Selamat Pagi

PENDAHULUANPERAN PENTING BIOLOGI TANAH

KESUBURAN TANAHPERTUMBUHAN TANAMANKELESTARIAN LINGKUNGAN

RUANG LINGKUPSusunan Komponen Struktural dan Fungsional Jasad Hidup TanahFungsi Metabolik dalam Daur Unsur Hara dan karbonAspek Terapan Lingkungan

EKOSISTEM TANAHPOPULASIKOMUNITASABIOTIK

EKOSISTEM

JASAD HIDUP TANAH DALAM STRUKTUR EKOSISTEMPRODUSEN (TANAMAN)KONSUMEN (HEWAN, MANUSIA)PEROMBAK (JASAD HIDUP TANAH)

CIRI STRUKTUR EKOSISTEMJUMLAH DAN JENIS KOMUNITASHUBUNGAN ANTAR KOMUNITASSUBSTANSI ANORGANIK DAN DISTRIBUSINYA

FUNGSI EKOSISTEMALIRAN ENERGI (PANAS)DAUR HARA

JASAD HIDUP TANAH DALAM FUNGSI EKOSISTEMPENGENDALI ALIRAN ENERGIAGEN ALIRAN NUTRISI/DAUR HARA

TANAH SEBAGAI EKOSISTEMBIOTIKFAUNA TANAHFLORA TANAHABIOTIKPARTIKEL TANAHUDARA TANAHAIR TANAHHABITAT BAGI JASAD HIDUP TANAH DAN TANAMAN

JASAD HIDUP TANAHPENYUSUN JASAD HIDUP TANAHINTERAKSI ANTAR BIOTA TANAHINTERAKSI JASAD HIDUP TANAH DAN TANAMANPERAN PENTING JASAD HIDUP TANAH

JASAD HIDUP TANAHMIKRO

METAZOAARTROPODA

MAKRO

SEMUTRAYAPCACING TANAHFAUNAMESO

PROTOZOAAMOEBANEMATODACOLLEMBOLA

FLORA TANAHSTRUKTUR SEL

PROKARIOTEUKARIOTKEBERADAAN

autochtonous zymogen SUMBER KARBONOTOTROFHETEROTROF

SUMBER ENERGIFOTOTROFKEMOTROF

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

PERAN PENTING JASAD HIDUP TANAHDAUR UNSUR HARAPEMBENTUKAN BAHAN ORGANIKPENAMBATAN N2BIOKONTROLBIOTEKNOLOGI

TUGAS MANDIRIMembuat 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 KARBONKARAKTERISTIK 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 mikroGambar 4.1 Skema Daur Karbon TanahC- hewan

PERANAN JASAD HIDUP TANAH DALAM DAUR KARBONPRODUSEN KARBON PRIMERKONSUMENDEKOMPOSER ada 3 proses utama :DEKOMPOSISIMINERALISASIRESPIRASI

KARAKTERISTIK BAHAN ORGANIKJENIS (RESIDU TANAMAN, LIMBAH TERNAK, SEL-SEL JASAD MIKRO)JUMLAH (TGT PENGGUNAAN LAHAN)KOMPOSISI (TGT JENIS TANAMAN)

SENYAWA HIDROKARBON DALAM TANAHSUMBER :EKSKRESI BINATANG TANAHEKSUDASI TUMBUHANSISA-SISA TUMBUHAN DAN BINATANG YANG TELAH MATIPESTISIDA

JASAD HIDUP TANAH DALAM TRANSFORMASI SENYAWA HIDROKARBONHIDROKARBON DALAM TANAHPERUBAHANDIPECAHDISINTESISSENYAWA KOMPLEKSSENYAWAKOMPLEKSJASAD HIDUPTANAHFAKTORLINGKUNGAN

TRANSFORMASI HIDROKARBON MELIBATKAN JASAD MAKRO DAN MIKROTRANSFORMASI ADA 2 :NON BIOLOGIBIOLOGI : 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 KARBONTANAHJASAD HIDUPLINGKUNGAN

ASPEK LINGKUNGAN DAUR KARBONPEMANASAN GLOBAL

DAUR SULFURTINJAUAN UMUMTRANSFORMASI BIOLOGI SULFUROKSIDASI DAN REDUKSI SENYAWA SULFUR OLEH JASAD MIKROPENGUAPAN SENYAWA SULFUR DARI DALAM TANAHASPEK LINGKUNGAN POLUTAN SULFUR

TINJAUAN UMUMFUNGSI : BAGIAN DARI ASAM AMINO, SUMBER ENERGI METABOLIKSUMBER : KERAK BUMIBENTUK : ORGANIK (90 %)TANAH : INORGANIK , 25%

TRANSFORMASI BIOLOGI SULFUR

reduksi dan oksidasimineralisasi dan imobilisasireaksi volatilisasi

OKSIDASI DAN REDUKSI SENYAWA SULFUR OLEH JASAD MIKROOksidasi 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 sulfatPROSES : 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 TANAHCONTOH : H2SASAL : AKTIVITAS JASAD MIKRO (PEROMBAKAN BO, SUMBER SULFUR ANORGANIK) DAN AKTIVITAS MANUSIA (ENERGI FOSSIL)

ASPEK LINGKUNGAN DAUR SULFURTERBENTUK TANAH SULFAT MASAMDEPOSISI SENYAWA SULFUR ATMOSFER DI DALAM TANAHHUJAN ASAM

DAUR NITROGENTINJAUAN UMUMPENAMBATAN NITROGENMINERALISASI/IMOBILISASI NNITRIFIKASIDENITRIFIKASI

DIPERLUKAN PALING BANYAK OLEH TANAMANBAGIAN DARI ASAM AMINOMEMPENGARUHI KUALITAS AIR DAN ATMOSFER

Daur nitrogen

PENAMBATAN NITROGENENZIMATIK (NITROGENASE)SENSITIF TERHADAP OKSIGENPROSES : N2 NH365 % KEB. N PERTANIAN DUNIA Reaksi :N2 + 8H+ + 8e_ + 16 Mg ATP 2NH3 + H2 + 16 Mg ADP + 16 Pi

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

FREE LIVINGKONDISI : aerob, mikroaerofilik & anaerobLOKASI : tanah di luar rhizosferFAKTOR : sumber energi, kombinasi nitrogen (amonium dan nitrat), pengaruh oksigen terhadap enzim nitrogenase, dan pengaruh lingkungan lainnyaJASAD MIKRO : Azotobacter, Azospirillum, dan Methanosarcina. JUMLAH : SANGAT RENDAH

ASOSIASILOKASI : rhizosfer, korteks, jaringan vaskular akar, musigelJASAD MIKRO :Acetobacter diazotrophicusJumlah : 5 25 kg N/ha/th.

SIMBIOSISLEGUMINOSE DAN RHIZOBIUMFRANKIA DAN AKTINOMISETESAZOLLA DAN CYANOBACTERIUM

RHIZOBIUM DAN LEGUMINOSECIRI : TERBENTUK BINTIL AKARJUMLAH : 57 169 Kg N/Ha/ThPROSES : INFEKSI, PENETRASI, PEMBENTUKAN BENANG INFEKSI, PEMBENTUKAN BAKTEROID, PEMBENTUKAN BINTIL AKAR

CATATAN PENTINGINFEKTIVITASSTRAIN SELEKTIVITASEFEKTIVITAS

CATATAN Bintil akar efektif : bagian dalam berwarna merah Faktor pembentukan bintil dan penambatan N2 : pH, suhu, unsur hara, salinitas dan alkalinitas.

Frankia dan aktinorhizalSimbiosis anta Frankia & tanaman angiosperma Ciri : terbentuknya bintilManfaat : tanaman kehutanan dan reklamasi tambangJumlah N : 57 169 kg N2/ha/th.

Anabaena azollaeManfaat : 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 NitrogenDefinisi : pembentukan nitrogen Anorganik dari nitrogen organik Proses : amonifikasi dan nitrifikasi Kondisi : aerob

Mineralisasi nitrogenAmonifikasiEnzim : ekstraseluler (proteinase, protease, peptidase, kitinase, kitobiase, lisozim, endonuklease, eksonuklease, urease) intraseluler (deaminase) mikrobaJasad 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+ + H2ONO2- + O2 NO3-

MineralisasiReaksi :NH3 + 1,5 O2 NO20 + H+ + H2ONO2- + O2 NO3-Faktor : populasi bakteri nitrifikasi, aerasi tanah, ketersediaan substrat, pH tanah, faktor lingkungan, penghambat alelokimia

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

Denitrifikasi NitrogenDefinisi : 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 ENZIMENZIM 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

Faktoraerasi tanahketersediaan nitratketersediaan karbonfaktor lingkungan

ASPEK LINGKUNGAN DAUR NITROGENkadar nitrat yang tinggi di dalam air tanah dan air permukaankontribusi gas-gas nitrogen yang dapat menyebabkan terjadinya hujan asam, rusaknya lapisan ozon, pemanasan globaleutrofikasi.

DAUR FOSFOR

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

PROSESMINERALISASIIMOBILISASITERJERAPDISERAP TANAMANDAUR FOSFOR

MINERALISASI P-ORGANIKEnzim : 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 PPENGARUH : Fe-P dan Al-PFAKTOR : PENGGENANGAN DAN BOAKIBAT : reduksi ferro-P menjadi ferri-P

DAUR KALIUMTRANSFORMASI KALIUMIMOBILISASI KALIUM

SKEMA DAUR KALIUMK-hewanK-tumbuhanHumusK-mikrobaK-tersediaK-tertambatLaut

PROSES DAN JASAD MIKROProses : 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 KelompokJelaskan berdasarkan Gambar 8.1., pada bagian mana terjadi proses : - Mineralisasi - Imobilisasi

DAUR KALSIUM DAN MAGNESIUMREAKSI KALSIUM DAN MAGNESIUM DALAM TANAHJASAD HIDUP TANAH DALAM DAUR KALSIUM DAN MAGNESIUMFAKTOR LINGKUNGAN DALAM DAUR KALSIUM DAN MAGNESIUMASPEK 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).

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

suhuCahayakelembaban dan aerasipHkejenuhan basa senyawa organik.

TRANSFORMASI BESISumber 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

Prosespengkhelatan (pelarutan asam)PengendapanMineralisasiSerapanreduksi oksidasi.

Daur BesiTanamanMikrobaFe3+MineralResiduOrganikFe2+MineralReduksiOksidasiLingkungan AnaerobFe2+Fe2+Fe3+Fe3+SerapanPelarutanPengendapanPengendapanKhelat, pelarutan asamMineralisasi

Pelarutan BesiPelaku : 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 BesiContoh 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 OrganikDekomposisi 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 BesiTerjadi 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 Fepedogenesisdeposit geologi bumikorosi pada pipa-pipa besi yang ditanam di dalam tanah efek penyumbatan (clogging of drains) siderofor pada bakteri pemacu tumbuh tanaman (BPGP).

Transformasi ManganMn3+Mn4+Mn2+MnO3.nH2O Mn2.nH2O

ProsesOksidasi 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 TERKONTAMINASIjenis polutan : PCE, TCE, TNT, logam, radionuklida, pestisida, BTEX, PAH, dan PCBDefinisi bioremidiasi : strategi atau proses menggunakan jasad mikro, tanaman atau enzim jasad mikro dan tanaman untuk mendetoksifikasi kontaminan di dalam tanah dan lingkungan lainnya.

Proses BioremidiasiBiodegradasiMineralisasiKometabolisme.

Kriteria BioremidiasiJasad mikro harus berkualitas kontaminan target harus menjadi bioavailabletempat bioremidiasi harus memiliki kondisi yang kondusif untuk pertumbuhan jasad mikro dan tanaman atau aktivitas enzimbiaya bioremidiasi tidak boleh lebih tinggi dibandingkan teknologi lain yang dapat mengurangi kontaminan.

Strategi BioremidiasiBioremidiasi pasifBiostimulasi Bioventing Bioaugmentasi Landfarming KompostingFitoremidiasi

Keuntungan dan TantanganMemerlukan 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)1992Peningkatan Tahunan (%)Waktu AktifPotensial pemanasan Global relatifTerhadap CO21980-an1990-1992CO2355.0000,4000,1450200 th 1CH4 1.7140,8000,2711-17 th 21N2O 3110,2500,15120 th 206CFC-12 0,54,0000,026102 th15.800NOx0,005 101-10 hariCO40 - 201-4 bulan

Trace Gas sangat pentingkeseimbangan radiasi bumi, iklim globalmengatur kemampuan atmosfer untuk membersihkan polutan di atmosfersumber unsur hara bagi biosfer terutama gas nitrogen.

Sumber Gas dalam Tanahkarbon dioksida (25 %) methan (50 %)nitrous oksida (65 %)oksida nitrat (30 %)dll.

KONTROL UMUM PRODUKSI GASsuhuKelembabanpotensial redoksketersediaan substrat

Terimakasih

*************MENGUNTUNGKANMENGUNTUNGKAN***************************************************************************