BAB I
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Mikrobiologi adalah ilmu yang mempelajari organisme hidup yang berukuran sangat kecil sehingga tidak dapat dilihat dengan mata telanjang melainkan dengan bantuan mikroskop. Organisme yang sangat kecil ini disebut sebagai mikroorganisme, atau kadang-kadang disebut sebagai mikroba, ataupun jasad renik.
Mikrobiologi penting sekali dan terkait erat dengan kehidupan manusia, karena mikroba (jasad renik) tersebar merata di seluruh belahan bumi dan ada di mana-mana. Mikroba ada di udara, ada di air, di tanah, lantai, meja, kulit dan dimana pun. Oleh karena itu mikroba memiliki korelasi yang erat dan peranan yang penting dengan kehidupan manusia, yang dapat memberikan pengaruh merugikan maupun menguntungkan.
Mikroorganisme tersebar merata diseluruh permukaan bumi diantaranya adalah pada tanah. Bila dibandingkan dengan luas bumi secara keseluruhan, maka tanah pada permukaan bumi hanya merupakan lapisan tipis. Tetapi, lapisan tipis dari tanah ini sangat penting karena menyediakan berbagai sumber daya yang berguna bagi kelangsungan hidup manusia dan makhluk hidup lainnya seperti mikroorganisme.
Kegiatan manusia seperti pembukaan hutan, ladang berpindah dan penggalian lahan besar berpengaruh terhadap kondisi tanah. Seperti berkurangnya luas sumber daya tanah yang subur, bersama-sama dengan meningkatnya jumlah penduduk dengan segala aktivitasnya, merupakan tekanan yang luar biasa terhadap sumber daya tanah. Selain itu tanah juga menyediakan sumber daya yang diperlukan bagi kehidupan hampir seluruh makhluk hidup di bumi ini juga merupakan habitat alamiah bagi manusia. Oleh karena itu sudah sepantasnya setiap orang memelihara kualitas tanah yang memberikan bahan kehidupan pada seluruh makhluk hidup.
Tujuan Penulisan
Tujuan dari penulisan makalah ini adalah untuk mengetahui mikroorganisme dalam tanah, baik itu dari segi susunan tanah, peredaran CO2 dan peredaran N2 dan lain-lain serta untuk memenuhi mata kuliah mikrobiologi.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Susunan Tanah
Tanah merupakan campuran dari berbagai bahan mineral, bahan organic, dan air yang dapat mendukung kehidupan. Tanah umumnya mempunyai struktur yang lepas dan mengandung bahan-bahan padat dan rongga-rongga udara. Bagian-bagian mineral dari tanah dibentuk dari batuan induk oleh proses-proses pelapukan fisik, kimia dan biologis. Susunan bahan organik tanah terdiri dari sisa-sisa biomass tanaman dari berbagai tingkat penguraian atau pembusukan. Sejumlah besar bakteri, fungi, dan hewan-hewan seperti cacing tanah dapat ditemukan di dalam tanah.
Tanah terdiri dari empat komponen utama yaitu bahan mineral, bahan organik, udara dan air tanah. Pada gambar dibawah diperlihatkan susunan utama tanah berdasarkan volume dari suatu jenis tanah dengan tekstur lempung berdebu dengan perbandingan bahan padat dan ruang udara tanah yang seimbang.
Dari gambar di atas terlihat tanah mengandung 50% ruang pori-pori terdiri dari udara dan air. Volume fase padat menempati lebih kurang 45% bahan mineral tanah dan 5% bahan organik. Pada kandungan air yang optimal untuk pertumbuhan tanaman, maka persentase ruang pori-pori adalah 25% terisi oleh air dan 25% oleh udara.
Dibawah kondisi alami perbandingan udara dan air ini selalu berubah-ubah, tergantung pada cuaca dan faktor lainnya. Bahan penyusun tanah yang diantara lain yakni bahan-bahan mineral, bahan organik serta air saling bercampur didalam tanah sehingga susah dapat dipisahkan satu sama lainnya. Mineral anorganik dalam tanah berasal dari pecahan-pecahan batu-batuan yang berukuran kecil serta jenis-jenis mineral lainnya yang merupakan sumber hara potensial dan dapat menyediakan hampir semua unsur hara kecuali nitrogen. Ukuran mineral-mineral anorganik ini sangat bervariasi dari yang berukuran kecil seperti liat sampai berukuan besar seperti pasir dan kerikil. Ukuran koloid liat sangatlah kecil, sehingga hanya dapat dilihat dengan mempergunakan mikroskop elektron. Mineral-mineral tanah ada yang mudah lapuk dan ada yang susah melapuk seperti kuarsa. Bahan organik yang belum atau sudah melapuk merupakan sumber unsur N yang utama dalam tanah. Hasil pelapukan bahan organik antara lain adalah humus yang bersama-sama dengan koloid liat yang merupakan bahan aktif dalam tanah sebagai gudang penyimpanan atau pelepasan unsur hara bagi tanaman.
Tanah itu sendiri terdiri atas hancuran batu-batuan. Partikel-partikel itu ada yang sebesar butir-butir pasir, ada pula yang sangat halus yang lebih kecil daripada 0.02 mm,yaitu yang merupakan lumpur. Hancuran yang halus itu merupakan suatu sistem koloid dalam air, sehingga jika kita lihat air yang berwarna keruh(coklat) dikarenakan mengandung lumpur. Sifat-sifat tanah bergantung kepada besar kecilnya partikel-partikel yang merupakan komponen-komponen tanah, misalnya tanah berpasir berbeda dengan tanah liat dalam hal kemampuan menahan air, kemampuan mengurung udara dan karenanya juga berbeda dalam menahan panas.
Jenis-jenis tanah tertentu mempunyai lapisan-lapisan yang berbeda bila tanah itu semakin ke dalam. Lapisan-lapisan ini disebut dengan horizon. Fraksi padat dari jenis tanah produktif terdiri dari kurang lebih 5% bahan organik dan 95 % bahan anorganik. Beberapa jenis tanah seperti tanah gambut dapat mengandung bahan organik sampai 95 %, jenis tanah lainnya ada yang hanya mengandung 1 % bahan organik.
Susunan tanah dapat dilihat dari horizon-horizon tanah. Lapisan atas, umumnya terdiri dari ketebalan sampai beberapa inci dan dikenal sebagai horizon A atau tanah atas(top soil). Lapisan ini merupakan lapisan dimana aktivitas biologis berjalan secara maksimal dan mengandung paling banyak bahan organik tanah. Ion-ion logam dan partikel-partikel tanah liat dalam horizon A yang paling mudah mengalami pencucian (leaching). Lapisan berikutnya adalah horizon B atau sub soil. Lapisan ini menerima material-material sepeti bahan organik, garam-garam dan partikel-partikel Clay yang merembes dari lapisan tanah atas. Horizon C tersusun dari pelapukan batuan induk dimana tanah berasal.
Di dalam tanah terdapat air kimia, yaitu merupakan air yang bersatu dalam partikel; air higroskopik, yaitu air yang melekat pada partikel tanah; air kapiler yaitu air yang berada di sela-sela partikel-partikel tanah, dan air gravitasi, yaitu air yang berkumpul sebagai genangan di atas lapisan tak tembus air ( Dwidjoseputro, 1994).
Namun jika di dalam tanah mengandung mineral, elemen-elemen yang ada di dalam tanah dapat berbentuk ion-ion dan ion-ion mempengaruhi keasaman atau kebasaan dalam tanah. Biasanya keasaman atau kebasaan tanah itu dinyatakan dengan pH (konsentrasi ion-ion H+); pH 7 berarti netral, pH kurang dari pada 7 merupakan asam dan lebih dari pada 7 merupakan basa. Air kapur adalah basa, dan air yang banyak mengandung sampah-sampah biasanya bersifat asam.
Penyinaran (radiasi) dari matahari berpengaruh besar terhadap kehidupan mikroorganisme di dalam tanah. Partikel tanah, elemen-elemen, pH, udara, air, sinar adalah komponen-komponen anorganik, mereka merupakan faktor-faktor alam. Di dalam tanah terdapat juga hancuran dari sisa makhluk hidup, yang mana bagian-bagian ini merupakan komponen-komponen organik.
2.2 Tanah Sebagai Medium
Seperti yang telah diketahui bahwa konsep tanah sangat penting untuk sebagian besar umat manusia. Konsep ini memiliki beberapa komponen yang penting yang saling berhubungan. Komponen-komponen anorganik maupun organik merupakan substrat atau medium yang baik bagi kehidupan mikroorganisme. Mikroorganisme-mikroorganisme penghuni tanah merupakan campuran populasi dari (a) protozoa seperti amoeba, flagella, ciliata, (b) bakteri (Clostridium, Rhizobium) dan sebagainya, (c) alga (ganggang) seperti alga biru, alga hijau, diatom, dan (d) jamur, terutama jamur bertingkat rendah seperti jamur lendir, berbagai ragi dan berbagai Phycomycetes dan Ascomycetes.
Pada umumnya mikroorganisme-mikroorganisme tersebut lebih banyak terdapat di dekat permukaan tanah. Makin masuk ke dalam tanah, makin berkuranglah penghuninya. Protozoa hidup dari zat-zat organik, termasuk bakteri yang masih hidup. Alga hidup autotrof dan memperkaya tanah dengan bahan-bahan organik. Bakteri dan jamur hidup sebagai saprofit dan menghancurkan bahan-bahan organik.
Tanah dengan nilai peroduktivitas tanah yang tinggi, tidak hanya terdiri dari komponen-komponen padat, cair dan udara (gas) saja, akan tetapi harus mengandung jasad hidup tanah yang cukup banyak. Dengan adanya jasad hidup, maka akan mempengaruhi tingkat kesuburan tanah, karena jasad hidup memegang peranan penting dalam proses-proses pelapukan bahan organik dalam tanah sehingga unsur hara menjadi lebih tersedia bagi tanaman. Golongan-golongan utama yang menyusun populasi mikrobiologi tanah terdiri dari golongna flora dan fauna, golongan flora yang meliputi bakteri (autotrof, heterotrof), aktinomisetes, fungi, dan ganggang, golongan fauna meliputi protozoa, binatang berderajat agak lebih tinggi, nemetoda, dan cacing tanah
Umumnya bakteri autotrof dan bakteri saproba merupakan populasi yang besar. Bakteri parasit kurang dapat bertahan didalam tanah disebabkan karena kondisi substrat dan karena kompetisi dengan mikroorganisme-mikroorganisme yang lain.
Satu golongan bakteri yang khas penghuni tanah dan yang memberi bau tanah ialah genus Steptomyces. Waksman menemukan suatu spesias dari Steptomyces yang menghasilkan obat-obatan streptomisin.
2.3 Humus
Sisa-sisa makhluk hidup, terutama dari tumbuh-tumbuhan yang hancur di dalam tanah merupakan suatu kumpulan zat-zat organik yang disebut humus. Penghancuran dilakukan oleh berbagai mirkoorganisme. Jamur dan beberapa genus bakteri seperti Bacterium dan Cytophaga dapat menghancurkan selulosa. Lignin, getah-getahan dan lilin lebih sukar untuk dihancurkan, dan oleh karena itu merupakan komponen humus yang lebih permanen. Selanjutnya zat-zat organik lainnya yang berupa persenyawaan-persenyawaan nitrogen, asam-asam organik, fosfat merupakan komponen-komponen yang mempengaruhi keasaman dan kebasaan humus.
Pengudaraan yang baik dan temperatur 300 C adalah faktor-faktor optimum bagi mikroorganisme untuk menghabiskan humus. Hanya di hutan-hutan lebat yang kurang sinar dan kurang udara terdapat lapisan humus yang agak tebal. Humus memberi warna hitam kepada tanah, dan tanah hitam dikenal sebagai tanah yang subur.
Manfaat humus di dalam tanah dapat dikemukakan sebagai berikut:
humus merupakan dasaran yang lunak berongga (poreus), dan dengan demikian mudah ditembus akar.
Humus mempunyai kemampuan besar untuk menahan air. Air tidak lekas menghilang sebagai air gravitasi atau mengalir ke tempat-tempat yang rendah yang akhirnya dapat menimbulkan banjir.
Humus merupakan persediaan makanan bagi kehidupan tumbuhan dan mikroorganisme.
Penebangan hutan di lereng-lereng gunung maupun perladangan dan persawahan perlu sekali diatur untuk mencegah terhapusnya humus, erosi dan banjir. Perlu dimaklumi, bahwa sampai sekarang kita belum menemukan cara bagaimana mengubah bahan plastik menjadi zat-zat anorganik yang dapat diresap oleh tumbuhan. Selama ini bahan plastik merupakan pencemaran tanah.
2.4 Peredaran Karbon (Co2)
Tanaman mengambil unsur karbon berupa CO2 dari udara bebas(atmosfer). Kegiatan ini dilakukan oleh organ tanaman yang memiliki klorofil, umumnya bagian tanaman yang berwarna hijau dan terdapat di atas tanah. Klorofil mampu menyerap energi cahaya (terutama sinar matahari) dan mengubahnya menjadi energi kimia. Energi tersebut digunakan untuk mengubah CO2 menjadi senyawa organik termasuk karbohidrat.
Kadar CO2 dalam atmosfir relatif stabil, yakni 0.03 % volume atau 0.57 mg/liter udara. Tanpa adanya CO2 di udara, maka kehidupan tanaman akan terhenti. Kalau kehidupan tanaman terhenti, maka kehidupan makhluk lain mungkin juga terhenti. Sumber utama CO2 di alam berasal dari dekomposisi bahan organik berupa sisa-sisa tanaman ataupun hewan dan dari respirasi invertebrata, bakteri, serta fungi. Berdasarkan perhitungan jumlah CO2 yang dihasilkan oleh hasil pernafasan populasi heterotrof pertahun diperkirakan sebagai berikut :
Binatang invertebrata : 3,7 x 109 ton
Bakteri : 51,4 x 109 ton
Fungi/Jamur : 8,8 x 109 ton
Akar tanaman : 71,5 x 109 ton
Jumlah CO2 semuanya : 135,4x 109 ton
Dengan persediaan CO2 dalam udara sebesar 0,03 % volume ini, maka CO2 tersebut akan habis diserap tanaman dalam waktu beberapa dekade saja. Berkat adanya daur(siklus) yang menghasilkan CO2, maka kadar gas tersebut relatif stabil.
Zat karbon merupakan elemen penting dalam kehidupan makhluk. Karbohidrat (gula,tepung), protein, lemak, vitamin-vitamin, semuanya mengandung zat karbon. Elemen ini di udara berupa suatu senyawa gas CO2. Di dalam peredaran karbon, terjadi dua proses diantaranya Proses timbal balik fotosintesis dan respirasi seluler yang bertanggung jawab atas perubahan dan pergerakan utama karbon. Naik turunnya CO2 dan O2 atsmosfer secara musiman disebabkan oleh penurunan aktivitas Fotosintetik. Dalam skala global kembalinya CO2 dan O2 ke atmosfer melalui respirasi hampir menyeimbangkan pengeluarannya melalui fotosintesis.
Dengan pertolongan sinar, tumbuh-tumbuhan berhijau daun dapat mengubah CO2 menjadi zat organik yang menjadi bahan pokok bagi penyusunan zat-zat organic lainnya dan pula merupakan makanan pokok bagi tiap-tiap makhluk hidup. Penyusunan karbohidrat yang berlangsung di dalam tubuh tumbuh-tumbuhan dengan pertolongan sinar tersebut dinamakan fotosintesis atau asimilasi zat karbon.
CO2 terlepas lagi di dalam proses respirasi, dimana karbohidrat (gula) dioksidasikan, sehingga terbentuklah energi. CO2 terlepas juga di dalam proses fermentasi dan di dalam proses penguraian lainnya yang dilakukan oleh mikroorganisme. Jika zat karbon tidak terlepas lagi ke udara niscayalah segala kehidupan akan berhenti. Di dalam sirkulasi zat kerbon ini, mikroorganisme benar-benar memegang peranan penting sebagai pengurai (dekomposer).
Selain dengan pertolongan makhluk hidup, CO2 dapat terlepas lagi di udara karena pembakaran oleh api. Pembakaran kayu dan bahan bakar fosil menambahkan lebih banyak lagi CO2 ke atmosfir. Sebagai akibatnya jumlah CO2 di atmosfer meningkat. CO2 dan O2 atmosfer juga berpindah masuk ke dalam dan ke luar sistem akuatik, dimana CO2 dan O2 terlibat dalam suatu keseimbangan dinamis dengan bentuk bahan anorganik lainnya. Pembakaran ini biasanya dapat ditemukan pada industri-industri besar. Namun jika jumlah CO2 melebihi kapasitas lingkungan maka hal ini akan menyebabkan terjadinya efek gas rumah kaca. Asap yang dikeluarkan dari hasil pembakaran adalah partikel-partikel karbon monoksida, yaitu senyawa zat karbon yang belum sempurna pengoksidasiannya. Karbon-karbon ini mengalami pengoksidasian di udara sehingga jadilah karbondioksida.
2.5 Peredaran Nitrogen (N2)
Nitrogen (N) merupakan hara makro utama yang sangat penting untuk pertumbuhan tanaman. Nitrogen diserap oleh tanaman dalam bentuk ion NO3- atau NH4+ dari tanah. Kadar nitrogen rata-rata dalam jaringan tanaman adalah 2 %-4% berat kering. Dalam tanah, kadar nitrogen sangat bervariasi, tergantung pada pengelolaan dan penggunaan tanah tersebut. Ada dugaan bahwa senyawa organik, misalnya asam nukleat dan asam amino larut, dapat diserap langsung oleh tanaman. Tetapi keberadaan kedua senyawa tersebut dalam tanah dianggap kecil jika dibandingkan dengan keperluan tanaman. Pada pH rendah, nitrat diserap lebih cepat dibandingkan dengan amonium, sedangkan pada pH netral, kemungkinan penyerapan keduanya seimbang. Hal ini mungkin disebabkan oleh adanya persingan anion OH- dengan anion NO3- sehingga penyerapan nitrat sedikit terhambat.
Nitrogen bebas merupakan 79% dari udara. Unsur N2 hanya dapat dimanfaatkan oleh tumbuhan, umumnya dalam bentuk nitrat, dan pengambilannya khususnya lewat akar. Terbentuknya nitrat itu karena jasa-jasa mikroorganisme. Penyusunan nitrat dilakukan secara bertahap oleh beberapa genus bakteri secara sinergetik. Nitrogen (N) juga merupakan salah satu dari 13 unsur utama (esensial) yang dibutuhkan oleh tanaman. Ketiga belas unsur utama ini disebut sebagai nutrients (makanan). Tanaman membutuhkan makanan ini untuk pertumbuhannya. Fungsi nitrogen ini merupakan komponen struktural dari protein, DNA, dan enzim (Anonim, 2004).
Semua makhluk hidup memerlukan atom nitrogen untuk pembentukan protein dan berbagai molekul organik esensial lainnya. Udara yang berisi 9% nitrogen berfungsi sebagai penampung bahan ini. Walaupun kebutuhan akan nitrogen itu besar, namun sering kali menjadi unsur yang membatasi makhluk hidup, karena kebanyakan organisme tidak dapat menggunakan nitrogen dalam bentuk gas N2. Agar tumbuhan dapat membuat protein, tumbuhan harus memperoleh nitrogen dalam bentuk "terfiksasi"(terikat) yaitu tergabung dalam senyawa-senyawa. Bentuk yang paling umum digunakan adalah sebagai ion nitrat, NO3-. Meskipun demikian, substansi lain seperti NH3 dan (NH2)2 CO digunakan secara berhasil baik dalam sistem alam maupun sebagai pupuk dalam pertanian.
Hara nitrogen (N) merupakan komponen protein (asam amino) dan klorofil. Bentuk ion yang diserap oleh tanaman pada umumnya dalam bentuk NO3 dan NH4+. Karena besarnya peranan N bagi tanaman, maka penyediaannya sangat diperhatikan oleh pengguna (para petani). Di dalam tanah sumber utama N adalah dari bahan organik melalui proses mineralisasi NH4+ dan NO3. Selain itu N dapat juga bersumber dari atmosfer (78 % N2 melalui curah hujan (8-10 % N tanah)), penambatan (fiksasi) oleh mikroorganisme tanah baik secara simbiosis dengan tanaman maupun hidup bebas. Di dalam tanah, nitrogen lebih banyak dalam bentuk organik yang dapat mengalami nitrifikasi dan amonifikasi. Nitrogen dapat dikatakan sebagai salah satu unsur hara yang bermuatan. Ketidak tersediaan N dari dalam tanah dapat melalui pencucian atau terlindi (leaching) NO3, denitrifikasi NO3 menjadi N2, volatilisasi NH4+ menjadi NH3, terfiksasi oleh mineral liat atau dikonsumsi oleh mikroorganisme tanah. Bentuk NO3- yang sering terlindi dan mudah terlarut, maka dikaji pergerakannya ke permukaan akar agar tidak hilang sehingga merupakan suatu usaha kearah efisiensi pemupukan.
Kehilangan N dalam bentuk gas, reaksi NO3- menjadi N2 dan N2O, beberapa bakteri seperti : Pseudomonas, Bacillus, menggunakan N sebagai sumber O2 dalam respirasi. Hal ini sering terjadi pada tanah tergenang atau terbatasnya oksigen, sekitar akar atau serasah yang terombak.
Nitrogen merupakan komponen dari asam-asam amino (juga protein), klorofil, koenzim dan asam nukleat. Walaupun gas N2 menyusun 78% atmosfir bumi, tumbuhan tidak dapat menggunakannya secara langsung. Gas N2 tersebut harus difiksasi oleh bakteri menjadi ammonia (NH3). Beberapa tanaman seperti kacang tanah, kedelai, kapri dan beberapa jenis legume lainnya mampu bersimbiosis dengan bakteri Rhizobium spp. Rhizobium ini dapat memfiksasi gas N2 yang ada ditanah dan mengkonversinya menjadi amonia. Bakteri dari genus Azotobacter dan Azospirillum yang hidup bebas dalam tanah juga dapat melakukan fiksasi nitrogen. Molekul NH3 dengan cepat mengikat ion H+ membentuk ion NH4+. Jika bintil akar menghasilkan NH4+ melebihi yang diperlukan tanaman maka ion NH4+ akan dibebaskan dalam tanah dan dapat dimanfaatkan oleh tumbuhan non legume. Ion amonium dapat diubah oleh bakteri nitrifikasi menjadi ion NO3-.
Di dalam mekanisme peredaran nitrat terdapat dua peristiwa yaitu roses nitrifikasi dan denitrifikasi. Proses nitrifikasi adalah proses oksidasi, jadi hanya berlangsung lancar di dalam tanah yang cukup ventilasi. Kalau pengudaraan kurang, peristiwa sebaliknya akan terjadi , yaitu proses denitrifikasi, dimana nitrat direduksikan hingga terbentuk nitrit dan akhirnya amoniak; zat-zat ini tidak dapat dimanfaatkan oleh tumbuhan. Mikroorganisme-mikroorganisme yang mengadakan reduksi ini masuk golongan bakteri denitrifikan; secara taksonomi, mereka itu dari genus-genus Pseudomonas, Micrococcus, Bacillus, Beggiatoa.
Beberapa genera bakteri yang hidup bebas di dalam tanah mampu untuk mengikat molekul-molekul nitrogen guna dijadikan senyawa-senyawa pembentuk tubuh mereka, misalnya protein. Jika sel-sel itu mati, maka timbullah zat-zat hasil urai seperti CO2 dan NH3 (gas amoniak). Sebagian dari amoniak terlepas di dalam udara dan sebagian lain dapat dipergunakan oleh beberapa genus bakteri untuk membentuk nitrit. Nitrit dapat digunakan untuk genus bakteri yang lain untuk memperoleh energi dari padanya. Oksida amoniak menjadi nitrit dan oksidasi nitrit menjadi nitrat berlangsung di dalam lingkungan yang aerob. Peristiwa seluruhnya disebut nitrifikasi. Tahap pertama yaitu pengoksidasian amoniak menjadi nitrit dilakukan oleh Nitrosomonas, Nitrosococcus dan beberapa spesies lainnya, sedang pengoksidasian nitrit menjadi nitrat dilakukan oleh Nitrobacter.
Adanya penyusunan NH3 langsung dari N2 di udara, hal ini belum diketahui dengan pasti. Reduksi dari N2 menjadi NH3 itu disebut amonifikasi. Genus Bacillus yang hidup anaerob dikatakan dapat melakukan amonifikasi ini.
Dari penjelasan di atas, dapat dikatakan bahwa persediaan nitrogen di alam pada dasarnya tidak habis-habisnya. Nitrogen ditambat dengan proses dan cara-cara yang berbeda, demikian juga sebaliknya terjadi pelepasan N ke atmosfer. Berikut ini adalah perubahan-perubahannya:
Penambatan Nitrogen oleh Rhizobia
Selama berabad-abad penggunaan legum(kacang-kacangan) dalam pergiliran tanaman dan penggunaan pupuk kandang merupakan cara-cara yang penting dalam penyediaan nitrogen tambahan pada tanaman non-legum. Meskipun masih merupakan sumber nitrogen yang besar sumbangannya bagi pertumbuhan tanaman, selama beberapa dekade sekarang ini sumber nitrogen kacang-kacangan dan peranan pupuk kandang makin hari makin menurun. Jumlah nitrogen yang ditambat oleh rhizobia sangat bervariasi, tergantung pada strain, tanaman inang, dan lingkungannya termasuk ketersediaan unsur hara yang diperlukan. Banyak genus rhizobia yang hanya dapat hidup menumpang pada tanaman inang tertentu (spesifiknya). Misalnya bakteri yang bersimbiosis dengan kedelai umumnya tidak dapat bersimbiosis dengan tanaman alfalfa. Agar kemampuan tanaman menambat nitrogen tinggi, maka tanaman inang harus diinokulasi dengan inokulan yang sesuai.
Penambatan oleh rhizobia maksimum bila ketersediaan hara nitrogen dalam keadaan minimum. Oleh karena itu, dianjurkan untuk memberikan sedikit pupuk nitrogen sebagai starter, agar bibit muda memiliki kecukupan N sebelum rhizobia menetap dengan baik pada akarnya. Genus-benus bakteri yang dapat mengikat N2 di udara ialah Azotobacter, Clostridium dan Rhodospirillum. Juga alga biru Nostoc dan Anabaena dikenal sebagai pengikat -N2. Selanjutnya ada dikenal genus bakteri yang mampu pula mengikat N2 bebas, akan tetapi hanya dalam hidup persekutuan dengan tanaman suku besar Leguminosae. Genus bakteri itu ialah Rhizobium.
Azetobacter (ditemukan Beyerinck,1901)
Sifatnya pleomorfik, bentuk sel-sel ada yang hampir bulat seperti kokus dan ada pula yang panjang seperti basil, flagel peritrik, hidup di dalam lingkungan netral dalam tanah yang basah, berudara serta mengandung cukup zat-zat organic. Penambatan nitrogen dilakukan giat pada waktu pembelahan; hal ini kiranya perlu untuk penyusunan bahan bagi sel-sel baru.
Clostridium pasteurianum (ditemukan Winogradsky, 1893)
Dan beberapa spesies lainnya dapat hidup dalam berbagai kondisi tanah dan oleh karena itu lebih banyak terdapat di tanah daripada Azotobacter. Clostridium hidup dalam lingkungan anaerob.
Rhodospirillum rubrum (suatu spesies yang mengadakan fotosintesis)
Dan beberapa spesies lainnya diketahui pula kemampuannya untuk mengikat N2 bebas, setelah diadakan eksperimen-eksperimen dengan menggunakan isotop N15.
Rhizobium (yang terkenal ialah Rhizobium leguminosarum)
Adalah basil yang Gram negative yang merupakan penghuni biasa didalam tanah. Bakteri ini masuk melalui bulu-bulu akar tanaman berbuah polongan dan menyebabkan jaringan agar tumbuh berlebih-lebihan hingga terjadi kutil-kutil. Bakteri ini hidup dalam sel-sel akar dan memperoleh makanannya dari sel-sel tersebut. Biasanya beberapa spesies Actinomycetes kedapatan bersama-sama dengan Rhizobium dalam satu sel/.
Senyawa N2 yang dibentuk oleh Rhizobium cukup untuk memenuhi kebutuhan hospes, bahkan ada kelebihan yang dapat dimanfaatkan oleh tanaman lain. Tanaman tampak lebih segar jika sekitarnya ada tanaman dari suku Leguminosae.
Telah dibuktikan, bahwa inokulasi tanah atau bibit dengan Rhizobium ada jauh lebih menguntungkan daripada dengan Azotobacter. Namun demikian, pengujian kesuburan tanah dilakukan dengan genus yang terakhir ini. Jika Azotobacter yang diinokulasikan dalam suatu contoh tanah yang telah dibubuhi manitol atau tepung (kanji) tidak dapat tumbuh, maka hal ini akan membuktikan ketidak-suburan tanah tersebut. Pengujian ini dikenal sebagai uji Winogradsky.
fiksasi N secara biologis
Seperti yang dijelaskan sebelumnya bahwa tidak semua nitrogen di udara bebas dapat langsung digunakan bagi tanaman, melainkan membutuhkan proses-proses lebih lanjut agar dapat digunakan oleh tanaman. Disinilah peran mikroorganisme sangat penting dalam pemfiksasi nitrogen. Proses pengubahan nitrogen dari bentuk N anorganik (dari udara bebas) menjadi N bentuk organik disebut fiksasi N. Atmosfir merupakan sumber nitrogen terbesar dan unsur ini belum tersedia bagi tanaman. Untuk dapat tersedia harus diubah lebih dulu menjadi bentuk NH4+ atau NO3-. Daur nitrogen itu sendiri adalah transfer nitrogen dari atmosfir ke dalam tanah. Selain air hujan yang membawa sejumlah nitrogen, penambahan nitrogen ke dalam tanah terjadi melalui proses fiksasi nitrogen. Fiksasi nitrogen secara biologis dapat dilakukan oleh bakteri Rhizobium yang bersimbiosis dengan polong-polongan, bakteri Azotobacter dan Clostridium. Selain itu ganggang hijau biru dalam air juga memiliki kemampuan memfiksasi nitrogen
Pada sistem ini terdapat enzim nitrogenase yang terdiri atas dua kompleks protein. Kompleks protein pertama mempunyai berat molekul lebih dari 51.000 dengan satu Fe per molekul dan yang kedua mempunyai berat molekul sekitar 180.000 mengandung atom Fe dan Mo. Nitrogenase adalah akseptor elektron tinggi yang akan menggunakan elektron dari berbagai donor elektron yang mempunyai potensi rendah. Fiksasi N menghasilkan NHP3 melalui proses reduksi senyawa di-imide (HN=NH) melalui hidrozine (H2N-NH2). Amonia kemudian diubah menjadi organik yang bersenyawa dengan asam organik menjadi asam amino.
Fiksasi nitrogen secara biologis jumlahnya 3 sampai 4 kali jumlah N yang ditambat secara industri oleh pabrik pupuk. N2 dari udara diikat menjadi senyawa NH3 atau NO3 yang kemudian dapat diserap oleh tanaman. Penambatan nitrogen dari udara oleh industri pupuk umumnya direduksi menjadi NH3 melaui proses yang terkenal dengan proses Haber-Bosch, yakni N2 + H2 NH3 dengan keadaan temperatur dan tekanan yang tinggi. Genus-benus bakteri yang dapat mengikat N2 di udara ialah Azotobacter, Clostridium dan Rhodospirillum. Juga alga biru Nostoc dan Anabaena dikenal sebagai pengikat -N2. Selanjutnya ada dikenal genus bakteri yang mampu pula mengikat N2 bebas, akan tetapi hanya dalam hidup persekutuan dengan tanaman suku besar Leguminosae. Genus bakteri itu ialah Rhizobium.
Fiksasi N secara simbiotis dilakukan oleh bakteri yang menginfeksi akar tanaman. Infeksi diawali dengan pembuatan buluh infeksi pada rambut akar yang digunakan oleh bakteri sebagai jalan untuk masuk ke dalam tanaman inang. Akibat infeksi ini, jaringan akan mengalami pembesaran dan peningkatan laju pembelahan sel, sehingga terbentuk bintil akar (nodule). NH3 yang dihasilkan kemudian bergabung dengan (α-oksoglutarat) dan menjadi glutamat.
Asam okso yang merupakan akseptor NH2 dalam proses transaminasi akan menghasilkan asam amino. Asam amino yang terbentuk seperti di bawah ini :
Mineralisasi Senyawa Nitrogen
Mineralisasi senyawa nitrogen organik pada hakikatnya terjadi dalam tiga tahap sebagai berikut :
aminisasi
Populasi mikrobia tanah yang heterotrof terdiri atas macam-macam bakteri dan jamur yang masing-masing bertanggung jawab atas satu atau lebih tahap peruraian bahan organik. Tiap tahap berpengaruh terhadap tingkat dan reaksi selanjutnya. Tahap awal dari perombakan bahan organik yang mengandung nitrogen adalah peruraian secara hidrolitik amin dari asam amino. Tahap ini disebut aminisasi dan yang melakukan tugas ini adalah jasad renik tanah yang heterotrofik. Reaksi proses aminisasi digambarkan sebagai brikut :
Protein R-NH2 + CO2 + Senyawa lain + tenaga
tenaga yang dihasilkan tersebut digunakan oleh jasad renik.
amonifikasi
Proses kedua amin dan mungkin asam amino yang dilepaskan selanjutnya digunakan oleh kelompok lain dari jasad renik dalam tanah dan dalam proses ini dibebaskan amoniak. Oleh karena itu, proses ini disebut amonifasi. Garis besar reaksi amonifikasi adalah sebagai berikut :
R-NH2 + H2O NH3 + ROH +tenaga
Selanjutnya, amonia yang dibebaskan dalam proses ini akan mengalami proses-proses lain yang mungkin berbeda, tergantung pada situasi. Proses tersebut antara lain :
NH3 diubah menjadi nitrit atau nitrat. Proses ini terkenal dengan nitrifikasi
bergabung dengan air menjadi amonium, kemudian diserap oleh akar tanaman
digunakan oleh jasad renik lagi sehingga amonium tak tersedia oleh tanaman. Proses ini dinamakan dengan immobilisasi.
kadang-kadang difiksasi oleh lempung tipe kisi 2 : 1 yang terdapatdi dalam tanah.
Nitrifikasi
NH4+ yang dibebaskan oleh jasad renik atau pupuk seringkali secara mikrobiolois diubah menjadi nitrat. Nitrifikasi sebetulnya ada dua tingkat,yakni tingkat nitritasi yang merupakan oksidasi amonium menjadi nitrit yang dilakukan oleh bakteri eutrotrof obligat nitrosomonas. Umumnya, dalam waktu cepat nitrit yang terbentuk dari nitritasi diikuti dengan tingkat berikutnya, yakni nitritasi yang dilakukan oleh bakteri nitrobakter.
Proses nitrifikasi dapat terlaksana apabila keadaan tanahnya aerob, misalnya pada tanah diolah kering aerasi baik. Pada tanah yang tergenang, nitrifikasi akan terhenti. Faktor lain yang berpengaruh terhadap nitrifikasi adalah kelengasan tanah dan temperatur dalam tanah yang sesuai. Pada proses tersebut dilepaskan ion H+. Oleh karena itu, proses ini memiliki kecenderungan pengasaman tanah atau menurunkan nilai pH. Pemberian kapur, selain memperbaiki lingkungan yang sesuai untuk nitrifikasi, juga berperan sebagai netralisasi tanah.
DAFTAR PUSTAKA
Anonim. 2006. Pengantar Mikrobiologi. Http://rachdie.blogsome.com . Diakses pada tanggal 12 Maret 2009
Anonim. 2008. Sejarah Perkembangan Mikrobiologi. Http://www.ubb.ac.id . Diakses pada tanggal 12 Maret 2009.
Anonim. 2008. Susunan Utama Tanah. Http://mbojo.files.wordpress.com . Diakses pada tanggal 18 maret 2009.
Dwidjoseputro,D. 1994. Dasar-Dasar Mikroiologi. Djambatan. Jakarta.
Rosmarkam, A dan Nasih W. Yuwono. 2002. Ilmu Kesuburan Tanah. Kanisius. Yogyakarta
Sanchez, Pedro. 1992. Sifat dan Pengelolaan Tanah dan Tropika.ITB. Bandung.
