LAJU POTENSIAL DAN KELIMPAHAN BAKTERI NITRIFIKASI,
DENITRIFIKASI, DAN DISIMILATORY NITRATE REDUCTION
TO AMMONIUM PADA LAHAN PERKEBUNAN KARET DI JAMBI
MASRUKHIN
DEPARTEMEN BIOLOGI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR 2013
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Laju Potensial dan Kelimpahan Bakteri Nitrifikasi Denitrifikasi dan Disimilatory Nitrate Reduction to Ammonium pada Lahan Perkebunan Karet di Jambi adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor.
Bogor, Juli 2013
Masrukhin
ABSTRAK
MASRUKHIN. Laju Potensial dan Kelimpahan Bakteri Nitrifikasi, Denitrifikasi dan Disimilatory Nitrate Reduction to Ammonium (DNRA) pada Lahan Perkebunan Karet di Jambi. Dibimbing oleh IMAN RUSMANA dan NISA RACHMANIA MUBARIK.
Nitrogen merupakan unsur yang banyak terkandung di alam. Unsur ini menjadi hara esensial bagi pertumbuhan tanaman. Kebutuhan yang tinggi akan nitrogen disebabkan nitrogen menjadi penyusun komponen integral dari banyak senyawa termasuk klorofil, enzim esensial, asam nukleat, dan nukleotida. Siklus nitrogen terjadi di alam secara aerob dan anaerob. Nitrifikasi merupakan proses oksidasi senyawa nitrogen secara aerob. Denitrifikasi dan disimilatory nitrate reduction to ammonium (DNRA) merupakan proses reduksi nitrat secara anaerob. Penelitian ini bertujuan untuk mengukur laju nitrifikasi, denitrifikasi, dan DNRA serta mengukur kelimpahan bakterinya pada lahan perkebunan karet di Jambi. Secara umum aktivitas denitrifikasi menjadi aktivitas yang paling dominan terjadi. Laju potensial yang paling rendah yaitu DNRA. Tingginya laju denitrifikasi akan berbanding terbalik dengan laju DNRA karena adanya faktor ketersiadaan sumber karbon. Aktivitas DNRA membutuhkan sumber karbon yang lebih tinggi, karena bakteri DNRA mereduksi nitrat secara fermentatif, sedang denitrifikasi tidak. Kata kunci: kelimpahan bakteri, nitrifikasi, denitrifikasi, perkebunan karet.
ABSTRACT
MASRUKHIN. Potential Rate and The Abundance of Bacteria of Nitrification Denitrification, Disimilatory Nitrate Reduction to Ammonium (DNRA) on Rubber Plantation in Jambi. Supervised by IMAN RUSMANA and NISA RACHMANIA MUBARIK.
Nitrogen is an abundant element in nature. This element is an essential nutrient for plant growth. High demands of nitrogen because nitrogen is an integral component of many constituent compounds such chlorophyll, protein, enzymes, nucleic acids and nucleotides. Nitrogen cycle occur in nature in aerobic and anaerobic conditions. Nitrification is oxidation of ammonium to nitrate. Denitrification and disimilatory nitrate reduction to ammonium (DNRA) is the process of anaerobic nitrate reduction. This study aims to measure the potential rate of nitrification, denitrification, and DNRA and measure the abundance of bacteria in the rubber plantations in Jambi. Generally, denitrification activity was the most dominant activity. The lowest potential rate was DNRA. The high rate of denitrification was inversly proportional to the rate of DNRA because the availability of carbon source.
Keywords: the abundance of bacteria, nitrification, denitrification, rubber plantation
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains
pada
Departemen Biologi
LAJU POTENSIAL DAN KELIMPAHAN BAKTERI NITRIFIKASI,
DENITRIFIKASI, DAN DISIMILATORY NITRATE REDUCTION
TO AMMONIUM PADA LAHAN PERKEBUNAN KARET DI JAMBI
MASRUKHIN
DEPARTEMEN BIOLOGI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR 2013
Judul Skripsi : Laju Potensial dan Kelimpahan Bakteri Nitrifikasi, Denitrifikasi, dan Disimilatory Nitrate reduction to Ammonium (DNRA) pada Lahan Perkebunan Karet di Jambi
Nama : Masrukhin NIM : G34090032
Disetujui oleh
Dr Ir Iman Rusmana, MSi Pembimbing I
Dr Nisa Rachmania Mubarik, MSi Pembimbing II
Diketahui oleh
Dr Ir Iman Rusmana, MSi Ketua Departemen
PRAKATA
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga dapat menyelesaikan karya ilmiah yang berjudul Laju Potensial dan Kelimpahan Bakteri Nitrifikasi, Denitrifikasi dan DNRA serta Kelimpahan Bakterinya pada Lahan Perkebunan Karet di Jambi. Kegiatan Penelitian ini berlangsung dari bulan Januari- April 2013 di Laboratorium Mikrobiologi Departemen Biologi IPB.
Penulis mengucapkan terima kasih kepada Bapak Dr. Ir. Iman Rusmana, M.Si selaku dosen pembimbing I, Dr. Nisa Rachmania Mubarik, M.Si selaku pembimbing II. Ucapan terima kasih disampaikan kepada Ir. Hadisunarso, M.Si sebagai penguji ujian skripsi sekaligus perwakilan komisi pendidikan atas saran dan diskusi yang diberikan. Terima kasih disampaikan pula kepada teman-teman serta staf Laboratorium Mikrobiologi IPB yang tidak dapat disebutkan satu-persatu. Ungkapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada keluarga tercinta, terutama kedua orang tua yang senantiasa memberikan doa, dukungan dan limpahan kasih sayang. Tak lupa penulis ucapkan terima kasih kepada teman-teman Biologi 46 atas kerjasama, dukungan, dan semangatnya.
Semoga karya ilmiah ini dapat menambah wawasan dan pengetahuan bagi kita semua.
Bogor, Juli 2013
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL ... vi DAFTAR GAMBAR ... vi DAFTAR LAMPIRAN ... vi PENDAHULUAN ... 1 Latar Belakang ... 1 Perumusan Masalah ... 1 Tujuan Penelitian ... 1 Manfaat Penelitian ... 1Ruang Lingkup Penelitian ... 2
METODE ... 2
Bahan dan Alat ... 2
Prosedur Analisis Data ... 2
HASIL DAN PEMBAHASAN ... 4
Hasil ... 4
Pembahasan ... 9
SIMPULAN DAN SARAN ... 11
Simpulan ... 11
Saran ... 11
DAFTAR PUSTAKA ... 11
DAFTAR TABEL
1 Kode sampel dan lokasi pengambilannya ... 2
2 Nilai Km dan Vmax berbagai plot kedalaman 0-5 cm ... 7
3 Nilai Km dan Vmax berbagai plot kedalaman 6-10 cm ... 8
4 Tingkat kelimpahan bakteri pada ... 8
DAFTAR GAMBAR
1 Laju potensial pada plot BR2 ... 42 Laju potensial pada plot Pompa air karet ... 5
3 Laju potensial plot BR3 ... 6
4 Laju potensial plot Bungku karet. ... 6
5 Laju potensial plot BJ3 ... 7
DAFTAR LAMPIRAN
1 Kurva standar nitrat ... 132 Kurva standar nitrit ... 13
3 Kurva standar amonium ... 13
4 Gambar slurry yang akan diinkubasi ... 14
5 Perubahan warna pada uji ... 14
1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Nitrogen merupakan unsur yang banyak terkandung di alam. Unsur ini menjadi hara esensial bagi pertumbuhan tanaman. Kebutuhan yang tinggi akan nitrogen disebabkan nitrogen menjadi penyusun komponen integral dari banyak senyawa termasuk klorofil, enzim esensial, asam nukleat, dan nukleotida (Haynes 1986). Siklus nitrogen merupakan salah satu siklus biogeokimia yang terjadi di alam yang dalam siklusnya proses perubahan nitrogen terjadi secara aerob dan anaerob. Nitrifikasi merupakan suatu proses oksidasi senyawa nitrogen tereduksi oleh mikroorganisme menjadi nitrit yang kemudian dioksidasi menjadi nitrat (Enwall et al. 2005). Proses nitrifikasi berlangsung secara aerob. Nitrit biasanya ditemukan dalam jumlah yang sedikit, karena bersifat tidak stabil dan mudah teoksidasi dengan adanya oksigen (Effendi 2000). Menurut Hanson et al. (2002), laju nitrifikasi di tanah hutan relatif rendah dibandingkan dengan wilayah perkebunan yang homogen. Laju nitrifikasi di hutan mendekati 800 µg/Kg tanah/ hari.
Denitrifikasi merupakan reaksi reduksi terhadap nitrat. Nitrat direduksi menjadi nitrit, nitrit oksida, nitrous oksida, dan terakhir dibentuk gas dinitrogen (Robertson & Groffman 2007). Menurut Purwoko (2007), proses denitrifikasi terjadi pada tanah yang anaerob. Adapun Dissimilatory nitrate reduction to ammonium (DNRA) merupakan proses reduksi nitrat menjadi amonium yang dilakukan oleh mikroorganisme dengan tipe metabolisme fermentatif, dan menggunakan nitrat sebagai akseptor elektron dalam respirasi anaerob. Mikroorganisme ini mereduksi nitrat menjadi amonium. Proses ini dilakukan melalui dua tahap yaitu reduksi nitrat menjadi nitrit, dan reduksi nitrit menjadi amonium yang dikatalis oleh enzim multiheme cytochrome nitrit reductase (Nrf) (Richardson 2000). Pada proses DNRA, pembentukan nitrit bukan merupakan senyawa antara seperti halnya proses denitrifikasi, namun proses tersebut merupakan produk samping dari reaksi kimia dimana nitrit akan diubah menjadi amonium.
Perumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang penelitian, rumusan masalah yang akan digunakan dalam penelitian ini yaitu belum adanya penelitian yang melaporkan tentang data laju proses nitrifikasi, denitrifikasi, dan DNRA serta tingkat kelimpahan bakterinya dari hutan karet di Jambi.
Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk mengukur laju nitrifikasi, denitrifikasi, dan
Dissimilatory nitrate reduction to ammonium (DNRA) serta mengukur kelimpahan bakterinya pada lahan hutan karet di Jambi.
Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan mampu memberikan data mengenai laju nitrifikasi, denitrifikasi, dan DNRA serta tingkat bakteri yang berperan dalam proses tersebut.
2
Dengan demikian dapat digunakan sebagai penelitian dasar untuk penelitian selanjutnya yang berkaitan dengan siklus nitrogen yang ada di lahan hutan tersebut.
Ruang Lingkup Penelitian
Ruang lingkup penelitian ini yaitu mencakup analisis kadar amonium, nitrit dan nitrat, baik yang diinkubasi secara aerob maupun anaerob. Berdasarkan analisis kadar ketiga senyawa tersebut dapat diketahui laju nitrifikasi, denitrifikasi maupun disimilatory nitrate reduction to ammonium (DNRA), dengan membagi konsentrasi nitrat, nitrit, dan amonium yang didapat dengan waktu inkubasi dan bobot tanah. Adapun cakupan yang lain yaitu mengukur tingkat kelimpahan bakteri yang berperan dalam tiga proses tersebut, sehingga dapat dikorelasikan antara laju nitrifikasi, denitrifikasi, dan DNRA dengan tingkat kelimpahan bakterinya.
METODE
Bahan dan Alat
Bahan yang digunakan pada penelitian ini ialah sampel tanah yang diambil dari perkebunan karet di dua wilayah di Jambi. Peralatan yang digunakan pada penelitian ini, yaitu tabung ulir, labu takar, gelas piala, labu Erlenmeyer, gelas ukur, pelat tetes, pipet mikro 1000 µl, pipet volumetrik, spektrofotometer dan
laminar air flow cabinet (LFAC).
Prosedur Analisis Data Pengambilan Sampel
Pengambilan sampel dilakukan pada lima titik pada kawasan perkebunan karet Jambi. Sampel tanah diambil dengan menggunakan pipa paralon berdiamater 2.75 atau 3.75 cm yang ditanam vertikal pada kedalaman 15 cm. Sampel tanah dikeluarkan kemudian tanah dipotong setiap 5 cm pada masing-masing sampel. Berikut adalah kode sampel dan lokasi pengambilannya (Tabel 1). Tabel 1 Kode sampel dan lokasi pengambilannya
Kode Lokasi pengambilan sampel BR2
BR3 Ds. Lubuk Kepayang, Kec. Air Hitam, Kab. Sarolangun BJ3
Bungku Ds. Bungku, Kec. Bajubang, Kab. Batanghari Pompa Air Ds. Pompa Air, Kec. Bajubang, Kab. Batanghari
Penyiapan Media
Media cair nitrifikasi yang digunakan memiliki komposisi: 13.5 g KH2PO4, 0.7 g K2HPO4, 0.1 g MgCl2.6H2O, 0.18 g CaCl2.2H2O, 0.1 g NH4Cl, 0.2 g EDTA, 0.5 g Na2CO3, 0.18 g FeCl3.6H2O, 0.5 g glukosa dilarutkan dalam akuades hingga total volume 1000 ml. pH media disesuaikan dengan pH sampel tanah. Media cair denitrifikasi yang digunakan memiliki komposisi: 10 g Na-asetat, 5 g KNO3, 0.2 g KH2PO4, 0.9 g K2HPO4, 0.1 g CaCl2.2H2O, 0.5 g MgSO4.7H2O, dan 0.2 g EDTA,
3
dilarutkan dalam akuades hingga total volume 1000 ml. Komposisi media DNRA sama dengan komposisi media denitrifikasi, namun Na-asetat digantikan dengan 10 g glukosa (Rodina 1972 dalam Novita 2006). pH media disesuaikan dengan pH sampel tanah. Kondisi anaerob dibuat dengan metode Oxygen-Free Nitrogen
(OFN). Gas N2 dialirkan ke dalam medium dengan menggunakan syringe steril selama 10 menit.
Pengukuran Laju Nitrifikasi
Sampel tanah dibuat slurry dengan cara mencampurkan sampel tanah dan aquades dengan perbandingan 1:3 (v/v) di dalam labu Erlenmeyer. Campuran ditambah dengan substrat amonium dan nitrat dengan konsentrasi campuran 0, 0.1, 0.2, 0.5, 1, dan 2 mM (Rusmana & Nedwell 2004). Masing-masing konsentrasi dilakukan dua ulangan guna mengukur laju nitrifikasi (aerobik), nitrifikasi dan DNRA (anaerobik). Substrat ion ammonium (NH4) ditambahkan kemudian diinkubasi selama 3 jam. Analisis kinetika nitrifikasi dilakukan dengan menggunakan persamaan kinetika Michaelis-Menten. Jumlah amonium yang dioksidasi dari sampel tanah diperoleh dengan menghitung selisih kadar amonium awal dan saat analisis.
Pengukuran Laju Denitrifikasi dan DNRA
Sampel tanah yang telah dibuat slurry diencerkan seperti perlakuan sebelumnya kemudian ditambahkan nitrat sebagai substrat. Slurry diinkubasi dalam kondisi anaerob selama 3 jam kemudian laju denitrifikasi dan DNRA diukur (Rusmana & Nedwell 2004). Jumlah nitrat yang direduksi dari sampel tanah diperoleh dengan menghitung selisih kadar nitrat awal dengan kadar nitrat yang diperoleh saat analisis. Analisis kinetika denitrifikasi dan DNRA (reduksi nitrat) dilakukan menggunakan persamaan kinetika Michaelis-Menten.
Pengukuran Konsentrasi Amonium
Kadar amonium ditentukan dengan metode spektrofotometri. Sebanyak 5 ml sampel disaring dan ditambah dengan 0.2 ml fenol alkohol 10 %, 0.2 ml nitroprusid 0.5 %, 0.5 ml campuran hipoklorit teknis dan asam sitrat 20 % (1:4) kemudian didiamkan selama 1 jam. Setiap setelah pemberian pereaksi dilakukan pengadukan. Hasil reaksi akan memberikan warna biru. Warna yang terbentuk dibaca serapannya pada panjang gelombang 640 nm (Greenberg et al. 1992). Nilai absorban yang diperoleh dikonversi menggunakan kurva standar hingga diperoleh satuan dalam konsentrasi (µM).
Pengukuran Konsentrasi Nitrat
Analisis kadar nitrat dilakukan dengan metode brusin, yaitu sebanyak 5 ml sampel yang telah disaring ditambah dengan 1 ml NaCl, 0.2 ml brusin 0.5 % dan 2 ml asam sulfat pekat, dipanaskan pada suhu 90°C kemudian didinginkan pada suhu ruang. Pemberian pereaksi akan menghasilkan warna kuning. Warna yang terbentuk dibaca serapannya pada panjang gelombang 410 nm (Greenberg 1992). Nilai absorbansi yang diperoleh dikonversi menggunakan persamaan dari kurva standar hingga diperoleh satuan konsentrasi (µM).
Pengukuran Konsentrasi Nitrit
Analisis kadar nitrit dilakukan dengan cara sebanyak 5 ml sampel yang telah disaring ditambah dengan 0.1 ml sulfanilamid 1%, dan 0.1 ml NED (naftalena etilena diamina) 0.1%, kemudian didiamkan selama 10 menit dan diaduk. Pemberian pereaksi akan menghasilkan warna merah muda hingga keunguan. Warna yang terbentuk dibaca serapannya pada panjang gelombang
4
540 nm (Greenberg et al. 1992). Nilai absorbansi yang diperoleh dikonversi menggunakan standar hingga diperoleh satuan konsentrasi (µM).
Analisis Kelimpahan Bakteri
Sebanyak 1 g sampel tanah diencerkan dalam 9 ml NaCl fisiologis dalam labu erlenmeyer. Suspensi diletakkan dalam mesin penggoyang selama 30 menit. Pengenceran serial dilakukan dalam media nitrifikasi dan media denitrifikasi yaitu pada tingkat pengenceran 10-1, 10-2 dan 10-3. Sumber karbon yang digunakan pada media nitrifikasi ialah NaHCO3 dan pada media denitrifikasi digunakan sumber karbon berupa Na-asetat. Adapun pengukuran kelimpahan bakteri yang berperan dalam DNRA dengan menggunakan media denitrifikasi dengan sumber karbon glukosa. Kelimpahan bakteri diukur dengan menggunakan metode Most Probable Number (MPN). Nilai MPN tabel diambil dari hasil tiga pengenceran seri. Kombinasi dipilih dimulai dari tabung yang masih menghasilkan semua tabung positif, sedangkan pada pengenceran berikutnya ada tabung yang negatif (Rahayu & Nurwitri 2012). Penentuan nilai MPN dapat menggunakan tabel MPN atau menggunakan perangkat lunak MPN calculator (www.i2work.com). Adapun rumus umum penghitungan MPN adalah sebagai berikut:
nilai MPN tabel
MPN contoh = X faktor pengenceran yang di tengah
100
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil
Pengukuran Laju Potensial Nitrifikasi, Denitrifikasi dan DNRA
Laju yang paling dominan pada plot BR2 (Gambar 1) ialah laju denitrifikasi, dan laju paling rendah ialah DNRA. Aktivitas denitrifikasi pada kedalaman 0-5 cm lebih tinggi daripada kedalaman 6-10 cm, sama halnya dengan laju nitrifikasi. Adapun laju DNRA pada kedalaman 0-5 cm lebih rendah dibandingkan dengan laju DNRA pada kedalaman 6-10 cm. Aktivitas nitrifikasi plot BR2 merupakan laju nitrifikasi tertinggi yaitu 2.109 µmol.jam-1.g.tanah-1 pada kedalaman 0-5 cm (Gambar 1a), sedangkan laju nitrifikasi yang paling rendah terdapat pada plot BJ3 kedalaman 0-5 cm yaitu 1.270 µmol.jam-1.g.tanah-1 (Gambar 5a). 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 0 500 1000 1500 2000 L aj u r ata - rata (µm o l.j am -1.g .tan ah -1 ) Konsentrasi substrat (µM) 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 0 500 1000 1500 2000 L aj u r ata - rata (µm o l.j am -1.g .tan ah -1 ) Konsentrasi substrat (µM)
Gambar 1 Laju potensial pada plot BR2 (a) kedalaman 0-5 cm (b) 6-10 cm. . Laju nitrifikasi ( ), denitrifikasi ( ), DNRA ( )
(b) (a)
5
Laju potensial nitrifikasi diukur melalui penghitungan konsentrai substrat amonium yang berkurang (teroksidasi) dibagi dengan bobot tanah yang digunakan sebagai slury, kemudian di bagi per satuan waktu (jam). Proses oksidasi tersebut berlangsung secara aerob. Adapun laju proses denitrifikasi dan DNRA diukur dengan prosedur yang sama namun inkubasi dilakukan secara anaerob. Aktivitas denitrifikasi yang paling tinggi terdapat pada plot pompa air karet, dengan kedalaman 6-10 cm (Gambar 2b) yaitu 2.935 µmol.jam-1.g.tanah-1 dan laju aktivitas denitrifikasi paling kecil yaitu 2.674 µmol/jam/g.tanah, pada plot BJ3 kedalaman 6-10 cm (Gambar 5b). Secara umum pada plot pompa air karet, laju potensial yang dominan ialah denitrifikasi, kemudian nitrifikasi dan DNRA. Laju nitrifikasi dan denitrifikasi tidak jauh antara kedalaman 0-5 cm maupun 6-10 cm. Sedangkan laju DNRA pada plot pompa air karet semakin menurun, berbanding terbalik dengan konsentrasi substrat (Gambar 2).
Gambar 2 Laju potensial pada plot Pompa air karet (a) kedalaman 0-5 cm (b) 6-10 cm. Laju nitrifikasi ( ), denitrifikasi ( ), DNRA ( )
Laju nitrifikasi pada plot BR3 0-5 cm yaitu 2.045 µmol.jam-1.g.tanah-1 (Gambar 3a), sedang pada kedalaman 6-10 cm yaitu 1.924 µmol.jam-1.g.tanah-1 (Gambar 3 b). Laju potensial denitrifikasi pada plot BR3 0-5 cm yaitu 2.915 µmol.jam-1.g.tanah-1 (Gambar 3a), sedangkan pada kedalaman 6-10 cm yaitu 2.934 µmol.jam-1.g.tanah-1 (Gambar 3b). Aktivitas tersebut menjadi laju potensial yang paling besar dibanding DNRA dan nitrifikasi pada plot tersebut. Aktivitas DNRA merupakan aktivitas reduksi nitrat yang terjadi secara anaerob fermentatif. Laju DNRA menjadi aktivitas yang paling rendah, hal tersebut juga terlihat dengan adanya aktivitas DNRA yang semakin menurut dengan bertambahnya konsentrasi substrat. 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 0 500 1000 1500 2000 Laj u rat a - rat a (µm ol .j am -1.g .t ana h -1 ) Konsentrasi substrat (µM) 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 0 500 1000 1500 2000 Laj u rat r at a (µm ol .j am -1.g .t ana h -1 ) Konsentrasi substrat (µM) (a) (b)
6
Gambar 3 Laju potensial plot BR3 (a) kedalaman 0-5 cm (b) 6-10 cm. Laju nitrifikasi ( ), denitrifikasi ( ), DNRA ( )
Pada plot bungku karet, laju potensial nitrifikasi pada kedalaman 0-5cm yaitu 1.510 µmol.jam-1.g.tanah-1 (Gambar 4a) dan pada 6-10 cm yaitu 1.746 µmol.jam-1.g.tanah-1 (Gambar 4b). Laju nitrifikasi dan denitrifikasi pada kedalaman 0-5 cm dan 6-10 cm tidak berbeda jauh. Sedangkan laju reduksi nitrat disimilatif (DNRA) berbeda, hal tersebut terlihat dengan adanya penurunan laju DNRA seiring dengan naiknya konsentrasi substrat (Gambar 4a) namun pada keadalaman 6-10 cm laju DNRA naik pada konsentrasi substrat 2000 µmol (Gambar 4b). 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 0 500 1000 1500 2000 La ju ra ta - ra ta ( µm ol .j am -1.g .t ana h -1 ) Konsentrasi substrat (µM) 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 0 500 1000 1500 2000 Laj u rat a-rat a (µm ol .j am -1.g .t ana h -1 ) Konsentrasi substrat (µM) 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 0 500 1000 1500 2000 Laj u rat r at a (µm ol .j am -1.g .t ana h -1 ) Konsentrasi substrat (µM) -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 0 500 1000 1500 2000 Laj u rat a - rat a (µm ol .j am -1.g .t ana h -1 ) Konsentrasi substrat (µM) Gambar 4 Laju potensial plot Bungku karet (a) kedalaman 0-5 cm (b) 6-10 cm.
Laju nitrifikasi ( ), denitrifikasi ( ), DNRA ( ) (b)
(a)
7
Pada plot BJ3 kedalaman 0-5 cm terdapat aktivitas laju DNRA yang paling tinggi dibandingkan dengan plot yang lain yaitu 0.173 µmol.jam-1.g.tanah-1 (Gambar 5a). Adapun laju DNRA yang paling rendah terdapat pada plot BR3 kedalaman 0-5 cm yaitu 0.006 µmol.jam-1.g.tanah-1 (Gambar 3a).
Gambar 5 Laju potensial plot BJ3 (a) kedalaman 0-5 cm (b) 6-10 cm. Laju nitrifikasi ( ), denitrifikasi ( ), DNRA ( )
Laju potensial yang berlangsung pada masing-masing plot dengan kedalaman 0-5 cm dan 6-10 cm (Gambar 1, 2, 3, 4, 5). Umumnya nilai laju nitrifikasi yang didapatkan tidak berbeda jauh antara kedalaman 0-5 cm maupun 6-10 cm. Laju potensial DNRA, merupakan nilai laju potensial yang paling kecil. Umumnya nilai laju potensial DNRA yang didapatkan < 0,2 µmol/jam/g.tanah. Nilai laju potensial yang didapat kemudian diolah dengan menggunakan persamaan kinetika Michaelis-Menten, plot Lineweaver-Burk (Double resiprocal) dengan membagi V menjadi 1/V dan S menjadi 1/S guna mendapatkan nilai konstanta Michaelis-Menten (Km) dan Vmaks (Tabel 1 dan 2). Beberapa nilai dari laju potensial tidak dapat dihitung (nilainya negatif) dengan plot Lineweaver-Burk, sehingga tidak ditampilkan pada tabel.
Tabel 2 Nilai Km dan Vmax berbagai plot kedalaman 0-5 cm
Plot Laju potensial
Km (µM) Vmaks (µM.jam-1) R-sq BR2 DNRA 28.52 0.11 0.62 BR3 DNRA 505.89 0.01 0.69
Bungku Karet Nitrifikasi 4406.78 4.23 0.97
BJ3 Nitrifikasi 9721.43 7.14 0.99 Denitrifikasi 5819.84 7.94 0.98 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 0 500 1000 1500 2000 Laj u rat r at a (µm ol .j am -1.g .t ana h -1 ) Konsentrasi substrat (µM) 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 0 500 1000 1500 2000 Laj u rat r at a( µm ol .j am -1.g .t ana h -1 ) Konsentrasi substrat (µM) (a) (b)
8
Tabel 3 Nilai Km dan Vmax berbagai plot kedalaman 6-10 cm
Plot Laju potensial
Km (µM) Vmaks (µM.jam-1) R-sq BR2 Nitrifikasi 25375.68 27.03 0.99 DNRA 57.02 0.09 0.72 BR3 Nitrifikasi 46363.64 45.45 0.99
Bungku karet Nitrifikasi 2500.00 2.25 0.95
Pengukuran Tingkat Kelimpahan Bakteri
Pengukuran tingkat kelimpahan bakteri dilakukan dengan metode MPN, dengan menggunakan MPN 3 seri tabung. Pengenceran yang digunakan yaitu 101 -106 untuk bakteri nitrifikasi dan 103-108 untuk bakteri denitrifikasi dan DNRA. Umumnya pada kedalaman 0-5 cm (Tabel 3) kelimpahan bakterinya lebih tinggi dibandingkan dengan kedalaman 6-10 cm (Tabel 4). Tingkat kelimpahan bakteri bergantung pada tersedianya substrat yang dibutuhkan untuk kelangsungan hidup bakteri. Kelimpahan bakteri yang paling tinggi ialah bakteri denitrifikasi, kemudian DNRA dan nitrifikasi.
Tabel 4 Tingkat kelimpahan bakteri pada
Plot Nutrien Kelimpahan bakteri (MPN.g.tanah-1) 0-5 cm 6-10 cm BR-2 Nitrifikasi 1.35x105 3.6x103 Denitrifikasi 7.05x104 1.57x104 DNRA 1.54x104 2.1x104
Pompa air karet Nitrifikasi 1.45x104 5.6x103
Denitrifikasi 1.19x105 1.5x107
DNRA 2.7x105 2.85x106
BR-3 Nitrifikasi 1.52x103 1.86x102
Denitrifikasi 4.4x106 2.25x106
DNRA 7.05x105 8.25x105
Bungku karet Nitrifikasi 4.7x101 7.55x102
Denitrifikasi 2.5x107 1.8x106 DNRA 2.2x106 4.4x105 BJ-3 Nitrifikasi 2.4x101 1.3x101 Denitrifikasi 1.59x107 1.1x108 DNRA 2.14x106 2.93x105
Tingkat kelimpahan bakteri (MPN.g.tanah-1) menunjukkan kemungkinan adanya bakteri yang ada dalam satu gram tanah. Penghitungan dilakukan dua ulangan, kemudian didapatkan hasil rata-rata dari ulangan 1 dan 2. Bakteri denitrifikasi memiliki aktivitas paling dominan (Tabel 3). Bakteri denitrifikasi berkorelasi positif dengan laju potensialnya. Sedangkan laju nitrifikasi dan DNRA tidak berkorelasi positif dengan tingkat kelimpahan bakterinya.
9
Pembahasan
Pengukuran Laju Potensial Nitrifikasi, Denitrifikasi dan DNRA
Aktivitas oksidasi amonium (nitrifikasi) pada lahan hutan karet diketahui lebih tinggi dibandingkan dengan aktivitas reduksi nitrat disimilatifnya (DNRA). Terbukti pada aktvitas laju potensial nitrifikasi yang selalu lebih tinggi dibandingkan dengan DNRA pada semua plot pengambilan sampel. Laju oksidasi amonium (nitrifikasi) tersebut tidak berkorelasi positif dengan tingkat kelimpahan bakterinya. Laju potensial nitrifikasi menjadi proses yang lebih tinggi dibandingkan dengan laju DNRA.
Proses denitrifikasi merupakan proses reduksi nitrat. Nitrat direduksi menjadi nitrit, nitrit oksida, nitrous oksida dan terakhir dibentuk gas dinitrogen (Robertson & Groffman 2007). Menurut Purwoko (2007), proses denitrifikasi terjadi pada tanah yang anaerob dengan NO3- menjadi akseptor elektron menggantikan O2. Hasil akhir dari proses denitrifikasi adalah gas N2O. Hal tersebut merupakan fungsi dari enzim N2O reduktase, aktivitas enzim bergantung pada biosintesis dan inaktivasi, sedangkan regulator utamanya ialah kondisi oksigen dan kondisi substrat nitrogen (Rende et al. 1991 dalam Agustiyani et al. 2011).
Secara umum laju potensial denitrifikasi merupakan laju potensial yang paling tinggi dibandingkan dengan laju nitrifikasi dan denitrifikasi dalam penelitian ini. Hal tersebut berkorelasi positif dengan angka kelimpahan bakteri yaitu bakteri denitrifikasi (pereduksi nitrat). Menurut Agustiyani et al. (2011) aktivitas denitrifikasi di tanah hutan relatif lebih tinggi dibandingkan di lahan yang lain, seperti sawah organik maupun sawah pertanian intensif. Selain itu ketersediaan sumber karbon dalam tanah juga sangat berpengaruh terhadap proses denitrifikasi dan DNRA. Besarnya laju denitrifikasi akan berbanding terbalik dengan laju DNRA, karena laju proses denitrifikasi terjadi ketika sumber karbon dalam tanah lebih sedikit dibandingkan substrat NO3-. Ketika sumber karbon yang tersedia tinggi, maka akan terjadi proses DNRA, karena DNRA terjadi secara anaerobik fermentatif.
Aktivitas reduksi nitrat disimilatif (DNRA) dipengaruhi sangat dipengaruhi oleh kondisi lingkungan tertentu, misalnya kondisi yang lebih anaerob dibandingkan dengan denitrifikasi (Yin et al. 2002). Selain itu faktor lingkungan yang paling berpengaruh ialah rasio C/NO3- dalam tanah (Fazzolari et al. 1998). Berdasarkan data tingkat kelimpahan bakteri, bakteri berperan dalam DNRA umumnya lebih tinggi dibanding dengan bakteri nitrifikasi, namun laju potensial DNRA lebih kecil dibandingkan dengan nitrifikasi. Hubungan dari kedua variabel tersebut tidak berkorelasi positif seperti halnya kelimpahan bakteri denitrifikasi dan laju denitrifikasinya.
Laju DNRA yang kecil karena sedikitnya sumber karbon yang tersedia dalam tanah hutan tersebeut. Cadangan karbon pada hutan monokultur karet cenderung lebih rendah dibandingkan dengan hutan alam (Cesylia 2009). Menurut Kelso et al. (1999) aktivitas bakteri DNRA akan dominan ketika di wilayah tersebut kaya akan sumber karbon, karena adanya sumber karbon yang tinggi lebih disukai oleh bakteri fermentasi. Sebaliknya, jika pada wilayah tersebut kaya akan sumber NO3- dan miskin sumber karbon maka bakteri denitrifikasi akan lebih dominan. Hal ini sesuai dengan data yang didapatkan, yaitu lebih
10
dominannya bakteri denitrifikasi sehingga laju denitrifikasi lebih besar dibanding reduksi nitrat disimilatif (DNRA).
Nilai Km dan Vmaks yang diperoleh bervariasi, namun umumnya nilai Km dan Vmaks negatif. Nilai negatif tersebut menunjukkan konsentrasi substrat (S) dan nilai laju (V) yang sangat kecil (Dowd & Riggs 1965), sehingga terdeteksi negatif jika dihitung menggunakan plot Linweaver-Burk. Km merupakan konsentrasi substrat ketika separuh dari lokasi aktifnya telah terisi, yaitu bila kecepatan reaksi enzim telah mencapai ½ Vmaks (Wiseman 1989). Umumnya nilai Km dan Vmaks yang bernilai positif adalah laju nitrifikasi. Km dan Vmaks positif, menunjukkan adanya konsentrasi subtrat yang cukup besar, sehingga nilai laju maksimalnya pun berniali positif (Dowd & Riggs 1965). Menurut Fox (1991) dalam Putra (2009) nilai Km tingkat afinitas enzim-substrat (E-S), yang merupakan suatu indikator kekuatan ikatan kompleks E-S. Kecilnya nilai Km berarti kompleks E-S mantap (stabil), selain itu afinitas enzim tinggi terhadap substrat. Jika nilai Km besar berlaku kebalikannya.
Pengukuran Kelimpahan Bakteri
Hasil perhitungan kelimpahan bakteri menunjukkan bahwa tingkat kelimpahan bakteri paling tinggi yaitu bakteri denitrifikasi> DNRA> nitrifikasi. Bakteri denitrifikasi menjadi bakteri yang paling dominan berkorelasi positif dengan laju potensialnya, dicirikan dengan laju potensial yang paling tinggi pada tiap konsentrasi substrat. Tingginya kelimpahan bakteri denitrifikasi disebabkan rendahnya sumber karbon yang ada di tanah, dan tingginya kadar NO3-, sehingga aktivitas reduksi nitrat yang terjadi tidak terjadi secara fermentatif seperti halnya DNRA.
Adapun kelimpahan bakteri DNRA lebih banyak dibandingkan dengan bakteri nitrifikasi, namun tidak berkorelasi positif dengan laju potensialnya. Hal tersebut disebabkan rendahnya sumber karbon yang tersedia, sehingga tidak semua bakteri yang ada melakukan aktivitas reduksi nitrat. Terlihat dengan rendahnya laju potensial DNRA dibandingkan dengan nitrifikasi maupun denitrifikasi.
Kelimpahan bakteri nitrifikasi merupakan tingkat kelimpahan yang paling sedikit, nitrifikasi menjadi proses dengan laju potensial yang cukup tinggi. Kondisi lingkungan sangat berpengaruh terhadap pertumbuhan bakteri yang berperan dalam nitrifikasi. Faktor lingkungan yang berpengaruh tersebut antara lain pH, suhu, kelembaban, adanya senyawa penghambat nitrifikasi seperti nitrapirin (Muller 2002 dalam Agustiyani et al. 2010).
11
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Laju potensial yang dominan pada hutan karet Jambi adalah laju denitrifikasi, kemudian nitrifikasi dan DNRA. Tingginya laju denitrifikasi berkorelasi positif dengan kelimpahan bakterinya. Laju denitrifikasi yang tinggi berkebalikan dengan laju DNRA. Laju nitrifikasi menjadi laju potensial yang lebih tinggi dari DNRA namun kelimpahan bakterinya lebih sedikit.
Saran
Perlu dilakukan penelitian lanjutan mengenai laju anamoks. pada lahan hutan karet Jambi, sehingga dapat diketahui kecenderungan reduksi nitrat yakni melalui Denitrifikasi, DNRA atau Anamoks. Selain itu perlu dilakukan penelitian tentang komposisi jenis bakteri yang berperan dalam proses tersebut. Perhitungan kinetika laju potensial yang digunakan menggunakan jenis plot lain, sehingga metode yang digunakan semakin berkembang.
DAFTAR PUSTAKA
Agustiyani D, Laili N, Imamuddin H, Sulistinah N. 2011. Populasi dan aktivitas denitrifikasi serta emisi gas N2O pada lahan pertanian organik, pertanian intensif dan hutan. Berk Penel Hayati. 17: 15- 19.
Agustiyani D, Kayadoe M, Imamuddin H. 2010. Oksidasi nitrit oleh bakteri heterotrofik pada kondisi anaerobik. J Biol Indones. 6(2): 265- 275.
Cesylia L. 2009. Cadangan karbon pada pertanian karet (Hevea brasiliensis) di Perkebunan Karet Bojong Datar PTP Nusantara VIII Kabupaten Pandeglang Banten [tesis]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Dowd JE, Riggs DS. 1965. A comparison of estimates of Michaelis-Menten kinetic constants from various linear transformations. J Biol Chem. 240 (2): 863- 869.
Effendi. 2000. Telaah kualitas air bagi pengelolaan sumberdaya lingkungan perairan [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Enwall K, Laurent P, Sara H. 2005. Activity and composition of the denitrifying bacterial community respond differently to long-term fertilization. J Appl Microbiol. 7: 8335-8343.
Fazzolari E, Nicolardot B, Germon J C. 1998. Simultaneous effects of increasing levels of glucose and oxygen partial pressureson denitrification and dissimilatory reduction to ammonium in repacked soil cores. Europ J Soil Biol. 34(1): 47–52.
Greenberg AE, Clesceri LS, Eaton AD. 1992. Standard Methods for Examination of Water and Wastewater. Edisi ke- 18. Washington DC (US): Publication Office American Public Health Association.
Hanson EJ, Throop PA, Serce S, Ravenscroft J, Paul EA. 2002. Comparison of Nitrification Rates in Blueberry and Forest Soils. J Am Soc Hort Sci.
12
Haynes RJ. 1986. Mineral Nitrogen in the Plant-Soil System. New York (US): Academic Pr.
Kelso BHL, Smith RV, Laughlin RJ. 1999. Effects of carbon substrates on nitrate accumulation in fresh water sediments. Appl Environ Microbiol. 65(1): 61-66.
Novita L. 2006. Aktivitas oksidasi amonium dan reduksi nitrat Pseudomonas stutzeri ASLT2 pada sumber karbon yang berbeda [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Purwoko T. 2007. Fisiologi Mikroba. Jakarta (ID): Bumi Aksara.
Putra GPG. 2009. Penentuan kinetika enzim poligalakturonase (PG) endogenous dari pup biji kakao. J Biol. 8(1): 21-24.
Rahayu WP, Nurwitri CC. 2012. Mikrobiologi Pangan. Bogor (ID): IPB Pr. Richardson DJ. 2000. Bacterial respiration: a flexible procces for a changing
environment. Microbiology 146: 551-571.
Robertson GP, Groffman PM. 2007. Soil Microbiology, Ecology and Biochemistry. Edisi ke-3. Paul EA, editor. Oxford (UK): Elsevier Inc. Rusmana I, Nedwell DB. 2004. Use of chlorate as a selective inhibitor to
distinguish membrane-bound nitrate reductase (Nar) and periplasmic nitrate reductase (Nap) of dissimilative nitrate reducing bacteria in sediment. FEMS Microbiology Ecology 48: 379-386.
Wiseman A. 1989. Handbook of Enzymes Biotechnology. Edisi ke-2. New York (US): Ellis Howard.
Yin SX, Chen D, Chen LM, Edis R. 2002. Dissimilatory nitrate reduction to ammonium and responsible microorganisms in two Chinese and Australian paddy soils. Soil Biol Biochem. 34: 1131–1137.
13
LAMPIRAN
Lampiran 1 Kurva standar nitratLampiran 2 Kurva standar nitrit
Lampiran 3 Kurva standar amonium
y = 0.0948x + 0.0114 R² = 0.9997 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 0 5 10 15 20 Absor ba nsi 54 0 nm Konsentrasi amonium (µM) y = 0.0254x + 0.0124 R² = 0.9635 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0 2 4 6 8 10 12 Absor ba nsi 41 0 nm Konsentrasi amonium y = 0.0236x + 0.124 R² = 0.9916 0 0.5 1 1.5 2 0 20 40 60 80 Absor ba nsi 64 0 nm Konsentrasi amonium (µM)
14
Lampiran 4 Gambar slurry yang akan diinkubasi
Lampiran 5 Perubahan warna pada uji (a) kadar amonium (b) kadar nitrat (c) kadar nitrit.
Lampiran 6 Konfirmasi uji MPN (a) Nitrifikasi (b) DNRA (c) Denitrifikasi
15
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Kabupaten Batang pada tanggal 21 April 1992, sebagai anak ketiga dari empat bersaudara, dari pasangan (alm) Sudirman dan Khumrotun. Lulus dari SMA Takhassus Alquran Kalibeber- Wonosobo pada tahun 2009, kemudian diterima di Departemen Biologi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor (IPB) melaui jalur USMI.
Selama kuliah di Departemen Biologi IPB, penulis aktif di Bioworld Himpunan Mahasiswa Biologi (HIMABIO IPB) tahun 2010-2011, dan menjdi ketua dari divisi tersebut pada tahun 2011-2012. Selain itu penulis juga aktif di komunitas penerima beasiswa Bank Indonesia (GEN BI) dan Organisasi Mahasiswa daerah Pekalongan- Batang (IMAPEKA).
Selama kuliah penulis pernah menjadi asisten praktikum Biologi Dasar (2012), Fisiologi Prokariot (2012) dan Mikrobiologi Dasar (2013). Pada bulan Agustus 2011, penulis mengikuti kegiatan magang di IPB Culture Collection
mengenai isolasi cendawan ektomikriza dari pohon pelawan, dan pada Juli- Agustus 2012, penulis melaksanakan praktik lapang di Satuan Kerja Perbenihan dan Budidaya Ikan Air Tawar (Satker- PBIAT) Ngrajek Magelang dengan topik Pengelolaan Pakan dan Pengaruhnya terhadap Pertumbuhan Ikan Nila hitam (Oreochromis niloticus) dan Lele Sangkuriang (Clarias sp.). Penulis juga pernah mengikuti program International Genetically Engineered Machine (iGEM) regional Asia, sebagai anggota delegasi IPB di Hongkong University of Science and Technology (HKUST) Hongkong pada Oktober 2012.
