AKTIVITAS BAKTERI DENITRIFIKASI ASAL SAWAH DI
BOGOR, JAWA BARAT
Oleh:
Nirliani
G34102070
DEPARTEMEN BIOLOGI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2007
ABSTRAK
NIRLIANI. Aktivitas Bakteri Denitrifikasi Asal Sawah di Bogor, Jawa Barat. Dibimbing oleh YULIN LESTARI dan IMAN RUSMANA.
Sawah pada umumnya memiliki kondisi lingkungan yang tergenang dan kering sehingga memungkinkan adanya zona anaerob dan aerob. Kondisi sawah yang anaerob dapat menimbulkan terjadinya denitrifikasi. Denitrifikasi adalah faktor langsung dan utama penyebab hilangnya nitrogen dari lahan pertanian. Tujuan dari penelitian ini adalah mengetahui aktivitas bakteri denitrifikasi asal sawah di daerah Bogor, Jawa Barat. Isolasi bakteri denitrifikasi diambil dari sedimen sawah Ciapus dan Sukajadi. Sebanyak 34 isolat berasal dari Ciapus dan 32 isolat dari Sukajadi. Isolat CT-12 menunjukkan hasil negatif dalam fermentasi glukosa. Diasumsikan CT-12 termasuk bakteri denitrifikasi. CT-12 adalah bakteri gram negatif dengan koloni bundar putih kekuningan dan motil. Isolat CT-12 mampu mereduksi nitrat 3.09 µM atau 58.79 %. Laju reduksi nitrat isolat CT-12 4 µM/jam. Laju reduksi nitrat pada sawah Ciapus 6.3 x 102 µMol/jam.ha dengan akumulasi nitrit 3.59 µMol/jam.ha. Sedangkan laju reduksi nitrat pada sawah Sukajadi 2.26 x 102µMol/jam.ha dan nitrit yang terakumulasi sebesar 5.86 µMol/jam.ha. Pada penelitian ini belum dapat dideteksi keberadaan gas N2O.
Kata kunci: sawah, denitrifikasi, aktivitas bakteri denitrifikasi.
ABSTRACT
NIRLIANI. The Activity of Denitrifying Bacteria Isolated From Rice Field in Bogor, West Java.
Supervised by YULIN LESTARI and IMAN RUSMANA.
Rice field has wet and dry conditions which can create anaerobic and aerobic zones. The anaerobic condition of rice field facilitates denitrification process. Denitrification is a direct and major cause of nitrogen loss from agricultural fields. The aim of this research was to study the activity of denitrifying bacteria isolated from rice field in Bogor, West Java. Source of denitrifying bacteria were taken from rice field sediment in Ciapus and Sukajadi. There were 34 isolates obtained from Ciapus and 32 isolates from Sukajadi. Among of them, only CT-12 isolates which showed negative result in glucose fermentation. Those isolates was predicted to be denitrifying bacteria. The characteristics of CT-12 isolates were e.g. gram negative, round and white yellowish colony, and motile. CT-12 capable of reducing nitrate up to 3.09 µM or 58.79 %. The specific maximum rate of CT-12 was 4 µM/hour. Rice field from Ciapus had a specific maximum rate of nitrate reduction 6.3 x 102µMol/hour.ha with nitrite accumulation 3.59 µMol/hour.ha. Meanwhile, rice field from Sukajadi had a specific maximum rate of nitrate reduction 2.26 x 102µMol/hour.ha
with nitrite accumulation 5.86 µMol/hour. The presence of N2O was analyzed by using GC-17 A
Shimadzu with ECD, however, emission of N2O still could not be detected. Perhaps it is because
of the low instrument sensitivity.
AKTIVITAS BAKTERI DENITRIFIKASI ASAL SAWAH DI BOGOR,
JAWA BARAT
Skripsi
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains
pada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Institut Pertanian Bogor
Oleh:
Nirliani
G34102070
DEPARTEMEN BIOLOGI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR 2007
Judul
: Aktivitas Bakteri Denitrifikasi Asal Sawah di Bogor, Jawa Barat
Nama
: Nirliani
NRP
: G34102070
Menyetujui :
Pembimbing I,
Pembimbing II,
Dr. Ir. Yulin Lestari
Dr. Ir. Iman Rusmana , MSi
NIP. 131779515
NIP. 131956713
Mengetahui :
Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Institut Pertanian Bogor
Prof. Dr. Ir. Yonny Koesmaryono, MS
NIP. 131473999
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Jakarta pada tanggal 10 Agustus 1983 dari Bapak Irwansyah dan Ibu Rusna. Penulis merupakan anak kedua dari empat bersaudara. Tahun 2001 penulis lulus dari SMU Negeri 106 Jakarta dan setahun kemudian diterima di Institut Pertanian Bogor Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Departemen Biologi melalui jalur Seleksi Penerimaan Mahasiswa Baru (SPMB).
Selama kuliah penulis pernah menjadi asisten Biologi Dasar, Mikrobiologi Dasar, Pengenalan Jenis Tumbuhan dan Ekologi Mikrob. Penulis pernah menjadi pengurus Divisi Penelitian dan Pengembangan di Himpunan Mahasiswa Biologi (HIMABIO) IPB serta aktif dalam Organisasi Wahana Alam (OWA) dan berbagai kegiatan intern kampus. Penulis mendapatkan beasiswa PPA (Peningkatan Prestasi Akademik) dan beasiswa dari Woman’s International Club (WIC).
Pada alih semester tahun 2005 penulis melaksanakan praktik lapangan di PT Bayer Indonesia plant Cibubur. Penulis pernah mengikuti International Symposium on Sustainable
Agriculture: Challenges for Agricultural Sciences on Environmental Problems under Global Changes, 18 -21 September 2006, Bogor, Indonesia untuk mempresentasikan hasil penelitian ini.
Pada tahun 2006, penulis telah bekerja sebagai staf pengajar untuk mata ajaran Biologi di Lembaga Bimbingan Belajar Quantum dan Salemba Grup.
PRAKATA
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini dapat diselesaikan. Penelitian yang berjudul Aktivitas Bakteri Denitrifikasi Asal Sawah di Bogor, Jawa Barat ini dilaksanakan dari bulan Maret sampai November 2006, bertempat di Laboratorium Mikrobologi Departemen Biologi, Laboratorium Kimia Terpadu Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor dan Laboratorium Balai Penelitian Padi, Bogor.
Penulis mengucapkan terima kasih kepada Ibu Dr. Ir. Yulin Lestari dan Bapak Dr. Ir. Iman Rusmana, MSi selaku pembimbing atas bimbingan, nasehat dan solusi yang telah diberikan selama penelitian ini, serta Ibu Dr. Ir. Theresia Prawitasari, MS sebagai penguji atas sarannya. Penulis mengucapkan terima kasih yang tak terhingga kepada Mama, Babah, kakak-kakakku, Iin dan Abif serta seluruh keluarga atas doa, kasih sayang, dorongan semangat dan nasehatnya. Disamping itu, ucapan terima kasih juga ditujukan kepada Mia, Vitria, Dhilah, Mbak Elsie, Mbak Wulan, Bu It, Achie, Dewi, Ary, Tika T, Tika W, Desi, serta Mbak Heni, Pak Endang, Pak Jaka dan seluruh staf Departemen Biologi atas bantuannya selama penelitian. Terima kasih penulis ucapkan pada rekan-rekan Biologi 39 khususnya Ninda, Awie, Ela, Ina, Venti, Usy, Popi, atas dorongan semangat dan selalu menyediakan tempat berbagi. Dan kepada Bian, Pak Asep dan Pak Adeng yang telah membantu pada saat pengambilan sampel serta kepada Lena dan Laila atas diskusinya yang menarik.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Januari 2007
DAFTAR ISI Halaman DAFTAR TABEL ... vi DAFTAR GAMBAR ... vi DAFTAR LAMPIRAN ... vi PENDAHULUAN Latar Belakang ... 1 Tujuan ... 1
Waktu dan Tempat ... 1
BAHAN DAN METODE Pengambilan Sampel Sedimen dan Air... 1
Aktivitas Denitrifikasi pada Sedimen Sawah Ciapus dan Sukajadi... 2
Analisis Tanah... 2
Penyiapan Medium Denitrifikasi... 2
Pengkayaan ... 2
Pemurnian... ... 2
Uji Oksidasi-Fermentasi Glukosa... 2
Reduksi Nitrat Tahap Awal... 2
Kinetika Reduksi Nitrat... 3
Pengukuran Gas N2O menggunakan Kromatografi Gas (GC)... 3
HASIL Aktivitas Denitrifikasi pada Sedimen Sawah Ciapus dan Sukajadi... 3
Struktur dan Kandungan Hara Tanah... 4
Isolasi Bakteri Pereduksi Nitrat... 4
Kemampuan Isolat dalam mengoksidasi -Fermentasi Glukosa... 4
Aktivitas Reduksi Nitrat Tahap Awal... 4
Kinetika Reduksi Nitrat... 4
Kandungan Gas N2O dalam Sampel... ... 5
PEMBAHASAN Aktivitas Denitrifikasi pada Sedimen Sawah Ciapus dan Sukajadi... 6
Isolasi Bakteri Pereduksi Nitrat... 7
Aktivitas Reduksi Nitrat Tahap Awal... 7
Kinetika Reduksi Nitrat... 8
Kandungan Gas N2O dalam Sampel... 8
SIMPULAN DAN SARAN Simpulan ... 8
Saran ... 8
DAFTAR PUSTAKA ... 8
DAFTAR TABEL
Halaman
1 Aktivitas reduksi nitrat pada sedimen sawah Ciapus dan Sukajadi... 3
2 Kinetika laju reduksi nitrat pada sedimen sawah Ciapus dan Sukajad i... 4
3 Struktur dan kandungan hara tanah Ciapus dan Sukajadi... 5
4 Morfologi koloni dan bentuk sel isolat yang berasal dari Ciapus dan Sukajadi... 5
5 Karakteristik isolat yang berasal dari Ciapus dan Sukajadi... 5
DAFTAR GAMBAR Halaman 1 Contoh koloni isolat yang berhasil diisolasi, isolat CT-12 (a); isolat CP-3 (b); isolat CP-5 (c); isolat CP-11 (d); dan isolat CT-22 (e). ... 5
2 Hasil uji fermentatif isolat -isolat asal Ciapus dan Sukajadi... 5
3 Aktivitas reduksi nitrat isolat CT-12... 4 Konsentrasi nitrit terakumulasi CT -12... 6 6 DAFTAR LAMPIRAN Halaman 1 Komposisi media uji fermentasi-oksidasi (Hugh & Leifson 1953)... 11
2 Karakteristik isolat yang berasal dari Ciapus dan Sukajadi... 11
3 Kromatogram analisis N2O, blanko standar (a); sampel Ciapus (b); dan sampel Desa Sukajadi (c)... 13
4 Kriteria analisis sifat kimia tanah menurut Pusat Penelitian Tanah dan Agroklimat, 1994 (Laporan Teknis No.7, Versi 1 April 1994; LREP-II/C)... 14
5 Kondisi suhu dan kadar keasaman sawah Ciapus dan Sukajadi... 14
6 Kondisi sawah Ciapus (a); sawah Sukajadi (b) dan saat pengambilan sampel (c) untuk pengukuran aktivitas reduksi nitrat pada sedimen... 14
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Sawah pada umumnya memiliki kondisi lingkungan yang tergenang dan kering sehingga memungkinkan adanya zona anaerob dan aerob. Kondisi reduktif terbentuk pada sistem sawah yang tergenang melalui proses bertahap sehingga proses metabolisme mikrob yang terlibat didalamnya juga berlangsung secara bertahap. Proses mineralisasi nitrogen berakibat terbentuknya amonium yang merupakan bentuk nitrogen anorganik yang paling tereduksi. Amonium dalam tanah merupakan titik awal serangkaian reaksi yang berakibat terbentuknya nitrit dan nitrat yang diperantarai oleh aktivitas mikrob tertentu seperti pelaku nitrifikasi dan denitifikasi (Subba 1994).
Nitrifikasi adalah suatu proses oksidasi senyawa nitrogen tereduksi oleh mikrob menjadi nitrit dan selanjutnya oksidasi nitrit menjadi nitrat. Sedangkan pengubahan nitrat dan nitrit menjadi gas nitrogen dilakukan melalui proses denitrifikasi. Pada keadaan sawah yang kering, gas N2O dihasilkan
melalui proses nitrifikasi. Sedangkan pada daerah yang tergenang gas N2O dihasilkan
oleh mikrob pelaku denitrifikasi. Selain itu dalam pertanian modern, penggunaan pupuk nitrogen hampir tidak dapat dihindari khususnya pada lahan padi yang secara kontinu diberi pupuk nitrogen untuk memenuhi intensifikasi penggunaan lahan agar produksi padi tetap tinggi. Oleh karena itu beberapa peneliti menganggap bahwa sawah merupakan salah satu sumber emisi gas rumah kaca yang potensial. Proses-proses tersebut sangat penting ditinjau dari aspek lingkungan dan ekonomi (Enwall et
al. 2005).
Proses denitrifikasi umumnya terjadi pada daerah sawah yang tergenang sehingga memungkinkan adanya emisi gas N2O.
Denitrifikasi merupakan sebuah proses dimana nitrat direduksi menjadi nitrit, nitrit oksida, nitrous oksida, dan terakhir terbentuk gas dinitrogen. Faktor lingkungan yang mempengaruhi proses denitrifikasi antara lain jumlah bahan organik, konsentrasi nitrat di dalam tanah, aerasi dan kelembaban, pH dan temperatur tanah (Tate 1999). Alur reduksi dan enzim yang terlibat di dalam proses denitrifikasi diperlihatkan
pada skema di bawah ini (Burlage et al. 1998) :
Nar/
NO3 Nap NO2 Nir NO Nor N2O Nos N2
Bakteri denitrifikasi secara taksonomi dan ekologi tersebar dalam kelompok bakteri anaerob fakultatif dan anaerob obligat. Bakteri denitrifikasi menggunakan nitrat sebagai penerima elektron terakhir untuk memperoleh energi pada kondisi oksigen terbatas atau anaerob. Bakteri ini bersifat heterotrof yang memerlukan sumber karbon organik, seperti asam asetat, asam propionat, asam suksinat, gliserol, dan glukosa untuk pertumbuhannya (Teixera dan Olivera 2002). Proses denitrifikasi menghasilkan produk samping berupa gas N2O yang termasuk salah satu sumber gas
rumah kaca. Gas N2O dari sudut pandang
lingkungan global mempunyai dua aspek resiko yaitu pemanasan bumi dan perusakan lapisan ozon di stratosfer (Cicerone 1989). Untuk itu diperlukan kajian untuk mengetahui aktivitas bakteri denitrifikasi di suatu lahan sawah.
Tujuan
Penelitian ini bertujuan mengetahui aktivitas bakteri denitrifikasi asal sawah di daerah Bogor, Jawa Barat.
Waktu dan Tempat
Penelitian ini dilaksanakan dari bulan Maret sampai November 2006 di Laboratorium Mikrobiologi Departemen Biologi FMIPA IPB, Laboratorium Terpadu IPB dan Laboratorium Balai Penelitian Tanah, Bogor.
BAHAN DAN METODE
Bahan
Bahan yang digunakan adalah sampel tanah yang diambil dari dua lokasi sawah yaitu di Balai Penelitian Padi Ciapus dan desa Sukajadi Kecamatan Taman Sari, Bogor.
Metode
Pengambilan Sampel Sedimen dan Air.
Sampel tanah diambil dari dua lokasi sawah yang memiliki ketinggian yang
berbeda. Sampel berasal dar i sawah di Balai Penelitian Padi Ciapus dengan ketinggian ± 250 meter dpl dan desa Sukajadi dengan ketinggian ± 540 meter dpl. Pengambilan sampel tanah dilakukan dengan cara menancapkan paralon dengan panjang 30 cm dan diameter 6.35 cm pada dua titik yaitu dari pinggir dan tengah sawah. Sedimen tanah digunakan untuk analisis tanah dan isolasi bakteri denitrifikasi, sedangkan untuk analisis emisi gas N2O diambil dari air sawah. Pengukuran suhu udara, air dan tanah serta pH juga dilakukan pada saat pengambilan contoh.
Aktivitas Denitrifikasi pada Sedimen Sawah Ciapus dan Sukajadi.
Pengambilan sampel air dilakukan dengan cara menancapkan 10 paralon dengan panjang 30 cm dan diameter 3.6 cm. Kemudian paralon diisi dengan air sawah sampai penuh dan ditutup dengan sumbat karet sehingga bila paralon diangkat maka sedimen akan terbawa. Selanjutnya bagian bawah paralon ditutup dengan sumbat karet dan segera dibawa ke laboratorium. Sampel dalam paralon diukur volume airnya lalu diberi perlakuan konsentrasi nitrat 0, 100, 500, 1000 dan 2000 µM dan diinkubasi 3 jam. Setelah 3 jam dilakukan pengujian kadar nitrat, nitrit dan amonia (Greenberg
et.al 1992). Masing-masing perlakuan dibuat
ulangan sebanyak dua kali.
Analisis Tanah.
Analisis tanah dilakukan di Laboratorium Pusat Penelitian Pengembangan Tanah dan Agroklimat Bogor, antara lain meliputi komposisi tekstur tanah, analisis bahan organik berupa C dan N, dan KTK. Dari analisis ini dapat diketahui sifat tanah dan interaksinya terhadap dominansi populasi bakteri yang ada di sawah tersebut.
Penyiapan Medium Denitrifikasi.
Medium denitrifikasi yang digunakan memiliki komposisi per Liter sebagai berikut CH3COONa 10 gr, 5 gr KNO3, 0.5 gr (NH4)2SO4, 0.9 K2HPO4, 0.5 gr MgSO4,
0.2 gr KH2PO4, 0.1 gr CaCl2, 3 gr yeast
ekstrak, 0.2 gr EDTA, pH 7. Medium padat
dibuat dengan komposisi bahan yang sama dengan medium cair tetapi ditambahkan agar-agar 20 gram/Liter.
Pengkayaan .
Suspensi sedimen dibuat dengan komposisi 50% sedimen : 50% air destilata. Sebanyak 0.3 mL suspensi sedimen diinokulasi dengan jarum suntik 1 mL ke dalam 50 mL medium cair denitrifikasi kemudian inkubasi dilakukan pada suhu ruang (28 ºC-30 ºC) selama 5-6 hari.
Pemurnian.
Sebanyak satu lup inokulasi suspensi kultur pengkayaan digores secara kuadran pada medium padat kemudian diinkubasi pada suhu ruang (28 ºC-30 ºC) selama 7-10 hari di dalam anaerobik jar (Oxoid, England). Koloni-koloni yang tumbuh terpisah kemudian digores kuadran lagi sampai didapatkan koloni-koloni yang murni. Isolat murni yang didapat disimpan pada medium agar miring dan gliserol sebagai biakan stok. Kemudian dilakukan pengamatan morfologi koloni yang meliputi : bentuk, warna dan tepiannya. Selanjutnya morfologi sel dan motilitas diamati dibawah mikroskop (Nikon YS2-H) dengan perbesaran 400x dari preparat lekapan basah. Reaksi gram dari tiap isolat ditentukan dengan teknik pewarnaan Gram (Hadioetomo 1983).
Uji Oksidasi-Fermentasi Glukosa.
Isolat-isolat murni diinokulasikan pada medium uji oksidasi -fermentasi dengan glukosa sebagai sumber karbonnya dan bromthimol biru sebagai indikator keasaman pada tabung reaksi dengan tutup ulir. Inkubasi dilakukan dalam kondisi anaerob dengan menambahkan parafin cair yang menutupi seluruh permukaan media (Hugh & Leifson 1953) (Lampiran 1). Uji positif ditunjukkan dengan berubahnya warna medium dari biru menjadi kuning. Selanjutnya uji reduksi nitrat tahap awal yang meliputi pengukuran kadar nitrat, nitrit dan amonia dilakukan pada isolat yang menunjukkan uji negatif fermentatif.
Uji Reduksi Nitrat Tahap Awal.
Sebanyak 2 mL kultur yang berumur 3 hari dari isolat yang terpilih diinokulasikan pada botol yang berisi 50 mL medium denitrifikasi. Inkubasi dilakukan selama 3 hari, pada kondisi aerob dengan suhu ruang (28 ºC-30 ºC). Selanjutnya suspensi isolat yang telah disentrifugasi pada
