuk beraktivitas. Dalam keadaan terlalu dingin atau sangat kering cacing tanah segera masuk kedalam liang, beberapa cacing sering terdapat meligkar bersama-sama dengan diatasnya terdapat lapisan tanah yang bercampur dengan lendir. Lendir dalam hal ini berfungsi sebagai isolator yang mempertahankan suhu tubuh cacing tanah agar tidak terlalu jauh terpengaruh oleh suhu lingkungan. Posisi melingkar dalam liang memperkecil kontak kulit dengan udara sehingga memperkecil pengaruh dari suhu udara luar (Anonimous, 2010c). Peranan Cacing Pada Perubahan Sifat Fisik Tanah Aktivitas cacing tanah yang mempengaruhi struktur tanah meliputi : (1) pencernaan tanah, perombakan bahan organik, pengadukannya dengan tanah, dan produksi kotorannya yang diletakkan dipermukaan atau di dalam tanah, (2) penggalian tanah dan transportasi tanah bawah ke atas atau sebaliknya, (3) selama proses (1) dan (2) juga terjadi pembentukan agregat tanah tahan air, perbaikan status aerase tanah dan daya tahan memegang air (Hanafiah, dkk, 2007). Cacing penghancur serasah (epigeic) merupakan kelompok cacing yang hidup di lapisan serasah yang letaknya di atas permukaan tanah, tubuhnya berwarna gelap, tugasnya menghancurkan seresah sehingga ukurannya menjadi lebih kecil. Cacing penggali tanah (anecic dan endogeic) merupakan cacing jenis penggali tanah yang hidup aktif dalam tanah, walaupun makanannya berupa bahan organik di permukaan tanah dan ada pula dari akar-akar yang mati di dalam tanah. Kelompok cacing ini berperanan penting dalam mencampur serasah yang ada di atas tanah dengan tanah lapisan bawah, dan meninggalkan liang dalam tanah Kelompok cacing ini membuang kotorannya dalam tanah, atau di atas permukaan tanah. Kotoran cacing ini lebih kaya akan karbon (C) dan hara lainnya dari pada tanah sekitarnya (Hairiah, dkk, 1986). Cacing mampu menggali lubang di sekitar permukaan tanah sampai kedalaman dua meter dan aktivitasnya meningkatkan kadar oksigen tanah sampai 30 persen, memperbesar pori-pori tanah, memudahkan pergerakan akar tanaman, serta meningkatkan kemampuan tanah untuk menyerap dan menyimpan air. Zat-zat organik dan fraksi liat yang dihasilkan cacing bisa memperbaiki daya ikat antar partikel tanah sehingga menekan terjadinya proses pengikisan/erosi hingga 40 persen (Kartini, 2008). Arthropoda Tanah Arthropoda merupakan fauna tanah yang macam dan jumlahnya cukup banyak, yang paling menonjol adalah springtail dan kutu. Fauna tanah ini mempunyai kerangka luar yang dihubungkan dengan kaki, sebagian besar mempunyai semacam sistem peredaran darah dan jantung (Hanafiah, dkk, 2007). Arthropoda adalah filum yang paling besar dalam dunia hewan dan mencakup serangga, laba-laba, udang, lipan dan hewan sejenis lainnya. Arthropoda adalah nama lain hewan berbuku-buku. Empat dari lima bagian (yang hidup hari ini) dari spesies hewan adalah arthropoda, dengan jumlah di atas satu juta spesies modern yang ditemukan dan rekor fosil yang mencapai awal Cambrian. Arthropoda biasa ditemukan di laut, air tawar, darat, dan lingkungan udara, serta termasuk berbagai bentuk simbiotis dan parasit. Hampir dari 90% dari seluruh jenis hewan yang diketahui orang adalah Arthropoda. Arthropoda dianggap berkerabat dekat dengan Annelida, contohnya adalah Peripetus di Afrika Selatan (Anonimous, 2010d). Keanekaragaman jenis arthropoda tanah secara meruang-mewaktu berhubungan dengan keadaan faktor lingkungan abiotik pada setiap komunitas tumbuhan yaitu ketebalan serasah, kandungan bahan organik, pH tanah dan suhu udara (Subahar dan Adianto, 2008). Mikroba Tanah Di tanah terdapat milyaran mikrobia misalnya bakteri, fungi, alga, protozoa, dan virus. Tanah merupakan lingkungan hidup yang amat kompleks. Kotoran dan jasad hewan serta jaringan tumbuhan akan terkubur dalam tanah. Semuanya memberi konstribusi dalam menyuburkan tanah. Proses penyuburan tanah ini dibantu oleh mikrobia. Tanpa mikrobia, semua jasad tidak akan hancur. Salut untuk mikrobia tanah yang mampu menyeimbangkan kelangsungan hidup di bumi. Jumlah dan jenis mikrobia dalam tanah bergantung pada jumlah dan jenis, kelembaban, tingkat aerasi, suhu, pH, dan pengolahan dapat menambah jumlah mikrobia tanah. Mikrobia tanah berupa bakteri melalui metode hitungan mikroskopik langsung berjumlah milyaran setiap gram tanah, sedangkan hitungan agar cawan diperoleh jutaan. Bakteri umumnya bersifat heterotrof. Contohnya Actinomycetes yang mencakup jenis-jenis Nocardia, Streptomyces, dan Micromonospora. Organisme ini yang menyebabkan bau khas tanah. Actinomycetes berperan menambah kesuburan tanah dengan mengurai senyawa-senyawa kompleks dan mampu membentuk senyawa antibiotik namun jumlahnya sedikit. Antibiotik ini terdapat di sekitar sel-sel Actinomycetes saja. Sedangkan Cyanobacteria berperan dalam transformasi batubatuan menjadi tanah dan asam-asam yang terbentuk dalam proses metabolisme dapat melarutkan mineral-mineral bebatuan. Fungi berjumlah antara ratusan sampai ribuan per gram tanah. Fungi berperan dalam meningkatkan struktur fisik tanah dan dekomposisi bahan-bahan organik kompleks dari jaringan tumbuhan seperti selulosa, lignin, dan pektin. Contohnya Penicillium, Mucor, Rhizopus, Fusarium, Cladosporium, Aspergillus, dan Trichomonas. Populasi alga lebih sedikit dibanding fungi dan bakteri. Alga berperan dalam mengakumulasi bahan-bahan organik akibat aktivitas fotosintetik dan bila berasosiasi dengan fungi akan merombak bebatuan menjadi tanah. Misalnya Chlorophyta (alga hijau) dan Chrysophyta (diatom). Rhizosfer merupakan tempat pertemuan antara tanah dengan akar tumbuhan. Jumlah mikrobia di daerah perakaran lebih banyak dibanding tanah yang tidak terdapat perakaran, karena di daerah perakaran terdapat nutrien-nutrien seperti asam amino dan vitamin yang disekresikan oleh jaringan akar. Tanah dapat menyuburkan dirinya sendiri karena keberadaan mikroba tanah. Ungkapan ini tidak berlebihan apabila kita mengamati kehidupan mikroba di dalam tanah yang bermanfaat memperbaiki kesuburan tanah. Saat ini sudah dikenali sekitar dua juta mikroba tanah. Dari sekian mikroba yang ditemukan, ada yang memiliki aktivitas pendukung kesuburan tanaman -- sebagai pelarut P, pengikat N bebas, penghasil faktor tumbuh, perombak bahan organik. Juga ada mikroba yang menghasilkan biopestisida, perombak bahan kimia agro (pestisida), mikroba resisten logam berat (pengakumulasi dan pereduksi), mikroba perombak sianida, dan mikroba agen denitrifikasi-nitrifikasi. Tanah adalah habitat yang sangat kaya akan keragaman mikroorganisme seperti bakteri, aktinomicetes, fungi, protozoa, alga dan virus. Tanah-tanah pertanian yang subur mengandung lebih dari 100 juta mikroba per gram tanah. Produktivitas dan daya dukung tanah tergantung pada aktivitas mikroba-mikroba tersebut. Sebagian besar mikroba tanah memiliki peranan yang menguntungan bagi pertanian. Mikroba tanah antara lain berperan dalam mendegradasi limbah-limbah organik pertanian, re-cycling hara tanaman, fiksasi biologis nitrogen dari udara, pelarutan fosfat, merangsang pertumbuhan tanaman, biokontrol patogen tanaman, membantu penyerapan unsur hara tanaman, dan membentuk simbiosis menguntungan. Tiga unsur hara esensial bagi tanaman, yaitu Nitrogen (N), fosfat (P), dan kalium (K) seluruhnya melibatkan aktivitas mikroba tanah. Hara N sebenarnya tersedia melimpah di udara. Kurang lebih 74% kandungan udara adalah N. Namun, N udara tidak dapat langsung diserap oleh tanaman. Tidak ada satupun tanaman yang dapat menyerap N dari udara. N harus difiksasi/ditambat oleh mikroba tanah dan diubah bentuknya menjadi tersedia bagi tanaman. Mikroba penambat N ada yang bersimbiosis dengan tanaman dan ada pula yang hidup bebas di sekitar perakaran tanaman. Mikroba tanah lain yang berperan di dalam penyediaan unsur hara tanaman adalah mikroba pelarut fosfat (P) dan kalium (K). Tanah-tanah yang lama diberi pupuk superfosfat (TSP/SP 36) umumnya kandungan P-nya cukup tinggi (jenuh). Namun, hara P ini sedikit/tidak tersedia bagi tanaman, karena terikat pada mineral liat tanah yang sukar larut. Di sinilah peranan mikroba pelarut P. Mikroba ini akan melepaskan ikatan P dari mineral liat tanah dan menyediakannya bagi tanaman. Banyak sekali mikroba yang mampu melarutkan P, antara lain: Aspergillus sp, Penicillium sp, Zerowilia lipolitika, Pseudomonas sp. Mikroba yang berkemampuan tinggi melarutkan P, umumnya juga berkemampuan tinggi dalam melarutkan K. Beberapa mikroba tanah juga mampu menghasilkan hormon tanaman yang dapat merangsang pertumbuhan tanaman. Hormon yang dihasilkan oleh mikroba akan diserap oleh tanaman sehingga tanaman akan tumbuh lebih cepat atau lebih besar. Kelompok mikroba yang mampu menghasilkan hormon tanaman, antara lain: Pseudomonas sp dan Azotobacter sp. Mikroba-mikroba tanah yang bermanfaat untuk melarutkan unsur hara, membantu penyerapan unsur hara, maupun merangsang pertumbuhan tanaman diformulasikan dalam bahan pembawa khusus dan digunakan sebagai biofertilizer untuk pertanian. Hasil-hasil temuan bioteknologi terbaru, mikroba antagonis seperti penyakit tular tanah dapat diubah secara alamiah menjadi mikroba yang mempunyai kemampuan menyediakan unsurunsur hara bagi tanaman dan melawan penyakit, karena berperan sebagai produser antibiotik alias dokter tanaman untuk penyakit tular tanah. Mikroba tersebut diperoleh dengan cara isolasi dari alam yang kemudian diperbanyak di laboratorium dan kemudian dapat dipakai sebagai bahan pupuk hayati. Misalnya Trichoderma dan Gliocladium, kedua mikroba ini berperan pentiong dalam ketersediaan nutrisi tanaman dalam tanah. Bio-aktifator yang berisi mikroba Trichoderma dan Gliocladium sangat bermanfaat bagi tanaman, khususnya dalam proses: 1. Mempercepat pematangan pupuk kandang dan meningkatkan kesuburan tanah. 2. Meningkatkan ketegaran bibit tanaman 3. Meningkatkan ketahanan tanaman terhadap serangan penyakit layu (Fusarium sp) dan layu bakteri (pseukdomonas sp) serta penyakit busuk daun (Phytophthora sp), terutama pada tanaman tomat, cabai, kubis dan kentang. 4. Mencegah terjadinya serangan penyakit rebah kecambah (Pythium sp) dan Rhizoctonia, dan akar gada (Plasmodiophora sp) pada pesemaian. Fungsi Ekosistem Tanah Respirasi Tanah Respirasi mikroorganisme tanah mencerminkan tingkat aktivitas mikroorganisme tanah. Pengukuran respirasi (mikroorganisme) tanah merupakan cara yang pertama kali digunakan untuk menentukan tingkat aktifitas mikroorganisme tanah. Pengukuran respirasi telah mempunyai korelasi yang baik dengan parameter lain yang berkaitan dengan aktivitas mikroorganisme tanah seperti bahan organik tanah, transformasi N, hasil antara, pH dan rata-rata jumlah mikroorganisrne (Iswandi, 1989). Penetapan respirasi tanah didasarkan pada penetapan : (1). Jumlah CO2 yang dihasilkan, dan (2) Jumlah O2 yang digunakan oleh mikroba tanah. Pengukuran respirasi ini berkorelasi baik dengan peubah kesuburan tanah yang berkaitar dengan. aktifitas mikroba seperti: (1) Kandungan bahan organic; (2) Transformasi N atau P, (3) Hasil antara, (4) pH, dan (5) Rata-rata jumlah mikroorganisme (Andre, 2010). Respirasi tanah merupakan suatu proses yang terjadi karena adanya kehidupan mikrobia yang melakukan aktifitas hidup dan berkembang biak dalam suatu masa tanah. Mikrobia dalam setiap aktifitasnya membutuhkan O2 atau mengeluarkan CO2 yang dijadikan dasar untuk pengukuran respirasi tanah. Laju respirasi maksimum terjadi setelah beberapa hari atau beberapa minggu populasi maksimum mikrobia dalam tanah, karena banyaknya populasi mikrobia mempengaruhi keluaran CO2 atau jumlah O2 yang dibutuhkan mikrobia. Oleh karena itu, pengukuran respirasi tanah lebih mencerminkan aktifitas metabolik mikrobia daripada jumlah, tipe, atau perkembangan mikrobia tanah (Ragil, 2009). Adapun cara penetapan tanah di laboratorium lebih disukai. Prosedur di laboratorium meliputi penetapan pemakaian O2 atau jumlah CO2 yang dihasilkan dari sejumlah contoh tanah yang diinkubasi dalam keadaan yang diatur di laboratorium. Dua macam inkubasi di laboratorium adalah : 1) Inkubasi dalam keadaan yang stabil (steady-stato), 2) Keadaan yang berfluktuasi Untuk keadaan yang stabil, kadar air, temperatur, kecepatan, aerasi, dan pengaturan ruangan harus dilakukan dengan sebaik mungkin. Peningkatan respirasi terjadi bila ada pembasahan dan pengeringan, fluktuasi aerasi tanah selama inkubasi. Oleh karena itu, peningkatan respirasi dapat disebabkan oleh perubahan lingkungan yang luar biasa. Hal ini bisa tidak mencerminkan keadaan aktivitas mikroba dalam keadaan lapang, cara steady-stato telah digunakan untuk mempelajari dekomposisi bahan organik, dalam penelitian potensi aktivitas mikroba dalam tanah dan dalam perekembangan penelitian (Iswandi, 1989). Respirasi Tanah merupakan pencerminan populasi dan aktifitas mikroba tanah. Metode respirasi tanah masih sering digunakan karena cukup peka, konsisten, sederhana dan tidak memerlukan alat yang canggih dan mahal. Pengukuran respirasi tanah ditentukan berdasarkan keluaran CO2 atau jumlah O2 yang dibutuhkan oleh mikrobia. Laju respirasi maksimum biasanya terjadi setelah beberapa hari atau beberapa hari atau beberapa minggu populasi maksimum mikrobia. Oleh karena itu pengukuran respirasi tanah lebih mencerminkan aktifitas metabolik mikrobia daripada jumlah, tipe atau perkembangan mikrobia tanah. Respirasi mikroorganisme tanah mencerminkan tingkat aktivitas mikroorganisme tanah. Pengukuran respirasi (mikroorganisme) tanah merupakan cara yang pertama kali digunakan untuk menentukan tingkat aktifitas mikroorganisme tanah. Pengukuran respirasi telah mempunyai korelasi yang baik dengan parameter lain yang berkaitan dengan aktivitas mikroorganisme tanah seperti bahan organik tanah, transformasi N, hasil antara, pH dan rata-rata jumlah mikroorganisrne (Iswandi, 1989). CO2 yang Dilepaskan Akar Tanaman Tanah merupakan media tumbuh bagi tanaman yang di dalamnya terdapat akar tanaman dan berbagai macam mikroorganisme. Mikroorganisme dalam tanah biasanya terkonsentrasi pada daerah sekitar perakaran karena akar mengeluarkan beerbagai sekresi yang disebut dengan eksudat. Akar tanaman dan mikroorganisme tanah berinteraksi dalam penyerapan unsur hara yang terjadi di rizosfer. Interaksi yang terjadi setiap panjang akar dan umur tanaman berbeda-beda sehingga pemberian unsur hara tambahan yang akan diberikan harus dilakukan pada kondisi yang tepat. Aktivitas mikroorganisme dapat diketahui dengan mengukur respirasi dan biomassa karbon mikroorganisme (C-organik) tanah (Annisa, 2008). Respirasi dapat digolongkan menjadi dua jenis berdasarkan ketersediaan O2 di udara, yaitu respirasi aerob dan respirasi anaerob. Respirasi aerob merupakan proses respirasi yang membutuhkan O2, sebaliknya respirasi anaerob merupakan proses repirasi yang berlangsung tanpa membutuhkan O2. Respirasi banyak memberikan manfaat bagi tumbuhan. Manfaat tersebut terlihat dalam proses respirasi dimana terjadi proses pemecahan senyawa organik, dari proses pemecahan tersebut maka dihasilkanlah senyawasenyawa antara yang penting sebagai pembentuk tubuh meliputi asam amino untuk protein; nukleotida untuk asam nukleat; dan prazat karbon untuk pigmen profirin (seperti klorofil dan sitokrom), lemak, sterol, karotenoid, pigmen flavonoid seperti antosianin, dan senyawa aromatik tertentu lainnya, seperti lignin. Primary Production Processes in Soils: Roots and Rhizosphere Associates Rhizosphere adalah daerah-sempit dalam tanah yang secara langsung dipengaruhi sekresi akar dan mikroba tanah yang berhubungan dengannya. Tanah yang bukan baguian dari rizosfir lasimnya disebut dengan istilah “bulk soil”. The rhizosphere contains many bacteria that feed on sloughed-off plant cells, termed rhizodeposition, and the proteins and sugars released by roots. Protozoa and nematodes that graze on bacteria are also more abundant in the rhizosphere. Thus, much of the nutrient cycling and disease suppression needed by plants occurs immediately adjacent to roots. Distribusi mikroba dalam Rizosfer (Sumber: http://heartspring.net/images/rhizosphere_micro_organis ms.jpg ..... diunduh 26/6/2011) Akar merupakan organ tumbuhan yang tugas utamanya adalah menyerap air dan unsure hara dari dalam tanah. Selain itu ternyata akar juga mampu melepaskan beragam senyawa organic dan anorganik ke lingkungan akar. Perubahan sifat kimia tanah yang berhubungan dengan adanya eksudat akar ini dan produk mikroba yang terkait merupakan factor penting yang mempengaruhi populasi mikroba, ketersediaan hara, kel;arutan unsur toksik dalam rizosfir, dan dengan demikian mempengaruhi kemampuan tanaman untuk berinteraksi dengankondisi kimia tanah yang buruk. Deposisi senyawa organic rizosfir termasuk lysates, yang dibebaskan oleh autolysis sel dan jaringan yang mati, eksudat akar, yang dilepaskan sevara pasif (difusat) atau secara aktif (sekresi) dari sel-sel akar yang masih hidup. Model mekanisme yang terlibat dalam pelepasan eksudat akar. Sumber: http://wwwmykopat.slu.se/Newwebsite/kurser/SUMMER05/READING/Roemh eld/NeumannRoemheld2.pdf ..... diunduh 26/6/2011 Root exudates detected in higher plants Kelompok senyawa Sugars Amino acids and amides Aliphatic Komponen tunggalnya Arabinose, glucose, fructose, galactose, maltose, raffinose, rhamnose, ribose, sucrose, xylose all 20 proteinogenic amino acids, aminobutyric acid, homoserine, cysrathionine, mugineic acid phytosiderophores (mugineic acid, deoxy-mugineic acid, hydroxymugineic acid, epi-hydroxymugineic acid, avenic acid, distichonic acid A) Formic, acetic, butyric, popionic, malic, citric, acids Aromatic acids Miscellaneous phenolics Fatty acids Sterols Enzymes Micellaneous isocitric, oxalic, fumaric, malonic, succinic, maleic, tartaric, oxaloacetic, pyruvic, oxoglutaric, maleic, glycolic, shikimic ,cis-aconitic, trans-aconitic, valeric, gluconic p-hydroxybenzoic, caffeic, p-coumaric, ferulic, gallic, gentisic, protocatechuic, salicylic, sinapic, syringic Flavonols, flavones, flavanones, anthocyanins, isoflavonoids Linoleic, linolenic, oleic, palmitic, stearic Campestrol, cholesterol, sitosterol, stigmasterol Amylase, invertase, cellobiase, desoxyruibonuclease, ribonuclease, acid phosphatase, phytase, pyrophosphatase apyrase, peroxidase, protease. Vitamins, plant growth regulators (auxins, cytokinins, gibberellins), alkyl sulphides, ethanol, H+,K+ Nitrate, Phosphate, HCO3 Sumber: J. Rioval, and A.D.Hanson, 1993. Evidence for a large and sustained glycolytic flux to lactate in anoxic roots of some members of the halophytic genus Limonium. Plant Physiol. 101: 553. Peranan eksudat akar sebagai ‘signaling molecules’ untuk merangsang mycorrhizae atau sebagai sumber phytohormone bagi bakteri tanah (Marschner, 1995). (Sumber: http://edu.griggbrothers.com/uploads/1/Rootgraphic_Page_1.jp g ….. diunduh 27/6/2011) Mekanisme eksklusi Al dasn detoksifikasinya di ujung akar. Sumber: http://wwwmykopat.slu.se/Newwebsite/kurser/SUMMER05/READING/Roemh eld/NeumannRoemheld2.pdf ..... diuinduh 26/6/2011 Model for mechanisms involved in aluminium (Al) exclusion and detoxification at the root apex. A Enhanced solubilization of mononuclear Al species from Al oxides and Al silicates in the soil matrix at pH < 5.0. B Al-induced stimulation of carboxylate exudation via anion channels, charge-balanced by concomitant release of K+. C Formation of Al-carboxylate complexes in the apoplasm; restricted root uptake and lower toxicity of complexed Al. D Al complexation in the mucilage layer (polygalacturonates) and with Al-binding polypeptides. Increased accumulation of Al-chelating carboxylates in the mucilage layer due to limited diffusion. Proposed role of organic acid metabolism (citrate) in genotypcal differences of rice in adaptation to high levels of soil bicarbonate and low Zn availability (H. Marschner, Mechanisms of manganese acquisition by roots from soils. In: R. Graham, R.J. Hannam, and N.C. Uren (eds., pp. 191, Manganese in soils and plants. Kluwer Academic Publishers, Norwell, Mass. USA (1988).). Model mobilisasi Fe dan unsure mikro lainnya (Zn, Mn, Cu) dalam rizosfer tanaman gramine Sumber: http://wwwmykopat.slu.se/Newwebsite/kurser/SUMMER05/READING/Roemh eld/NeumannRoemheld2.pdf ….. diunduh 27/6/2011) Model for root-induced mobilization of iron and other micronutrients (Zn, Mn, Cu) in the rhizosphere of graminaceous (strategy II) plants (Marschner, 1995). Enhanced biosynthesis of mugineic acids (phytosiderophores, PS) in the root tissue A Biosynthesis of PS B Exudation of PS anions by vesicle transport or via anion channels, charge-balanced by concomitant release of K+. C PS-induced mobilization of FeIII (MnII, ZnII, CuII) in the rhizosphere by ligand exchange. D Uptake of Metal-PS complexes by specific transporters in the plasma membrane. E Ligand exchange between microbial (M) siderophores (SID) with PS in the rhizosphere. F Alternative uptake of microelements mobilized by PS after chelate splitting. Model defisiensi Fe yang dipicu oleh perubahan fisiologi akar dan kimiawi rizosfer Sumber: http://wwwmykopat.slu.se/Newwebsite/kurser/SUMMER05/READING/Roemh eld/NeumannRoemheld2.pdf ….. diunduh 27/6/2011) Model for iron (Fe) deficiency-induced changes in root physiology and rhizosphere chemistry associated with Fe acquisition in strategy I plants (Marschner, 1995). A Stimulation of proton extrusion by enhanced activity of the plasmalemma ATPase --- FeIII solubilization in the rhizosphere. B Enhanced exudation of reductants and chelators (carboxylates, phenolics) mediated by diffusion or anion channels --- Fe solubilization by FeIII complexation and FeIII reduction. C Enhanced activity of plasma membrane (PM)-bound FeIII reductase further stimulated by rhizosphere acidification (A). Reduction of FeIII chelates, liberation of FeII. D Uptake of FeII by a PM-bound FeII transporter. Model defisiensi P yang dipicu oleh perubahan fisiologis yang berkaitan dengan pelepasan eksudat akar yang memobilisasi P. Sumber: http://www-ykopat.slu.se/Newwebsite/kurser/SUMMER05/ READING/Roemheld/NeumannRoemheld2.pdf ….. diunduh 27/6/2011) Model for phosphorus (P) deficiency-induced physiological changes associated with the release of P-mobilizing root exudates in cluster roots of white lupin. Solid lines indicate stimulation, and dotted lines inhibition of biochemical reaction sequences or metabolic pathways in response to P deficiency. SS = Sucrose synthase; FK = Fructokinase; PGM = Phosphoglucomutase; PEP = Phosphoenolpyruvate; PEPC = PEP-carboxylase; MDH = Malate dehydrogenase; ME = Malic enzyme; CS = Citrate synthase; PDC = Pyruvate decarboxylase; ALDH = alcohol dehydrogenase; E-4-P = Erythrose-4phosphate; DAHP = Dihydroxyacetonephosphate; APase = Acid phosphatase. Secondary Production: Activities and Functions Organisms--Microbes of Heterotrophic Secondary Production: Activities and Functions of Heterotrophic Organisms--The Soil Fauna Dekomposisi dan Siklus Hara Dekomposisi bahan organik Karbon didaur secara aktif antara CO2 anorganik dan macam-macam Metabolisme bahan ototrof organik jasad penyusun fotosintetik dan sel hidup. khemolitotrof menghasilkan produksi primer dari perubahan CO2 anorganik menjadi C-organik. Metabolisme respirasi dan fermentasi mikroba heterotrof mengembalikan CO2 anorganik ke atmosfer. Proses perubahan dari C-organik menjadi anorganik pada dasarnya adalah upaya mikroba dan jasad lain untuk memperoleh energi. Pada proses peruraian bahan organik dalam tanah ditemukan beberapa tahap proses. Hewan-hewan tanah termasuk cacing tanah memegang peranan penting pada penghancuran bahan organik pada tahap awal proses. Bahan organik yang masih segar akan dihancurkan secara fisik atau dipotong-potong sehingga ukurannya menjadi lebih kecil. Perubahan selanjutnya dikerjakan oleh mikroba. Ensim-ensim yang dihasilkan oleh mikroba merubah senyawa organik secara kimia, hal ini ditandai pada bahan organik yang sedang mengalami proses peruraian maka kandungan zat organic yang mudah terurai akan menurun dengan cepat. Unsur karbon menyusun kurang lebih 45-50 persen dari bobot kering tanaman dan binatang. Apabila bahan tersebut dirombak oleh mikroba, O2 akan digunakan untuk mengoksidasi senyawa organik dan akan dibebaskan CO2. Selama proses peruraian, mikroba akan mengasimilasi sebagian C, N, P, S, dan unsur lain untuk sintesis sel, jumlahnya berkisar antara 1070 % tergantung kepada sifat-sifat tanah dan jenis-jenis mikroba yang aktif. Setiap 10 bagian C diperlukan 1 bagian N (nisbah C/N=10) untuk membentuk plasma sel. Dengan demikian C-organik yang dibebaskan dalam bentuk CO2 dalam keadaan aerobik hanya 60-80 % dari seluruh kandungan karbon yang ada. Hasil perombakan mikroba proses aerobik meliputi CO2, NH4, NO3, SO4, H2PO4. Pada proses anaerobik dihasilkan asam-asam organik, CH4, CO2, NH3, H2S, dan zatzat lain yang berupa senyawa tidak teroksidasi sempurna, serta akan terbentuk biomassa tanah yang baru maupun humus sebagai hasil dekomposisi yang relatif stabil. Secara total, reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut: (CH2O)x + O2 CO2 + H2O + hasil antara + nutrien+ humus +sel + energi Bahan organik Hubungan Antara Air, Tanah, Dan Organisme Dalam Dekomposisi Bahan Organik Tanah Untuk hidupnya, manusia perlu berbagai macam tumbuhan untuk berbagai keperluannya, begitu pula hewan bahkan mikroorganisme yang memiliki berbagai fungsi di tubuh manusia. Sementara itu, kebutuhan abiotik pun juga sangat beragam seperti air, mineral, batu, pasir, tanah, udara, dan sebagainya. Contoh-contoh tersebut baru menunjukkan hubungan secara langsung. Hubungan secara tidak langsung akan dapat menunjukkan betapa makhluk hidup tidak dapat berdiri sendiri dan saling terkait. Sebagai contoh, mikroorganisme pendekomposisi sampah. Jika mikroorganisme tersebut tidak ada, siklus berbagai unsur di alam akan terhambat, dan akhirnya akan menimbulkan ketidakseimbangan ekosistem. Dekomposasi atau pembusukan adalah proses ketika makhluk-makhluk pembusuk seperti jamur dan mikroorganisme mengurai tumbuhan dan hewan yang mati dan mendaur ulang material-material serta nutrisi-nutrisi yang berguna. Seresah yaitu tumpukan dedaunan kering, rerantingan, dan berbagai sisa vegetasi lainnya di atas lantai hutan atau kebun. Serasah yang telah membusuk (mengalami dekomposisi) berubah menjadi humus (bunga tanah), dan akhirnya menjadi tanah. Lapisan serasah juga merupakan dunia kecil di atas tanah, yang menyediakan tempat hidup bagi berbagai makhluk terutama para dekomposer. Berbagai jenis kumbang tanah, lipan, kaki seribu, cacing tanah, kapang dan jamur serta bakteri bekerja keras menguraikan bahan-bahan organik yang menumpuk, sehingga menjadi unsur-unsur yang dapat dimanfaatkan kembali oleh makhluk hidup lainnya. Siklus Karbon Siklus karbon adalah siklus biogeokimia dimana karbon dipertukarkan antara biosfer, geosfer, hidrosfer, dan atmosfer Bumi (objek astronomis lainnya bisa jadi memiliki siklus karbon yang hampir sama meskipun hingga kini belum diketahui). Dalam siklus ini terdapat empat reservoir karbon utama yang dihubungkan oleh jalur pertukaran. Reservoir-reservoir tersebut adalah atmosfer, biosfer teresterial (biasanya termasuk pula freshwater system dan material non-hayati organik seperti karbon tanah (soil carbon)), lautan (termasuk karbon anorganik terlarut dan biota laut hayati dan non-hayati), dan sedimen (termasuk bahan bakar fosil). Pergerakan tahuan karbon, pertukaran karbon antar reservoir, terjadi karena proses-proses kimia, fisika, geologi, dan biologi yang bermaca-macam. Lautan mengadung kolam aktif karbon terbesar dekat permukaan Bumi, namun demikian laut dalam bagian dari kolam ini mengalami pertukaran yang lambat dengan atmosfer. Siklus karbon di alam (Sumber: http://www.rsc.org/Education/Teachers/Resources/jesei/oceans/fig1. gif ….. diunduh 25/6/2011) Dinamika reaksi karbon dalam tanah Perombakan bahan organic tanah (Sumber: http://www.soils.wisc.edu/courses/SS325/som.gif ….. diunduh 25/6/2011) Jalur perombakan aerobik bahan organic tanah. (Sumber: http://www.agnet.org/images/library/bc53003f4.jpg ….. diunduh 26/6/2011) Jalur perombakan anaerobik bahan organic tanah. (Sumber: http://www.agnet.org/images/library/bc53003f4.jpg ….. diunduh 26/6/2011) Jalur perombakan respirasi fakultatif bahan organik tanah. (Sumber: http://www.agnet.org/images/library/bc53003f4.jpg ….. diunduh 26/6/2011) Jalur perombakan bahan organik tanah pembentukan substansi humat . (Sumber: http://www.agnet.org/images/library/bc53003f4.jpg ….. diunduh 26/6/2011) Mikroba yang terlibat dalam perombakan bahan organic tanah: Mikroba tanah dalam Perombakan karbon (Sumber: http://www.newag.msu.edu/Portals/0/images/NANimages06/726CarmenFig1.gif ..... diunduh 25/6/2011) Peranan bahan organic tanah dalam siklus karbon. Sumber: http://saret.ifas.ufl.edu/publications/bsbc/chap4.htm ..... diunduh 25/6/2011) Siklus Nitrogen Siklus nitrogen adalah suatu proses konversi senyawa yang mengandung unsur nitrogen menjadi berbagai macam bentuk kimiawi yang lain. Transformasi ini dapat terjadi secara biologis maupun non-biologis. Beberapa proses penting pada siklus nitrogen, antara lain fiksasi nitrogen, mineralisasi, nitrifikasi, denitrifikasi. Walaupun terdapat sangat banyak molekul nitrogen di dalam atmosfir, nitrogen dalam bentuk gas tidaklah reaktif.[1] Hanya beberapa organisme yang mampu untuk mengkonversinya menjadi senyawa organik dengan proses yang disebut fiksasi nitrogen. Fiksasi nitrogen yang lain terjadi karena proses geofisika, seperti terjadinya kilat. Kilat memiliki peran yang sangat penting dalam kehidupan, tanpanya tidak akan ada bentuk kehidupan di bumi. Walaupun demikian, sedikit sekali makhluk hidup yang dapat menyerap senyawa nitrogen yang terbentuk dari alam tersebut. Hampir seluruh makhluk hidup mendapatkan senyawa nitrogen dari makhluk hidup yang lain. Oleh sebab itu, reaksi fiksasi nitrogen sering disebut proses topping-up atau fungsi penambahan pada tersedianya cadangan senyawa nitrogen. Vertebrata secara tidak langsung telah mengonsumsi nitrogen melalui asupan nutrisi dalam bentuk protein maupun asam nukleat. Di dalam tubuh, makromolekul ini dicerna menjadi bentuk yang lebih kecil yaitu asam amino dan komponen dari nukleotida, dan dipergunakan untuk sintesis protein dan asam nukleat yang baru, atau senyawa lainnya. Sekitar setengah dari 20 jenis asam amino yang ditemukan pada protein merupakan asam amino esensial bagi vertebrata, artinya asam amino tersebut tidak dapat dihasilkan dari asupan nutrisi senyawa lain, sedang sisanya dapat disintesis dengan menggunakan beberapa bahan dasar nutrisi, termasuk senyawa intermediat dari siklus asam sitrat. Asam amino esensial disintesis oleh organisme invertebrata, biasanya organisme yang mempunyai lintasan metabolisme yang panjang dan membutuhkan energi aktivasi lebih tinggi, yang telah punah dalam perjalanan evolusi makhluk vertebrata. Nukleotida yang diperlukan dalam sintesis RNA maupun DNA dapat dihasilkan melalui lintasan metabolisme, sehingga istilah "nukleotida esensial" kurang tepat. Kandungan nitrogen pada purina dan pirimidina yang didapat dari asam amino glutamina, asam aspartat dan glisina, layaknya kandungan karbon dalam ribosa dan deoksiribosa yang didapat dari glukosa. Kelebihan asam amino yang tidak digunakan dalam proses metabolisme akan dioksidasi guna memperoleh energi. Biasanya kandungan atom karbon dan hidrogen lambat laun akan membentuk CO2 atau H2O, dan kandungan atom nitrogen akan mengalami berbagai proses hingga menjadi urea untuk kemudian diekskresi. Setiap asam amino memiliki lintasan metabolismenya masing-masing, lengkap dengan perangkat enzimatiknya. Gas nitrogen banyak terdapat di atmosfer, yaitu 80% dari udara. Nitrogen bebas dapat ditambat/difiksasi terutama oleh tumbuhan yang berbintil akar (misalnya jenis polongan) dan beberapa jenis ganggang. Nitrogen bebas juga dapat bereaksi dengan hidrogen atau oksigen dengan bantuan kilat/ petir. Tumbuhan memperoleh nitrogen dari dalam tanah berupa amonia (NH3), ion nitrit (N02- ), dan ion nitrat (N03- ). Beberapa bakteri yang dapat menambat nitrogen terdapat pada akar Legum dan akar tumbuhan lain, misalnya Marsiella crenata. Selain itu, terdapat bakteri dalam tanah yang dapat mengikat nitrogen secara langsung, yakni Azotobacter sp. yang bersifat aerob dan Clostridium sp. yang bersifat anaerob. Nostoc sp. dan Anabaena sp. (ganggang biru) juga mampu menambat nitrogen. Nitrogen yang diikat biasanya dalam bentuk amonia. Amonia diperoleh dari hasil penguraian jaringan yang mati oleh bakteri. Amonia ini akan dinitrifikasi oleh bakteri nitrit, yaitu Nitrosomonas dan Nitrosococcus sehingga menghasilkan nitrat yang akan diserap oleh akar tumbuhan. Selanjutnya oleh bakteri denitrifikan, nitrat diubah menjadi amonia kembali, dan amonia diubah menjadi nitrogen yang dilepaskan ke udara. Dengan cara ini siklus nitrogen akan berulang dalam ekosistem. SIklus nitrogen di alam (Sumber: http://soilcarboncenter.kstate.edu/newsletters/11_30_07_files/image004.jpg ..... diunduh 25/6/2011) Transformasi nitrogen (N) oleh Mikroba Unsur N adalah komponen utama protoplasma, terdapat dalam jumlah besar dalam bentuk teroksidasi. Bahan yang mengandung N dapat mengalami amonifikasi, nitrifikasi, dan denitrifikasi, tergantung bentuk senyawa-N dan lingkungannya. Beberapa reaksi 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 sebagai gas N2 yang merupakan sumber utama N. Untuk memecahkan ikatan rangkap 3 N=N diperlukan energi yang besar, berarti penggunaan N2 adalah proses yang memerlukan energi besar. Hanya sejumlah kecil jasad yang dapat menggunakan N2 dalam proses penambatan (fiksasi) N2, yang menyebabkan N lebih mudah digunakan yaitu dalam bentuk amonia dan nitrat. Oleh karena N2 gas merupakan sumber utama N maka penambatan N2 secara ekologis sangat penting. Dalam daur N secara global terjadi pemindahan dari atmosfer ke dalam tanah. Sebagian gas N berupa oksida (N2O), dan sebagian lain berbentuk gas NH3. Pemindahan antara tanah dan air terutama sebagai N-organik, ion ammonium, dan ion nitrat. a. Penambatan Nitrogen (N2) oleh Bakteri Tanah Penambatan N2 dapat terjadi secara simbiotik, nonsimbiotik, dan kimia. Nitrogenase adalah ensim utama dalam penambatan N2 udara secara biologis. Ensim ini mempunyai dua macam protein, yang satu mengandung Mo dan Fe dan yang lain mengandung Fe. Ensim ini sangat sensitif terhadap O2 dan aktivitasnya memerlukan tekanan O2 sangat rendah. Selain itu juga diperlukan ATP, feredoksin, pereduksi dan mungkin sitokrom dan koensim. Reaksinya adalah sebagai berikut: N2 + 6 e- 2 NH3 (Δ G= 15 Kkal) Reaksi ini memerlukan energi karena G bernilai positif. Amonia yang dibebaskan diasimilasi menjadi asam amino yang selanjutnya disusun menjadi protein. Dalam lingkungan tanah, penambatan N2 terbesar dilakukan oleh bakteri Rhizobium (Bakteri yang bersimbiosis dalam perakaran legum). Jumlah N2 yang ditambat oleh bakteri ini 2-3 kali lebih besar daripada oleh jasad nonsimbiotik. Bakteri Rhizobium yang bersimbiosis dengan akar tanaman kedelai atau alfalfa dapat menambat lebih dari 300 kg N/ha/th, sedang penambat N yang hidup bebas Azotobacter hanya mampu menambat 0.5-2.5 kg N/ha/th. Selain Azotobacter, bakteri lain yang dapat menambat N2 udara adalah spesies-spesies Beijerinckia, Chromatium, Rhodopseudomonas, Rhodospirillum, Rhodomicrobium, Chlorobium, Chloropseudomonas, Desulfovibrio, Desulfotomaculum, Klebsiella, Bacillus, Clostridium, Azospirillum, Pseudomonas, Vibrio, Thiobacillus, dan Methanobacillus. Kecepatan penambatan N2 udara oleh jasad non-simbiotik kecil, tetapi mikroba ini distribusinya dalam tanah tersebar luas, sehingga peranannya penting. Kecepatan penambatan N2 udara oleh Azotobacter dan Azospirillum lebih tinggi di daerah rhizosfer daripada dalam tanah di luar daerah perakaran. Hal ini disebabkan karena adanya bahan organik dari eksudat akar. Pada lingkungan tanah tergenang, sianobakteria seperti Anabaena dan Nostoc merupakan jasad yang paling penting dalam menambat N2 udara. Sebagian sianobakteria membentuk heterosis yang memisahkan nitrogenase yang sensitive terhadap O2 dari ekosistem yang menggunakan O2 (lingkungan aerobik). Sianobakteria pada tanah sawah yang ditanami padi, dalam keadaan optimum dapat menambat 100150 kg N/ha/tahun. Sianobakteria penambat nitrogen dapat hidup bersimbiosis dengan jasad lain, seperti dengan jamur pada lumut kerak (Lichenes), dengan tanaman air Azolla misalnya Anabaena azollae. b. Amonifikasi Berbagai tanaman, binatang, dan mikroba dapat melakukan proses amonifikasi. Amonifikasi adalah proses yang mengubah N-organik menjadi N-ammonia. Bentuk senyawa N dalam jasad hidup dan sisa-sisa organik sebagian besar terdapat dalam bentuk amino penyusun protein. Senyawa N organik yang lain adalah khitin, peptidoglikan, asam nukleat, selain itu juga terdapat senyawa N-organik yang banyak dibuat dan digunakan sebagai pupuk yaitu urea. Proses amonifikasi dari senyawa N-organik pada prinsipnya merupakan reaksi peruraian protein oleh mikroba. Secara umum proses perombakan protein dimulai dari peran ensim protease yang dihasilkan mikroba sehingga dihasilkan asam amino. Selanjutnya tergantung macam asam aminonya dan jenis mikroba yang berperan maka asam-asam amino akan dapat terdeaminasi melalui berbagai reaksi dengan hasil akhirnya nitrogen dibebaskan sebagai ammonia. Reaksi umumnya adalah sebagai berikut: protease PROTEIN ----------------- deaminasi ASAM AMINO ------------------ NH3 Urea yang mengalami proses amonifikasi akan terhidrolisis oleh adanya ensim urease yang dihasilkan oleh mikroba tanah. Urea yang dimasukkan ke dalam tanah akan mengalami proses amonifikasi sebagai berikut: urease CO(NH2)2 + H2O ---------------------- 2 NH3 + CO2 Dalam keadaan asam dan netral amonia berada sebagai ion amonium. Sebagian amonia hasil amonifikasi dibebaskan sebagai gas NH3 ke atmosfer, sehingga lepas dari sistem tanah. Amonia dan bentuk nitrogen lain di eko-atmosfer dapat mengalami perubahan kimia dan fotokimia, sehingga dapat kembali ke litosfer dan hidrosfer bersama-sama air hujan. Ion amonium dapat diasimilasi tanaman dan mikroba, selanjutnya diubah menjadi asam amino atau senyawa N lain. Di dalam sel, ammonia direaksikan oleh glutamat atau glutamin sintase atau mengalami proses aminasi langsung dengan asam-ketokarboksilat sehingga berubah menjadi asam amino. c. Nitrifikasi Dalam proses nitrifikasi, ammonia (NH3) atau ion NH4+ dioksidasi menjadi nitrit dan nitrat dengan reaksi sebagai berikut: NH4+ + 1,5 H2O --------------- NO2- + 2 H+ + H2O (Δ G = 66 Kkal) NO2- + 0,5 O2 ------------------------- NO3- (Δ G = -17 Kkal) Proses ini dilakukan oleh mikroba khemoototrof, yang menggunakan energinya untuk asimilasi karbon dalam bentuk CO2. Kedua langkah reaksi yang menghasilkan energy ini dilakukan oleh jasad yang berbeda, tetapi reaksinya berlangsung bersamaan sehingga jarang terjadi akumulasi NO2-. Dalam reaksi tersebut dihasilkan ion H+, sehingga ada kemungkinan dapat menurunkan pH lingkungan. Di dalam tanah, genus utama pengoksidasi ammonia menjadi nitrit adalah Nitrosomonas dan yang dominan menghasilkan nitrat adalah Nitrobacter. Mikroba lain yang mampu mengoksidasi ammonia menjadi nitrit adalah Nitrospira, Nitrosococcus, dan Nitrosolobus. Selain Nitrobacter, mikroba lain yang mampu mengubah nitrit menjadi nitrat adalah Nitrospira, dan Nitrococcus. Bakteri tanah yang mengoksidasi ammonium menjadi nitrit dan nitrat umumnya mempunyai sifat khemoautotrofik. Kelompok bakteri ini mampu menggunakan senyawa anorganik sebagai satu-satunya sumber energi dan menggunakan CO2 sebagai sumber karbon. Selain itu terdapat mikroba heterotrof baik bakteri maupun jamur juga berperan dalam proses nitrifikasi. d. Reduksi Nitrat (Denitrifikasi) Ion nitrat dapat diubah menjadi bahan organik oleh mikroba melalui proses asimilasi reduksi nitrat. Sekelompok mikroba heterotrof termasuk bakteri, jamur dan algae dapat mereduksi nitrat. Proses ini menggunakan sistem ensim nitrat dan nitrit reduktase, membentuk ammonia 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 proses desimilasi reduksi nitrat, nitrat diubah menjadi bahan tereduksi sedang senyawa organik dioksidasi. Pada keadaan anaerob, reaksi ini lebih banyak menghasilkan energi dibandingkan energi yang dihasilkan oleh reaksi fermentasi. Ada dua tipe desimilasi reduksi nitrat. Sekelompok mikroba fakultatif anaerob seperti Alcaligenes, Escherichia, Aeromonas, Enterobacter, Bacillus, Flavobacterium, Nocardia, Spirillum, Staphylococcus, dan Vibrio mampu mereduksi nitrat menjadi nitrit dalam keadaan anaerob. Nitrit yang dihasilkan diekskresikan, sehingga mikroba dapat mereduksinya melalui hidroksilamin ke ammonium. Ensim yang bekerja pada reaksi tersebut melibatkan sistem ensim nitrat reduktase dan nitrit reduktase. Mikroba denitrificans, pereduksi Thiobacillus nitrat seperti denitrificans dan Paracoccus beberapa Pseudomonas mempunyai tahap reaksi reduksi yang lebih lengkap sebagai berikut: NO3- ------------- NO2- ------------- NO ----------- N2O -------------- N2 Reaksi denitrifikasi ini dapat terjadi dalam keadaan lingkungan anaerob pada tekanan oksigen yang sangat rendah (reduktif). Walaupun demikian denitrifikasi juga dapat terjadi dalam keadaan aerob apabila terdapat mikrohabitat anion. Mikroba denitrifikasi utama di dalam tanah ialah genera Pseudomonas dan Alcaligenes. Mikroba lain yang juga mampu mereduksi nitrat adalah Azospirillum, Rhizobium, Rhodopseudomonas, dan Propionibacterium. Siklus Fosfor Transformasi fosfor oleh 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 ketersediaannya 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 karenanya penggunaan mikroba yang hidup di rhizosfer yang dapat meningkatkan serapan unsur hara tanaman menjadi perhatian utama pada kajian ini. Mikroba yang berperan dalam transformasi P dalam tanah adalah mikoriza yang bersimbiosis dengan perakaran tanaman dan mikroba pelarut fosfat yang hidup bebas di daerah perakaran. a. Mikorhiza Vesikular Arbuskular Mikoriza (VAM) Pada keadaan tanah yang kurang menguntungkan bagi pertumbuhan tanaman, telah ditemukan adanya simbiosis tanaman dengan sejenis jamur yang disebut mikoriza. Mikoriza terdiri atas beberapa macam spesies, simbion untuk tanaman pertanian pada umumnya adalah endomikoriza yang dikenal sebagai vesicular arbuskular mikoriza (VAM). Tanaman memerlukan mikoriza untuk pengambilan unsure hara terutama kemampuannya untuk meningkatkan serapan P, sehingga dapat membantu pertumbuhan tanaman terutama pada tanahtanah kahat P. Vesikular Arbuskular Mikoriza pada akar tanaman Sumber: http://sumarsih07.files.wordpress.com/2008/11/vi-mikrobadan-kesuburan-tanah.pdf ...... diunduh 23/6/2011 Ektomikoriza pada akar tanaman Sumber: http://sumarsih07.files.wordpress.com/2008/11/vi-mikrobadan-kesuburan-tanah.pdf ...... diunduh 23/6/2011 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 adanya miselium jamur mikoriza yang tumbuh keluar dari akar sehingga daya jangkau dan luas permukaan perakaran meningkat, akibatnya dapat memperbesar daya serap akar. Diduga bahwa hifa eksternal mikoriza menyerap ion secara intersepsi dan melalui pertukaran kontak langsung, sehingga penyerapan ion oleh tanaman dengan cara tersebut menjadi lebih besar, sedangkan penyerapan secara difusi dan aliran massa tetap berlangsung. Dengan demikian pada ketersediaan P yang sama, maka tanaman bermikoriza dapat menyerap P yang lebih besar apabila dibandingkan dengan tanaman tanpa mikoriza. Tanaman bermikoriza mempunyai daya serap akar yang lebih besar sehingga mengakibatkan unsur hara yang dapat diserap oleh tanaman 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 ATP, dan ATP merupakan bentuk energi tinggi yang sangat berperanan dalam penyerapan unsure hara secara aktif, sehingga peningkatan serapan fosfor memungkinkan peningkatan serapan unsur hara lain yang diserap secara aktif oleh perakaran tanaman. Mikoriza adalah suatu bentuk hubungan simbiosis mutualistik antara jamur (mykus) tanah kelompok tertentu dan perakaran (rhiza) tumbuhan tingkat tinggi. Berdasarkan struktur tubuhnya dan cara infeksi terhadap tanaman inang, mikoriza dapat dikelompokkan ke dalam 3 golongan besar yaitu Endomikoriza, Ektomikoriza, dan Ektendomikoriza. Endomikoriza lebih dikenal dengan Vesikular Arbuskular Mikoriza atau disingkat VAM, karena pada simbiosis dengan perakaran dapat membentuk arbuskul dan vesikula di dalam akar tanaman. Berdasarkan struktur arbuskul atau vesikula yang dibentuk, maka VAM dapat digolongkan ke dalam 2 sub ordo, yaitu Gigaspoinae dan Glominae. Sub ordo Gigaspoinae terdiri atas satu famili Gigaspoceae yang beranggotakan 2 genus yaitu Gigaspora sp. dan Scutellospora sp. Kedua genus ini tidak membentuk struktur vesikula tetapi hanya membentuk arbuskul apabila berasosiasi dengan akar tumbuhan. Salah satu anggota sub ordo Glominae adalah Glomus sp. Vesikular Arbuskular Mikoriza merupakan simbiosa antara jamur tanah yang termasuk kelompok Endogonales dengan semua tanaman yang termasuk dalam Bryophyta, Pteridophyta, Gymnospermae dan Angiospermae, kecuali pada family Cruciferae, Chenopodiaceae dan Cyperaceae yang belum diketahui adanya simbiosis dengan jamur tersebut. Simbiosis antara tanaman dengan mikoriza terjadi dengan adanya pemberian karbohidrat dari tanaman kepada jamur dan pemberian unsur hara terutama P dari jamur kepada tanaman. Oleh karena itu perkembangan mikoriza pada akar sangat tergantung pada tingkat fotosintesis tanaman inang. Jamur membutuhkan senyawa carbon yang dihasilkan oleh tanaman inang, sehingga kemampuan tanaman senyawa carbon dari hasil untuk mensuplai fotosintesis menentukan keberhasilan tanaman bersimbiosis dengan jamur. Akar tanaman dapat menghasilkan senyawa yang dapat merangsang pertumbuhan jamur VAM. Senyawa tersebut berupa flavonoid yang disebut eupalitin (3,5-dihidroksi-6,7dimetoksi-4-hidroksi flavon) yang dapat merangsang pertumbuhan hifa VAM, selain itu ada senyawa lain yang belum teridentifikasi yang dapat berfungsi sebagai molekul sinyal untuk terjadinya simbiosis tanaman-VAM. Bagian penting dari VAM adalah adanya hifa eksternal yang dibentuk diluar akar tanaman. Hifa ini membantu memperluas daerah penyerapan akar tanaman. Jumlah miselium eksternal dapat mencapai 80 cm per cm panjang akar, yang perkembangannya dipengaruhi oleh keadaan tanah terutama aerasi. Dengan semakin luasnya daerah penyerapan akar maka semakin besar pula daya serap akarnya, sehingga adanya mikoriza pada perakaran tanaman akan dapat meningkatkan penyerapan unsur hara. Penyerapan air oleh akar juga menjadi lebih besar, sehingga tanaman lebih tahan terhadap kekeringan. Manfaat lain adanya mikoriza adalah dapat meningkatkan ketahanan terhadap serangan patogen akar, dan dapat memproduksi hormon dan zat pengatur tumbuh yang menguntungkan bagi pertumbuhan tanaman. Vesikular Arbuskular Mikoriza mempunyai struktur hifa eksternal dan hifa internal, hifa gulung, arbuskul dan vesikula. Hifa jamur mikoriza tidak bersekat, tumbuh diantara sel-sel korteks dan bercabang-cabang di dalam sel tersebut. Di dalam jaringan yang diinfeksi dibentuk hifa yang bergelung-gelung atau bercabang-cabang yang sering disebut arbuskul. Arbuskul merupakan cabang-cabang hifa dikotom, struktur ini akan tampak sebagai massa protoplasma yang berbutir-butir dan bercampur baur dengan protoplasma sel tanaman. Arbuskul mempunyai hifa bercabang halus yang dapat meningkatkan 2-3 kali luas permukaan plasmolema akar, dan diduga berperan sebagai pemindah unsur hara antara jamur dan tanaman inang. Arbuskul dapat dibentuk dua sampai tiga hari setelah infeksi jamur terjadi pada perakaran. Vesikula mengandung lipida, terutama berfungsi sebagai organ penyimpan. Apabila sel kortek rusak, vesikula dapat dibebaskan ke dalam tanah, dan selanjutnya dapat berkecambah dan merupakan propagul infektif. Perakaran yang terinfeksi VAM tidak terjadi perubahan nyata secara fisik, sehingga hanya dapat dideteksi dengan teknik pewarnaan dan diamati dengan mikroskop. Di dalam tanah, mikoriza dapat membentuk spora yang tumbuh satusatu atau berkelompok yang disebut sporokarp. Berdasarkan tipe sporanya, klamidospora, dibedakan yaitu genera yang dapat Glomus, membentuk Sclerocystis, dan Complexipes. Sedangkan yang membentuk asigospora adalah genera Gigaspora, Acaulospora dan Entrophospora. Pengaruh yang menguntungkan dari mikoriza untuk pertumbuhan tanaman, yang menunjukkan bahwa tanaman yang bermikoriza mempunyai berat kering yang lebih besar dari tanaman yang tidak bermikoriza. Tanaman yang bermikoriza tumbuh normal menunjukkan sedangkan gejala defisiensi tanaman P. tanpa Mikoriza mikoriza memperbaiki pertumbuhan tanaman dengan jalan meningkatkan penyerapan unsurunsur hara dari dalam tanah, terutama unsur P. Oleh karena P merupakan hara utama untuk pertumbuhan tanaman, maka pengaruh infeksi mikoriza sangat nyata. Dengan demikian respon pertumbuhan tanaman merupakan akibat langsung ataupun tidak langsung dari perbaikan penyerapan P. Selain itu juga didukung oleh peningkatan serapan unsur-unsur lain, seperti N, S, Zn dan Cu. b. Mikroba Pelarut Fosfat Bakteri yang diketahui dapat melarutkan fosfat adalah bermacam-macam spesies dari genera Bacillus, Pseudomonas, Arthrobacter, Micrococcus, Streptomyces, dan Flavobacterium. Spesies-spesies bakteri yang mempunyai daya tinggi untuk melarutkan fosfat adalah Pseudomonas striata, P. rathonis, Bacillus polymyxa, dan Bacillus megaterium. Semua bakteri tersebut mempunyai kemampuan yang stabil dalam melarutkan P tidak tersedia dalam tanah dan batu fosfat. Kebanyakan bakteri yang dapat melarutkan fosfat adalah bakteri pembentuk spora. Selain bakteri, berbagai jamur yang diketahui dapat melarutkan fosfat adalah bermacammacam spesies dari genera Aspergillus, Penicillium dan khamir. Beberapa varitas dari spesies jamur Aspergillus niger mempunyai daya tinggi untuk melarutkan fosfat. Mikroba pelarut fosfat heterotrof dapat menghasilkan asam-asam organik. Berbagai asam organik tersebut terutama asam-asam hidroksi dapat mengikat secara khelat dan membentuk kompleks yang relatif stabil dengan kation-kation Ca2+, Mg2+, Fe3+, dan Al3+, sehingga fosfat yang semula terikat oleh kation-kation tersebut menjadi terlarut. Beberapa bakteri disamping menghasilkan asam organik non-volatil juga dapat membentuk asam volatil. Asam organik yang dihasilkan oleh satu jenis bakteri dapat bermacam- macam, seperti asam glukonat. Pembentukan asam organik seperti asam-asam karboksilat yang terjadi selama perombakan bahan organik oleh jamur dapat menyebabkan larutnya batu fosfat. Pelarutan batu fosfat dapat diketahui dengan meningkatnya Ca yang terlepas dari batu fosfat. Dari metode tersebut diketahui bahwa pelarutan batu fosfat meningkat terus sampai hari ke 90. Peningkatan jumlah asam karboksilat dan total keasaman organik sebanding dengan peningkatan pelarutan batu fosfat. Beberapa mikroba yang bersifat khemolitotrofik juga berperan dalam proses pelarutan fosfat tidak tersedia dalam tanah. Bakteri kelompok Nitrosomonas dan Thiobacillus berturut-turut dapat menghasilkan asam nitrat dan asam sulfat. Asam-asam tersebut merupakan asam kuat yang mampu melarutkan fosfat yang berbentuk tidak larut. Jaring-jaring makanan dalam tanah: The living part of the soil is just as critical to plant growth as the physical soil structures. Soil microorganisms are the essential link between mineral reserves and plant growth. The cycles that help nutrients to flow from soil to plant are all interdependent and they work only with the help of the living organisms that constitute the soil community. Jaring-jaring makanan dalam tanah (Sumber: http://www.prism.gatech.edu/~gh19/b1510/ecosys.htm ..... diunduh 25/6/2011) Soil organisms, from bacteria and fungi to protozoans and nematodes, on up to mites, springtails and earthworms, perform a vast array of fertility-maintenance tasks. Organic soil management aims at helping soil organisms maintain fertility; conventional (non-organic) soil management merely substitutes a simplified chemical system to provide nutrients to plants. Once a healthy soil ecosystem is disrupted by the excessive use of soluble synthetic fertilizers, restoring it can be a long and costly process. In many cases, the excessive use of energyintensive petroleum-based fertilizers and pesticides has destroyed the biological fertility of soil, so growers use everlarger amounts of these materials to sustain crop growth. Like all living things, the creatures of the soil community need food, water, and air to carry on their activities A basic diet of plenty of organic material, enough moisture, and well-aerated soil will keep their populations thriving. Soil creatures thrive on raw organic matter with a balanced ratio of carbon to nitrogen, about 25 to 30 parts carbon to 1 part nitrogen. Carbon, the form of carbohydrates, is the main course for soil organisms. Given lots of it, they grow quickly scavenging every scrap of nitrogen from the soil system to go with it. That’s why adding lots of high-carbon materials to your soil can cause nitrogen deficiencies in plants. In the long term, carbon is the ultimate fuel for all soil biological activity and therefore of humus formation and productivity. A balance supply of mineral nutrients is also essential for soil organisms, and micronutrients are important to the many bacterial enzymes involved in their biochemical transformations Jaring-jaring makanan dalam tanah (Sumber: http://www.ecowalkthetalk.com/blog/2010/06/14/organicgardening-importance-of-balanced-soils/ ….. diunduh 25/6/2011) Biodiversitas Tanah dan dengan Proses-proses Soil. Keterkaitannya Tanah merupakan suatu bagian dari ekosistem terrestrial yang di dalamnya dihuni oleh banyak organisme yang disebut sebagai biodiversitas tanah. Biodiversitas tanah merupakan diversitas alpha yang sangat berperan dalam mempertahankan sekaligus meningkatkan fungsi tanah untuk menopang kehidupan di dalam dan di atasnya. Pemahaman tentang biodiversitas tanah masih sangat terbatas, baik dari segi taksonomi maupun fungsi ekologinya. Makrofauna tanah merupakan kelompok fauna bagian dari biodiversitas tanah yang berukuran sekitar 2 mm hingga 20 mm. Makrofauna tanah merupakan bagian dari biodiversitas tanah yang berperan penting dalam perbaikan sifat fisik, kimia, dan biologi. Dalam dekomposisi bahan organik, makrofauna tanah lebih banyak berperan dalam proses fragmentasi (comminusi) serta memberikan fasilitas lingkungan (mikrohabitat) yang lebih baik bagi proses dekomposisi lebih lanjut yang dilakukan oleh kelompok mesofauna dan mikrofauna tanah serta berbagai jenis bakteri dan fungi. Peran makrofauna tanah lainnya adalah dalam perombakan materi tumbuhan dan hewan yang mati, pengangkutan materi organik dari permukaan ke dalam tanah, perbaikan struktur tanah, dan proses pembentukan tanah. Dengan demikian makrofauna tanah berperan aktif untuk menjaga kesuburan tanah atau kesehatan tanah. Organisme sebagai bioindikator kualitas tanah bersifat sensitif terhadap perubahan, mempunyai respon spesifik dan ditemukan melimpah di dalam tanah. Salah satu organisme tanah adalah fauna yang termasuk dalam kelompok makrofauna tanah (ukuran > 2 mm) terdiri dari milipida, isopoda, insekta, moluska dan cacing tanah (Wood, 1989). Makrofauna tanah sangat besar peranannya dalam proses dekomposisi, aliran karbon, redistribusi unsur hara, siklus unsur hara, bioturbasi dan pembentukan struktur tanah (Anderson, 1994). Biomasa cacing tanah telah diketahui merupakan bioindikator yang baik untuk mendeteksi perubahan pH, keberadaan molekul organik, kelembaban tanah dan kualitas humus. Rayap berperan dalam pembentukan struktur tanah dan dekomposisi bahan organik. Penentuan bioindikator kualitas tanah diperlukan untuk mengetahui perubahan dalam sistem tanah akibat pengelolaan yang berbeda. Perbedaan penggunaan lahan akan mempengaruhi populasi dan komposisi makrofauna tanah. Pengolahan tanah secara intensif, pemupukan dan penanaman secara monokultur pada sistem pertanian konvensional dapat menyebabkan terjadinya penurunan secara nyata biodiversitas makrofauna tanah. Populasi, biomasa dan diversitas makrofauna tanah dipengaruhi oleh praktek penggelolaan lahan dan penggunaannya. Sebaliknya, pada lahan terlantar karena kualitas lahannya tergolong masih rendah menyebabkan hanya makrofauna tanah tertentu yang mampu bertahan hidup, sehingga diversitas makrofauna tanah baik yang aktif di permukaan tanah maupun di dalam tanah juga sangat rendah. Fauna tanah memerlukan persyaratan tertentu untuk menjamin kelangsungan hidupnya. Struktur dan komposisi makrofauna tanah sangat tergantung pada kondisi lingkungannya. Makrofauna tanah lebih menyukai keadaan lembab dan masam lemah sampai netral (Notohadiprawiro, 1998). Hakim dkk (1986) dan Makalew (2001), menjelaskan faktor lingkungan yang dapat mempengaruhi aktivitas organisme tanah yaitu, iklim (curah hujan, suhu), tanah (kemasaman, kelembaban, suhu tanah, hara), dan vegetasi (hutan, padang rumput) serta cahaya matahari. Cahaya matahari merupakan salah satu faktor yang dapat mempengaruhi sifat-sifat tumbuhan dan hewan. Tumbuhan dan hewan yang berbeda memiliki kebutuhan akan cahaya, air, suhu, dan kelembapan yang berbeda. Berdasarkan responnya terhadap cahaya, makrofauna tanah ada yang aktif pada pagi, siang, sore, dan malam hari. Kebanyakan makrofauna permukaaan tanah aktif di malam hari. Selain terkait dengan penyesuaian proses metabolismenya, respon makrofauna tanah terhadap intensitas cahaya matahari lebih disebabkan oleh akitivitas menghindari pemangsaan dari predator. Dengan pergerakaannya yang umumnya lambat, maka kebanyakan jenis makrofauna tanah aktif atau muncul ke permukaan tanah pada malam hari. Bahan organik tanaman merupakan sumber energi utama bagi kehidupan biota tanah, khususnya makrofauna tanah, sehingga jenis dan komposisi bahan organik tanaman menentukan kepadatannya. Makrofauna tanah umumnya merupakan konsumen sekunder yang tidak dapat memanfaatkan bahan organik kasar/seresah secara langsung, melainkan yang sudah dihancurkan oleh jasad renik tanah. DAFTAR PUSTAKA Anderson J.M. 1994. Functional Attributes of Biodiversity in Landuse System: In D.J. Greenland and I. Szabolcs (eds). Soil Resiliense and Sustainable Land Use. CAB International. Oxon Andre. 2010. http://boymarpaung. wordpress. com/ 2009/ 02/ 19/ sifat-biologi-tanah/ 19 Februari 2009. [Diakses pada 17 Maret 2010]. Annisa. 2008. http://www.lihatkita.co.cc/2010/01/filumarthropoda.html. [Diakses pada 20 Juni 2011]. Atkinson, C. F., D.D. Jones and J.J. Gauthier. 1996. Biodegradabilities and microbial activities during composting of municipal solid waste in bench-scale reactors. Compost Science and Utilization. 4,4: 14-23. Baker G.H. 1998. Recognising and responding to the influences of agriculture and other land use practices on soil fauna in Australia. App.Soil Ecol. 9,303-310. Bear, F.E. 1964. Chemistry of the soil, ACS Monograph series No. 160, P. 258. Chefetz, B., F. Adani, P. Genevini, F. Tambone, Y. Hadar, and Y. Chen. 1998. Humic acid transformation during composting of municipal solid waste. Journal of Environmental Quality 27: 794-800. Crossley Jr. D.A., B.R.Mueller dan J.C. Perdue. 1992. Biodiversity of microarthopds in agricultural soil: relations to processes. Agric. Ecosyst. Environ. 40,3746 Day, D.L., M. Krzymien, K. Shaw, W.R. Zaremba, C. Wilson, C. Botden, and B. Thomas. 1998. An investigation of the chemical and physical changes occurring during commercial composting. Compost Science and Utilization 6 (2): 44-66. Doran J.W. dan Parkin. 1994. Definning and assessing soil quality, in J.W. Doran D.C. Coleman D.F. Bezdick and B.A Stewart (eds). Defining Soil Quality for Sustainable Enironment. SSSA Special Publication 35. SSSA. Madison pp 3 -21 Epstein E. 1997. The science of composting. Technomic Publishing, Inc., Lancaster, Pennsylvania, p. 83. Finstein , M. S., F.C. Miller, P.F. Strom. 1986. Waste treatment composting as a controlled system. pp. 363-398. In: W. Schenborn (ed). Biotechnology. Vol. 8-Microbial degradations. VCH Verlaqsgedellschaft (German Chemical Society): Weinheim F.R.G. Hairiah, K., Widianto., D. Suprayogo., R. H. Widodo., P. Purnomosidhi., S. Rahayu., M. V. Noordwijk. 1986. Ketebalan Serasah Sebagai Indikator Daerah Aliran Sungai (DAS) Sehat. http://fisika.brawijaya.ac.id/bssub/PDF%20FILES/BSS_199_1.pdf. [Diunduh pada 13 Juni 2011]. Hakim, N., M. Y. Nyakpa, A. M. Lubis, S. G. Nugroho, M. A. Dika, Go Ban Hong, H. H. Bailley. 1986. Dasar-Dasar Ilmu Tanah. Lampung : Penerbit Universitas Lampung. Hamoda, M. F., H.A. Abu Qdais and J. Newham. 1998. Evaluation of municipal solid waste composting kinetics. Resources, Conservation and Recycling 23: 209-223. Hanafiah, K. A., A. Napoleon dan N. Ghofar., 2005. Biologi Tanah. Ekologi dan Makrobiologi Tanah. Raja Grafindo Persada, Jakarta. Haug, R. T. 1993. The practical handbook of compost engineering. Lewis publishers, Boca Raton. Florida. 717 p. Howe, C.A. and C.S. Coker. 1992. Co-composting municipal sewage sludge with leaves, yard wastes and other recyclables a case study. In: Air Waste Management Association. 85th Annual Meeting and Exhibition, Kansas City, Missouri, 21-26 June 1992. Iswandi, A. 1989. Biologi Tanah dalam Praktek. IPB. Bogor. Kaiser, J.. 1996. Modeling composting as a microbial ecosystem: a simulation approach. Ecological Modeling, 91 25-37. Kartini, N. L., 2008. Cacing Tanah Indikator Kesuburan Tanah. http://wordpress.com/2008/10/cacing-tanah-indikatorkesuburan-tanah/. [Diakses pada 1 Juni 2011]. Komilis, D. P., R.K. Ham and J.K. Park. 2004. Emission of volatile organic compounds during composting of municipal solid wastes. Water Research 38: 1707-1714. Liao, P. H., May, A. C. and Chieng S. T. 1995. Monitoring process efficiency of full-scale in-vessel system for composting fisheries wastes. Bioresource Technology 54: 159-163. Makalew, A. D. N. 2001. “Keanekaragaman Biota Tanah Pada Agroekosistem Tanpa Olah Tanah (TOT)”. Makalah Falsafah sains program pasca sarjana /S3. Bogor:IPB. Mc Kinley, V. L., J.R. Vestal and A.E. Eralp. 1985. Microbial activity in composting. Biocycle 26 (10): 47-50. McKinley V.L., and J.R. Vestal. 1984. Biokinetic analyses of adaptation and succession: Microbial activity in composting municipal sewage sludge. Applied and Environmental Microbiology. 47 (5). pp.933-941 Naylor, L. M. 1996. Composting. Environmental and Science and Pollution series 18 (69): 193-269. Neto, J. T. P., E.I. Stentiford dan D.D. Mara. 1987. Comparative survival of pathogenic indicators in windrow and static pile. pp. 276-295. In: M.de Bertoldi, M. P. Ferranti, P. L' Hermite and F. Zucconi (eds.). Compost: Production, Quality and Use. Elsevier Applied Science, London, United Kingdom. Notohadiprawiro, T. 1998. Tanah dan Lingkungan. Jakarta : Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi. Departemen Pendidikan dan Kebudayaan. Pace, M.G., B.E. Miller dan K.L. Farrel-Poe. 1995. The Composting Process October 1995. Extension, Utah State University. AG- WM 01 Palmisano, A C dan M.A. Bartaz. 1996. pp.125-127. In: Microbiology of solid waste. CRC Press.Inc. 2000. Corporate Bld. N.W. Boca Raton. FL 33431 USA. Palmisano, A. C., D.A. Maruscik, C.J. Ritchie, B.S. Schwab, S.R. Harper and R.A. Rapaport. 1993. A novel bioreactor simulating composting of municipal solid waste. Journal of Microbiological Methods 56:135-140. Primack B.R., J.Supriatna , M.Indrawan dan P. Kramadibrata. 1998. Biologi Konservasi. Yayasan Obor Indonesia. Jakarta. Reddy, K. R., T.C. Feijtel dan W.H. Patrick. 1986. Effect of soil redox conditions on microbial oxidation of organic matter. pp. 117-153. In: Y. Chen and Y. Avnimelech (eds.). The Role of Organic Matter in Modern Agriculture. Nijhoff, Dordrecht. Rukmana R. 1999. Budidaya Cacing Tanah. Kanisius. Yogyakarta Sharma, V.K., M. Canditelli, F. Fortuna dan Cornacchia. 1997. Processing of urban and agro-industrial residues by aerobic composting: review. Energy Conversion and Management 38 (5): 453-478. Suin, N. M. 1997. Ekologi Hewan tanah. Jakarta : Penerbit Bumi Aksara. Wood M. 1989. Soil Biology. Chapman and Hall. New York. Warman, P. R. dan W.C. Termeer. 1996. Composting and evaluation of racetrack manure, grass clippings and sewage sludge. Bioresource Technology 55: 95-101. Young, C. C dan C.H. Chou. 2003. Allelopathy, plant pathogen and crop productivity. pp. 89-105. In: H. C. Huang and S. N. Acharya (eds.). Advances in Plant Disease Management. Research Signpost, Trivandrum, Kerala, India.
