BIOREMEDIASI METANA DI LAHAN SAWAH SEBAGAI LANGKAH MITIGASI TERHADAP PEMANASAN GLOBAL. Muh. Nasir

Bioremediasi Metana Di Lahan Sawah Terhadap Pemanasan Global

Sebagai Langkah Mitigasi

ISSN:2089-3205

BIOREMEDIASI METANA DI LAHAN SAWAH SEBAGAI LANGKAH MITIGASI TERHADAP PEMANASAN GLOBAL Muh. Nasir Abstrak: Global warming is the process of increasing the average temperature of the atmosphere, ocean, and land earth, this is caused by the greenhouse effect caused by accumulated amount of Greenhouse Gases (GHG) is a wave trap solar radiation. These gases absorb and reflect radiation emitted by the earth and consequently heat is stored in the earth's surface. Methane is one of the carbon compounds that can increase the rate of global warming and causing changes in the chemical composition of the atmosphere, these compounds are separated from the anaerobic environment into the atmosphere when it is not oxidized by metanotrof. Bioremediation is a technique that potentially contaminated areas to clean up pollutants. Bioremediation technology is simply an attempt to optimize the natural ability of microorganisms to degrade / recycle by providing essential inorganic reactants and minimize abiotic stress. This technology is very useful and can be used at various stages of treatment. There are three principles in bioremediation technologies, the direct release into the environment of microbial contamination, microbial upgrading of indigenous (native), and the use of microbes in special reactors (Portier, 1991). The first step is the oxidation of methane to CO2 conversion of methane into methanol involving the enzyme methane monooksigenase. This enzyme is composed of two forms: membrane bound form (pMMO) and a soluble cytoplasmic form (sMMO). PMMO present in all forms of the genus metanotrof whilst the sMMO is only found in certain strains (McDonald, et al., 2008). The use of enzymes to catalyze the oxidation of methane monooksigenase methane to methanol is a characteristic metanotrof. Including methane metabolism formadehida core role as intermediates in katabolisma and anabolism, and unique trajectory synthesis intermediate core metabolic pathways. Kata Kunci: Bioremediation, Methane, Global warming. berulang-ulang dan mengakibatkan suhu rata-

PENDAHULUAN Pemanasan

global

adalah

adanya

rata

tahunan

bumi

terus

meningkat.

proses peningkatan suhu rata-rata atmosfer,

Intergovernmental Panel on Climate Change

laut, dan daratan bumi. Peningkatan suhu

(IPCC) menyimpulkan bahwa peningkatan

tersebut disebabkan oleh efek rumah kaca

suhu rata-rata global sejak pertengahan abad

akibat menumpuknya jumlah Gas Rumah

ke-20

Kaca

konsentrasi

(GRK)

yang

menjadi

perangkap

disebabkan gas-gas

oleh rumah

meningkatnya kaca

akibat

gelombang radiasi matahari. Gas-gas ini

aktivitas manusia melalui efek rumah kaca.

menyerap dan memantulkan kembali radiasi

Ada enam jenis gas yang digolongkan sebagai

gelombang yang dipancarkan bumi dan

GRK,

akibatnya panas tersebut akan tersimpan di

dinitroksida

permukaan

sulfurheksafluorida (SF6), perfluorokarbon

bumi.

Hal

tersebut

22 Oryza Jurnal Pendidikan Biologi

terjadi

yaitu

karbondioksida (N2O),

metana

(CO2), (CH4),

Volume 3 Nomor 1 April 2014

Bioremediasi Metana Di Lahan Sawah Terhadap Pemanasan Global (PFCs)

dan

Namun

hidrofluorokarbon

jenis

GRK

yang


(HFCs). terbanyak

ISSN:2089-3205

metana dibandingkan dengan peternakan, tanah pertanian dan pembakaran biomas.

memberikan sumbangan pada peningkatan

Walaupun

konsentrasi

metana

di

emisi GRK adalah CO2, CH4 dan N2O. Gas-

atmosfer lebih rendah dibanding CO2, akan

gas ini berfungsi sebagai pemantul radiasi

tetapi kemampuan metana dalam menyerap

panas dari matahari.

panas 30 kali lebih tinggi dari CO2 (Paul dan

Berdasarkan data total emisi gas

Clark, 1996). Selain waktu tinggalnya yang

rumah kaca Indonesia tahun 1994, sektor

lama,

pertanian berada pada urutan ketiga (8,05%)

mamancarkan panas 21 kali lebih tinggi dari

setelah

dan

CO2. Oleh karena itu perlu dilakukan upaya-

kehutanan (64%) serta energi (24,84%) (KLH

upaya mitigasi, sehingga keberadaan metana

Indonesia

di atmosfer tidak semakin meningkat atau

perubahan

:

tataguna

The

First

lahan

National

CH4

memiliki

Communication, 1999). Lahan persawahan

paling tidak produksi

terutama yang selalu tergenang merupakan

persawahan bisa ditekan.

sumber

dari

tiga

macam

metana di lahan

yaitu

Sampai saat ini telah dikembangkan

karbaondioksida (CO2), metana (CH4), dan

berbagai teknologi dalam rangka menekan

dinitrogen oksida (N2O). Metana bersumber

emisi metana, seperti pengolahan tanah secara

dari aktivitas mikroorganisme pengurai pada

kering,

kondisi anaerob, pembusukan biomassa di

intermitten,

rawa, aktifitas pertanian di sawah, ternak

penggunaan pupuk dan cara pemberian

sapi/kerbau

pupuk, penyiangan gulma serta penggunaan

dan sampah.

GRK

kemampuan

Dari berbagai

sumber tersebut, sumber terbesar adalah dari

hemat

air tanam

irigasi benih

dengan

cara

langsung,

varietas padi yang rendah emisi.

lahan padi sawah.

Selain teknologi tersebut di atas, salah

Menurut kajian ALGAS (1997), sektor

satu teknologi yang dapat dikembangkan

pertanian dan peternakan menyumbang emisi

untuk mereduksi metana di lahan sawah

CH4 sebesar 3,4 juta ton/ tahun (71,4 juta ton

adalah

CO2e) di mana 75% dari emisi CH4 tersebut

bakteri metanotrof (methanotrophic bacteria).

dilepaskan

Hasil

Bakteri metanotrof adalah bakteri yang dapat

penelitian tim konsorsium perubahan iklim

memanfaatkan metana sebagai satu-satunya

sektor pertanian juga menunjukkan bahwa

sumber karbon dan energi yang kemudian

padi sawah merupakan penyumbang terbesar

diubah menjadi komponen sel. Bakteri ini

melalui

lahan

sawah.

dengan bioremediasi menggunakan

umum ditemukan di tanah, air dan sedimen. 23

Oryza Jurnal Pendidikan Biologi




ISSN:2089-3205

Hanya saja aktivitas pertanian modern yang

memanfaatkan

teknologi

berbasis bahan kimia menyebabkan populasi

berbasis bakteri metanotrof.

bioremediasi

bakteri ini menjadi rendah. Program pertanian organik yang dicanangkan pemerintah dapat dijadikan momentum untuk mitigasi metana melalui

penggunaan

bakteri

METANA:

Tulisan ini akan mengulas strategi mitigasi metana dilahan persawahan dengan

POTENSI

Metana adalah salah satu jenis gas rumah

kaca

mikroorganisme

persawahan.

DAN

ROSOTNYA DI LAHAN SAWAH

metanotrof

sebagai komponen pupuk hayati untuk lahan

EMISI

yang

bersumber

pengurai

pada

dari kondisi

anaerob, pembusukan biomassa di rawa, aktifitas

pertanian

di

sawah,

ternak

sapi/kerbau dan dari sampah (Tabel 1). Tabel 1. Sumber GRK GRK

Simbul Sumber/Keterangan Lain H2O Jumlah uap air dalam atmosfer berada di luar kendali manusia dan dipengaruhi terutama oleh suhu global.

Uap air

Karbon dioksida

CO2

Metana

CH4

Ozon

O3

Dinitrogen oksida atau nitrat oksida

N2O

Jika bumi menjadi lebih hangat, jumlah uap air di atmosfer akan meningkat karena naiknya laju penguapan. Ini akan meningkatkan efek rumah kaca serta makin mendorong pemanasan global. Karbon dioksida adalah gas rumah kaca terpenting penyebab pemanasan global yang sedang ditimbun di atmosfer karena kegiatan manusia. Sumbangan utama manusia terhadap jumlah karbon dioksida dalam atmosfer berasal dari pembakaran bahan bakar fosil, yaitu minyak bumi, batu bara, dan gas bumi Mikroorganisme pengurai pada kondisi anaerob, pembusukan biomassa di rawa, aktifitas pertanian di sawah, ternak sapi/kerbau, sampah Alami terdapat di atmosfer, di troposfer, ozon merupakan zat pencemar hasil sampingan yang terbentuk ketika sinar matahari bereaksi dengan gas buang kendaraan bermotor. Diduga bahwa sumber utamanya, yang mungkin mencakup sampai 90 persen, merupakan kegiatan mikroorganisme dalam tanah. Pemakaian pupuk nitrogen meningkatkan jumlah gas ini di atmosfer.

Chlorofluorocarbon

CFC

Dinitrogen oksida juga dihasilkan dalam jumlah kecil oleh pembakaran bahan bakar fosil (minyak bumi, batu bara, gas bumi). Chlorofluorocarbon adalah sekelompok gas buatan. CFC mempunyai sifat-sifat, misalnya tidak beracun, tidak mudah terbakar, dan amat stabil sehingga dapat digunakan dalam berbagai peralatan dan mulai digunakan secara luas setelah Perang Dunia II. Chlorofluorocarbon yang paling banyak digunakan mempunyai nama dagang ‘Freon’. Dua jenis chlorofluorocarbon yang umum digunakan adalah CFC R-11 dan CFC R-12. Zat-zat tersebut digunakan dalam proses mengembangkan busa, di dalam peralatan

yang

Metana merupakan senyawa karbon

metana

sangat

pemanasan

stabil

dalam

lingkungan

anaerobik dan senyawa intermediate penting

ke

atmosfir global

meningkatkan dan

laju

menyebabkan

perubahan komposisi kimia atmosfir.

dalam reaksi mineralisasi bahan organik

Luas lahan sawah di Indonesia yang

(Hanson dan Hanson, 1996). Metana lepas

lebih dari 10,9 juta hektar diduga memberi

dari lingkungan anaerobik ke atmosfir ketika

kontribusi sekitar 1% dari total global metana.

tidak dioksidasi oleh metanotrof. Pelepasan

Beberapa laporan menyebutkan bahwa total

24





emisi CH4 dari lahan padi sawah Indonesia

Ministry of Environment (1999)

ISSN:2089-3205

-

-

2,28

-

-

bervariasi antara 2,2-6,2 juta ton CH4/tahun atau setara dengan 46,2-130 juta ton CO2e.

FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI EMISI METANA

Pengaruh masing-masing gas rumah Emisi

kaca terhadap terjadinya efek rumah kaca

metana

di

lahan

sawah

bergantung pada : (1) besarnya kadar gas

dipengaruhi oleh beberapa faktor antara lain

rumah kaca di atmosfer, (2) waktu tinggal di

kandungan unsur hara makro dan mikro

atmosfer dan (3) kemampuan penyerapan

tanah, bahan organik, air dan mikroba tanah.

energi (Tabel 2).

Pada tanah sawah praktek pembenaman

Tabel 2. Konsentrasi, serapan panas dan waktutinggal dari GRK Pada skala global, konsentrasi CH4 meningkat

sekitar

1%

setiap

tahun.

Konsentrasi CH4 di udara dewasa ini setinggi 1,72 ppm (by volume) lebih dua kali lipat dari konsentrasi pra industri yang tingkatnya 0,8 ppm (by volume). Lahan basah, termasuk lahan sawah menyumbang sekitar 15 - 45% terhadap kadar CH4 di atmosfer, sedangkan sumbangan lahan kering sekitar 3 -10%. Referensi yang menunjukkan besarnya emisi CH4

dari

lahan

sawah

di

Indonesia

ditunjukkan pada Tabel 3.

Luas lahan sawah (km2) Emisi CH4 (Mt/tahun) Mathews et al. (1991) Taylor et al. (1991) Neue et al. (1990) Khalil and Shearer (1993) Cao et al. (1996) Sass and Fisher (1997) Husin (1994)

23

Cina

Gas Rumah Kaca (GRK)

Konsentrasi (µl/liter)

Serapan Panas (CO2 = 1)

Karbon dioksida (CO2) Metana (CH4) Ozon (O3) Dinitrogen oksida (N2O)

360

1

Waktu Tinggal di Atmosfer (tahun) 50-200

1,7 0,3

30 150

8-12 0,1 150

penggenangan merupakan fenomena yang umum

terjadi.

menstimulir

Kondisi tersebut

suasana

reduktif

akan dan

meningkatkan aktivitas mikroba metanogen sehingga meningkatkan pembebasan CH4. Pembenaman

bahan

organik

segar

menyebabkan peningkatan fluks CH4 baik pada tanah sawah maupun lahan kering dan

Tabel 3. Perbandingan emisi CH4 (Mt/tahun) di Cina, India, Indonesia, Filipina dan Thailand berdasarkan beberapa hasil penelitian. Luas area lahan sawah . Referensi

tunggul dan jerami segar yang diikuti dengan

India

Indonesia

Filipina

Thailand

321.449 428.545

79.439

25.464

92.366

14,92 13,46 14,71 23,00

21,68 18,35 14,54 15,30

2,90 4,81 3,54 6,20

0,99 1,14 0,80 1,20

4,10 4,73 2,24 4,70

12,30 15,00 -

14,40 4,20 -

4,70 3,50 4,00

0,51 -

2,90 4,62 -


berkontribusi secara nyata terhadap neraca CH4 global (Yang dan Chang, 1997; Rath et al., 1999; Wihardjaka, 2001). Gas metana merupakan hasil akhir dari proses reduksi yang dilakukan oleh mikroba tanah dalam menguraikan bahan organik

dalam

suasana

anaerobik

(Ponnamperuma, 1977; Patrick dan Reddy,


Bioremediasi Metana Di Lahan Sawah Terhadap Pemanasan Global 1978).


Dalam suasana anaerobik, mikroba

menggunakan

-

ISSN:2089-3205

Praktek pembenaman jerami yang

pertama kali NO3 sebagai

dilanjutkan dengan penggenangan pada tanah

aseptor elektron setelah kekurangan O2, yang

sawah berpotensi meningkatkan emisi CH4.

kemudian diikuti oleh Mn4+, Fe3+ SO4

Kombinasi penggenangan dan pembenaman

2-

dan

CO2 (Zehnder dan Stumm, 1988). Achtnich

jerami

et al (1995) dan Kluber dan Conrad (1998)

menstimulir

melaporkan

bahwa

Fe3+

penambahan

menghambat pembentukan CH4 karena Fe

3+

yang

mempunyai penurunan

secara tajam yang

C/N

tinggi

potensial

redoks

hingga kurang dari -200 mV

mendukung

pembentukan

CH4.

segera menurunkan tekanan parsial hidrogen.

Kombinasi penggenangan dan pembenaman

Jackel dan Schnell (2000) melaporkan bahwa

jerami 1% w/w meningkatkan populasi

15 sampai 30 g Fe(OH)3 per kg tanah, mampu

bakteri metanogen baik kelompok pengguna

menurunkan total emisi CH4 sebesar 43% dan

asetat maupun penggunan H2-CO2 (Rath et

84% selama pertumbuhan tanaman padi.

al., 1999).

Hasil penelitian Sabiham dan Sulistyono

Wihardjaka (2001) menggunakan kompos

(2000) menunjukkan bahwa Fe juga mampu

sebagai pengganti bahan organik segar.

Untuk mengurangi emisi CH4

menurunkan emisi CH4 pada tanah gambut baik di Jambi ataupun Kalimantan

Tengah

gambut

(Salampak,

dari

1999).

BIOREMEDIASI METANA OLEH METANOTROF

Temuan ini diperkuat oleh Mario (2002) yang

Bioremediasi merupakan teknik yang

melaporkan bahwa penggunaan tanah mineral

potensial

yang ditambah terak baja (mengandung Fe3+

terkontaminasi bahan pencemar. Teknologi

tinggi) dapat menurunkan emisi CH4.

bioremediasi secara sederhana merupakan

Kondisi anaerob dan ketersediaan

untuk

membersihkan

daerah

usaha untuk mengoptimalkan kemampuan

senyawa organik yang mudah terdekomposisi

alami

sangat penting untuk proses produksi metana

mendegradasi/mendaur

(Wassmann dan Aulakh, 2000). Tanah yang

memberikan reaktan anorganik esensial dan

kaya kandungan senyawa organik yang

meminimumkan tekanan abiotik. Teknologi

mudah terdekomposisi seperti asetat, formiat,

ini sangat berguna dan dapat digunakan pada

metanol, amin termetilasi dan kandungan

berbagai tahapan perlakuan. Terdapat tiga

aseptor elektron (NO3-, Mn4+, Fe3+) yang

prinsip dalam teknologi bioremediasi, yaitu

rendah maka berpotensi memproduksi gas

pelepasan langsung mikroba ke lingkungan

CH4.

terkontaminasi,

24


mikroorganisme ulang

peningkatan

untuk dengan

kemampuan




ISSN:2089-3205

mikroba indigenous (asli), dan penggunaan

bakteri metanotrof yang sebenarnya ada

mikroba dalam reaktor khusus (Portier, 1991).

dalam lingkungan tersebut. Populasi

Biologi dan Ekologi Bakteri Metanotrof Bakteri metanotrof dijumpai pada lumpur, rawa, sungai, padi sawah, lautan, kolam, danau, tanah-tanah padang rumput, kayu-kayu lapuk, parit, endapan kotoran, dan bebarapa

lingkungan

metanotrof

juga

lainnya. diketahui

Bakteri sebagai

endosimbion remis dan juga berasosiasi dengan tanaman yang hidup pada beberapa sedimen

akuatik

dan

danau.

Bakteri

metanotrof aerobik tidak dijumpai pada lingkungan yang berkadar garam tinggi.

obligat

dan

anaerob

fakultatif.

Berdasarkan morfologi, filogeni dan lintasan metabliknya, metanotrof aerobik terdiri dari tipe

I

(gamma

proteobakter),

II

(alfa

metana

berkorelasi

dengan

kandungan metana dalam tanah. Metana atmosfir merupakan sumber utama karbon dan energi untuk mendukung pertumbuhan bakteri metanotrof. Dalam tanah dimana sumber metana hanya berasal dari gas atmosfir, konsentrasi metana yang larut dalam air tanah adalah 2.5 nM pada suhu 200C. Dalam tanah, sedimen, dan danau dimana pada

wilayah

tersebut

metanogen

memberikan metana yang dioksidasi ke bagian

Bakteri metanotrof ada yang bersifat aerob

pengoksidasi

mikroorganisme

lapisan

konsentrasi

atas

metana

sedimen,

maka

berkisar

antara

mikromolar sampai milimolar. Metanotrof fakultatif yang mempunyai afinitas metana yang tinggi berperan untuk memberikan oksidasinya ke nitrogen dan oksigen.

proteobakter) dan X. Beberapa spesies bakteri metanotrof tipe II dan tipe X mampu

Distribusi

mengikat

Alami

Habitat

bakteri

nitrogen,

bakteri

Pada lingkungan dengan konsentrasi

tersebut berada dalam lingkungan dimana

metana rendah dan konsentrasi oksigen tinggi,

konsentrasi oksigen larut rendah. Jumlah

populasi dijumpai metanotrof tipe I, terutama

populasi metanotrof yang ditemukan pada

pada zona bagian atas. Sementara bagian

tanah, sedimen, dan air berkisar antara 103-

bawah, konsentrasi oksigen terlarut dalam air

mengikat

Pada

Dalam

saat

metanotrof

nitrogen.

Metanotrof

6

10 per gram. Jumlah tersebut merupakan

sangat rendah dan konsentrasi metana tinggi.

jumlah populasi yang dapat ditumbuhkan

Pada daerah ini hidup metanotrof tipe II.

dalam media pertumbuhan dan diyakini

Brusseau, et al (1990) menambahkan bahwa

jumlah tersebut hanya sebagian kecil dari

metanotrof tipe II mendominasi daerah yang

25



Bioremediasi Metana Di Lahan Sawah Terhadap Pemanasan Global kaya

sedangkan

tipe

I


ISSN:2089-3205

mendominasi

Methylomonas. Dilaporkan hanya tipe II dan

lingkungan yang miskin dimana banyak

tipe X yang dapat memfiksasi nitrogen.

mikroba lain tidak dapat hidup.

Dalam danau yang mempunyai nitrat dan

Pada daerah temperatur rendah, pada

amoniak yang tinggi, hanya metanotrof tipe I

tanah rawa tundra, metanotrof hidup di dalam

yang terdeteksi.

lapisan air dan dalam lapisan lumut pada

oligotropik dimana air bersifat aerob, oksidasi

batas tanah berumput.

metana dan metanotrof dijumpai terbatas pada

Jumlah populasi

mikroba tersebut berkisar 1.5x10

6

Sementara pada danau

sampai

permukaan sedimen. Pada danau dimana

2.3x107 per sel per g tanah. Jumlah tersebut

konsentrasi tembaga pada sedimen rendah

merupakan 1-23% dari total mikroba. Pada

juga ditemukan adanya bakteri metanotrof.

daerah tersebut dijumpai metanotrof tipe I dan

Demikian juga pada tanah gambut, sedimen

II. Metanotrof tipe I sejumlah 61.6% dari total

air kolam/danau, dan sedimen laut dijumpai

metanotrof yang ada. Metanotrof tipe I

bakteri metanotrof.

mendominasi lingkungan dimana ketersediaan faktor

untuk

pertumbuhannya

tinggi.

Proses Bioremediasi Metana

Sementara metanotrof tipe II hidup dalam

Oksidasi metana dapat

terjadi baik

lingkungan yang lebih kritis dimana nutrisi.

dalam lingkungan aerobik maupun anaerobik.

Kebanyakan bakteri metanotrof menghasilkan

Oksidasi metana secara aerobik dilakukan

spora istirahat, eksospora, dan kista untuk

oleh metanotrof aerobik, sedangkan dalam

bertahan hidup dalam lingkungan yang kering

kondisi tidak ada oksigen dilakukan oleh

dan kekurangan makanan.

metanotrof anaerob yang menggunakan nitrat

Dalam

air

tawar,

pada

sedimen

atau

sulfat

sebagai

metanogen yang terletak di atas lapisan air

(McDonald, et al., 2008)

beroksigen, bakteri metanotrof hidup pada

Secara aerobik,

donor

elektron

Oksidasi metana

permukaan sedimen. Dalam padi sawah dan

terjadi pada zona antara anaerobik-aerobik

vegetasi air lainnya, bakteri metanotrof hidup

dimana oksigen dan metana tersedia, yaitu

di sekitar permukaan akar dimana oksigen

zona antara air-tanah dan rizosfer tanaman

ditranspor melalui tanaman dan metana

padi. Pada zona antara air-tanah,

diproduksi ke dalam sedimen. Sejumlah kecil

metana sekitar 70-95 % dari total metana

metanotrof hidup dalam aliran air 400-

yang dilepaskan ke atmosfer, lebih efisien

800/ml). Metanotrof dominan pada danau

dibandingkan dengan oksidasi metana yang

adalah 26

metanotrof tipe

II

yaitu


oksidasi

genus Volume 3 Nomor 1 April 2014



ISSN:2089-3205

terjadi pada daerah perakaran padi (0-90 %) Dalam tanah-tanah yang mempunyai

(Bodegom, et al, 2001). Langkah pertama oksidasi metana menjadi CO2 yaitu konversi metana menjadi metanol yang melibatkan enzim metana monooksigenase. Enzim ini terdiri dari 2 bentuk,

yaitu

bentuk

terikat

membran

(pMMO) dan bentuk larut dalam sitoplasma (sMMO). Bentuk pMMO terdapat pada semua genus metanotrof, sedangan sMMO hanya

terdapat

pada

strain

tertentu

oksidasi metana dari berbagai tanah yang dilepaskan ke atmosfir antara 0.2x1015 sampai 1,5x1015 mol

per sel per jam. Sementara

tanah yang mempunyai level metan yang tinggi

(50.000

ppmv)

mempunyai

laju

spesifik oksidasi metan 1.5x1014 mol per sel per jam. Laju spesifik oksidasi metan sedimen air tawar adalah 9x1014 mol metan yang dioksidasi per sel per jam.

(McDonald, et al., 2008). Penggunaan

kelembaban kira-kira 20%, laju spesifik

enzim

metana

monooksigenase untuk mengkatalisa oksidasi metana

menjadi

methanol

merupakan

karakteristik metanotrof. Metabolisme metana termasuk peran inti formadehida sebagai intermediet anabolisme,

dalam serta

katabolisma

lintasan unik

dan sintesis

intermediate jalur metabolik inti diilustrasikan dalam Gambar 1. Dua jalur untuk asimilasi formaldehida

yang

ditemukan

Gambar 2. Lintasan RuMP pada fiksasi formaldehid. Reaksi dikatalisis oleh enzim unik yaitu Hexulose-6-phosphate synthase dan Hexulose phosphate isomerase

dalam

Metanotrof

tipe

I

tidak

dapat

metanotrof ditunjukkan dalam Gambar 2 dan

berkompetisi dengan tipe II, karena tipe II

3.

lebih

menyukai

lingkungan

dimana

konsentrasi metan tinggi dan konsentrasi oksigen rendah. Metanotrof tipe II lebih menyukai lingkungan dimana nitrogen dan tembaga

ada

dalam

jumlah

terbatas.

Metanotrof yang berasosiasi dengan rizosfer tanaman akuatik, dimana konsentrasi metan Gambar 1. Lintasan oksidasi metana dan asimilasi formaldehida 27


tinggi adalah tipe II. Jadi konsentrasi metan, oksigen, dan kombinasi nitrogen merupakan Volume 3 Nomor 1 April 2014



melaporkan

ISSN:2089-3205

faktor utama yang menentukan habitat hidup

1992)

temperatur

optimum

metanotrof tipe I dan II.

pertumbuhan metanotrof pada tanah masam adalah 100C atau lebih rendah. Laju oksidasi metana tanah pH 3.5-8.0 adalah sama (Borne, et al., 1990) dan dalam tanah gambut pada pH 3.7–4.4 (Heyer dan Suckow; 1985, Bender dan Conrad, 1995). Mikroflora yang mengoksidasi metana pada lingkungan

asam

adalah

metanotrof

neutrofilik. Laju oksidasi metan pada tanah Gambar 3. Lintasan serin pada fiksasi formaldehida. Reaksi unik yg dikatalisis oleh enzim serin hidroksimetil transferase, hidroksipiruvat reduktase, malat tiokinase dan malil coenzim A lyase Pengaruh Temperatur dan pH Terhadap Oksidasi Metana Umumnya bakteri metanotrof adalah mesofil dan dapat

beradaptasi terhadap

berbagai temperatur. Bakteri metanotrof yang hidup pada

jenis

tanah yang

berbeda,

mempunyai respon oksidasi metana yang berbeda juga terhadap temperatur. Temperatur optimum untuk oksidasi metana pada tanah gambut adalah 250C, walaupun oksidasi terjadi pada 0–100C dan pada temperatur 350C. Dunfield, et al. (1993) melaporkan bahwa metanotrof pada tanah gambut tidak dapat beradaptasi pada temperatur yang rendah. Laju oksidasi metana pada temperatur 0–50C adalah 10–38% dari laju maksimum pada suhu 250C. Omel’chenko, et al. (1993,

28


gambut masam (berkisar pH 4.0-6.0) hanya sedikit dipengaruhi pH dan pengaruhnya berkurang dengan tajam bila pH tanah di luar kisaran tersebut, walaupun oksidasi metan masih terjadi di bawah pH 4.0. pH optimum dan minimum metanotrof yang hidup pada tanah gambut/tanah masam sedikit lebih rendah daripada metanotrof yang hidup dalam gambut/tanah basa, dan laju oksidasi metan pada pH 4-5 lebih besar dalam gambut masam daripada kebanyakan tanah basa. Hasil ini menyimpulkan bahwa populasi metanotrof hanya sebagian yang beradaptasi dengan lingkungan asam. Tidak ada laporan bakteri metanotrof tumbuh pada pH di bawah 5.0.

Pengaruh Pemupukan N dan Pestisida Terhadap Oksidasi Metana. Pupuk

ammonium

menghambat

oksidasi metana pada lahan bervegetasi, padang rumput, hutan, sedimen, air danau, dan air laut. NH3 lebih menghambat oksidasi Volume 3 Nomor 1 April 2014



ISSN:2089-3205

metana dari pada NH4+, walaupun pengaruh

semua itu, isu pemanasan global semestinya

penghambatan NH3 oksidasi metan dalam

menjadi

tanah mungkin lebih komplek. Produksi nitrit

Berpijak pada program “Go Organic 2010”

dari oksidasi ammonium oleh metanotrof

yang dicanangkan Departemen Pertanian, kita

yang

dapat melakukan mitigasi pemanasan global

menyebabkan

hambatan

permanen

tanggungjawab

oksidasi metan daripada ammonium dengan

melalui

mekanisma

mengandung bakteri metanotrof.

yang

belum

diketahui.

Penambahan pupuk ammonium pada padang

introduksi

semua

Metanotrof

pupuk

dapat

pihak.

hayati

yang

diisolasi

dari

rumput mengurangi oksidasi metan atmosfir

berbagai sumber seperti rawa, sawah, sungai

dimana aplikasi nitrat-N pada periode yang

dan dan laut. Untuk menghindari kendala

sama tidak.

adaptasi ketika diapatasi dilahan persawahan

Pupuk N umum ditambahkan ke

maka sebaiknya sumber isolat metanotrof

dalam tanah untuk menghindari kehilangan

juga

dari

sawah.

Isolat

nitrogen melalui nitrifikasi dan denitrifikasi.

dimurnikan dan diperbanyak untuk tujuan

Komponen ini menghambat bakteri yang

aplikasi dilapangan.

mengoksidasi ammonium dan menghambat

Keuntungan

dalam

penggunaan

oksidasi metana dalam tanah, dan dalam

teknologi

sedimen.

dan

metanotrof antara lain adalah 1) Aplikasi

menghambat

dilahan sawah relatif mudah, 2) Dapat

oksidasi metana dalam rongga tanah dimana

dikombinasikan dengan pupuk organik atau

herbisida atau insektisida ditambahkan pada

pupuk hayati. Kombinasi metanotrof dengan

konsentrasi 50 mg/L.

pupuk

insektisida

Herbisida metomil

bromoksinil juga

bioremediasi

metanotrof

hayati

mikrobial

metana

dapat

dengan

bersifat

mutualistik, 3) Memiliki manfaat ganda PELUANG DAN KENDALA APLIKASI BIOREMEDIASI UNTUK MENEKAN EMISI METANA DI LAHAN SAWAH

karena selain dapat ternyata

metanotrof

memitigasi metana, memproduksi enzim

nitrogenase sehingga dapat memfiksasi N Emisi gas rumah kaca yang bersumber dari lahan-lahan pertanian negara-negara berkembang seringkali dijadikan alasan oleh kelompok negara maju untuk menekan dan menghambat

pemberian bantuan terkait

bebas (Auman, et al., 2001), 4) Ramah lingkungan

karena

memanfaatkan

sumberdaya alam yang tersedia, dan 5) Dengan

kemajuan

banyaknya

teknologi,

mikroorganisme

jenis

dan dapat

mitigasi pemanasan global. Terlepas dari

29





dimodifikasi sehingga dapat dipilah dan

sejumlah

diambil yang menguntungkan saja.

perhatian kita semua.

Selain

sejumlah

disebutkan di atas, bioremediasi

manfaat

metanotrof,

antara lain 1) di Indonesia khususnya belum banyak peneliti yang tertarik untuk mengkaji bakteri metanotrof, 2) Indonesia

masih

mayoritas petani

mengandalkan

pupuk

kimiawi dibanding pupuk organik, 3) oksidasi metana oleh

metanotrof di lahan sawah

menjadi kurang bermakna selama penggunaan pupuk N dan pestisida kimia masih tinggi.

KESIMPULAN 1. Lahan sawah merupakan sumber utama metana, oleh karena itu sebagai langkah mitigasi, budidaya padi tidak hanya dituntut

yang

berproduktivitas

yang

menuntut

yang

ada sejumlah kendala

menggunakan

kendala

ISSN:2089-3205

tinggi

tetapi sekaligus juga yang rendah emisi. 2. Produksi (emisi) dan oksidasi CH4 pada lahan sawah dipengaruhi oleh berbagai mikroorganisme yang aktivitasnya juga dipengaruhi oleh faktor biologi, fisika dan kimia tanah sawah. 3. Bioremediasi dengan bakteri metanotrof

DAFTAR RUJUKAN Achtnich, C., F. Bak and R. Conrad. 1995. Competition for electron donors among nitrate reducers, ferric iron reducers, sulfate reducers and methanogen in anionic paddy soil. Biol. & Fertility of Soils 19:66-72 Asian Least-Cost Greenhouse Gas Abatement Strategy (ALGAS). 1997. Mengurangi Emisi Gas Rumah Kaca. ADB dan AED. Auman, J.A., C.C Speake, and M.E Lidstrom, 2001. nifH Sequence and Nitrogen Fixation in Type I and Type II Methanotrophs. J. Appl & Envi Micro. Pp 4009-4016 Bender, M., and R. Conrad, 1992. Kinetic of CH4 Oxidation in Oxic soils exposed to ambeint air or high CH4 mixing ratios. Microbiology Ecology 25:101-261 Bodegom, P., F. Stams, L. Mollema, S. Boeke, and P. Leffeelar, 2001. Methane Oxidation and Oxigen Competition in the rice rhizospher. J. Appl & Envi Micro. Pp 3586-3597 Borne, M., H. Dorr, N.I. Levin. 1990. Methane Consumsion in Aerated Soils of Temprete zone. Tellus 42:2-8 Brusseau, G.A., H.C.Tsien, R.S.Hanson, and L.P.Wackett. 1990. Optimization of trichloroethylene oxidation by methanotrophs and the use of a colorimetric assay to detect soluble methane monooxygenase activity. Biodegradation 1:19–29.

merupakan salah satu alternatif yang dapat menekan emisi metana. 4. Aplikasi metanotrof di lahan sawah selain memiliki banyak manfaat juga terdapat

30


Dunﬁeld,P., R.Knowles, R.Dumont, and T.R.Moore. 1993. Methane production and consumption in temperate and sub arctic peatsoils : response to temperature and pH. Soil Biol. Biochem. 25:321– 326 Volume 3 Nomor 1 April 2014



Hanson, R.S and T.E Hanson, 1996. Methanothrophic Bacteria. Microbiology Rev. 60 (2) :439-471 Heyer,J.,andR.Suckow.1985.Okologisheunter suchungendermethanoxidationineinemsa urenmoorsee.Limnologica6:247–266. Jackel, U and S. Schnell. 2000. Suppression of methane emission from rice paddies by ferriciron fertilization. Soil Biol. Biochem. 32:1811-1814. Kluber, H. D. and R. Conrad. 1998. Effect of nitrate, nitrite, NO and N2O on methanogenesis and other redox processes in anoxic rice soil. FEMS Microbiology Ecology 25:301-318 McDonald, I.R., L. Bodrossy, Y. Chen, and J.C. Murrel. 2008. Molecular Ecology Technique for the Study of Aerobic Methanothroph. J. Appl & Envi Mic. 74:1305-1315 Omel’chenko,L., N.D.Savel’eva, L.V.Vasil’eva, and G.A.Zavarzin.1992. psychrophilic methanotrophic community from tundrasoil.Mikrobiologiya 61:1072– 1076. Omel’chenko,L., V.Vasil’eva, V.N.Khmelenina, and Y.A.Trotsenko. 1993 . Pathways of primary and intermediate metabolism in a psychrophilic methanotroph. Microbiology 62:509–512. Ponnamperuma, F. N. 1977. Physicochemical properties of submerged soils in relation to fertility. IRRI. Res. Paper Series 5. Portier, R.J. 1991. Applications of adapted micro-organisms for site remediation of contaminated soil and ground water. In Biological degradation of wastes. Ed. A.M. Martin. Elsevier Applied Science. London. pp. 247259. Patrick, Jr. W. H. and C. N. Reddy. 1978. Chemical change in rice soils. In: Ponnamperuma,F. N. (ed). Soil and

31


ISSN:2089-3205

Rice. IRRI Los Banos, Laguna, Philipines. Pp:361-379. Rath, A. K., S. R. Mohanty, S. Mishra, S. Kumaraswamy, B. Ramakrishnan, N. Sethunathan. 1999. Methane production in unamanded and ricestraw-amanded soil at different moisture levels. Biol Fertil Soils 28:145-149. Sabiham, S. and N.B.E. Sulistiyono. 2000. Kajian beberapa sifat inheren dan perilaku gambut: kehilangan karbondioksida (CO2) dan metana (CH4) melalui proses oksidasi-reduksi, J. Tanah Tropika Vol 10:127-135 Salampak, D. 1999. Peningkatan produktivitas tanah gambut yang disawahkan dengan pemberian bahan amelioran tanah mineral berkadar besi tinggi. Disertasi Program Pascasarjana IPB, Bogor. Wihardjaka, A. 2001. Emisi gas metana di tanah sawah irigasi dengan pemberian beberapa bahan organik. Agrivita 23 (1):43-51. Wassmann, R., M. S. Aulakh. 2000. The role of rice plants in regulating mechanisms of methane missions. Biol Fertil Soils 31:20-29. Zehnder, A.J.B. and W. Stumm. 1988. Geochemistry and biogeochemistry of anaerobic habitats. In: A.J.B. Zehnder (Ed). Biology of Anaerobic Microorganisms. Wiley, New York. pp:1-38 Mario, D. M. 2002. Peningkatan produktivitas dan stabilitas tanah gambut dengan pemberian tanah mineral yang diperkaya oleh bahan berkadar besi tinggi. Disertasi. Program Pascasarjana IPB. Bogor. Yang, S. S., E. H. Chang. 1997. Effect oh fertilizer application on methane emission/production in the paddy soils of Taiwan. Biol Fertil Soils 25:245251.


BIOREMEDIASI METANA DI LAHAN SAWAH SEBAGAI LANGKAH MITIGASI TERHADAP PEMANASAN GLOBAL. Muh. Nasir

Recommend Documents