DARI DUA TIPE LAHAN RAWA DI KALIMANTAN DENGAN PENDEKATAN Next Generation Sequencing (NGS)
EVA MOULIA
PROGRAM STUDI BIOLOGI FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SYARIF HIDAYATULLAH JAKARTA
2019 M / 1441 H
ANALISIS KOMUNITAS BAKTERI TANAH SULFAT MASAM DARI DUA TIPE LAHAN RAWA DI KALIMANTAN DENGAN
PENDEKATAN Next Generation Sequencing (NGS)
SKRIPSI
Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar Sarjana Sains Pada Program Studi Biologi Fakultas Sains dan Teknologi
Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta
EVA MOULIA 11150950000052
PROGRAM STUDI BIOLOGI FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SYARIF HIDAYATULLAH JAKARTA
2019 M / 1441 H
ABSTRAK
Eva Moulia. Analisis Komunitas Bakteri Tanah Sulfat Masam dari Dua Tipe Lahan Rawa di Kalimantan dengan Pendekatan Next Generation Sequencing (NGS). Skripsi. Program Studi Biologi. Fakultas Sains dan Teknologi. Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta. 2019. Dibimbing oleh Dr. Nani Radiastuti, M.Si dan Dr. Dwi Ningsih Susilowati, S.TP, M.Si.
Lahan sulfat masam merupakan salah satu sumberdaya lahan yang dapat dikembangkan menjadi lahan pertanian. Namun, perlu didukung oleh perbaikan teknologi dan pemanfaatan bakteri di dalamnya. Penelitian ini dilakukan untuk menginvestigasi keanekaragaman bakteri tanah pada dua tipe tanah sulfat masam di Kalimantan sebagai informasi awal untuk mengoptimalkan peran mikroba dalam produktivitas tanah dan tanaman di lahan sulfat masam di masa mendatang. Komunitas bakteri lahan sulfat masam potensial tipe B di Kalimantan Selatan (SKB) dan aktual tipe C di Kalimantan Tengah (CKB) pada penelitian ini diamati dengan teknik Next Generation Sequencing. Identifikasi menggunakan analisis FLASH (V1.2.7) dan QIIME (V1.7.0). Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa sebagian besar komunitas bakteri tanah pada tanah sulfat masam potensial Kalimantan Selatan (SKB) sangat mirip dengan komunitas bakteri yang ada di tanah sulfat masam aktual di Kalimantan Tengah (CKB). Jumlah Unit Taksonomi Operasional (OTU) tanah sulfat masam potential (SKB) lebih tinggi dibanding tanah sulfat masam aktual (CKB) yaitu 1677 OTU berbanding 1317 OTU. Filum dari komunitas bakteri tanah sulfat masam potensial (SKB) sebanyak 11 filum dan komunitas bakteri tanah sulfat masam aktual (CKB) sebanyak 10 filum. Filum yang mendominasi di kedua tipe tanah sulfat masam tersebut di antaranya adalah Proteobacteria, Acidobacteria, dan Actinobacteria.
Perbandingan sifat kimia tanah dan Total Plate Count berdasarkan analisis laboratorium menunjukkan tanah sulfat masam potensial Kalimantan Selatan memiliki tingkat kesuburan lebih baik dibandingkan dengan tanah sulfat masam aktual Kalimantan Tengah yang kemungkinan mempengaruhi keanekaragaman bakteri tanah yang ada di kedua tipe tanah sulfat masam tersebut.
Kata kunci: Bakteri tanah; Next Generation Sequencing; Tanah sulfat masam; Unit Taksonomi Operational
ABTRACT
Eva Moulia. Analysis of Acid Sulfate Soil Bacteria Communities from Two Types of Swamp Land in Kalimantan with the Next Generation Sequencing (NGS) Approach. Undergraduete Thesis. Departement of Biology. Faculty of Science and Technology. State Islamic University Syarif Hidayatullah Jakarta. 2019. Advised by Dr. Nani Radiastuti, M.Si and Dr. Dwi Ningsih Susilowati, S.TP, M.Si.
Acid sulfate land is one of the land resources that can be developed into agricultural land. However, it needs to be supported by technological improvements and the use of microorganisms. This research was conducted to investigate the diversity of soil bacteria in two types of acid sulfate soils in Kalimantan as preliminary information to optimize the role of microbes in increasing soil and plant productivity in acid sulfate land in the future. Acid sulfate land bacterial communities in South Kalimantan (potential type B) and Central Kalimantan (actual type C) in this study were discussed with Next Generation Sequencing techniques. Identification using FLASH (V1.2.7) and QIIME (V1.7.0) analysis. The results of this study indicate that most of the soil bacterial communities in South Kalimantan potential acid sulfate soils (SKB) are similar to the bacterial communities that exist in actual acid sulfate soils in Central Kalimantan (CKB). The number of Operational Taxonomy Units (OTU) potentials for SKB acid sulfate soils is higher than the actual CKB acid sulfate soils, which are 1677 OTU compared to 1317 OTU. Phylum of potential sulfate soil bacterial community SKB was 11 phylum and the actual CKB sulfate soil bacterial community was 10 phylum. Domination phylum in the two acid sulfate soils mentioned are Proteobacteria, Acidobacteria, and Actinobacteria. Comparison of soil chemical properties and plate counts based on laboratory analysis shows South Kalimantan's potential acid sulfate soils have a better fecundity rate than Central Kalimantan's actual acid sulfate soils that enhance the compatibility of soil bacteria present in such acid sulfate soils Keywords: Acid sulfate soil; Next Generation Sequencing; Operational Taxonomy
Unit; Soil bacteria
KATA PENGANTAR
Segala puji bagi Allah azza wa jalla penulis ucapkan, karena berkat izin- Nya penulis dapat menyelesaikan proposal penelitian yang berjudul “Analisis Komunitas Bakteri Tanah Sulfat Masam Dari Dua Tipe Lahan Rawa Di Kalimantan dengan Pendekatan Next Generation Sequencing (NGS)” dalam rangka Tugas Akhir sebagai syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Program Studi Biologi di Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta. Penulis ingin mengucapkan terima kasih karena adanya dukungan dari banyak pihak terkait dalam penulisan proposal ini, untuk itu penulis berterimakasih kepada :
1. Prof. Dr. Lily Surayya Eka Putri, M. Env. Stud. selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi UIN Syarif Hidayatullah Jakarta.
2. Dr. Priyanti, M. Si. selaku Ketua Program Studi Biologi, beserta jajarannya yang telah memberi izin penelitian.
3. Dr. Nani Radiastuti, M. Si dan Dr. Dwi Ningsih Susilowati, S.TP., M.Si selaku dosen pembimbing yang telah memberikan ilmu, nasihat dan saran yang membangun kepada penulis.
4. Dr. Megga Ratnasari Pikoli, M.Si dan Agustina Senjayani, M.Si selaku dosen penguji seminar proposal serta seminar hasil atas kesedian dalam memberikan arahan serta saran yang bermanfaat untuk skripsi yang lebih baik.
5. Dr. Agus Salim, M.Si dan Narti Fitriana, M.Si selaku dosen penguji sidang Munaqosyah yang telah memberikan arahan serta saran yang membangun dalam penulisan skripsi.
6. Balai Besar Penelitian dan Pengembangan Bioteknologi dan Sumber Daya Genetik Pertanian (BB Biogen) atas kesedian dalam memberikan kesempatan, dan fasilitas pengerjaan penelitian.
7. Kedua orang tua Bapak Holid Halim dan Ibu Laela Bandarela, serta kedua kakak yakni Harts Muhasibi dan Lailatul Hikmah yang selalu memberikan dukungan baik berupa moril maupun materil.
8. Bapak Jajang dan Ibu Aminah selaku keluarga BB-Biogen yang telah membantu selama proses penelitian.
9. Teman-teman seperjuangan Luftiara, Shabrina, Nurlaili, Adel, Ratna, Dara, Yulis, Maul, Lida, Nabila, dan Rafaliq silahudi yang telah memberi support kepada penulis selama penelitian.
10. Seluruh pihak yang terlibat dalam penulisan skripsi ini yang tidak dapat satu per satu.
Jakarta, November 2019
Penulis
DAFTAR ISI
Halaman
ABSTRAK ... vi
ABTRACT ... vii
KATA PENGANTAR...viii
DAFTAR ISI ... x
DAFTAR TABEL ... xii
DAFTAR GAMBAR ...xiii
DAFTAR LAMPIRAN ... xiv
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 3
1.3 Hipotesis ... 3
1.4 Tujuan ... 3
1.5 Manfaat ... 3
1.6 Kerangka Berfikir... 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Potensi dan Karakteristik Lahan Rawa di Kalimantan ... 5
2.2 Tanah Sulfat Masam ... 7
2.3 Bakteri Tanah ... 8
2.4 Metode Identifikasi Komunitas Mikroba ... 9
2.5 Next Generation Sequencing (NGS) ... 11
BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Waktu dan Tempat ... 14
3.2 Alat dan Bahan ... 14
3.3 Cara Kerja ... 14
3.3.1 Pengambilan Sampel Tanah ... 14
3.3.2 Analisis Fisik, Kimia, Sampel Tanah ... 16
3.3.3 Total Plate Count Bakteri Tanah Mi ... 17
3.3.4 Penentuan Komunitas Mikroba Dengan Pendekatan NGS ... 18
3.3.4.1 Ekstraksi dan pemurnian DNA dari sampel tanah ... 18
3.3.4.2 Amplifikasi gen 16S rRNA (PCR) ... 19
3.3.4.3 Kuantifikasi dan Kualifikasi Produk PCR ... 19
3.3.5 Analisis Data ... 20
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Sifat-sifat fisik, dan kimia tanah sulfat masam asal Kalimantan Selatan dan Kalimantan Tengah ... 21
4.2 Hasil Total Plate Count Bakteri Tanah ... 27
4.3 Analisis Komunitas Bakteri Asal Sulfat Masam Kalimantan Selatan dan Kalimantan Tengah dengan Menggunakan Metode NonKultur dengan NGS ... 29
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ... 38
5.2 Saran ... 38
DAFTAR PUSTAKA ... 39 LAMPIRAN-LAMPIRAN ... 53
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 1. Perkiraan Luas Lahan Rawa di Indonesia (Sumber: BBSDLP, 2014) ... 6 Tabel 2. Lokasi dan Titik Pengambilan Sampel Tanah ... 15 Tabel 3. Sifat Fisik Tanah Kalimantan Selatan dan Kalimantan Tengah ... 21 Tabel 4. Sifat Kimia Tanah Kalimantan Selatan (SKB) dan Kalimantan Tengah
(CKB) ... 22 Tabel 5. Sifat Kimia Tanah Kalimantan Selatan (SKB) dan Kalimantan Tengah
(CKB) ... 23 Tabel 6. Sifat Kimia Tanah Kalimantan Selatan (SKB) dan Kalimantan Tengah
(CKB) ... 26
DAFTAR GAMBAR
Halaman Gambar 1. Kerangka Berfikir Penelitian ... 4 Gambar 2. Peta Wilayah Titik Sampling ... 16 Gambar 3. Konsentrasi Sel Bakteri Tanah Sulfat Masam Kalimantan Selatan (SKB)
dan Tengah (CKB) yang ditumbuhkan pada pH normal serta dan yang ditumbuhkan pada pH Asam (SKB-Asam) dan (CKB-Asam)... 27 Gambar 4. Keragaman Bakteri Berdasarkan OTU (Operational Taxonomy Unit) .... 29 Gambar 5. Diagram Venn Pola Tumpang Tindih antar sampel SKB dan CKB ... 30 Gambar 6. Komposisi Komunitas Bakteri Tanah Sulfat Masam Kalimantan Selatan
dan Kalimantan Tengah ... 31 Gambar 7. Kelimpahan Genus pada Tanah masam Kalimantan Selatan (SKB) dan
Tengah (CKB) ... 33
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman Lampiran 1. Perbandingan Teknologi Alat Sekuensing Generasi Kedua ... 53 Lampiran 2. Kriteria Hasil Analisi Tanah ... 54 Lampiran 3. Diagram Segitiga Tekstur menurut USDA ... 56 Lampiran 4. Total Populasi Bakteri Asal Tanah Sulfat Masan Kalimantan Selatan
(SKB) dan Kalimantan Tengah (CKB) ... 57 Lampiran 5. Ekstraksi DNA menggunakan Norgen Soil DNA Isolation Plus Kit
#64000 ... 58 Lampiran 6. Visualisasi DNA Jasil PCR ... 58 Lampiran 7. Keragaman Bakteri Berdasarkan OTU (Operational Taxonomy Unit)…59 Lampiran 8. Keseluruhan Filum, Kelas, Famili, dan Genus serta Kelimpahan Relatif
(KR) Bakteri Tanah Sulfat Masam Kalimantan Selatan (SKB) dan Kalimantan Tengah (CKB) ... 60
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Lahan rawa di Indonesia memiliki potensi untuk dikembangkan sebagai lahan pertanian. Namun, lahan ini mempunyai beberapa kendala dalam hal kesuburan tanah, salah satunya yaitu lahan yang bersifat sulfat masam. Tanah sulfat masam memiliki karakteristik berupa ketersediaan hara P yang rendah karena difiksasi oleh Al dan Fe, serta rendahnya kejenuhan basa yang memicu larutnya unsur beracun dan meningkatnya kahat hara (kekurangan unsur hara) sehingga tanah menjadi tidak produktif (Suastika, Hartatik, & Subiksa, 2010).
Menurut Widjaja dan Alihamsyah (1998) luas tanah sulfat masam di Indonesia mencapai 6.7 juta hektar dan sekitar 1.7 juta hektar lahan tersebut terdapat di Kalimantan (Haryono, Noor, Syahbuddin & Sarwani, 2013). Potensi lahan sulfat masam di Kalimantan yang luas inilah menjadi latar belakang diperlukannya pengelohan lahan sulfat masam agar berdaya guna untuk meningkatkan lahan produksi pertanian. Tanah sulfat masam di Kalimantan memiliki karakteristik dan tipe lahan yaitu Potensial tipe B dengan karakter lahan terluapi air pasang hanya pada musim hujan dan tipe lahan Aktual tipe C yakni dipengaruhi muka air tanah dengan kedalaman kurang dari 50 cm. Kedua tipe lahan tersebut banyak dijumpai di Kalimantan Selatan dan Kalimantan Tengah.
Salah satu cara skrining sumber daya tanah sulfat masam yaitu mengidentifikasi keanekaragaman mikroba di dalamnya khususnya mikroba yang bersifat dapat mereduksi sulfat untuk mempelajari hubungan komunitas mikroba tersebut dalam berkontribusi pada peningkatan produktivitas tanah sulfat masam serta vegetasi di lingkungannya. Hal tersebut sesuai dengan pernyataan Pranatasari (2012) bahwa vegetasi yang tumbuh pada lahan yang tidak ditanami tumbuhan pangan merupakan
“seed bank” berbagai spesies mikroba yang berkontribusi untuk produktivitas tanah dan tanaman saat tanam berikutnya. Penelitian terdahulu oleh Kurniawati, Hamzah Muttaqin, dan Giyanto (2017) mengenai keanekaragaman bakteri pada pertanaman
padi di lahan rawa sulfat masam Desa Karang Indah, Kab. Barito Kuala, Kalimantan Selatan, memperoleh hasil isolat bakteri sebanyak 31,75%, di antaranya merupakan kelompok bakteri Actinomycetes, Bacillus, Cromobacterium dan Pseudomonas.
Namun metode yang digunakan hanya terbatas mengkultivasi mikroba pada media tertentu seperti media tryptic soy agar (TSA), water yeast extract agar (WYE), dan nutrient agar (NA). Metode kultivasi dinilai kurang efisien dari segi waktu dan tenaga, serta kurang memadai untuk menganalisis komunitas mikroba pada lingkungan alaminya, sehubungan dengan adanya sejumlah besar bakteri yang belum dapat dikulturkan, sehingga diperlukan cara yang lebih valid dan akurat untuk mengetahui keragaman mikroba, salah satunya dengan menggunakan Next Generation Sequencing (NGS).
NGS merupakan salah satu teknologi molekuler berdasarkan pada analisis DNA total komunitas mikroba dan diharapkan dapat mengatasi keterbatasan teknik pengkulturan. Penelitian yang dilakukan sebelumnya oleh Jarvis et al, (2013) menggunakan teknologi NGS memperoleh sebanyak 16.400 Operational Taxonomi Unit (OTU) terdiri dari filum Proteobacteria, Actinobacteria, Bacteroidetes, Cyanobacteria dan Verrucomicrobia dari sampel Sungai Mississippi, Amerika Serikat.
Penerapan NGS lainnya pada digunakan pada studi metagenomik dari bakteri endofit pada tanaman lidah buaya (Akinsanya, Goh, Lim, & Ting, 2015). Penelitian mengenai keanekaragaman bakteri tanah sulfat masam dengan teknik NGS belum pernah dilakukan di Indonesia. Oleh karena itu untuk mendukung analisis keanekaragaman bakteri tanah sulfat masam di Kalimantan Selatan (lahan Potensial tipe B) dan Kalimantan Tengah (Aktual tipe C) perlu dilakukan identifikasi keanekaragaman bakteri tanah sulfat masam di dalamnya melalui pendekatan molekuler menggunakan analisis NGS.
Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui informasi keanekaragaman komunitas bakteri tanah sulfat masam baik yang dapat dikulturkan maupun yang tidak dapat dikulturkan (viable but not culturable) dengan menggunakan analisis NGS. Informasi keanekaragaman mikroba tersebut diharapkan dapat mengidentifikasi genus unik sebagai plasma nutfah mikroba adaftif dan dapat mengoptimalkan peran mikroba
tersebut dalam strategi pengelolaan lahan sulfat masam untuk peningkatan produktivitas tanah dan tanaman.
1.2 Rumusan Masalah
Rumusan masalah dari penelitian ini adalah:
1) Bagaimana keanekaragaman komunitas bakteri pada tanah sulfat masam dari dua tipe lahan rawa potensial tipe B di Kalimantan Selatan (SKB) dan Aktual tipe C di Kalimantan Tengah (CKB) dengan pendekatan NGS?
2) Bagaimana tingkat kesuburan lahan sulfat masam pada kedua tipe rawa tersebut?
1.3 Hipotesis
Hipotesis dari penelitian ini adalah:
1) Adanya perbedaan tipe lahan rawa (Potensial tipe B dan Aktual tipe C) di Kalimantan mempengaruhi perbedaan keanekargaman komunitas bakteri.
2) Semakin beragam struktur komunitas bakteri pada lahan rawa maka semakin baik kualitas atau tingkat kesuburan lahan tersebut untuk dikembangkan sebagai lahan pertanian.
1.4 Tujuan
Tujuan dari penelitian ini adalah :
1) Mengetahui keanekaragaman komunitas bakteri tanah sulfat masam dari dua tipe lahan rawa, potensial tipe B di Kalimantan Selatan (SKB) dan Aktual tipe C di Kalimantan Tengah (CKB).
2) Mengetahui tingkat kesuburan lahan sulfat masam pada kedua tipe lahan rawa tersebut.
1.5 Manfaat
Manfaat penelitian ini adalah :
Penelitian ini bermanfaat untuk mengetahui hubungan keanekaragaman mikroba dari ekosistem tanah sulfat dengan aktivitas atau fungsi tanah yang dapat digunakan untuk menilai status kesuburan tanah. Adanya informasi tersebut diharapkan dapat dilakukan penelitian lanjutan yang mempelajari optimasi fungsi tanah sulfat masam untuk peningkatan produksi pertanian secara ramah lingkungan. Saran-
saran pengelolaan tanah dengan karakter keanekaragaman hayati dan daya dukung ekosistem yang dimiliki dapat dibuat untuk mengoptimalkan fungsinya dalam peningkatan produksi pertanian di tanah sulfat masam.
Data-data yang diperoleh dapat menjadi basic data untuk pengembangan strategi dan teknologi adaptasi untuk penyesuaian kegiatan dan teknologi dengan kondisi ekosistem lahan rawa.
1.6 Kerangka Berfikir
Kerangka berpikir dari penelitian ini, yaitu sebagai berikut :
Gambar 1. Kerangka Berfikir Penelitian Lahan rawa di Indonesia
memiliki potensi untuk dikembangkan sebagai lahan
pertanian
Lahan Sulfat Masam
Lahan Salin Lahan Gambut
Menggali potensi komunitas mikroba khas guna produktivitas
lahan sulfat masam
Analisis Molekuler NGS Isolasi dengan teknik
TPC
Keanekaragaman komunitas bakteri tanah sulfat masam pada dua tipe lahan rawa di Kalimantan ---- Kendala
Mikroba yang dapat di kultur (culturable mikroba)
Mikroba yang tidak dapat di kultur (viable but not culturable)
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Potensi dan Karakteristik Lahan Rawa di Kalimantan
Luas Pulau Kalimantan untuk wilayah Indonesia diketahui sebesar 544.150 km2, yang terbagi dalam lima provinsi yaitu Kalimantan Barat, Kalimantan Tengah, Kalimantan Selatan, Kalimantan Timur, dan Kalimantan Utara (Sosilowati et al., 2017). Secara geografis, Kalimantan Selatan memiliki kawasan dataran rendah di bagian barat dan pantai timur yang di dominasi berupa lahan gambut dan rawa, sedangkan dataran tingginya merupakan hutan hujan tropis (BPS KalSel, 2017).
Vegetasi yang tumbuh pada ekosistem lahan rawa di Kalimantan Selatan secara umum didominasi oleh tanaman purun tikus (Eleo charisdulcis), karamunting (Melastoma sp.), Kalaikai (Stochleana palustris J.Sm), tanaman Lombok-lombokan, dan beberapa tanaman pada varietas lokal (Siam) (Erny et al.,2015)
Wilayah terbesar lainnya yaitu Kalimantan Tengah yang memiliki luas 157.983 km² dan sebesar 80% dari luas wilayah Provinsi Kalimantan Tengah merupakan hutan primer tersisa sekitar 25% dari luas wilayah (BPS Kalteng, 2017). Rata-rata curah hujan per tahun di Kalimantan Tengah 1.048-1.930 mm dengan hari hujan 166-169 hari. Kisaran suhu udara adalah Max. 32,4±0,62; Min. 24,23± 1,16 dan kelembapannya berkisar 86,6±2,23 (Haryono et al., 2013).
Setiap tanah memiliki kandungan sesuai ukuran yang bermanfaat bagi kehidupan makhluk lain didalamnya, begitu juga dengan luas tanah rawa di Kalimantan yang berpotensi dikembangkan sebagai lahan pertanian. Sebagaimana Allah SWT berfirman dalam Al-Qur’an surat Al-Hijr: 19 bahwa segala sesuatu yang Allah SWT ciptakan di bumi ini sudah ada kadarnya masing-masing sesuai ukuran.
Dan Kami telah menghamparkan bumi dan menjadikan padanya gunung-gunung dan Kami tumbuhkan padanya segala sesuatu menurut ukuran. (QS. AL-Hijr : 19)
Berdasarkan kompilasi beberapa peta rawa yang dilakukan Balai Besar Sumber Daya Lahan Pertanian (BBSDLP) tahun 2014, diketahui bahwa luas rawa di Indonesia sebesar 34.926.551 ha (Tabel 1).
Tabel 1.Perkiraan Luas Lahan Rawa di Indonesia (Sumber: BBSDLP, 2014)
Pulau Rawa pasang
surut Rawa lebak Rawa gambut Total luas
……….…..x 1.000 ha………....
Sumatera 2.501.888 3.988.301 6.436.646 12.926.835
Jawa 896.122 0 0 896.122
Kalimantan 2.301.410 2.944.085 4.778.005 10.023.500
Sulawesi 318.030 706.220 23.844 1.048.094
Maluku 74.395 88.159 0 162.554
Papua 2.262.402 3.916.123 3.690.921 9.869.446
Indonesia 8.354.247 11.642.288 14.929.416 34.926.551
Lahan rawa umumnya tergenang dengan vegetasi hutan primer yang terdiri atas hutan kayu atau hutan sekunder yang mencakup hutan galam, serapat, belangiran dan sejenisnya. Faktor yang mempengaruhi pembentukan lahan rawa antara lain bahan induk penyusun, sedimentasi, vegetasi awal, intensitas pelapukan yang ditentukan oleh curah hujan, suhu, kelembaban sinar matahari, luapan pasang atau banjir, dan waktu (Haryono et al., 2013).
Lahan rawa pasang surut adalah lahan yang airnya dipengaruhi oleh pasang surutnya air laut atau sungai. Badan Litbang Pertanian membagi tipe luapan air lahan pasang surut berdasarkan pasang siklus bulanan menjadi tipe luapan A, B, C dan D (Wijaya, 1986). Lahan bertipe luapan A selalu terluapi air pasang, baik pada musim hujan maupun musim kemarau, sedangkan lahan bertipe luapan B hanya terluapi air pasang pada musim hujan saja. Lahan bertipe luapan C tidak terluapi air pasang tetapi dipengaruhi muka air tanahnya dengan kedalaman kurang dari 50 cm, sedangkan lahan
bertipe luapan D adalah seperti tipe C hanya kedalaman air tanahnya lebih dari 50 cm (Susilawati, Nursyamsi, & Syakir, 2016).
Walaupun lahan rawa pasang surut potensial dan strategis dikembangkan sebagai lahan pertanian namun, lahan ini mempunyai beberapa permasalahan dari segi kesuburan tanah, antara lain pH tanah dan kandungan hara yang rendah, kandungan Fe dan aluminium yang tinggi, genangan air yang sering tidak dapat dikendalikan (Purnomo et al., 2005), serta kandungan H2S dan Mn yang dapat mencapai tingkat racun (Andriesse & Sukardi, 1990). Salah satu masalah tersebut ditemukan pada tanah sulfat masam. Tanah sulfat masam yang mengalami oksidasi karena didrainase akan menghasilkan logam Fe dalam jumlah yang mencapai racun dan kemasaman yang sangat tinggi (Shamshuddin et al., 2004).
2.2 Tanah Sulfat Masam
Tanah sulfat masam terbentuk sekitar ribuan tahun yang lalu setelah proses peningkatan muka air laut atau transgresi dalam membentuk pirit. Pembentukan pirit dapat terjadi karena kondisi lingkungan anaerob, adanya sumber sulfat (sebagai aseptor elektron terakhir) terlarut biasanya dibawa dari air laut, bahan organik sebagai sumber energi bakteri, sumber besi (umumnya berasal dari sedimen yang mengandung besi oksida dan hidroksida (Dent & Pons, 1995). Reduksi ion sulfat menjadi sulfida dilakukan oleh bakteri pereduksi sulfat. Sulfida-sulfida yang terbentuk selanjutnya mengalami oksidasi parsial menjadi sulfur elemental dan ion polisulfida. Reaksi sulfida terlarut dengan besi menghasilkan besi monosulfida (FeS) (Susilawati et al., 2016).
Reaksi monosulfida dengan sulfur ini yang membentuk pirit. Persamaan reaksi keseluruhan proses pembentukan pirit dinyatakan sebagai berikut:
Fe2O3(s) + 4SO42- (aq) + 8CH2O + 1/2O2(aq) --- 2FeS2(s) + 8HCO3- (aq) + 4H2O Pada keadaan tereduksi, pirit bersifat stabil sesuai dengan suasana lingkungan pembentukannya. Namun, penurunan air tanah yang dapat disebabkan peristiwa alam seperti gerakan tektonik, atau pembuatan drainase yang tidak ramah lingkungan dapat menyebabkan oksigen dapat menembus ke dalam tanah dan menyebabkan oksidasi pirit. Produk akhir oksidasi pirit adalah Fe3+oksihidroksida, proton, dan sulfat:
FeS2 + 3.75O2 + 3.5H2O → Fe (OH)3 + 4H+ + 2SO42−
Peristiwa oksidasi pirit secara abiotik dan dilakukan oleh aktivitas mikroba asidofilik pengoksidasi pirit diistilahkan dengan peristiwa “leaching” yaitu aktivitas mikroba mempercepat laju reaksi oksidasi pirit dengan co-oksidasi Fe(OH)3 yang menghasilkan Fe3+ yang berperan sebagai pengoksidasi kuat pirit (Wu et al., 2013).
Oksidasi pirit juga menghasilkan oksida besi (Fe2O) dalam bentuk karat (Yu et al., 2012). Sedangkan dampak ion sulfat (SO4-2) dan hidrogen (H+) menyebabkan penurunan pH tanah atau air menjadi sangat masam yang selanjutnya menyebabkan kelarutan Al3+, Fe2+ dan Mn2+ tinggi dalam tanah sehingga kejenuhan basa menjadi rendah dan terjadi kekahatan unsur hara di dalam tanah (Widjaja & Alihamsyah, 1998).
Berdasarkan kedalaman pirit dan tingkat intensitas oksidasi yang terjadi, Widjaja et al., (1986) dalam Suastika et al., (2010) mengklasifikasikan lahan sulfat masam menjadi tiga golongan yaitu lahan potensial (Sulfat masam Potensial) dengan kadar pirit <2% pada kedalaman 50 cm dari permukaan tanah; lahan sulfat masam potensial dengan ciri kadar lapisan pirit sebesar >2% tidak/belum mengalami proses oksidasi, dan terletak lebih dangkal <50 cm; serta lahan sulfat masam actual dicirikan keadaan pH tanah <3,5.
Sifat fisika tanah utama sulfat masam adalah tekstur tanah yang umumnya liat (clay), lempung (loam), dan sebagian berpasir (sandy), kerapatan tergolong rendah, yaitu berkisar 0,52 – 0,95 g cm-3, dan porositas antara 64,2-80,4% (Nugroho et al., 1998). Tanah sulfat masam mempunyai karakteristik kimia tanah yang kurang baik yakni ketersediaan fosfat rendah karena diikat oleh besi atau aluminium dalam bentuk besi fosfat atau aluminum fosfat. Sumber kemasaman tanah sulfat masam berasal dari senyawa pirit (FeS2) yang teroksidasi melepaskan ion-ion hidrogen dan sulfat yang diikuti oleh penurunan pH menjadi sekitar 3 (Subagyo & Widjaja, 1998).
2.3 Bakteri Tanah
Bakteri indigenous yaitu bakteri yang secara alami hidup bebas di alam dan memiliki berbagai macam manfaat bagi manusia. Beberapa hasil penelitian yang memanfaatkan bakteri indigenous telah banyak dilaporkan misalnya sebagai agen bioremediasi limbah (Diswanto & Kardena, 2010) agen pengendali hayati tanaman;
penghasil antibiotik (Ta, 2011); agen pelarut fosfat (Marista et al., 2013); penghasil
enzim-enzim potensial yang pemanfaatannya dapat digunakan dalam bermacam bidang industri dan sebagainya (Baehaki et al., 2011).
Secara garis besar komunitas bakteri, fungi aktinomisetes, dan archea di dalam tanah berperan dalam siklus C, N, P, dan unsur lainnya. Seperti diketahui spesies- spesies mikroba dari kelompok bakteri, fungi, dan aktinomisetes mampu berperan sebagai penyedia hara di dalam tanah atau secara langsung bagi tanaman seperti bakteri penambat N, pelarut fosfat dan Kalium (Pambudi, 2017).
Ketersediaan fosfat dalam tanah umumnya rendah, karena fosfat terikat dalam bentuk Fe-fosfat dan Al-fosfat pada tanah asam atau dalam bentuk Ca3(PO4)2 pada tanah basa, sehingga fosfat tidak dapat begitu saja digunakan oleh tanaman (Suliasih
& Rahmat, 2007). Tanah sulfat asam merupakan jenis tanah yang secara alami mempunyai produktivitas rendah. Tanah jenis ini didominasi oksida Al dan Fe serta daya ikat P yang tinggi sehingga menyebabkan unsur P rendah atau tidak tersedia dalam tanah (Silitonga & Priyani, 2013).
Bakteri pelarut fosfat (BPF) di dalam tanah mempunyai kemampuan melepas Fosfor (P) dari ikatan Fe, Al, Ca dan Mg, sehingga P yang tidak tersedia menjadi tersedia bagi tanaman (Rao, 1994). Bakteri yang mempunyai kemampuan sebagai pelarut fosfat dalam tanah beberapa diantaranya adalah dari genus Pseudomonas, Bacillus dan Rhizobium yang diisolasi dari negara tropis, juga dilaporkan dapat melarutkan fosfat (Rodríguez & Fraga, 1999).
Sebagian besar bakteri tanah bersifat heterotroph, yang memanfaatkan sumber energi organik yang sudah jadi seperti gula, tepung pati, selulosa, dan protein, sedangkan sebagian kecil bakteri tanah yang ditemukan pada tanah sulfat masam bersifat autotroph, yakni memanfaatkan energi dari sumber anorganik, salah satunya berasal dari genus Ferrobacillus yang memanfaatkan Fe dan Thiobacillus yang memanfaatkan belerang (Haryono et al., 2013).
2.4 Metode Identifikasi Komunitas Mikroba
Metode yang umum digunakan untuk identifikasi komunitas mikroba terbagi menjadi dua, yaitu: (1) metode menggunakan teknik molekuler untuk analisis DNA;
dan (2) metode yang hanya mengidentifikasi mikroba yang dapat dikulturkan.
Beberapa metode molekuler yang melibatkan ekstraksi dan analisis DNA dari seluruh komunitas mikroba meliputi Terminal Restriction Fragment Length Polymorphism (T- RFLP), Denaturing Gradient Gel Electrophoresis (DGGE), Thermal Gradient Gel Electrophoresis (TGGE), Single Strand Conformation Polymorphism (SSCP), Automated Ribosomal Intergenic Spacer Analysis (ARISA), amplifikasi fragmen- fragmen asam nukleat dengan teknik Polymerase Chain Reaction (PCR), dan Fluorescent In Situ Hybridization (FISH). Struktur dari profil-profil yang didapatkan selanjutnya dianalisis melalui Principal Component Analysis (PCA) atau analisis komputasi (misalnya analisis kluster dan dendrogram) (Susilowati, Suwanto, Sudiana,
& Mubarik, 2015).
Metode identifikasi mikroba yang dapat dikulturkan dilakukan dengan mengkultivasi berbagai tipe mikroba di dalam sampel pada nutrisi selektif untuk memacu pertumbuhannya, kemudian diidentifikasi isolat-isolat dari koloni yang dominan. Prosedur ini tidak efisien dari segi biaya dan tenaga, karena setiap isolat harus dipelajari lebih lanjut dengan mengamati sifat fisiologi, taksonomi, dan reaktivitasnya terhadap pewarna (Susilowati et al., 2015).
Populasi bakteri yang diambil dari sampel alam mungkin tidak terwakili secara akurat pada saat ditumbuhkan pada media agar-agar (Hattori, 1988). Teknik pengkulturan kurang memadai untuk menganalisis komunitas mikroba pada lingkungan alaminya, sehubungan dengan adanya sejumlah besar bakteri yang belum dapat dikulturkan (Amann et al., 1995). Pendekatan culture memiliki kelemahan dalam hal selektivitas yang rendah dan tidak efisien karena periode pengkulturan yang lama, dan teknik ini juga kurang akurat menggambarkan komunitas bakteri yang disebabkan oleh perubahan kondisi lingkungan (Liu et al., 1997).
Menurut Hugenholtz et al, (1998) metode molekuler berdasarkan pada analisis DNA total komunitas mikroba tanah dapat mengatasi keterbatasan teknik pengkulturan. Cara analisis komunitas berdasarkan gen 16S rRNA yang melibatkan PCR DNA lingkungan, membuat pustaka klon, memilah klon ke dalam Operational Taxonomical Units (OTUs) dengan analisis RFLP dan sekuensing bersifat sangat efektif untuk analisis komunitas (Grobkopf et al., 1998). Analisis klon-klon sekuen gen
16S rRNA dari DNA lingkungan dapat memfasilitasi deteksi dan identifikasi mikroba yang tidak dapat dikulturkan (Lueders & Friedrich, 2000).
2.5 Next Generation Sequencing (NGS)
Metode sekuensing DNA yang pertama kali digunakan adalah metode Sanger (Sanger dideoxy sequencing). Metode ini menggunakan DNA templat dan memerlukan primer spesifik untuk reaksi sekuensing. Panjang sekuen yang dihasilkan berkisar antara 1.000-1.200 pasang basa (bp) dan tidak mampu mencapai lebih dari 2.000 bp (Tinning & Genome, 2013).
Generasi kedua teknologi sekuensing setelah generasi pertama Sanger dikenal dengan next generation sequencing (NGS). Filosofi dasar pembentukan mesin NGS diadaptasi dari metode sekuensing shotgun (Shendure, Mitra, Varma, & Church, 2004).
Istilah NGS secara kolektif digunakan untuk mendeskripsikan semua teknologi sekuensing selain teknologi sekuensing Sanger. Teknologi ini berpotensi menekan biaya sekuensing satu genom manusia hanya dengan USD1.000 (Kling, 2005).
Pada metode NGS, templat DNA dipotong dengan enzim restriksi lalu fragmen DNA diklon pada vektor sekuensing dan individu fragmen DNA setiap klon disekuen terpisah. Hasil sekuen lengkap dari fragmen DNA yang panjang dapat diperoleh dengan menjajarkan (alignment) dan menyambung (assembly) sekuen fragmen DNA berdasarkan bagian sekuen yang berkomplemen (overlapping), yang memungkinkan pemetaan genom manusia dapat diselesaikan (Tasma, 2015).
Teknologi NGS dapat membaca templat DNA secara acak (random) sepanjang seluruh genom dengan membuat potongan-potongan pendek DNA genom, kemudian menyambungkannya dengan adapter (potongan DNA pendek yang didesain khusus untuk tujuan ini) agar dapat dibaca oleh mesin NGS secara random selama proses sintesis DNA (Oecd, 2017). Oleh karena itu teknologi NGS sering disebut dengan sekuensing paralel secara masif (massively parallel sequencing). Panjang bacaan sekuen DNA yang dihasilkan mesin NGS jauh lebih pendek dibandingkan bila menggunakan mesin sekuensing dengan metode Sanger. NGS menghasilkan panjang sekuen DNA antara 50-500 bp (Tinning & Genome, 2013). Karena sekuen yang dihasilkan NGS pendek, sekuensing setiap fragmen DNA mesti dilakukan lebih dari
sekali ukuran genom (genome sequence coverage), hal ini dilakukan untuk menjaga akurasi data hasil sekuensing (Oecd, 2017).
Tiga teknologi NGS utama yang tersedia saat ini adalah Roche/454 pyrosequencing platform, Illumina Solexa polymerase sequencing platform, dan ABI/SOLID ligase sequencing technology. Jika dibandingkan dengan metode sekuensing Sanger, ketiga teknologi NGS ini menghasilkan data sekuen yang jauh lebih banyak dalam sekali menjalankan alat. Oleh karena itu alat ini dikenal dengan high throughput sequencing platforms (Ansorge, 2009). Prinsip dasar ketiga alat NGS tersebut berbeda, baik dalam menghasilkan data sekuen, kualitas data yang dihasilkan maupun biaya sekuensing terlamppir pada (Lampiran 1).
Alat Roche/454 menghasilkan data sekuen terpanjang, tetapi kuantitas data sekuennya terendah (lowest throughput). Jumlah sekuen basa yang dihasilkan Illumina/Solexa tertinggi (highest throughput), tetapi panjang bacaannya hanya sekitar 100 basa. Panjang bacaan yang dihasilkan ABI/SOLID terpendek, hanya sekitar 50 basa, tetapi tingkat kesalahan pembacaan DNA pada proses sekuensing (error rate) paling rendah. Teknologi NGS merupakan revolusi metode sekuensing dan menghasilkan data sekuen yang luar biasa besar dalam waktu relatif singkat dibandingkan dengan metode sekuensing Sanger (Gao et al., 2012).
Beberapa penelitian terkait penerapan teknologi NGS dalam mempelajari keanekaragaman mikroba antara lain yaitu (1) penelitian yang dilakukan oleh Jarvis et al, (2013) menggunakan teknologi NGS dan hypervariable V6 dari 16S rDNA, memperoleh sebanyak 16.400 Operational Taxonomi Unit (OTU) yang diamati (4594±824 OTU per sampel). Proteobacteria, Actinobacteria, Bacteroidetes, Cyanobacteria dan Verrucomicrobia dicatat 93.6 ±1.3% dari semua urutan yang terbaca, dan 90.5 ± 2.5% dari OTU dibagi di antara semua situs (n = 552).
(2) penelitian oleh Akinsanya et al, (2015) terkait studi metagenomik dari bakteri endofit pada tanaman lidah buaya, dengan menilai amplitudo PCR-nya. Urutan 16S rDNA (wilayah V3-V4) dengan teknik metagenomics Illumina digunakan untuk menghasilkan total 5.199.102 pembacaan dari sampel. Analisis mengungkapkan
Proteobacteria, Firmicutes, Actinobacteria dan Bacteriodetes sebagai genera dominan.
(3) penelitian terkait pusaka genom kakao oleh Tasma, Satyawan, dan Rijzaani (2012) menggunakan sequencing HiSeq2000, menghasilkan konstruksi pustaka genom berukuran 300 pasang basa (bp) dengan masing-masing konsentrasi 14,70 ng/µl (ICCR02), 15,20 ng/µl (ICCR04), dan 12,90 ng/µl (SUL02). Sekuensing ketiga genom tersebut menghasilkan data sekuen 52,9 x 109bp. Klaster DNA pustaka genom memiliki nilai Q scores>30 (75,0%) dengan tingkat kesalahan pembacaan basa rendah (1,47%). Berdasarkan hasil kualitas klaster pustaka genom ketiga genotipe kakao tersebut termasuk kategori pustaka ideal.
(4) penelitian dengan pengurutan Illumina-MiSeq dari amplikon gen 16S rRNA dan 18S rRNA oleh Wang et al, (2017) menemukan bahwa komposisi dan keanekaragaman mikroba tanah berbeda antara tanah yang terinfeksi bakteri layu (Ralstonia solanacearum) dengan tanah yang sehat. Komunitas mikroba tanah bervariasi pada berbagai tahap pertumbuhan tanaman karena perubahan komposisi eksudat akar dan pH tanah. Tanah yang sehat menunjukkan keanekaragaman mikroba yang lebih tinggi daripada tanah yang terinfeksi bakteri layu. Mikroba menguntungkan yang lebih berlimpah termasuk Bacillus, Agromyces, Micromonospora, Pseudonocardia, Acremonium, Lysobacter, Mesorhizobium, Microvirga, Bradyrhizobium, Acremonium dan Chaetomium lebih banyak ditemukan pada tanah sehat daripada tanah yang terinfeksi bakteri yang layu.
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat
Penelitian ini dilakukan sejak bulan April sampai Agustus 2019 di Laboratorium Mikrobiologi Balai Besar Penelitian dan Pengembangan Bioteknologi dan Sumber Daya Genetik Pertanian (BB Biogen), Jalan Tentara Pelajar 3A Bogor. Penelitian ini menggunakan metode analisis deskriptif dengan pendekatan teknologi Next Generation Sequencing (NGS) dan didukung dengan data kuantitatif berupa hasil perhitungan total populasi mikroba yang dapat dikulturkan.
3.2 Alat dan Bahan
Alat yang digunakan pada penelitian ini antara lain adalah neraca analitik, autoklaf, oven, alat sentrifugasi (Microfuge 22R Beckman CoulterTM), laminary air flow, penangas air, pH meter, refrigerator, freezer -20℃, deep freezer -80℃ (Laxicon®
ult freezer ESCO), tabung mikro berukuran 2 ml, 1.5 ml, 0.5 ml dan 0.1 ml, pipet mikro, tip pipet mikro (putih, kuning dan biru), alat Mini Beads Cell Disrupter, nanodrop (Thermo Scientific nanodrop 2000 spectrophotometer), mesin PCR (Swift Maxi R- ESCO), alat elektroforesis (Mupid-EXU Sub Marine Electrophoresis System), UV transiluminator, dan kamera digital, komputer, GPS, bor tanah, peralatan untuk analisis tanah, plastik zip lock, label, ice box, dan peralatan gelas mikrobiologi.
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini antara lainakuades, kit Wizard DNA genomic extraction kit (Promega), kit ZIMOBIOMIC, bufer Tris-Acetic acid-EDTA (TAE) (50x, 1x, dan 0.5x), bufer Tris-EDTA (TE), kloroform, ethanol 70%, natrium asetat 3 M, GoTaq® Green Master Mix, loading dye (Promega, Madison), nuclease free water, marker DNA ladder 100 bp dan 1 kb, primer-primer 16S rRNA, agarosa, gel red serta bahan-bahan habis pakai.
3.3 Cara Kerja
3.3.1 Pengambilan Sampel Tanah
Pengambilan sampel dilakukan dengan metode Purposive Sampling, dimana pengambilan sampel dilakukan pada tiga titik dari masing-masing ekosistem tanah
sulfat masam. Sampel tanah diambil dari dua lokasi lahan rawa sulfat masam yang berbeda pada Gambar 2, dengan masing-masing keterangan tertera pada Tabel 2.
Tabel 2. Lokasi dan Titik Pengambilan Sampel Tanah Lokasi Lahan Komposit Potensial Tipe B
(SKB) Ordinat
Desa Tanjung Harapan, Kec.
Alalak, Kab. Barito Kuala, Kalimantan Selatan. (Lokasi berjarak 1.5 jam perjalanan dari Banjarbaru
Lahan sudah dibuka namun belum ditanami berbagai jenis tanaman
(3º10’11’’S- 114º36’20’’E) Lahan yang sudah dibuka dan telah
ditanami terus-menerus berbagai macam tanaman
(3º10’09’’- 144º36’16’’E);
Lahan yang masih hutan atau belum dibuka dan belum
ditanami/diusahakan berbagai macam tanaman
(3º10’08’’S- 144º36’13’’E).
Lokasi Lahan Komposit Aktual Tipe C
(CKB) GPS
Desa Tamban Baru Tengah, Kec.
Tamban Catur, Kab.
Kuala Kapuas, Kalimantan Tengah (Lokasi berjarak 3.5 jam perjalanan dari Banjarbaru)
Lahan sudah dibuka namun belum ditanami berbagai jenis tanaman
(3º12’33’’S- 114º25’44’’E) Lahan yang sudah dibuka dan telah
ditanami terus-menerus berbagai macam tanaman
(3º12’32’’S- 114º25’43’’E)
Lahan hutan atau belum dibuka dan belum ditanami/diusahakan
berbagai macam tanaman
(3º16’12’’S- 114º25’16’’E)
Gambar 2. Peta Wilayah Titik Sampling
Sampel tanah diambil sampai kedalaman ± 20 cm dan setiap titik merupakan merupakan komposit dari tiga blok pada tiap lokasi, setelah itu sampel dihomogenkan dan dimasukan ke dalam kantong plastik zip lock. Kedua tipe lahan rawa masam tersebut akan dipelajari dan dibandingkan keanekaragaman mikrobanya.
3.3.2 Analisis Fisik, Kimia, Sampel Tanah
Sifat fisik dan kimia tanah dari dua tipe lahan rawa sulfat masam daerah Kalimantan Selatan dan Kalimantan Tengah dianalisis terlebih dahulu meliputi total C, total N, P2O5, K2O, pH, Kapasitas Tukar Kation (KTK), dan Kejenuhan Basa (KB) dilakukan di Bagian Pelayanan Jasa, Balai Penelitian Tanah. Cara kerja analisis sifat kimia fisik tanah dilakukan berdasarkan buku panduan analisis kimia tanah, tanaman, air dan pupuk oleh Balai Penelitian Tanah (Analisis Kimia Tanah, Tanaman, Air dan Pupuk, 2009) berdasarkan SK Mentan no: 28/Permentan/SR.130/B/2009.
3.3.3 Total Plate Count Bakteri Tanah Mi
Analisis total bakteri dilakukan di laboratorium mikrobiologi BB. Biogen.
Metode yang digunakan adalah metode plate count agar (PCA). Metode PCA atau sering disebut dengan Standard Methods Agar (SMA) merupakan sebuah media pertumbuhan mikroorganisme yang umum digunakan untuk menghitung jumlah bakteri total (semua jenis bakteri) yang terdapat pada setiap sampel. Metode PCA juga dapat bertujuan untuk dapat membuat kluster bakteri-bakteri tertentu. Kultur mikroba yang berhasil didapatkan dari analisis total bakteri digunakan untuk aplikasi lebih lanjut.
Pertama, medium Nutrien Agar (NA) dan Soil Ekstrak Agar (SEA) dibuat untuk menumbuhkan bakteri. Pembuatan media NA dilakukan dengan cara dimasukkan 11 g nutrient broth dan 4 g Agar powder dilarutkan dengan akuades 500 mL. Sedangkan ekstrak tanah instan atau Soil Ekstrak Agar (SEA) yang terdiri atas glukosa 0,1%, dikalium fosfat 0,05% dan ekstrak tanah 1,775% dimasukan sebanyak 17,125 g dilarutkan dengan akuades 500 mL. Selanjutnya kedua media dihomogenkan menggunakan magnetic strirrer di atas hot plate lalu disterilisasi menggunakan autoklaf pada suhu 121°C dengan tekanan 1,5 atm selama 15 menit. Kemudian media yang telah tersterilisasi didinginkan hingga mencapai suhu 45-50 ºC lalu dituang ke dalam cawan petri steril. Masing-masing media dibuat dengan dua pH yang berbeda yaitu pH normal (pH 7) dan pH asam mendekati pH tanah dengan ditambahkan asam HCL sampai pH sekitar 3,5.
Sedangkan pembuatan garam fisiologis 8,5% dalam metode PCA dilakukan dengan cara menimbang sebayak 0,85 g NaCl dilarutkan dalam 1 liter akuades lalu dihomogenkan menggunakan magnetic strirrer di atas hot plate lalu disterilisasi menggunakan autoklaf pada suhu 121°C dengan tekanan 1,5 atm selama 15 menit.
Kemudian sebanyak 10 g sampel tanah dimasukan ke dalam 90 mL larutan garam fisiologis yang telah tersterilisasi dan dihomogenkan selama 30 menit menggunakan shaker, lalu dilakukan pengenceran serial 10-1 sampai 10-5. Sebanyak 50 µl dari hasil pengenceran ditumbuhkan pada dua media yakni ekstrak tanah instan (Himedia-SEA) dan media Nutrien Agar (NA). Kemudian diinkubasi selama 24-48 jam pada suhu
ruang. Koloni yang tumbuh dihitung dan koloni-koloni yang dominan diambil untuk disimpan.
3.3.4 Penentuan Komunitas Mikroba Dengan Pendekatan NGS 3.3.4.1 Ekstraksi dan pemurnian DNA dari sampel tanah
Ekstraksi dan pemurnian DNA langsung dari sampel tanah (dilakukan duplo untuk setiap sampel tanah) menggunakan GenElute™ Soil DNA Isolation Kit (GenEluteTM Soil DNA Isolation Kit Product Number DNB100 Storage: Room Temperature, n.d.). Pertama, sebanyak 42 ml etanol 96-100% ditambahkan kedalam botol yang berisi wash solution untuk membuat reagen wash solution. Sebanyak 250 miligram sampel tanah ditempatkan pada tabung beat beads 2 ml kemudian ke dalam tabung ditambahkan 750 ml larutan Pelisis Buffer G yang mengandung 1% SDS, 100 mM Tris-HCl, 200 mM EDTA, dan 200 mM Na2HPO4, dan 50 µl. Lalu ditambahkan 100 µl larutan lisis aditif A. Selanjutnya larutan divortex sebentar lalu tabung dihomogenasi menggunakan alat Mini Beads Cell Disrupter dengan kecepatan 14.000 rpm selama 2 menit. Supernatan diambil sebanyak 450 µl dan dipindahkan ke tabung mikrosentrifuse bebas DNAse, lalu ditambahkan 100 µl Binding Buffer I. Setelah itu diinkubasi pada suhu -4°C atau diatas es selama 5 menit. Kemudian tabung dibolak- balik agar larutan homogen. Larutan ini selanjutnya disentrifugasi selama 2 menit pada kecepatan 14.000 rpm untuk memadatkan protein dan partikel tanah.
Prosedur selanjutnya supernatant diambil sebanyak 450 µl dan dipindahkan ke tabung mikrosentrifuse bebas DNAse, lalu di tambahlan 50 µl larutan OSR sambil dibolak balik agar homogen, kemudian diinkubasi selama 5 menit di suhu es. Larutan ini selanjutnya disentrifugasi selama 2 menit pada kecepatan 14.000 rpm, kemudian supernatan diambil sebanyak 450 µl dan dipindahkan ke tabung Humic Acid lalu disentrifugasi kembali dengan kecepatan 8000 rpm selama 1 menit.
O-ring biru pada tabung Humic acid dilepaskan dan dirakit ulang dengan spin colom yang baru, kemudian campuran larutan hasil sentrifugasi tadi ditambahkan dengan 230 µl etanol 94-100% dan disentrifugasi kembali selama 1 menit dengan kecepatan 8000 rpm. Selanjutnya buang flowthrough (sisa larutan) dan rakit kembali spin colom dengan tabung, lalu ditambahkan larutan Buffer SK sebanyak 500 µl dan
disentrifugasi kembali selama 1 menit dengan kecepatan 8000 rpm. Diulangi hal yang sama namun larutan yang ditambahkan adalah 500 µl wash solution A. sentrifugasi kembali dengan kecepatan 14000 rpm selama 2 menit untuk memastikan spin kolom benar-benar kering.
Langkah terakhir ialah memindahkan spin colom ke tabung ependof 1,5 ml lalu ditambakan 50 µl Buffer elution B dan disentrifugasi selama 1 menit dengan kecepatan 8000 rpm, selanjutnya larutan berisi DNA genomic yang telah dimurnikan disimpan pada suhu -20°C untuk jangka panjang.
3.3.4.2 Amplifikasi gen 16S rRNA (PCR)
Gen 16S rRNA dari daerah yang berbeda (16SV4 / 16SV3 / 16SV3-V4 / 16SV4- V5,) diamplifikasi menggunakan primer spesifik (16S V4: 515F-806R) dengan barcode. Semua reaksi PCR dilakukan dengan Phusion® High-Fidelity PCR Master Mix (Biolab New England).
Proses amplifikasi PCR dibuat dengan mencampurkan secara homogen komponen-komponen berikut ini: 8.5 μL ddH2O (nuclease free water), 12.5 μL Go Taq Green Master Mix 2x, masing-masing 1.0 μl primer untuk gen 16S rRNA dan 2.0 μl DNA cetakan, sehingga total volume 25 µl. Kondisi PCR sama dengan kondisi PCR di atas dengan suhu penempelan primer 55°C. Kualitas produk PCR diperiksa menggunakan nanodrop dan dielektroforesis pada gel agarosa.
3.3.4.3 Kuantifikasi dan Kualifikasi Produk PCR
Elektroforesis dilakukan untuk mendeteksi hasil isolasi DNA dan hasil amplifikasi PCR. Pertama, dilakukan pembuatan gel agarosa dengan 1% gel agarosa (0.4 g agarosa dalam 40 ml bufer TAE 1x) dipanaskan sampai larut. Gel yang sudah larut ditunggu sampai hangat kemudian dituang ke dalam cetakan yang telah disiapkan sebelumnya. Gel dibiarkan memadat selama 30 menit. Kemudian sisir dilepaskan dari cetakan kemudian gel diletakkan ke dalam tangki elektroforesis yang berisi bufer TAE 1x hingga terendam setinggi 1-2 mm.
Pengecekan hasil isolasi DNA dilakukan dengan mencampurkan 3 μl DNA hasil ekstraksi dengan 3 μl loading buffer di atas aluminium foil, kemudian diaduk perlahan dengan pipet dan dimasukkan ke dalam sumur yang terdapat pada gel. Marker dibuat
dengan mencampurkan 3 μl loading buffer dengan 3 μl marker (1kb). Sedangkan elektroforesis DNA hasil amplifikasi PCR dideteksi dengan memasukkan 3 μl hasil PCR dan 2 μl gen penanda DNA ke dalam sumuran pada gel, dan marker dibuat dengan mencampurkan 3 μl loading buffer dengan 3 μl marker (100 kb).
Selanjutnya alat elektroforesis disambungkan ke sumber tegangan. Proses elektroforesis berlangsung selama 25 menit pada tegangan 100 volt. Gel direndam di dalam larutan etidium bromida selama 15 menit kemudian dibilas dalam bufer TAE 1x. Gel diletakkan di atas UV transluminator dan didokumentasikan. Sampel dengan strip utama yang cerah antara 400-450bp dipilih untuk percobaan lebih lanjut. Apabila produk DNA hasil PCR kurang baik maka dilakukan pencampuran dan pemurnian produk PCR dengan cara larutan dicampur dalam rasio kesetimbangan, kemudian, campuran produk PCR dimurnikan dengan Kit Ekstraksi Gel Qiagen (Qiagen, Jerman).
3.3.5 Analisis Data
Pustaka sequensing dihasilkan menggunakan NEBNext Ultra DNA Library Pre®
Kit untuk Illumina, dengan protokol tahapan kerja sesuai dengan instruksi produsen.
Sampel sekuensing berupa hasil isolasi DNA tanah dianalisis menggunakan DNA sequencer. Namun dalam penelitian ini pengerjaan DNA sequencing dilakukan oleh jasa Laboratorium First Base (1ˢᵗ Base) Malaysia.
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Sifat-sifat fisik, dan kimia tanah sulfat masam asal Kalimantan Selatan dan Kalimantan Tengah
Hasil analisis sifat fisik pada tanah sulfat masam Kalimantan Selatan (SKB) terdiri atas 11% pasir, 43% debu, 46% liat sedangkan tanah sulfat masam Kalimantan tengah (CKB) terdiri atas 34% pasir, 29% debu, 37% liat (Tabel 3). Berdasarkan Diagram Segitiga Tekstur menurut USDA Soil Survey Staff tahun 1990 (Lampiran 3) yang tercantum pada hasil analisis tanah Balai Penelitian Tanah (Analisis Kimia Tanah, Tanaman, Air dan Pupuk, 2009) tekstur tanah untuk daerah SKB termasuk kategori tanah liat berdebu (sand clay) sedangkan daerah CKB termasuk kategori tanah lempung berliat (clay loam).
Tabel 3. Sifat Fisik Tanah Kalimantan Selatan dan Kalimantan Tengah
Karakteristik sifat kimia tanah sulfat masam Kalimantan Selatan (SKB) dan Kalimantan Tengah (CKB) memiliki perbedaan yang tidak signifikan (Tabel 3) berdasarkan penilaian hasil analisis tanah (Lampiran 2) dari Balai Penelitian Tanah (Analisis Kimia Tanah, Tanaman, Air dan Pupuk, 2009). Hasil analisis kandungan C organik tanah di lokasi SKB dan CKB masing-masing sebesar 6,8% dan 13,45%. Hal ini menunjukkan bahwa kandungan bahan organik pada kedua lahan sulfat masam tersebut tergolong sangat tinggi (>5%) sebagaimana penilaian hasil analisis tanah (Lampiran 2) dari Balai Penelitian Tanah (Analisis Kimia Tanah, Tanaman, Air dan
Sampel
Tekstur
Pasir Debu Liat
--- % ---
SKB 11 43 46
CKB 34 29 37
Pupuk, 2009). Selanjutnya, kandungan N organik pada SKB sebesar 0,37% (tergolong sedang) dan pada CKB 0,59%. (tergolong tinggi) berdasarkan Analisis Kimia Tanah, Tanaman, Air dan Pupuk, (2009). Nitrogen total tanah digunakan sebagai indeks penting untuk evaluasi kesuburan tanah dan mencerminkan status nitrogen dalam tanah dimana unsur N sangat dibutuhkan tanaman dalam jumlah besar (Tewu, Theffie, &
Pioh, 2016). Menurut Syekhfani (2010) kandungan nitrogen total yang rendah dapat disebabkan oleh kemampuan penyimpanan nitrogen yang buruk dari tanah berpasir (tektur kasar) dan tanah yang berkadar bahan organik rendah.
Tabel 4. Sifat Kimia Tanah Kalimantan Selatan (SKB) dan Kalimantan Tengah (CKB)
Nilai rasio C/N merupakan indikator yang sangat sensitif untuk mengetahui kondisi kesuburan tanah. Hasil menunjukan bahwa nilai rasio C/N kedua tanah sulfat masam di SKB dan CKB tergolong tinggi (16-25 me/100 g tanah) berdasarkan kriteria penilaian hasil Analisis Kimia Tanah, Tanaman, Air dan Pupuk, (2009). Namun, tanah sulfat masam asal Kalimantan Selatan (SKB) dapat dikatakan lebih subur karena memiliki nilai rasio C/N yang relatif lebih rendah sebesar 18,378 me/100 g tanah daripada C/N CKB sebesar 22,797 me/100 g tanah (Tabel 3). Hal tersebut sesuai dengan pernyataan Ge, Xu, Ji, & Jiang (2013) bahwa semakin tinggi nilai rasio C/N, maka semakin lambat laju dekomposisi bahan organik tanah oleh mikroorganisme, juga sebaliknya semakin rendah nilai rasio C/N maka semakin cepat laju dekomposisi bahan organik tanah oleh mikroorganisme.
Hasil analisis kadar P pada kedua masing-masing yaitu 26 ppm untuk SKB dan 41 ppm untuk CKB. Nilai tersebut tergolomg sangat tinggi (>15 ppm) berdasarkan Analisis Kimia Tanah, Tanaman, Air dan Pupuk, (2009). Pada penelitian ini, tanah yang bersifat sulfat masam dan memiliki pH sangat rendah menjadi faktor utama yang
Sampel
pH Bahan organik HCl 25% Bray
1
Morgan
H2O KCl
Walkley
&Black Kjeldahl
C/N P2O5 K2O P2O5 K2O
C N
---%--- -mg/100 g- --- ppm ----
SKB 3,97 3,59 6,80 0,37 18 43 15 26 122
CKB 3,80 3,52 13,45 0,59 23 62 14 41 177
mempengaruhi tingginya ketersediaan fosfor di tanah. Hal tersebut sesuai dengan pernyataan Afandi, Siswanto, dan Nuraini (2015) bahwa fosfor di dalam tanah berasal dari pelapukan batuan mineral alami dan pelapukan bahan organik, sehingga apabila terjadi reaksi masam-masam organik atau kadar pH dalam tanah rendah dapat membentuk ikatan dengan Al dan Fe yang mengakibatkan pelepasan fosfat dalam larutan tanah menjadi tinggi.
Selanjutnya, hasil kadar K pada lokasi SKB sebesar 15 mg/100 g dan CKB sebesar 14 mg/100 g. Nilai tersebut tergolong rendah (10-20 mg/100 g tanah) berdasarkan Analisis Kimia Tanah, Tanaman, Air dan Pupuk, (2009). Menurut Yuwono et al., (2012) besar kecilnya kandungan kalium (K) dalam tanah dipengaruhi oleh kestabilan dan pergerakan (mobile) unsur kalium dalam tanah itu sendiri, serta penyerapan olehketersedian kadar kalium dalam tanah tanah dapat berkurang dikarenakan diserap oleh tanaman.
Tabel 5.Sifat Kimia Tanah Kalimantan Selatan (SKB) dan Kalimantan Tengah (CKB)
* >100 Terdapat kation-kation bebas disamping kation-kation dapat ditukar
Hasil pengujian ini hanya berlaku bagi contoh yang diuji dan tidak untuk diperbanyak
Kapasitas tukar kation (KTK) menunjukkan ukuran kemampuan tanah dalam menyerap dan menukar sejumlah kation (muatan positif) untuk terjadi keseimbangan kimia dalam tanah, sedangkan muatan negatif berupa partikel-partikel tanah (lempung dan bahan organik) berukuran koloid (Rustam, Umar, & Yusran, 2016). Hasil Kapasitas Tukar kation pada tanah SKB dan CKB masing-masing sebesar 27,66 dan 35,03 cmol(+)/kg (Tabel 3). Kapasitas tukar kation pada kedua lokasi tersebut tergolong tinggi (25-40 cmolc/kg) berdasarkan penilaian hasil analisis tanah dari Balai Penelitian
Sampel
Nilai Tukar Kation (NH4-Acetat 1N, pH7)
Ca Mg K Na Jumlah KTK KB*
--- cmolc/kg --- %
SKB 0,85 1,40 0,16 0,70 3,11 27,66 11
CKB 0,83 2,13 0,18 0,69 3,83 35,03 11
Tanah (Analisis Kimia Tanah, Tanaman, Air dan Pupuk, 2009). Menurut Sarwono 2010 nilai KTK erat hubungannya dengan kesuburan tanah dikarenakan tanah dengan KTK tinggi mampu menyerap kation lebih banyak dan menyediakan unsur hara lebih baik daripada tanah dengan KTK rendah. Tinggi rendahnya KTK tanah ditentukan oleh kandungan liat, pH dan bahan organik dalam tanah tersebut sebagaimana pernyataan Kumalasari, Syamsiyah, dan Sumarno (2011) bahwa meningkatnya pH tanah, dan tingginya kandungan liat serta bahan organik membuat KTK meningkat. Tanah dengan KTK tinggi bila didominasi oleh kation basa seperti Ca, Mg, K, Na (Kejenuhan Basa tinggi) dapat meningkatkan kesuburan tanah, tetapi bila didominasi oleh kation asam, Al, H+ (Kejenuhan Basa rendah) dapat mengurangi kesuburan tanah (Sinaga, 2010).
Tanah yang memiliki KTK yang tinggi akan menyebabkan lambatnya perubahan pH tanah. Lauber, Hamady, Knight, and Fierer (2009) menyatakan bahwa pH merupakan indikator yang cukup baik untuk mendeteksi keanekaragaman bakteri di tanah, merujuk pada hasil penelitiannya yang membuktikan bahwa keragaman tertinggi di tanah dengan pH mendekati netral. Tinggi rendahnya pH tanah juga dapat menentukan mudah tidaknya unsur-unsur hara diserap akar tanaman. Sinaga, (2010) memaparkan pada pH tanah netral unsur hara mudah larut dalam air, sedangkan pada tanah asam unsur P tidak dapat diserap tanaman karena diikat (difiksasi) oleh Alumunium (Al).
Hasil pH tanah di lokasi SKB dan CKB berkisar antara 3,5-3,9 (Tabel 3) sehingga tanah pada kedua lokasi tersebut tergolong sangat asam (<4,5) (Analisis Kimia Tanah, Tanaman, Air dan Pupuk, 2009). Menurut Foth (2010) jika tanah bereaksi masam, maka sebagian tanaman tidak dapat tumbuh dengan baik karena toleransinya berkurang. Apabila tanah terlalu masam, maka sering terjadi keracunan Al dan Fe serta sering terjadi fiksasi anion seperti fosfat dan sulfat (Sanchez, 2004).
Kejenuhan basa (KB) merupakan perbandingan jumlah kation basa yang ditukarkan dengan kapastitas tukar kation (KTK) yang diyatakan dalam persen.Hasil kejenuhan basa lokasi SKB dan CKB menunjukan hasil sama yaitu sebesar 11% (Tabel 3), nilai tersebut tergolong sangat rendah (<20%). Kondisi tersebut menunjukan bahwa tanah di lokasi SKB dan CKB tergolong tanah masam, sesuai dengan pernyataan
Sufardi, Martunis, & Muyassir (2017) bahwa nilai KB yang rendah menunjukan kemasaman tanah yang tinggi, sedangkan nilai KB yang tinggi menunjukan kemasaman tanah yang rendah. Menurut Kumalasari et al, (2011) adanya peningkatan kapasitas pertukaran kation, maka berdampak pada kejenuhan basa dalam tanah yang semakin meningkat, hal ini disebabkan kation-kation yang dapat diserap oleh koloid humus yang bermuatan negatif juga semakin banyak. Namun, hal ini terjadi karena KTK yang dihitung di sini bukanlah KTK yang real (efektif), melainkan KTK potensial. Sebagaimana pemaparan Uehara & Gillman (1981) bahwa KTK pada tanah- tanah di daerah tropis tidak selalu menggambarkan jumlah kation yang diserap tanah melainkan hanyalah sebagai KTK yang terbentuk dari muatan variabel (variable charge) dan tidak menggambarkan aktual kation yang diserap pada permukaan koloid (dikutip dalam Sufardi et al., 2017)
Hasil analisis tanah terhadap kadar kation basa tertukar (Ca-dd, Mg-dd, K-dd, dan Na-dd) memperlihatkan bahwa secara umum kadar kation basa tertukar pada lahan rawa sulfat masam di Kalimantan Selatan dan Tengah tergolong rendah, dengan jumlah 3,11-3,83 (masing-masing kisarannya dapat dilihat pada Tabel 3). Kadar Kalsium (Ca) pada kedua lokasi (0,83-0,85 cmolc/kg) tergolong sangat rendah (<2 cmolc/kg). Tanah yang memiliki kadar Ca rendah berdampak pada terganggunya pertumbuhan tanaman, karena terpengaruh oleh tingginya ion Al dan Fe (Sufardi et al., 2017). Ca dapat berperan untuk mengimbangi pengaruh negatif dari kation Al, Fe, dan Mn (Sanchez, 2004). Sama halnya dengan peran Magnesium (Mg) yang hampir sama seperti Ca yaitu selain sebagai sumber hara juga berguna untuk mengimbangi kelarutan Al dan Fe yang berlebihan pada tanah masam (Havlin et al., 2010). Kadar Mg pada lokasi SKB maupun CKB masing-masing sebesar 1,40 dan 2,13. Kadar tersebut tergolong sedang (1,0-2,0 cmolc/kg) sampai tinggi (2,0-8,0 cmolc/kg) berdasarkan kriteria hasil analisis tanah Balai Penelitian Tanah.
Kadar kalium (K) pada masing-masing lokasi SKB dan CKB menunjukan hasil sebesar 0,16 dan 0,18 cmolc/kg. Nilai tersebut tergolong rendah (0,1 – 0,3 cmolc/kg).
Kalium (K) merupakan salah satu unsur hara makro utama yang sangat penting bagi tanaman (Mengel dan Kikrby, 2007), sehingga jika K tersedia di dalam tanah rendah,
maka tanaman akan terjadi defisiensi kalium (Sufardi, 2012). Salah satu faktor yang mempengaruhi besar kecilnya kandungan kalium dalam tanah adalah mobilitas gerak ion di dalamnya, unsur hara kalium dalam tanah terbentuk lebih stabil dari unsur hara nitrogen, dan lebih cepat bergerak dari unsur hara fosfor sehingga mudah berpindah terbawa air hujan dan temperatur dapat mempercepat pelepasan dan pelapukan mineral dalam pencucian kalium (Afandi, F.N., Siswanto, B., & Nuraini, Y. 2015). Tanah SKB dan CKB memiliki kadar Na dalam tanah sebesar 0,70 dan 0,69 cmolc/kg. Berdasarkan kriteria analisis Balai Penelitian tanah kadar tersebut tergolong sedang (0,4 – 0,7 cmolc/kg). Menurut (Foth, 2010) tanah yang baik adalah tanah yang mengandung Natirium (Na) rendah atau <1,0 cmol kg-1, jika konsentrasi ion Na tinggi, maka akan berpengaruh buruk pada tanah dan tanaman.
Tabel 6.Sifat Kimia Tanah Kalimantan Selatan (SKB) dan Kalimantan Tengah (CKB)
Kadar Al pada kedua lokasi SKB dan CKB masing-masing sebesar 7,75 dan 8,20 cmolc/kg (Tabel 3), apabila dikonversi menjadi satuaan ppm maka nilai tersebut tergolong sangat tinggi (>40 ppm) sebagaimana penilaian hasil analisis tanah dari Balai Penelitian Tanah (Analisis Kimia Tanah, Tanaman, Air dan Pupuk, 2009). Kadar H+ sebesar 0,31 cmolc/kg pada daerah SKB dan 0,45 cmolc/kg pada daerah CKB, dan kandungan total Fe pada kedua lokasi tersebut tergolong rendah (1-3 ppm). Kadar Al yang tinggi merupakan salah satu faktor utama permasalan pada tanah sulfat masam.
Kedua lahan sulfat masam Kalimantan Selatan maupun Kalimantan tengah menunjukan kadar Al yang sangat tinggi. Hal tersebut akan memicu larutnya unsur beracun dan defisiensi berbagai unsur hara didalamnya sehingga produktivitas tanah menjadi rendah, dimana Al akan berubah menjadi bentuk yang tidak larut [Al(OH)3] jika pH di atas 5,5, sedangkan indikasi keracunan Al baru terjadi jika pH tanah <5,50
Sampel
KCl 1N T o t a l (HNO3)
Al 3+ H + Fe S
---cmolc/kg--- ppm %
SKB 8,20 0,31 2,18 0,05
CKB 7,75 0,45 2,31 0,43
(Sufardi et al., 2017). Tingginya tingkat kemasaman tanah juga mengakibatkan bertambahnya kelarutan ion-ion Fe2+, Al3+,dan Mn2+ di dalam tanah yang dapat bersifat racun bagi tanaman (Sinaga, 2010).
4.2 Hasil Total Plate Count Bakteri Tanah
Perhitungan koloni bakteri tanah sulfat masam yang berasal dari dua tipe lahan rawa Kalimantan Selatan (SKB) dan Kalimantan Tengah (CKB) tercantum pada Gambar 2. Populasi bakteri tanah dari lahan sawah sulfat masam kedua lokasi tersebut berada pada kisaran 4,30-6,30 Log CFU/g tanah. Hasil perhitungan Total Plate Count (TPC) yang lebih tinggi di lokasi SKB (Lampiran 4) menunjukkan bahwa jumlah bakteri tanah sulfat masam asal SKB lebih banyak dibandingkan dengan jumlah bakteri tanah rawa sulfat masam asal CKB.
Gambar 3. Konsentrasi Sel Bakteri Tanah Sulfat Masam Kalimantan Selatan (SKB) dan Tengah (CKB) yang ditumbuhkan pada pH normal serta dan yang ditumbuhkan pada pH Asam (SKB-Asam) dan (CKB- Asam).
Peningkatan total mikroba tanah disebabkan oleh beberapa faktor seperti kadar air dalam tanah, pH tanah, dan bahan organik. Zahara, Wawan, dan Wardati (2015) menyatakan bahan organik seperti C- dan N-organik dapat menjadi sumber energi dan nutrisi bagi mikroba sehingga dapat meningkatkan aktivitas mikroba di dalam tanah, khususnya bakteri yang merupakan mikroorganisme perombak. Kesubururan tanah juga menjadi faktor yang mempengaruhi pertumbuhan populasi mikroba karena semakin suburnya tanah menjadi media tumbuh yang baik untuk mikroba didalamnya.
0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00
SKB SKB-Asam CKB CKB-Asam
5,60
6,23
5,48 5,00
6,04 6,30
4,30 4,30
LOG CFU/gram tanah
Lokasi
SEA NA
Menurut Tolaka (2013) rasio C/N berperan terhadap kemampuan tanah untuk mempertahankan kesuburan dan produktivitas tanah melalui aktivitas mikroorganisme tanah. Lingkungan seperti suhu, dan kelembaban juga menjadi faktor yang mendukung peningkatan total mikroba tanah sesuai yang dipaparkan oleh Hairiah et al. (1992) bahwa peningkatan populasi mikroba tanah dipengaruhi oleh kondisi lingkungan terutama suhu dan kelembaban yang sangat mendukung kehidupan mikroba tanah.
Dinilai dari sifat fisik tanah, SKB lebih tinggi persentase debu (43%) dan liatnya (46%), sementara komposisi pasirnya lebih rendah (11%) dibandingkan dengan CKB (Tabel 3). Persentase debu dan liat yang tinggi serta persentase pasir yang rendah membuat struktur tanah pada SKB menjadi lebih padat karena partikel tanahnya lebih kecil. Berdasarkan penelitian Carson et al, (2010) struktur tanah yang padat dapat menghalangi kolonisasi dan mobilitas bakteri di dalam tanah, sehingga semakin padat tanah, maka semakin kecil pula keragaman dan populasi bakteri, sebaliknya semakin tidak padatnya tanah (pori tanah besar) cenderung menghasilkan kekayaan bakteri yang lebih tinggi.
Namun pada penelitian ini, pernyataan tersebut tidak sesuai dengan kondisi tanah SKB yang bertekstur agak padat dan memiliki jumlah populasi bakteri lebih banyak dibandingkan CKB. Hal tersebut diduga karena bakteri tanah didalamnya telah mengembangkan mekanisme untuk menyesuaikan dengan kondisi asam pada tanah sehingga tetap dapat bertahan hidup. Menurut (Chau, Bagtzoglou, & Willig, 2011) bakteri di tanah cenderung asam dapat mengembangkan mekanisme dirinya untuk menghadapi kondisi cekaman kekeringan, termasuk kemampuan untuk memasuki keadaan tidak aktif atau istirahat bakteri, dan produksi zat ekstra polimerik/biofilm, sehingga dapat meningkatkan kelangsungan hidup spesies langka dengan menyediakan habitat terisolasi sehingga persaingan untuk sumber daya berkurang.
