FAKTOR FAKTOR YANG MEMPENGARUHI ORGANISME TANAH

FAKTOR –FAKTOR YANG MEMPENGARUHI ORGANISME TANAH I. FAKTOR ABIOTIK a. Sifat Fisik Tanah (Ruang pori dan air tanah, temperatur, tekanan udara, dan radiasi elektromagnetik) elektromagnetik) b. Sifat Kimia Tanah (komposisi udara tanah, potential REDOX, pH, sumber Karbon dan potential REDOX, pH, sumber hara, komposisi ionik, faktor tumbuh I. FAKTOR BIOTIK a. Sumber Karbon dan unsur hara b. Interaksi antar biota tanah KULIAH BIOLOGI TANAH

FAKTOR –FAKTOR YANG MEMPENGARUHI ORGANISME TANAH 1. Faktor Fisika Tanah –Pori dan air tanah –Pori dan air tanah –Temperatur –Tekanan udara –Radiasi Radiasi elektromagnetic –Luas permukaan KULIAH BIOLOGI TANAH

1. PENGARUH PORI TANAH TERHADAP KEHIDUPAN BIOTA TANAH KEHIDUPAN BIOTA TANAH

KULIAH BIOLOGI TANAH

Ruang pori dan aktivitas organisme tanah • O Organisme i tanah h dalam d l b b beberapa h l sangat ditentukan hal di k keberadaan k b d dan aktivitasnya oleh ruang pori, dengan kata lain ukuran pori dapat mengatur aktivitas mikroorganisme dengan cara membatasi ruang gerak diantara ruang‐ruang pori yang memiliki ukuran berbeda. Dalam hal ini tidak hanya ukuran pori yang menentukan, tetapi juga kontinuitas pori sangat penting. penting • “Dengan kata lain dapat dianalogikan, bukanlah ukuran ruangan yang membatasi gerakan tetapi ukuran pintu dan panjangnya koridor yang dilalui menuju ruangan ikut menentukan” • Ukuran organisme yang dibatasi oleh ukuran pori berkisar dari <1 mm untuk bakteri sampai 10 mm untuk 10 mm untuk nematoda dan rayap. Ukuran rayap Ukuran pori ini cukup efektif untuk menjamin pergerakan dan aktivitas organisme dalam tanah. Dikarenakan ukuran pori juga mempengaruhi distribusi air dalam i d l tanah, maka h k ketersediaan k di air merupakan i k faktor f k lain yang l i ikut menentukan keberadaan organisme dalam tanah. KULIAH BIOLOGI TANAH

Particle size & pore space Particle size & pore space

Large Particle 2x2x2=8 Pore radius = 4r

16 r


Particle size & pore space Particle size & pore space Medium Particle

4 x 4 x 4 = 64

Pore

radius = 2r

16 r


Particle size & pore space Particle size & pore space Small S ll Particle

Pore

8 x 8 x 8 = 512 radius = r

16 r




Ukuran Pori Exclusion atau Teori Ruang pori yang dapat dihuni (H bit bl P (Habitable Pore Size Theory) Si Th ) • Organisme tanah dibatasi ruang geraknya pada pori yang lebih besar dari diameter tubuhnya


• Beberapa organisme tanah membutuhkan air bebas air bebas untuk tetap aktif (misalnya, bakteri, protozoa dan nematoda), sedangkan organisme lain dapat tetap aktif tanpa air bebas di sekitar mereka (misalnya, jamur (misalnya jamur dan arthropoda mikro). mikro) • Oleh karena itu, distribusi ukuran pori dan jumlah serta distribusi air dalam pori tanah dapat mengontrol kegiatan d berbagai dari b b k l kelompok k organisme tanah. h • Oleh karena itu, interaksi antara waktu dan jumlah curah hujan dengan distribusi ukuran pori dan laju evapotranspirasi juga dapat mempengaruhi aktivitas relatif penghuni tanah. (pori berisi udara vs berisi air). Sebagai contoh di tanah yang bercurah contoh, di yang bercurah hujan tinggi, pori tinggi pori makro sangat penting bagi penghuni tanah pori‐pori karena pada kondisi kapasistas lapang hanya sedikit terdapat ruang yang tidak diisi air. air KULIAH BIOLOGI TANAH

• Distribusi ukuran pori juga mengontrol hubungan. predator‐mangsa. Untuk organisme itu yang mendiami film air maka ukuran pori tanah apakah berisi air tau tidak mengontrol aktivitas mereka, seperti yang ditunjukkan d kk oleh l h Darbyshire b h dkk. dkk (1976) pada protozoa bersilia. Mereka menemukan bahwa butuh waktu lebih lama untuk lama untuk populasi Ciliata berkembang dengan potensial air lebih rendah dan dihipotesis kan pada kondisi dibawah potensial air populasi bakteri tidak dapat diakses p oleh predator Ciliata. KULIAH BIOLOGI TANAH

Ukuran Organisme Tanah


2 KETERSEDIAAN AIR TANAH 2. KETERSEDIAAN AIR TANAH


MACAM AIR TANAH •

Air Higroskopis:

– Berupa selaput tipis mengll perm aggregat tanah (± 15‐20 mol. Air) – Sebagian besar uap air •

Air adesi (adsorpsi):

– – – – – •

Air Kohesi (kapiler)

– – – – – •

Lapisan tipis air di sekll partikel (butir) tanah Diikat sgt kuat oleh tenaga elektris partikel tanah dan mol. Air Mgkn dlm btk kristal, sedikit‐tidak bergerak Tk energii rendah, tdk Tkt d h dk tersedia di bagi b i tanaman Dpt hilang dg pemanasan 105oC (oven)

Lapisan air terluar air terluar mengelilingi aggregate tanah aggregate tanah Diikat tdk sekuat air adesi Btk cair, mdh diambil tanaman Tkt energi > tkt e. adesi Bergerak g sgt g lambat

Air Grafitasi

– Tdk dipengaruhi oleh daya hisap matrik tanah – Mudah bergerak dibawah pengaruh grafitasi – Mengisi M i i porii makro k KULIAH BIOLOGI TANAH


KETERSEDIAAN AIR KETERSEDIAAN AIR • 1.

Bentuk‐bentuk air tanah: Air higroskopis = Brt tanah pd koeff higroskopis ‐ berat tanah kering oven 2 Air kapiler 2. Ai k il = Kapasitas K it Lapang L – Koeff higroskopis 3. Air tidak tersedia = Berat titik layu permanen – Berat kering oven 4. Air tersedia = Kapasitas lapang – Titik layu permanen Air gravitasi = Jumlah Air gravitasi = Jumlah air yang ada air yang ada di atas kapasitas lapang – Kapasitas Lapang KULIAH BIOLOGI TANAH


KETERSEDIAAN AIR ljt.. KETERSEDIAAN AIR ljt.. • Kapasitas p lapang p g adalah : Kandungan g air tanah setelah air gravitasi tidak ada lagi (pergerakan air akibat gravitasi terhenti) • Koeffisien ff h higroskopis k : kandungan k d air tanah h dimana d tanaman menjadi layu permanen • Pengukuran air tanah air tanah biasanya diekspresikan dalambentuk tekanan atmosfer : p lapang p g : 1/3 ATM / • Kapasitas • Titik layu permanen : 15 ATM g p : 30 ATM • Koeff higroskopis KULIAH BIOLOGI TANAH

HUBUNGAN AIR TANAH ‐ TANAMAN •

Secara Fisik: – Air Bebas: • Mengisi pori makro (> 8.6 u) • Tegangan perm < 1/3 atm • Mudah bergerak pengaruh gravitasi • Cpt hilang & mencuci hara – Air Kapiler: • Mengisi pori mikro & dinding pori makro • Tegangan perm 1/3 – 31 atm • Sebagai larutan tanah • Bergerak lambat dan tersedia sebagian g – Air Higroskopis: • Mengisi pori sgt kecil, menyelimuti aggr. Tanah • Tegangan perm 31‐10.000 atm • Sebagian besar non‐cairan • Bergerak dalam bentuk uap & tidak tersedia

•

Secara Biologis – Air Berlebihan: • Umumnya air bebas • Tdk dapat digunakan t tanaman • Berpengaruh jelek: – Aerase kurang – Leaching zat hara – Bacteri amonifikasi & nitrifikasi – Air Tersedia • Sebagian besar air kapiler • Antara FC – WP • A.T.cepat (ekat FC), lambat A.T.cepat (ekat FC), lambat (dekat WP) • 50‐85% terpakai harus ditambah untuk Pertumbuhan optimum – Air Tak Tersedia • Tegangan permukaan > WP • Sebagian air kapiler + semua air higroskopik • Bermanfaat sedikit u/ bacteri j dan jamur


FAKTOR YG MEMPENGARUHI AIR TERSEDIA •

•

Tanah:

– Daya hisap

• (matrik tanah & • osmotik: – garam alami & – pupuk) – Kedalaman tanah – Pelapisan tanah •

Tumbuhan:

– Bentuk perakaran – Daya tahan kekeringan – Tkt stadia pertumbuhan •

Iklim:

– Temp. – Humidity – Kec. angin •

Faktor yg mempeng. FC & WP:

– Tekstur, struktur, BO


SUPLAI AIR BAGI TANAMAN:terjadi bila – Pergerakan kapiler air tanah ke akar, karena adanya perbedaan g energi antara air tanah dan tanaman. Energi air dlm tanaman berkurang karena adanya transpirasi oleh daun tanaman – Pertumbuhan akar ke tanah lembab, osi akar tanaman pada g daerah kering lbh dalam. Pola penyerapan akar yaitu mulai dari lap. atas

Fig. 8.4. Capillary rise and capillary retention


Credit: Brady & Weil, 1996; Kohnke, 1968

KETERSEDIAAN AIR ljt.. KETERSEDIAAN AIR ljt.. • 1 1 ATM = 1,013 Bars ATM = 1 013 Bars • = 1,083 kg/cm2 • = 14,7 lb/inch lb/i h2


Dalam keadaan jenuh Air mengalir mengikuti Air mengalir mengikuti gravitasi

Air diikat pada pori mikro pori mikro


Hanya ada air Yang mekat pada permukaan partikel permukaan partikel

Microbial tolerance to matric‐controlled water stress. (From Harris 1981)

MPa

-0 001 -0.001

Waterfilled pores (um) -0 01 300.00 -0.01 300 00

-0.01 -0.1 0.1

-0.10 -1.00 1.00

30.00 3.00

15.0 1.5

-1.0

-10.00

0.30

0.1

-100.00 -400.00

0.03 0.01

<0.0015 <0.0009

-10.0 -40.0*

Bars

Film Microbial activity thickness limited (um) >15 0 >15.0

mobility of protozoa, protozoa zoospores mobility of bacteria nitrification, sulfur oxidation bacterial growth, y of mobility nematodes most fungal growth all fungal growth

* Note: film thickness of 3 water molecules KULIAH BIOLOGI TANAH

HISAPAN ATAU TEGANGAN AIR TANAH: ‐ Disebabkan oleh pot.matrik (Ψm) dan pot.osmotik (Ψo) ‐ yaitu tenaga yang bertanggung yang bertanggung jawab terhadap retensi/pengikatan air oleh tanah (= tenaga yang harus dikeluarkan untuk mengekstrak/memperoleh air tanah) ‐ berbanding terbalik dg energi dan kadar air tanah. ֶ Pot. Matrik dan Osmotik dinyatakan dengan (‐) Alat Penetapan Potensial Air Tanah 1. Corong Buchner 2. Tensiometer 3. Pressure Plate Apparatus 4. Thermocouple Psychrometer Satuan Energi Air Tanah: 1. Cm kolom air 2. pF (log dari tinggi kolom air) 3. Bar/atm/Pascal 4. J/kg KULIAH BIOLOGI TANAH

RETENSI AIR TANAH • PENAHANAN AIR DI DALAM TANAH DISEBABKAN OLEH GAYA SBB: – G.KOHESI: GAYA TARIK MENARIK ANTARA MOL.AIR – G. ADESI: GAYA TARIK MENARIK ATR MOL. AIR DAN PART. PART TANAH – G. OSMOTIK: PENGIKATAN AIR OLEH GARAM TERLARUT – G. GRAVITASI: GAYA YG CENDRUNG MENARIK AIR KE BAWAH ((AKIBAT GAYA TARIK BUMI)) KULIAH BIOLOGI TANAH

PENAMPILAN FISIK AIR YANG DIRETENSI S G S Air higroskopis Air higroskopis Pori Mikro (air kapiler Butir Tanah Pori Makro Ai Ad i Air Adesi ButirTanah Muka air Tanah air Tanah

Tanah Jenuh Air KULIAH BIOLOGI TANAH

KADAR AIR TANAH Bila padatan tanah dipadatkan, maka Pori Tanah

Air + Udara

Udara Air

Padatan

Padatan P d t Tanah

Mineral + BO

Tanah Jenuh: semua pori diisi air Tanah Kering oven semua pori diisi udara Tanah Kering oven: semua pori diisi udara KULIAH BIOLOGI TANAH

CARA PENETAPAN KADAR AIR TANAH 1. Gravimetrik (conventional) 2. Hambatan listrik: eg.Gypsum Block 3 Neutron Scattering: Neutron Probe 3. N t S tt i N t P b

Soil Surface


PERHITUNGAN KADAR AIR TANAH •

SATUAN: – KA % Berat = BB‐BK x 100 (gg‐1)) BK – KA % vol. = BB – BK x 100 (gcm‐3)) (g Volume atau

KA % Vol.= % Berat x BV Note: BB = Berat tanah basah BK = Berat tanah kering tetap (BK oven) KA = Kadar Air

• Contoh:

4 cm

Berat tanah dari lapa‐ ngan = 100 g, setelah diovenkan 48 jam pada 105oC = 80 g

4 cm 4 cm

Volume tanah = 4 x 4 x 4 = 64 cm3 ‐3 3 BV BK 80/64 1 25 BV = BK = 80/64 = 1.25 gcm Vol. KA % berat = 100‐80 x 100 = 25% 80 KA % Vol. = 100‐80 x 100 = 31.25% 64 atau = 25% x 1.25 = 31.25% KULIAH BIOLOGI TANAH

Alat pengukur pF


»

HC

WP

Air Kapiler

Air Higroskopis

En. (pF): Pori (u)

FC Sat.

7.0

4.5

Air Bebas

4.2

2.54

2.0

8.6 u

≤2 u ≤2 u

Air Tersedia Air Tersedia

Air tdk berguna KULIAH BIOLOGI TANAH

Air Perk. Pelan

1.0 ≥30u

Air Perkolasi cepat

Air berguna bagi tan.

Kurva Hubungan Energi – KA Tanah •

Kesimpulan:

– KA tanah tekstur halus > kasar pada > kasar pada setiap energi – KA total Cl > L Clay > Loam > Sand – KA tersedia (pF 2.54 – pF 4.2) Loam > Clay > Sand

Liat pF

Lempung 4.2

Pasir

2.54

Kadar Air Tanah (% berat/vol.) KULIAH BIOLOGI TANAH

KENYATAAN • Tanah diperlakukan sama tapi punya kandungan air berbeda Tanah diperlakukan sama tapi punya kandungan air berbeda • Dua tanah yang punya kandungan air sama tetapi respon tanaman berbeda • Bila Bila dua tanah beda tekstur punya kandungan air yang sama dua tanah beda tekstur punya kandungan air yang sama didekatkan satu sama lain, air akan bergerak dari satu tanah ke tanah yang lain, umumnya dari tekstur kasar ke halus

Why ??? KULIAH BIOLOGI TANAH


3. Temperatur Tanah 3. Temperatur • •

Mempengaruhi kecepatan reaksi fisiologis Mempengaruhi kecepatan reaksi kimia – – – – – –

•

Temperatur optimal setiap organisme tanah tidak sama – – – –

•

Potensiall Redox d Diffusi Gerak Brown Viskositas Tegangan permukaan Stuktur air Psychrophilik P h hilik (latitude dan (l i d d altitude tinggi) l i d i i) Mesophilik (pada tanah umumnya) Thermophilik (air panas, kompos) Thermophilik p ekstrim

Pemanasan – Merusak enzim,

•

Pendinginan – Mengurangi fluiditas membran sel – Pembekuan inti sel KULIAH BIOLOGI TANAH

Mengapa g p p perlu temperatur p optimum? p


Pilihan temperatur


Temperatur tanah bervariasi dari waktu‐ke waktu dan tempat

• TTemperatur pada d permukaan k tanah h mengikuti ik i temperatur harian • Tanah yang tinggi Tanah yang tinggi kadar airnya lebih dingin • Temperatur menurun dengan kedalaman pada musim semi dan musim panas, dan naik dengan kedalaman waktu musim gugur • Pada permukaan tanah bisa mencapai 50oC


• Field capacity = kapasitas lapang


• Aktivitas biologis dipengaruhi oleh berbagai faktor dalam tanah. Residu tanah Residu dan bahan organik tanah baik dari segi kualitas dan kuantitas, terutama sekali kandungan N tanah N tanah merupakan faktor pembatas utama bagi aktivitas orhagnisme dalam tanah. Faktor tanah Faktor tanah lainnya adalah kecukupan oksigen (O2), pH mendekati netral, temperatur pH mendekati netral temperatur antara 85‐ 85 95°F dan kelembaban tanah 50‐60% KULIAH BIOLOGI TANAH


• Arrhenius mengembangkan persamaan yang menggambarkan gg kecepatan p reaksi ditentukan oleh temperatur k A e((-Ea/R*T)) • k=A*e – k = kecepatan reaksi s-1 – A = kontanta s-1 – Ea= Energi aktivasi (J mol-1) – R = Konstanta gas (8.314 J mol-1 K-1) – T = temperatur (Kelvin)


Contoh Pelepasan C2H4 merupakan reaksi tergantung temperatur ( (temperature dependence) di d d )d dalam tanah The insert shows an Arrhenius plot with linear regression of data below the optimum temperature.

Applied and Environmental Microbiology, 2000, 66:3878‐3882


Arti Nilai Q10 • Nilai Q10 , menggambarkan kecepatan relatif reaksi setiap kenaikan 10 C • Q10 = (k(T+10) – k(T) ) • Q10 <1 (inhibisi reaksi oleh temperatur) • Q10 =1 1 (tdk ada d pengaruh h temperatur) t t ) • Q10 >1 (temperatur meningkatkan reaksi)


FAKTOR YANG MENENTUKAN TEMPERATUR MINIMUM UNTUK AKTIVITAS MIKROBA AKTIVITAS MIKROBA A) “freezing” membran cytoplasmic – Lemak tidak jenuh meningkatkan fluiditas dan menurunkan temperatur minimum – thermophiles (10%) mesophiles (37%) psychrophile (52%) B) Kemampuan enzim mengkatalisir reaksi pada temperatur rendah – Menghasilkan lebih banyak enzim untuk kompensasi aktivitas enzim yang rendah – Struktur St kt protein t i lebih l bih fleksibel fl k ib l disebabkan di b bk • ikatan non-covalent antara polypeptide dan anatara asam amino melemah • Ikatan hidrophobic pada bahagian dalam melemah dan menguat ikatan hydrophilic pada bahagian luar – Akumulasi cairan pada cytoplasma untuk mencegah pengeringan dan pembentukan kristal C) Menghasilkan musilase ekstraselular KULIAH BIOLOGI TANAH

FAKTOR YANG MENENTUKAN TEMPERATUR MINIMUM UNTUK AKTIVITAS MIKROBA ljt AKTIVITAS MIKROBA ljt……

D) Memfungsikan D) Memfungsikan ribosome temperatur ribosome temperatur rendah E) Meningkatkan konsentrasi cairan dalam sel – Tidak Tid k mempengaruhi hi fungsi f i sell tetapi t t i meningkatkan air potensial dan menekan titik beku – Ex. trehalose, proline, K+

F) Meningkatkan konsentrasi senyawa nukleasi F) Meningkatkan


1. Total KA Tanah dipengaruhi oleh: – – –

Tekstur tanah Tekstur tanah Struktur tanah Kadar BO tanah

2. KA Tanah pada FC dipengaruhi oleh: – –

Tekstur, struktur, BO Tekstur struktur BO Macam Kation Terjerap:

• –

Jenis koloid: Jenis koloid:

• • • 3.

Na > K > Mg > Ca Humus > liat Humat > Humin > Fulfat M t Montmorill. > Vermi.> Illite > Chlorite > Kaolinite ill V i Illit Chl it K li it

FC tnh pasir < FC tnh Lempung < debu < liat < gambut KULIAH BIOLOGI TANAH

Jumlah Air Tersedia di Daerah Perakaran Beberapa Tekstur Tanah

•

Tekstur

KA % VolAir Tersedia FC WP

% Vol.

mm

3 10 35 45

7 20 15 30

70 300 20 15

• • • •

Pasir 10 Debu30 Lempung Liat

•

(Source: Ameryckz‐General Pedology)


Dalam Akar cm

100 150 150 75

75 50

PERGERAKAN AIR DALAM TANAH Pergerakan jenuh: 1. vertical, 2. horizontal ditentukan oleh: Daya air yg bergerak (= f), akibat perbedaan potensial hidrolic (Ψh) y yg g ( ), p p ( ) Hydraulic cond. (=k, kemampuan pori melewatkan air), dipeng oleh ukuran & distribusi pori V = kf V = vol. air yg bergerak Pergerakan tidak jenuh Dipeng oleh: tekstur, struktur, udara terjebak Melalui pori besar, bila KA tinggi dan melalui pori kecil bila KA rendah Pergerakan uap Dari tek uap yg tinggi ke rendah Pada tegangan air tanah < 31 atm ‐Æ tnh jenuh uap Pada tegangan air tanah < 31 atm ‐Æ tnh jenuh uap Pada tegangan air tanah > 31 atm Æ tekanan uap rendah, eg pd suhu tinggi Pergerakan Air dalam Profil Tanah dipeng oleh: Jlh air yg ditambahkan Kapasitas infiltrasi KULIAH BIOLOGI TANAH K horizon (permeabilitasnya) KA pada FC

PEMAKAIAN AIR CONSUMPTIVE PEMAKAIAN AIR CONSUMPTIVE • DEFINISI: JUMLAH AIR YANG DIBUTUHKAN TANAMAN U/ EVAPOTRANSPIRASI TANAMAN U/ EVAPOTRANSPIRASI SELAMA PERTUMBUHAN

• DIPENGARUHI OLEH DIPENGARUHI OLEH: – JENIS TANAMAN: • MASA TUMBUH • PEMATANGAN

– ZONA IKLIM • RADIASI MATAHARI • SUHU UDARA SUHU UDARA

Factors yg mempengaruhi iklim Factors yg mempengaruhi iklim evapotranspiration

• HUMIDITY • TEK. UDARA • KEC. ANGIN


AIR TANAH AIR TANAH • Air yang mengisi pori makro = air grafitasi, karena dipengaruhi y g g p g , p g gaya grafitasi, bisa berguna bagi tanaman, tapi sudah hilang (ke bawah) sebelum tanaman menggunakannya, biasanya mengisi pori berukuran > 8 6 μm mengisi pori berukuran > 8.6 μm • Air mengisi pori mikro (0.2 – 8.6 μm: biasanya tersedia bagi tanaman (= FC‐WP) • Air mengisi pori < 0.2 μm, tidak bisa diambil tanaman, karena terlalu kuat dipegang tanah


BAHAN RUJUKAN BAHAN RUJUKAN • Hakim Hakim, et al, 1986. Dasar et al 1986 Dasar‐dasar dasar Ilmu tanah Ilmu tanah • Hanks and Aschroft, 1974. Applied of Soil Physics. Physics • Hillel. 1982. Introduction to Soil Physics • McLaren dan Cameron. 1996. Soil Physics


• PENGARUH FAKTOR KIMIA DAN BIOLOGI G O O OG TANAH TERHADAP BIOTA TANAH


FAKTOR –FAKTOR YANG MEMPENGARUHI ORGANISME TANAH II. Faktor II Faktor Kimia Tanah Kimia Tanah – Komposisi udara tanah – Potential REDOX i l O – pH – Nutrisi dan hara – Sumber Karbon dan energi – Komposisi ionik – Faktor F k tumbuh b h KULIAH BIOLOGI TANAH

1. KOMPOSISI UDARA TANAH


Komposisi udara 78 085% Nitrogen (N2) 78.085% 20 947% Oxygen (O2) 20.947%

99.98% 0 934% Argon (Ar) 0.934% 0 033% Carbon 0.033% C b dioxide di id (CO2)

0 002% 0.002%

13 G Gas lainnya l i KULIAH BIOLOGI TANAH

Aerob • Butuh 21% oksigen 21% oksigen (O2) – Semua tumbuhan – Semua hewan – Semua jamur kecuali ragi – Umumnya U protista ti t dan d bakteria b kt i


Microaerophiles • Butuh 2 to 10% oxygen 2 to 10% oxygen – Umumnya protista dan bakteria


Anaerobes • Tidak menggunakan oksigen • Kebanyakan akan mati pada kadar oksigen yang rendah yang rendah – Kebanyakan Protista dan bakteri


Fakultatif Anaerob • Berfungsi pada kadar oksigen 0 sp 21% 0 sp 21% • Beralih dari oksigen dan gas lainnya (Respirasi& fermentasi)

– Ragi dan bakteria


Penciptaan habitat • Tercipta berdasarkan kadar Oksigen


Penciptaan habitat • Tercipta berdasarkan kadar Oksigen

Illustration: SARE


Atmosfir Tanah • Berbeda dengan atmosfir diatas permukaan tanah • Gas tertentu tinggi kandungannya dalam tanah (diproduksi) – CO2 – C 2 H4 – N2O

• Gas Gas lainnya, rendah lainnya rendah konsentrasinya (dibutuhkan) – O2 – CH4


2. Potensial REDOX 2. Potensial • Aerasi tanah biasanya ditentukan melalui potensial redox (reduksi – oksidasi) • Keadaan tanah menerima atau menjadi donor elektron • Jika e‐berkurang (e.g.; Fe2+ to Fe3+) potensial menjadi positif (oksidasi) • Jika e‐ bertambah (e.g.; Fe3+ to Fe2+) potensial menjadi negatif (reduksi) • + potential (kondisi + potential (kondisi oksidatif, O oksidatif O2 ada) • ‐ potential (kondisi reduktif, O2 kurang) KULIAH BIOLOGI TANAH

Energi dihasilkan Donor CH2O CO2 CH2O CO2

*pH 7

Acceptor ccepto O2

Eh ((mV)* )

Condition Co dto

700

H2O oxic

NO3‐ N2 400

CH2O CO2

CH2O CO2

Fe(OH)3 suboxic

Fe2+

SO42‐ H2S KULIAH BIOLOGI TANAH

100 anoxic

Organisme Aerobik Sumber makanan

Akseptor Elektron

•Karbon Organik*

• Molekul Oxygen (O2)

• Ion Ammonium ((NH4+) •Ion Ferrous (Fe2+) • Hydrogen Sulfida (H2S)


Organisme Anaerobik

Akseptor p Elektron

Sumber karbon •Karbon Organik*

• Nitrat (NO3-)

• Ion Ammonium (NH4+)

• Manganese (Mn4+)

•Ion Ferrous ((Fe2+)

• Ion Ferric ((Fe3+)

• Hydrogen Sulfida (H2S)

• Sulfat (SO42-)


Redox Potential Redox Potential Redox potential determines biochemical pathways by which microorganisms obtain energy


3. pH Tanah

•Apa yang dimaksud dengan pH? •pH dapat dilihat sebagai suatu singkatan (power) konsentrasi ion hidrogen (power) konsentrasi ion hidrogen dalam larutan •pH = ‐ [log (H+)] dalam larutan




• Pada Pada pH netral (pH =7) pH netral (pH =7) jumlah ion H+ jumlah ion H+ = OH = OH‐ Perlu diingat: pada pH 6 terdapat 10x lebih banyak ion H+ d 6 d 0 l bih b ki dibandingkan dengan pada pH 7 dan terdapat 100x ion H+ pada pH 5


pH tanah pH tanah • pH dalam pH dalam larutan – Asam jika pH < 7 – Basa jika pH > 7 pH > 7 – Netral jika pH = 7 – Dalam tanah pH netral tidak pada pH 7, tetapi berada pada range pH 6.5 and 7.2 range pH 6 5 and 7 2


Rentang pH tanah Tanah Mineral 3.5 10 Acidity Alkalinity 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Extreme pH Alkali f for acid peat Arid region Mineral id A id i Mi l sphagnum Common soils for humid region mineral soils region mineral soils Extreme range in pH for most mineral soils


• Organisme tanah menghendaki rentang (range) pH tertentu untuk hidupnya – SSerapan hara h – Aktivitas enzim Ekstraseluler – Mengatur pH sitoplasma terhadap larutan tanah

• Fungi toleran terhadap kemasaman (pH 4 to 6.5) = Acidophile • Bacteria menyukai Bacteria menyukai pH netral pH netral (6.0 to 7.5) (6 0 to 7 5) • Organisme mempunyai kemampuan mengubah pH tanah – Bakteri pengoksidasi ammonium dapat memasamkan tanah dalam proses oksidasi NH4+ menjadi NO3‐


pH mempengaruhi kehidupan mikroorganisme ik i • Bakteria dan aktinomiset berkurang pada pH rendah gp p • Nitrifikasi terjadi pada pH 6.0 s.d 9.0, optimum pH 7 g j p p • Denitrifikasi (kehilangan N) mulai terjadi pada pH 5.5, pada pH < 5.5 denitrifikasi berjalan dengan cepat • Fiksasi Nitrogen oleh Rhyzobium (symbiosis legume‐ b kt i ) ti bakteria) optimum pada pH of 6.0 s.d 6.5 d H f60 d65 • Dekomposisi bahan organik: optimum pada pH 7.0



4. PENGARUH 4 PENGARUH KADAR HARA TANAH DAN BAHAN KIMIA LAINNYA


• Kadar hara dari suatu tanah ke tanah yang lain bervariasi tergantung input yang diberikan dan jenis tanah sendiri sebagai akibat dari proses pembentukan tanah • Sumber karbon sebagai sumber energi bagi mikroorganisme tanah merupakan penentu terhadap pertumbuhan dan keragaman mikroorganisme yang dapat berkembang • Kadar hara tanah lainnya seperti N dan P serta unsur hara lainnya sebagai unsur yang diperlukan bagi pertumbuhan mikroorganisme tanah akan mempengaruhi pertumbuhan dan perkembangan serta keragaman di tanah tersebut • Ketersediaan dan bentuk hara yyang tersedia g seringkali g dipengaruhi oleh pH tanah


pH vs. ion solubility


BAHAN KIMIA DAN UNSUR HARA YANG MEMPENGARUHI KETAHANAN MIKROBIA 1. Bahan antimikroba ¾ Oksida kuat dan asam kuat ¾ basa kuat ¾ Amoniak: antimikroba pada pH tinggi (> 8.0) ¾ Sulfur dioksida dan sulfit: digunakan sebagai pengawet makanan ¾Nitrat dan nitrit: digunakan sebagai pengawet makanan ¾ ¾enzim: i protease (merombak protein) nucleases (merombak DNA dan RNA) Amilase (mengurai karbohidrat) S l l Selulase ( (mengurai i selulosa) l l ) ¾Garam/padatan dengan kekuatan ionic Tinggi (atau rendah) kekuatan ion dapat menjadi anti-mikroba Banyak mikroba bertahan kurang dalam air laut daripada di air tawar Garam tinggi (NaCl) dan gula yang digunakan untuk mengawetkan makanan Memiliki efek pengeringan; sel menyusut dan mati ¾Logam berat: perak, kadmium, dll antimikroba Merkuri, timbal, p 2. Nutrisi untuk pertumbuhan dan proliferasi Karbon, nitrogen, sulfur dan nutrisiKULIAH BIOLOGI TANAH penting lainnya

Major elements, their sources and functions in bacterial cells Element

% of dry weight

Source

Function

Carbon

50

organic compounds or CO2

Main constituent of cellular material

Oxygen

20

H2O, organic compounds, CO2, and O2

Constituent of cell material and cell water; O2 is electron acceptor in aerobic respiration

Nitrogen

14

NH3, NO3, organic compounds, N2

Constituent of amino acids, nucleic acids nucleotides, and coenzymes

Hydrogen

8

H2O, organic compounds, H2

Main constituent of organic compounds and cell water

Phosphorus 3

inorganic phosphates (PO4)

Constituent of nucleic acids, nucleotides, phospholipids, LPS, teichoic acids

Sulfur

1

SO4, H2S, So, organic sulfur compounds

Potassium

1

Potassium salts

Constituent of cysteine, methionine, glutathione, several coenzymes Main cellular inorganic cation and cofactor for certain enzymes Inorganic cellular cation, cofactor for certain enzymatic reactions

Magnesium 0.5

Magnesium salts

Calcium

0.5

Calcium salts

Inorganic cellular cation, cofactor for certain enzymes and a component of endospores

Iron

0.2

Iron salts Iron salts

Component of cytochromes and certain nonheme iron‐ proteins and a cofactor for some enzymatic reactions i d f f i i KULIAH BIOLOGI TANAH

2. Nutrisi untuk pertumbuhan dan proliferasi (karbon, (karbon nitrogen nitrogen, sulfur dan nutrisi penting lainnya)


UNSUR MAKRO UNSUR MAKRO • Carbon Carbon and Nitrogen and Nitrogen • Phosphorus, Sulfur, Potassium, Magnesium, Calcium Sodium Calcium, Sodium • Iron



Trace Elements Trace Elements


5. FAKTOR TUMBUH 5. FAKTOR TUMBUH Diperlukan dalam jumlah kecil oleh sel‐sel karena mereka memiliki peran tertentu dalam biosintesis. Faktor pertumbuhan dapat dibagi dalam tiga kategori: purin dan pirimidin: diperlukan untuk sintesis asam nukleat purin dan pirimidin: diperlukan untuk sintesis asam nukleat (DNA dan RNA) asam amino: diperlukan untuk sintesis protein vitamin: diperlukan sebagai koenzim dan kelompok it i di l k b ik i d k l k fungsional enzim tertentu



FAKTOR –FAKTOR YANG MEMPENGARUHI ORGANISME TANAH II. Faktor II Faktor Biotik a. Sumber karbon dan genetik mikroorganisme b. Interaksi antara mikroorganisme (kompetisi, mutualisme, antagonisme komensalisme antagonisme, komensalisme, amensalisme, predasi, parasit…) KULIAH BIOLOGI TANAH

1 Faktor Genetik dalam Interaksi 1.


Dasar Genetika dalam Interaksi • Kehadiran gen bunuh diri pada bakteri e ad a ge bu u d pada ba te Dua jenis gen: HoK (Host Killing Gene = Gen Pembunuh Induk) dan SoK (Suppression of Killing gene = Gen Penekan k Pembunuhan) b h ) • Ketika Hok diekspresikan, maka akan menghasilkan protein yang mempengaruhi h ilk t i hi membran sel bakteri dan membunuh mereka. Untuk mencegah ekspresi HoK, SoK akan Untuk mencegah ekspresi HoK, SoK akan memblokir ekspresi HoK dan menjaga bakteri hidup. KULIAH BIOLOGI TANAH

Dasar Genetika dalam Interaksi … • SoK lebih sensitif terhadap bahan kimia dan lebih sensitif terhadap bahan kimia dan Jika konsentrasi bahan kimia tinggi SoK kehilangan kemampuannya untuk memblokir kehilangan kemampuannya untuk memblokir HoK mengakibatkan kematian sel. • Contoh: akumulasi asam lemak selama Contoh: akumulasi asam lemak selama degradasi hidrokarbon dapat menghalangi metabolisme hidrokarbon metabolisme hidrokarbon.


Population mikrobia d interaksinya dan k • Bakteria • Fungi • Protozoa • Algae • Virus


Interaksi populasi • Mikrobia berinteraksi antara sesamanya secara positif atau negatif • Prinsip Allee (Allee (Allee’ss Principle) Principle) menyebutkan bahwa interaksi positif dan negatif terjadi dalam populasi tergantung kerapatan populasi


Interaksi populasi…. • Interaksi positif meningkatkan populasi (high (high growth rate). Hal ini sangat umum pada kerapatan populasinya rendah. Interaksi positif sering disebut juga dengan koperasi (cooperation) • Interaksi negatif memberikan efek yang sebaliknya. Hal ini ditemukan pada populasi yang padat d


Interaksi Negatif • Salah satu bentuk interaksi negatif g dikenal kompetisi p • Organisme hidup pada tempat (niche) yang sama dan berkompetisi terhadap sumber lingkungan ( k (makanan, dll) yang terbatas dll) b • Pada populasi yang padat terjadinya akumulasi subtansi yang toksik yang toksik dapat mematikan group group mikrobia tertentu . Sebagai contoh kelebihan H2S dapat membatasi banyak kelompok mikrobia . Akumulasi etanol mempengaruhi pertumbuhan ragi


Interaksi Negatif … • Mikroba Mikroba menyebabkan penyakit bagi banyak menyebabkan penyakit bagi banyak tumbuhan. • Beberapa penyakit yang dapat Beberapa penyakit yang dapat ditimbulkan adalah nekrosis, kanker, layu, busuk, chlorosis, hipoplasia dan bengkak akar hipoplasia, dan bengkak • Penyakit ini mempengaruhi tanaman dan menyebabkan kerusakan ekonomi. b bk k k k i


Interaksi Negatif … • Mikroba juga dapat oba juga dapat be berinteraksi negatif dengan te a s egat de ga binatang dengan menyebabkan banyak penyakit. Pada manusia dari penyakit seperti flu burung, AIDS, SARS, rabies, penyakit pes b k yang disebabkan d b bk oleh mikroba. • Penyakit baru P kit b muncul: ketika manusia l k tik i mengganggu alam dengan mengembangkan lahan untuk budidaya yang menyebabkan lahan untuk budidaya yang menyebabkan kelompok baru dari mikroba muncul yang mengakibatkan timbulnya penyakit baru. KULIAH BIOLOGI TANAH


Examples of Examples of cooperation OM = organic material

Figure 28.7 KULIAH BIOLOGI TANAH

Dalam lingkungan yang lebih kecil (Niche) antar i di id dalam individu d l populasi l i dan d antar t komunitas k it saling li berinteraksi sesamanya. Bentuk interaksi tersebut dapat digambarkan g sebagai g berikut Interaksi Neutralisme l Kommensalisme Sinergisme Kompetisi Mutualisme Ammensalisme Predasi Parasitisme

Populasi A 0 0 + ‐ + 0/+ + + KULIAH BIOLOGI TANAH

Populasi B 0 + + ‐ + ‐ ‐ ‐

Interaksi Positif • Hal ini disebut kerjasama a d sebut e jasa a • Teori dosis minimum Infeksi (Minimum Infectious y j dose theory ): Dibutuhkan 1 juta sel bakteri untuk menyebabkan infeksi. • Metabolisme substrat yang tidak larut seperti lignin dan selulosa. • Pertukaran Genetik: mengarah ke resistensi antibiotik dan toleransi terhadap tibi tik d t l i t h d logam berat, l b t juga menyebabkan metabolisme senyawa yang tidak biasa tidak biasa. KULIAH BIOLOGI TANAH

Interaksi Antar Beragam Populasi Mikroba k b • Netralisme berarti kurangnya interaksi antara dua g y populasi mikroba. Hal ini sangat jarang. Biasanya terjadi dalam tahap istirahat bakteri dan tidak dalam tahap berkembang dalam tahap berkembang. • Kommensalisme: Interaksi antara dua populasi di mana salah satu mendapat manfaat dan lainnya tetap tidak terpengaruh. • Amensalism: Juga dikenal sebagai antagonisme. Mikroba memproduksi bahan kimia beracun Mikroba memproduksi bahan kimia beracun untuk menekan aktivitas mikroba lainnya. Untuk misalnya produksi Antibiotik. KULIAH BIOLOGI TANAH

Interaksi Antar BeragamPopulasi Mikroba… k b • Sinergisme Sinergisme (Protocooperation): Hubungan (Protocooperation): Hubungan antara dua kelompok di mana kedua kelompok memperoleh manfaat, tetapi asosiasi bukan merupakan satu keharusan. • Syntrophism: Hal ini umum terjadi di alam. Hubungan ini didasarkan pada kemampuan satu populasi untuk memasok faktor pertumbuhan untuk populasi lain. Kedua b h k l il i K d kelompok populasi memperoleh manfaat KULIAH BIOLOGI TANAH

Interaksi Antara Beragam Populasi Mikroba …. k b • Mutualisme: Mutualisme: Ini adalah hubungan antara Ini adalah hubungan antara populasi yang dapat dianggap sinergisme diperluas Merupakan keharusan bentuk diperluas. Merupakan asosiasi antara dua populasi yang menguntungkan kedua populasi menguntungkan kedua • Kompetisi: Ini merupakan hubungan negatif antara dua populasi yang kedua populasi antara dua populasi yang kedua populasi dirugikan. KULIAH BIOLOGI TANAH

Interaksi Antara Beragam Populasi Mikroba …. k b • Parasitisme: Parasitisme: Hubungan antara dua organisme Hubungan antara dua organisme yang satu memperoleh manfaat (parasit) dan lain dirugikan (host) lain dirugikan (host). • Predasi: Dalam hubungan ini salah satu mendapat manfaat (predator) dan yang lain manfaat (predator) dan yang lain dirugikan (mangsa). Efek negatif dirasakan langsung. langsung


Interaksi Antara Beragam Populasi Mikroba … k b • Dimana Dimana anda bisa anda bisa melihat semua interaksi ini melihat semua interaksi ini di satu tempat? Dalam Biofilm, anda akan melihat semua jenis interaksi melihat semua jenis interaksi. • Biofilm adalah kondisi dinamis di mana populasi berada dalam fluks konstan populasi berada dalam fluks konstan.


Interaksi Mikroba dengan Tanaman • Interaksi Interaksi positif dan negatif terjadi antara positif dan negatif terjadi antara mikroba dan tanaman. • Akar tanaman menyediakan habitat yang Akar tanaman menyediakan habitat yang sangat cocok untuk pertumbuhan untuk banyakmikroba tanah banyakmikroba tanah. • Interaksi antara mikroba dan tanaman memenuhi kebutuhan nutrisi penting untuk hi k b h ii i k keduanya. KULIAH BIOLOGI TANAH

Tempat Interaksi Mikroba dengan Tanaman… • Rhizoplane: Rhizoplane: Permukaan yang sebenarnya dari Permukaan yang sebenarnya dari akar tanaman. • Rhizosfer: Wilayah tanah langsung dipengaruhi Rhizosfer: Wilayah tanah langsung dipengaruhi oleh akar tanaman. Biasanya lapisan tipis tanah yang melekat pada sistem akar. yang melekat pada sistem akar. • Ukuran rhizosfer tergantung pada struktur akar tanaman • Mikroba yang berintraksi dengan akar terdapat di rhizosfer. rhizosfer KULIAH BIOLOGI TANAH

InteraksiMikroba dengan Tanaman… • Rhizosheeth: Rhizosheeth: Hal ini ditandai sebagai suatu Hal ini ditandai sebagai suatu silinder tanah tebal yang menempel pada akar tanaman. Ditemukan di beberapa rumput gurun, p p g , yang memiliki aktivitas mikroba intens. • Mikroba rhizosfer dipengaruhi oleh penyerapan Mikroba rhizosfer dipengaruhi oleh penyerapan air oleh tanaman, pelepasan bahan kimia organik untuk tanah dengan akar (eksudat akar), produksi g ( ) p mikroba faktor pertumbuhan tanaman, dan ketersediaan nutrisi. KULIAH BIOLOGI TANAH

Pengaruh Rhizosfir • Efek Efek rhizosfer didefinisikan sebagai komposisi dan rhizosfer didefinisikan sebagai komposisi dan kelimpahan komunitas mikroba dalam tanah pada rhizosfer tersebut. Ini adalah rasio jumlah p j mikroba dalam tanah rizosfer (R) dengan jumlah mikroba yang jauh dari akar (S). • R / S rasio berkisar dari 20 sampai 100, yang berarti populasi mikroba adalah 20 sampai 100 p p p kali lebih tinggi pada rhizosfer daripada di tanah bebas dari akar. KULIAH BIOLOGI TANAH

Rhizosfir • Secara Secara umum proporsi bakteri umum proporsi bakteri berbentuk berbentuk batang gram negatif lebih tinggi dari, bakteri batang gram positif atau yang berbentuk bulat (cocci) pada rizosfer. Kelompok yang paling sering hadir adalah Pseudomonas. • Alasannya: eksudat akar Tanaman mengandung bahan organik, asam amino, vitamin, gula, tanin, dll alkaloid untuk i i l i dll lk l id k pertumbuhan mikroba. KULIAH BIOLOGI TANAH

Rhizosfir… • Komunitas mikrobia akan berubah mulai dari perkecambahan benih sampai tanaman dewasa Hal ini karena perubahan komposisi dewasa. Hal ini karena perubahan komposisi kimia dari eksudat akar. • R / S rasio biasanya menurun ketika tanaman R / S rasio biasanya menurun ketika tanaman berhenti tumbuh.


Rhizosfir… • Apa yang tanaman peroleh yang tanaman peroleh dari hubungan ini? dari hubungan ini? • Mikroba meningkatkan kelarutan mineral nutrisi untuk penyerapan tanaman seperti Ca nutrisi untuk penyerapan tanaman seperti Ca, Fe, dan Mn. • Mikroba menghasilkan vitamin, asam amino, Mik b h ilk i i i hormon pertumbuhan tanaman seperti auksin, sitokinin, giberelin dan, yang memacu k i i ki i ib li d pertumbuhan tanaman. KULIAH BIOLOGI TANAH



Rhizosfir… • Bakteri Bakteri Pemfiksasi Pemfiksasi Nitrogen (N) pada Nitrogen (N) pada rhizosfer rhizosfer seperti Rhizobium, Azotobacter, Azospirillum, dan Frankia memfiksasi nitrogen atmosferik dan Frankia memfiksasi nitrogen atmosferik dengan mengkonversi N2 menjadi NH3, yang dapat digunakan oleh tanaman. digunakan oleh tanaman • Jamur mikoriza memberika perbaikan tumbuh tanaman dengan membantu penyerapan hara tanaman dengan


OK .. Let’s go


QS molecules inducer

• Acyl‐Homoserine Lactones (AHLs) • Vary from microbe to another


AHL production in rhizobia


Gonzalez et al, 2003

• See next time See next time


FAKTOR FAKTOR YANG MEMPENGARUHI ORGANISME TANAH

Recommend Documents