Selamat Pagi

PENDAHULUAN

PERAN PENTING BIOLOGI TANAH

KESUBURAN TANAHPERTUMBUHAN TANAMAN

KELESTARIAN LINGKUNGAN

RUANG LINGKUP

Susunan Komponen Struktural dan Fungsional Jasad Hidup Tanah

Fungsi Metabolik dalam Daur Unsur Hara dan karbon

Aspek Terapan Lingkungan

EKOSISTEM TANAH

POPULASIKOMUNITAS

ABIOTIK

EKOSISTEM

JASAD HIDUP TANAH DALAM STRUKTUR EKOSISTEM

PRODUSEN (TANAMAN)KONSUMEN (HEWAN, MANUSIA)PEROMBAK (JASAD HIDUP TANAH)

CIRI STRUKTUR EKOSISTEM

JUMLAH DAN JENIS KOMUNITASHUBUNGAN ANTAR KOMUNITASSUBSTANSI ANORGANIK DAN

DISTRIBUSINYA

FUNGSI EKOSISTEM

ALIRAN ENERGI (PANAS)DAUR HARA

JASAD HIDUP TANAH DALAM FUNGSI EKOSISTEM

PENGENDALI ALIRAN ENERGIAGEN ALIRAN NUTRISI/DAUR HARA

TANAH SEBAGAI EKOSISTEM

BIOTIKFAUNA TANAHFLORA TANAH

ABIOTIKPARTIKEL TANAHUDARA TANAHAIR TANAH

HABITAT BAGI JASAD HIDUP TANAH DAN TANAMAN

JASAD HIDUP TANAH

PENYUSUN JASAD HIDUP TANAHINTERAKSI ANTAR BIOTA TANAHINTERAKSI JASAD HIDUP TANAH DAN

TANAMANPERAN PENTING JASAD HIDUP TANAH

JASAD HIDUP TANAH

MIKRO

METAZOAARTROPODA

MAKRO

SEMUTRAYAPCACING TANAH

FAUNA

MESO

PROTOZOA

AMOEBA

NEMATODA

COLLEMBOLA

FLORA TANAH

STRUKTUR SEL

PROKARIOTEUKARIOT

KEBERADAAN

autochtonous zymogen

SUMBER KARBON

• OTOTROF

• HETEROTROF

SUMBER ENERGI

• FOTOTROF

• KEMOTROF

INTERAKSI ANTAR JASAD HIDUP TANAH TANAH

HUBUNGAN YANG MENGUNTUNGKAN - ASOSIASI (Azotobacter sp, MPF) - SIMBIOSIS (Mikorhiza, Rhizobium)HUBUNGAN YANG MERUGIKAN - PATOGENESIS (Patogen) - PARASITISME (Virus)

INTERAKSI JASAD MIKRO TANAH DENGAN TANAMAN

Lingkungan RhizosferSenyawa Eksudat TanamanPopulasi Jasad Mikro RhizosferPergerakan Mikroflora dalam RhizosferTipe Asosiasi Jasad Hidup Tanah - Akar

Tanaman

PERAN PENTING JASAD HIDUP TANAH

DAUR UNSUR HARAPEMBENTUKAN BAHAN ORGANIKPENAMBATAN N2

BIOKONTROLBIOTEKNOLOGI

TUGAS MANDIRI

Membuat rangkuman salah satu peranan jamur, bakteri, dan cacing tanah dalam meningkatkan pertumbuhan tanaman.

Membuat ringkasan mengenai proses penting yang dikendalikan oleh jasad hidup tanah dalam mendukung status kesuburan tanah serta memilah jasad hidup yang terlibat dalam setiap proses tersebut

DAUR KARBON

PERANAN JASAD HIDUP TANAH DALAM DAUR KARBON

KARAKTERISTIK BAHAN ORGANIK TANAHSENYAWA HIDROKARBON DALAM TANAHJASAD HIDUP TANAH DALAM

TRANSFORMASI SENYAWA HIDROKARBONPENGARUH FAKTOR LINGKUNGAN DALAM

DAUR KARBON

A. Fotosintesis B. Respirasi tanaman

C. Respirasi hewan D. Jazad mikro ototrofik

E. Respirasi jazad mikro

Gambar 4.1 Skema Daur Karbon Tanah

C- hewan

C-tumbuhan

Bahan organik tanah sel jazad mikro, residu pembusukan

Karbon dioksida

A B

DE

C

PERANAN JASAD HIDUP TANAH DALAM DAUR KARBON

PRODUSEN KARBON PRIMERKONSUMENDEKOMPOSER ada 3 proses utama :

DEKOMPOSISI MINERALISASI

RESPIRASI

KARAKTERISTIK BAHAN ORGANIK

JENIS (RESIDU TANAMAN, LIMBAH TERNAK, SEL-SEL JASAD MIKRO)

JUMLAH (TGT PENGGUNAAN LAHAN)KOMPOSISI (TGT JENIS TANAMAN)

SENYAWA HIDROKARBON DALAM TANAH

SUMBER :EKSKRESI BINATANG TANAHEKSUDASI TUMBUHANSISA-SISA TUMBUHAN DAN BINATANG

YANG TELAH MATIPESTISIDA

JASAD HIDUP TANAH DALAM TRANSFORMASI SENYAWA HIDROKARBON

HIDROKARBON DALAM TANAH

PERUBAHANPERUBAHAN

DIPECAHDIPECAH

DISINTESISDISINTESIS

SENYAWA SENYAWA KOMPLEKSKOMPLEKS

SENYAWASENYAWAKOMPLEKSKOMPLEKS

JASAD HIDUPTANAH

FAKTORLINGKUNGAN

TRANSFORMASI HIDROKARBON MELIBATKAN JASAD MAKRO DAN MIKRO

TRANSFORMASI ADA 2 :1. NON BIOLOGI2. BIOLOGI :

a. Senyawa hk diubah menjadi suatu metabolit

intermedier yang normal dan digunakan sbg penyusun selnya b. Senyawa hk diubah menjadi senyawa yang

tidak dapat digunakan/sedikit digunakan sebagai

substrat

Ini dikenal sebagai Kometabolisme (Kooksidasi)

PENGARUH FAKTOR LINGKUNGAN DALAM DAUR

KARBON

TANAHTANAH JASAD HIDUPJASAD HIDUP

LINGKUNGANLINGKUNGAN

ASPEK LINGKUNGAN DAUR KARBON

PEMANASAN GLOBAL

DAUR SULFUR

TINJAUAN UMUMTRANSFORMASI BIOLOGI SULFUROKSIDASI DAN REDUKSI SENYAWA

SULFUR OLEH JASAD MIKROPENGUAPAN SENYAWA SULFUR DARI

DALAM TANAHASPEK LINGKUNGAN POLUTAN SULFUR

TINJAUAN UMUM

FUNGSI : BAGIAN DARI ASAM AMINO, SUMBER ENERGI METABOLIK

SUMBER : KERAK BUMI BENTUK : ORGANIK (90 %) TANAH : INORGANIK , 25%

TRANSFORMASI BIOLOGI SULFUR

reduksi dan oksidasimineralisasi dan imobilisasi

reaksi volatilisasi

OKSIDASI DAN REDUKSI SENYAWA SULFUR OLEH JASAD MIKRO

Oksidasi senyawa sulfur PROSES : sulfur elemental (So) dioksidasi menjadi sulfit dan

sulfat JASAD MIKRO : kemotrof (Thiobacillus), fototrof (bakteri

sulfur hijau dan ungu), dan kemoheterotrof (beberapa bakteri dan jamur)

Reduksi sulfat PROSES : sulfat menjadi hidrogen sulfide JASAD MIKRO : bakteri pereduksi sulfat dalam suasana

anaerob (bakteri Desulfovibrio spp, Desulfomonas spp, Desulfotomaculum spp )

Akibat : korosi pipa-pipa di dalam tanah, polusi ferosulfat dan hidrogen sulfat.

PENGUAPAN SENYAWA SULFUR DARI DALAM TANAH

CONTOH : H2SASAL : AKTIVITAS JASAD MIKRO (PEROMBAKAN

BO, SUMBER SULFUR ANORGANIK) DAN AKTIVITAS MANUSIA (ENERGI FOSSIL)

ASPEK LINGKUNGAN DAUR SULFUR

TERBENTUK TANAH SULFAT MASAMDEPOSISI SENYAWA SULFUR ATMOSFER DI

DALAM TANAHHUJAN ASAM

DAUR NITROGEN

TINJAUAN UMUMPENAMBATAN NITROGEN

MINERALISASI/IMOBILISASI NNITRIFIKASI

DENITRIFIKASI

DIPERLUKAN PALING BANYAK OLEH TANAMAN

BAGIAN DARI ASAM AMINOMEMPENGARUHI KUALITAS AIR DAN

ATMOSFER

Daur nitrogen

Tanaman

Herbivora

Organik NNH4

+

NO3-

Fiksasi Nonsimbiotik

Dekomposisi

Ammonifikasi

Immobilisasi

Nitrifikasi

Assimilasi/disimilasi

Reduksi N03-

Fiksasi Simbiotik

N2Atmosfer

Tanah

PENAMBATAN NITROGEN

ENZIMATIK (NITROGENASE)SENSITIF TERHADAP OKSIGEN

PROSES : N2 → NH3

65 % KEB. N PERTANIAN DUNIA Reaksi :

N2 + 8H+ + 8e_ + 16 Mg ATP → 2NH3 + H2 + 16 Mg ADP + 16 Pi

SISTEM

FREE LIVING (Azotobacter sp)ASOSIASI (Azospirillum sp)SIMBIOSIS (Rhizobium sp)

FREE LIVING

KONDISI : aerob, mikroaerofilik & anaerobLOKASI : tanah di luar rhizosferFAKTOR : sumber energi, kombinasi

nitrogen (amonium dan nitrat), pengaruh oksigen terhadap enzim nitrogenase, dan pengaruh lingkungan lainnya

JASAD MIKRO : Azotobacter, Azospirillum, dan Methanosarcina.

JUMLAH : SANGAT RENDAH

ASOSIASI

LOKASI : rhizosfer, korteks, jaringan vaskular akar, musigel

JASAD MIKRO :Acetobacter diazotrophicus Jumlah : 5 – 25 kg N/ha/th.

SIMBIOSIS

LEGUMINOSE DAN RHIZOBIUMFRANKIA DAN AKTINOMISETESAZOLLA DAN CYANOBACTERIUM

RHIZOBIUM DAN LEGUMINOSE

CIRI : TERBENTUK BINTIL AKARJUMLAH : 57 – 169 Kg N/Ha/ThPROSES : INFEKSI, PENETRASI,

PEMBENTUKAN BENANG INFEKSI, PEMBENTUKAN BAKTEROID, PEMBENTUKAN BINTIL AKAR

CATATAN PENTING

INFEKTIVITASSTRAIN SELEKTIVITAS

EFEKTIVITAS

CATATAN

Bintil akar efektif : bagian dalam berwarna merah

Faktor pembentukan bintil dan penambatan N2 : pH, suhu, unsur hara, salinitas dan alkalinitas.

Frankia dan aktinorhizal

Simbiosis anta Frankia & tanaman angiosperma

Ciri : terbentuknya bintilManfaat : tanaman kehutanan dan reklamasi

tambangJumlah N : 57 – 169 kg N2/ha/th.

Anabaena azollae

Manfaat : pupuk hijau lahan sawahSifat : mudah dekomposisi karena rasio C/N

rendahOrganela : heterosit cyanobacterium Aplikasi : meningkatkan produksi padi sawah

sebesar 1 ton/ha.

Mineralisasi dan Imobilisasi Nitrogen

Definisi : pembentukan nitrogen Anorganik dari nitrogen organik

Proses : amonifikasi dan nitrifikasi Kondisi : aerob

Mineralisasi nitrogen

Amonifikasi

Enzim : • ekstraseluler

(proteinase, protease, peptidase, kitinase, kitobiase, lisozim, endonuklease, eksonuklease, urease)

• intraseluler (deaminase) mikroba

Jasad mikro : heterotrof

NitrifikasiJasad mikro : nitrosomonas,

nitrosococcus, nitrosospira (pengoksidasi NH3)

nitrobacter, nitrospina, nitrococcus, dan nitrospira (pengoksidasi N02). Reaksi yang terjadi dalam proses nitrifikasi adalah :

NH3 + 1,5 O2 → NO2- + H+ + H2O

NO2- + ½ O2 → NO3-

Mineralisasi

Reaksi : NH3 + 1,5 O2 → NO2

0 + H+ + H2O

NO2- + ½ O2 → NO3

-

Faktor : populasi bakteri nitrifikasi, aerasi tanah,

ketersediaan substrat, pH tanah, faktor lingkungan, penghambat alelokimia

Imobilisasi

Konversi N-anorganik menjadi N-organikPrediksi berdasarkan rasio C/N : < 20/1 : mineralisasi > 20/1 : imobilisasi Rasio C/N : Bakteri : 4 - 5 Jamur : 15

Denitrifikasi Nitrogen

Definisi : reduksi nitrat menjadi gas nitrogen (N0, N20 dan N2)

Kondisi : anaerobBakteri : organotrof (Alcaligenes, Agrobacterium,

Azospirillum) fototrof ( Rhodopseudomonas) dan Litotrof

(Bradyrhizobium, Nitrosomonas, Thiobacillus)

DENITRIFIKASI TERJADI MELALUI 4 LINTASAN, DIATUR OLEH 4 ENZIM

ENZIM YANG TERLIBAT : NITRAT REDUKTASE/NAR (MEREDUKSI

NITRAT MJD NITRIT) NITRIT REDUKTASE/NIR (MEREDUKSI

NITRIT MJD OKSIDA NITRIT) OKSIDA NITRIT REDUKTASE/NOR

(MEREDUKSI OKSIDA NITRIT MJD NITROUS OKSIDA)

OKSIDA NITROUS REDUKTASE/NOS, YANG BERFUNGSI UNTUK MEREDUKSI NITROUS OKSIDA MENJADI N2).

ENZIM

Faktor

aerasi tanahketersediaan nitrat

ketersediaan karbonfaktor lingkungan

ASPEK LINGKUNGAN DAUR NITROGEN

kadar nitrat yang tinggi di dalam air tanah dan air permukaan

kontribusi gas-gas nitrogen yang dapat menyebabkan terjadinya hujan asam, rusaknya lapisan ozon, pemanasan global

eutrofikasi.

DAUR FOSFOR

MINERALISASI DAN IMOBILISASI PPELARUTAN P-ANORGANIKKETERSEDIAAN P-ORGANIKKELARUTAN P-ANORGANIK

PROSESMINERALISASIIMOBILISASITERJERAPDISERAP TANAMAN

DAUR FOSFOR

MINERALISASI P-ORGANIK

Enzim : fosfatase (ekstraseluler)Jenis : fosfomonoesterase, fosfodiesterase,

phytase Mineralisasi vs rasio C/P < 200/1 : mineralisasi > 300/1 : imobilisasi P 200 – 300/1 : sedikit perubahan

ketersediaan P.

Pelarutan P-anorganik

Mekanisme :

Melepaskan karbondioksida & bahan organik Asam karbonat : Ca-P dan Mg-P Asam organik : pengkhelat, Al-P, Fe-P, Ca-P, Mg-P Hasil : orthofosfat

Jasad mikro :

bakteri (Bacillus, Pseudomonas, sp, Nitrosomnas sp,)

jamur (Aspergillus sp, Penicillium sp dan Fusarium sp).

KONDISI REDUKSI & KETERSEDIAAN P

PENGARUH : Fe-P dan Al-PFAKTOR : PENGGENANGAN DAN BOAKIBAT : reduksi ferro-P menjadi ferri-P

DAUR KALIUM

TRANSFORMASI KALIUMIMOBILISASI KALIUM

SKEMA DAUR KALIUM

K-hewan K-tumbuhan

Humus

K-mikroba

K-tersedia

K-tertambatLaut

PROSES DAN JASAD MIKRO

Proses : perombakan bahan organik & pelarutan K-mineral Pelarutan K mineral : melalui dekomposisi

lapisan silikat mineral liat dan pelarutan asamJasad mikro pendekomposisi mineral liat : bakteri (Bacillus dan Pseudomonas) jamur (Aspergillus, Mucor dan Penicillium)Asam untuk melarutkan kalium : asam karbonat (heterotrof) asam organik (Clostridium pasteurianum &

Aspergillus niger) asam nitrat dan sulfat (jasad mikro autotrof).

Keseimbangan Ion K

K (protoplasma) K-terlarut ↔ K-mineral

Bahan Diskusi Kelompok Jelaskan berdasarkan Gambar 8.1., pada

bagian mana terjadi proses : - Mineralisasi - Imobilisasi

DAUR KALSIUM DAN MAGNESIUM

REAKSI KALSIUM DAN MAGNESIUM DALAM TANAH

JASAD HIDUP TANAH DALAM DAUR KALSIUM DAN MAGNESIUM

FAKTOR LINGKUNGAN DALAM DAUR KALSIUM DAN MAGNESIUM

ASPEK PERTANIAN KALSIUM DAN MAGNESIUM

REAKSI Ca DAN Mg DALAM TANAH

Sumber kalsiummineral Ca (feldspar, amphibol, apatit atau Ca-fosfat, Ca-karbonat yaitu kalsit dan dolomit)

Sumber magnesium mineral ferromagnesium (biotit, serpentin, hornblende, olivin, MgSO4, khlorit, illit, vermikulit dan montmorillonit).

Ca dan Mg-organikTanaman Binatang Bahan mati/ biomassa jasad hidup tanah tanah

Ca dan Mg- anorganikBatuan dan mineral

Ca dan Mg- tersediaKompleks Larutan tanahJerapan tanah

3 2

1

5

4

6 7

Manusia

Daur kalsium dan magnesium terjadi secara biologis dan non biologis

Transformasi biologi kalsium dapat terjadi dengan bantuan enzim atau tanpa enzim.

Jasad hidup tanah : jasad makro (cacing tanah) jasad mikro (bakteri, jamur, aktinomisetes,

algae dan protozoa)

Faktor Lingkungan

suhuCahaya

kelembaban dan aerasipH

kejenuhan basa senyawa organik.

TRANSFORMASI BESI

Sumber besi : kerak bumi Jenis sumber : mineral primer (olivin, augit, hornblende

dan biotit) Oksida besi primer yang terdapat di dalam

tanah antara lain adalah hematit dan magnetit

Proses

pengkhelatan (pelarutan asam)PengendapanMineralisasiSerapanreduksi oksidasi.

Daur BesiTanama

nMikroba Fe3+

Mineral

ResiduOrganik

Fe2+

Mineral

Reduksi

Oksidasi

Lingkungan Anaerob

Fe2+ Fe2+

Fe3+ Fe3+

Serapan

Pelarutan Pengendapan

PengendapanKhelat, pelarutan asam

Mineralisasi

Pelarutan Besi

Pelaku : jasad mikro Mekanisme : metabolit dgn afinitas tinggi

terhadap Fe3+ Contoh : asam dan senyawa organik. Pelarutan terjadi pada kondisi reduksi : Eh 200 mV (Fe2+ dominan) EH > 300 mV (Fe3+ dominan)

Oksidasi Besi

Contoh reaksi ( Thiobacillus thioxidans) :

FeSO2 + 7 O2 + 2H2O → 2FeSO4 + 2H2SO4 (1)

4FeSO4 + O2 + 2H2SO4 → 2Fe(SO4)3 + 2H2O (2)

14Fe3+ + FeS2 + 8H2O → 15 Fe2+ + 2SO42- + 16H+

(3) Fe2(SO4)3 + 6H2O → 2Fe(OH)3 + 3H2SO4

(4)Reaksi (1) dapat terjadi secara biologi maupun kimia.

Reaksi (2) bersifat enzimatikReaksi (3) bersifat spontan Reaksi (4) terjadi secara non biologi terbentuk Fe(OH)3

yang dapat menyelubungi jasad mikro.

Dekomposisi dan Pembentukan Senyawa Besi Organik

Dekomposisi senyawa organik besi

Produk : CO2 dan garam-garam besi Kondisi : aerob maupun anaerob

Reaksi : Senyawa Fe-org → CO2 + ∆H + garam Fe3+

JASAD MIKRO

Bakteri (Pseudomonas, Bacillus, Serratia, Acinetobacter, Klebsiella, Myzcobacterium, dan Corynebacterium)

Jamur (jamur berfilamen) Aktinomisetes (Nocardia dan

Streptomyces). Pembentukan coating senyawa besi

humus : Pedomicrobium, Metallogenium, dan Seliberia

Pembentukan Biomassa besi

kompleks besi dengan molekul organik (mudah dimineralisasi)

berikatan dengan polisakarida jasad mikro dan tanaman (sukar disekomposisi)

kompleks besi organik menyebabkan besi dapat bergerak turun di dalam profil tanah.

Perombakan Besi dalam Batuan dan Mineral

Pelaku

Lichenes (batuan)jamur (mineral) → eksudat → pH turunBakteri (mineral) → asam 2-ketoglutarat.

Reduksi Besi

Terjadi pada Eh < -200 mV Terbentuk lapisan gley pada tanahReduksi Fe3+ → Fe2+ terjadi secara enzimatik Enzim : nitrat reduktase (Nar) dan enzim lain

yang tidak terlibat dalam metabolisme nitrat.

Aspek Penting Daur Fe

pedogenesisdeposit geologi bumikorosi pada pipa-pipa besi yang ditanam di

dalam tanah efek penyumbatan (clogging of drains) siderofor pada bakteri pemacu tumbuh

tanaman (BPGP).

Transformasi Mangan

Mn3+ Mn4+

Mn2+

MnO3.nH2O MnMn22.nH.nH22OO

Proses

Oksidasi Jasad mikro : Bakteri : Aerobacter, Bacillus, Corynebacterium,

Pseudomonas jamur : Cladosporium, Curvularia,

Helminthosporum, Chepalosporium

Reduksi Jasad mikro : bakteri Kondisi : tanah tergenang, distimulasi dengan

penambahan bahan organik, respirasi sel melalui metabolisme non enzimatik dan pembentukan asam organik.

Aplikasi Biologi Tanah dalam Bidang Pertanian dan Lingkungan

Bioremidiasi Tanah – Tanah TerkontaminasiGas Global

BIOREMIDIASI TANAH TERKONTAMINASI

jenis polutan : PCE, TCE, TNT, logam, radionuklida, pestisida, BTEX, PAH, dan PCB

Definisi bioremidiasi : strategi atau proses menggunakan jasad mikro, tanaman atau enzim jasad mikro dan tanaman untuk mendetoksifikasi kontaminan di dalam tanah dan lingkungan lainnya.

Proses Bioremidiasi

BiodegradasiMineralisasi

Kometabolisme.

Kriteria Bioremidiasi

Jasad mikro harus berkualitas kontaminan target harus menjadi bioavailabletempat bioremidiasi harus memiliki kondisi

yang kondusif untuk pertumbuhan jasad mikro dan tanaman atau aktivitas enzim

biaya bioremidiasi tidak boleh lebih tinggi dibandingkan teknologi lain yang dapat mengurangi kontaminan.

Strategi Bioremidiasi

Bioremidiasi pasifBiostimulasi Bioventing

Bioaugmentasi Landfarming Komposting

Fitoremidiasi

Keuntungan dan Tantangan

Memerlukan biaya yang lebih murahkondisi kontaminan yang heterogen sulit

memilih sistem yang paling sesuai untuk seluruh kontaminan

Gas Global

Gas terbanyak di atmosfer :nitrogen (78 %) oksigen (21 %)sisanya adalah gas-gas mikro (Trace Gas).

Komposisi Gas Mikro Atmosfer

GasKonsentrasi (ppb)

1992

Peningkatan Tahunan (%)

Waktu AktifPotensial pemanasan Global

relatifTerhadap CO2

1980-an 1990-1992

CO2 355.000 0,400 0,14 50–200 th 1

CH4 1.714 0,800 0,27 11-17 th 21

N2O 311 0,250 0,15 120 th 206

CFC-12 0,5 4,000 0,026 102 th 15.800

NOx 0,005 – 10 1-10 hari

CO 40 - 20 1-4 bulan

Trace Gas sangat penting

keseimbangan radiasi bumi, iklim globalmengatur kemampuan atmosfer untuk

membersihkan polutan di atmosfersumber unsur hara bagi biosfer terutama gas

nitrogen.

Sumber Gas dalam Tanah

karbon dioksida (25 %) methan (50 %)

nitrous oksida (65 %)oksida nitrat (30 %)

dll.

KONTROL UMUM PRODUKSI GAS

suhuKelembaban

potensial redoksketersediaan substrat

Terimakasih