Senin, 02 Agustus 2010

BAHAN ORGANIK

1. Dekomposisi Karbon Organik Dengan Jenis Berbeda di Dalam Tanah (Selulosa, Hemiselulosa, Lignin)

Karbon organik dalam tanah berasal dari bahan organik. Setiap bahan organik akan menghasilkan kualitas biomassa yang berbeda. Kualitas bahan organik tanah berupa susunan senyawa penyusun bahan organik akan menentukan kecepatan bahan organik mengalami pelapukan. Hasil pelapukan bahan organik tanah dapat dibagi menjadi dua, yaitu bahan yang terhumifikasi disebut bahan humik dan bahan yang tidak terhumifikasi disebut bahan non-humik.
Bahan humik disebut juga dengan humus yang merupakan hasil akhir dari proses dekomposisi bahan organik yang bersifat stabil dan tahan terhadap biodegradasi. Humus meliputi asam humat, asam fulfat dan humin. Bahan non-humik meliputi senyawa-senyawa organik seperti karbohidrat, asam amino, peptide, lemak, lignin, asam nukleat, protein.
Dekomposisi molekul organik seperti selulosa, hemiselulosa dan lignin hanya dapat terjadi jika di dalam tanah tersedia unsur hara lain yang dapat dimanfaatkan oleh mikroorganisme. Jika suplai unsur hara tidak tersedia untuk aktivitas mikroorganisme perombak, maka proses dekomposisi akan mengalami hambatan. Unsur hara yang tersedia akan diimmobilisasi oleh mikroorganisme, dan hanya unsur hara yang tidak terimmobilisasi yang dapat diambil oleh tanaman untuk pertumbuhannya.
Selulosa
Selulosa (C6H10O5)n adalah polimer berantai panjang polisakarida karbohidrat, dari beta-glukosa. Selulosa merupakan komponen struktural utama dari tumbuhan dan tidak dapat dicerna oleh manusia.
Selulosa merupakan salah satu material organik tanah yang menentukan keragaman komunitas mikroba tanah. Untuk dapat digunakan oleh mikroba selulosa diuraikan menjadi senyawa dengan berat molekul rendah seperti mono, di, dan trisakarida. Degradasi tersebut melibatkan kompleks enzim selulase yang dihasilkan oleh mikroba. Selulase adalah kelompok enzim yang mengkatalisis degradasi selulosa yang dibangun oleh struktur ikatan β-1, 4 glukosa.
Selulosa merupakan komponen organik yang paling banyak terdapat di biosfer, yang meliputi hampir setengah dari hasil sintesa biomassa oleh fiksasi CO2 pada fotosintesis. Selulosa dalam tanah berasal dari perombakan material tumbuhan dan sebagian kecil berasal dari perombakan jamur dan bakteri di dalam tanah. Degradasi selulosa di alam berlangsung sangat lambat, proses dekomposisi akan berlangsung lebih cepat jika mikroba tanah ikut serta dalam proses dekomposisi tersebut.
Hemiselulosa
Hemiselulosa merupakan zat semacam selulosa yang oleh asam-asam encer kemudian dapat dihidrolisa menjadi gula, yaitu manosa dan galaktosa. Terdapatnya zat ini dalam tumbuhan merupakan lendir yang ternyata banyak bermanfaat bagi penguat dinding sel, sama dengan manfaat yang diberikan selulosa. Selain sebagai penguat dinding sel, zat hemiselulosa dapat pula merupakan makanan cadangan dalam sel tumbuhan.
Hemiselulosa merupakan suatu polisakarida lain yang terdapat dalam tanaman dan tergolong senyawa organik. Hemiselulosa tersusun dari gabungan gula-gula sederhana dengan lima atau enam atom karbon. Degradasi hemiselulosa dalam asam lebih tinggi dibandingkan dengan delignifikasi, dan hidrolisis dalam suasana basa tidak semudah dalam suasana asam. Hemiselulosa mengurangi waktu dan tenaga yang diperlukan untuk melunakkan serat selama proses mekanis dalam air.
Hemiselulosa berfungsi sebagai pendukung dinding sel dan berlaku sebagai perekat antar sel tunggal yang terdapat didalam batang pisang dan tanaman lainnya. Hemiselulosa memiliki sifat non-kristalin dan bukan serat, mudah mengembang, larut dalam air, sangat hidrofolik, serta mudah larut dalam alkali. Kandungan hemiselulosa yang tinggi memberikan kontribusi pada ikatan antar serat, karena hemiselulosa bertindak sebagai perekat dalam setiap serat tunggal. Pada saat proses pemasakan berlangsung, hemiselulosa akan melunak, dan pada saat hemiselulosa melunak, serat yang sudah terpisah akan lebih mudah menjadi berserabut.
Lignin
Lignin atau lignen adalah kompleks senyawa kimia yang paling sering berasal dari kayu, dan merupakan bagian integral dari sekunder dinding sel dari tanaman dan beberapa alga. Istilah ini diperkenalkan pada tahun 1819 oleh de Candolle dan berasal dari bahasa Latin kata Lignum, makna kayu. Ini adalah salah satu polimer organik yang paling banyak di Bumi, hanya dilampaui oleh selulosa, menggunakan 30% dari non-fosil karbon organik dan merupakan dari seperempat hingga sepertiga dari massa kayu kering. Fungsi lignin adalah berperan penting dalam pada batang, melalui penguatan dari kayu (xilem sel) di pohon.
Lignin memainkan peran penting dalam siklus karbon, atmosfer sequestering karbon ke jaringan hidup abadi kayu vegetasi. Lignin adalah salah satu komponen paling lambat mati membusuk vegetasi.
2. Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Kecepatan Perputaran Karbon di Dalam Tanah
Pada dasarnya yang mempengaruhi kecepatan perputaran karbon didalam tanah adalah faktor biotik, abiotik dan bahan organik. Faktor biotik meliputi makhluk hidup diantaranya mikroorganisme tanah dan tanaman yang hidup dimuka bumi. Faktor abiotik meliputi lingkungan (ekosistem), sedangkan bahan organik oengaruhnya dapat dilihat dari rasio C:N.
Pelepasan CO2 dari tanaman yang tersimpan di tanah akan kembali ke atmosfer. Apabila hutan ditebang maka tanah akan menjadi sumber pelepasan CO2. Disini terlihat bahwa semakin terbuka lahan diiringi dengan peningkatan laju pelepasan CO2. Pelepasan karbon dari lahan terbuka lebih tinggi dibanding hutan primer, hutan sekunder, kebun dan ladang berpindah.
Bahan organik berupa seresah tanaman yang jatuh ke tanah akan cepat mengalami dekomposisi dan melepaskan unsur anorganik yang dapat dimanfaatkan oleh tanaman, tererosi, tercuci maupun terlepas ke udara. Kira-kira setengah dari bahan kering seresah termineralisasi dalam waktu 8 – 10 minggu, setelah itu laju dekomposisi menurun. Selama dekomposisi di bulan pertama, kira-kira 80% kalium yang terikat dalam bentuk organik terdekomposisi. Bahan organik dari sisa rumput-rumputan, 70% dari berat kering akan terdekomposisi selama 3 bulan, dan sisanya yang sukar lapuk dapat mencapai 8 tahun.
Laju dekomposisi sisa tanaman sangat dipengaruhi oleh kandungan nitrogen dalam jaringan tanaman dimana senyawa protein yang kaya nitrogen akan mudah terdekomposisi. Protein akan terdekomposisi membentuk asam amino.
Laju metabolisme yang menggunakan asam amino tergantung pada rasio C:N dalam jaringan tanaman. Jika rasio C:N yang tersedia lebih besar dari 25, semua asam amino akan dimanfaatkan oleh dekomposer, dan asam amino akan dimineralisasi membentuk amoniak, dan kemudian amoniak akan ternitrifikasi membentuk nitrat.
Lingkungan yang mempengaruhi aktivitas mikroorganisme heterotrop cenderung seiring dengan laju evolusi karbon dalam tanah. Aktivitas mikroorganisme heterotrop sangat tinggi pada wilayah tropika basah, sehingga laju pelepasan karbon dari wilayah ini cenderung lebih tinggi dibanding dari wilayah beriklim dingin. Semua karakteristik tanah seperti pH, Eh, temperatur, potensial air, struktur tanah, aerasi akan mempengaruhi dekomposisi bahan organik. Tipe vegetasi mengandung keragaman struktur senyawa penyusunnya, sehingga kualitas sisa tanamannya akan mempengaruhi tingkat stabilitas dari bahan organiknya.
Perbandingan C:N sangat menentukan apakah bahan organik akan termineralisasi atau sebaliknya nitrogen yang tersedia akan terimmobilisasi ke dalam struktur sel mikroorganisme. Karena C:N rasio pada tanah relatif konstan maka ketika residu tanaman ditambahkan ke dalam tanah yang memiliki C:N rasio relatif besar, residu tanaman akan terdekomposisi dan meningkatkan evolusi CO2 ke atmosfer, dan sebaliknya akan terjadi depresi pada nitrat tanah karena immobilisasi oleh mikroorganisme.
Pada lahan hutan pada umumnya mempunyai C:N rasio lebih tinggi bila dibanding C:N rasio pada lahan yang diubah menjadi agroekosistem. Tingginya rasio C:N pada lahan hutan ini mencerminkan kualitas substrat yang terurai relatif rendah, karena kualitas substrat yang rendah mencerminkan laju respirasi yang rendah pula. Rendahnya laju pelepasan karbon pada lahan hutan dibanding pada alang-alang ini disebabkan bahwa tingginya rasio C:N pada lahan hutan berkisar 13 – 16, sementara pada lahan alang-alang 5 tahun berkisar 9 – 11, dan alang-alang > 10 tahun berkisar 10 – 13.
Faktor iklim merupakan faktor yang paling berperan dalam proses dekomposisi. Di saat temperatur dan kelembaban meningkat, maka proses dekomposisi bahan organik akan semakin cepat. Hal ini juga yang menyebabkan bahwa bahan organik pada tanah tropika di daerah tropis jarang terakumulasi karena faktor iklim sangat optimum bagi aktivitas mikroorganisme dalam melakukan dekomposisi sisa tanaman. Sehingga banyak peneliti menyusun beragam faktor lingkungan yang mempengaruhi laju dekomposisi di daerah tropis, yaitu curah hujan > temperatur > pH > kandungan liat tanah.
Vegetasi akan memproduksi biomassa dan sisa biomassa ini adalah sumber bahan organik yang dapat digunakan untuk memperbaiki kualitas tanah. Setiap vegetasi akan menghasilkan kualitas biomassa yang berbeda. Kualitas bahan organik tanah berupa susunan senyawa penyusun bahan organik akan menentukan kecepatan bahan organik mengalami pelapukan. Beragam fraksi karbon, nitrogen, dan fosfat yang merupakan makanan dan sumber energi bagi aktivitas mikroorganisme akan dimanfaatkan oleh organisme tersebut sebelum dilepas ke sistem tanah dan udara. Fraksi karbon dari molekul organik sisa tanaman, binatang dan mikroorganisme seperti selulosa, hemiselulosa dan lignin, serta banyak molekul lain yang mengandung unsur hara esensial seperti nitrogen pada protein, peptida, asam amino, asam nukleat, chitin, mukopeptida, dan gula amino sebagai sumber makanan dan energi bagi mikroorganisme. Juga, fosfor yang tersusun pada asam nukleat, fosfolipid, fitin, dan sulfur yang terikat pada asam amino metionin, sistein, dan protein, tidak tersedia bagi tanaman adalah sumber makanan sebelum mengalami dekomposisi di dalam tanah.
Dekomposisi molekul organik seperti selulosa, hemiselulosa dan lignin hanya dapat terjadi jika di dalam tanah tersedia unsur hara lain yang dapat dimanfaatkan oleh mikroorganisme. Jika suplai unsur hara tidak tersedia untuk aktivitas mikroorganisme perombak, maka proses dekomposisi akan mengalami hambatan. Unsur hara yang tersedia akan diimmobilisasi oleh mikroorganisme, dan hanya unsur hara yang tidak terimmobilisasi yang dapat diambil oleh tanaman untuk pertumbuhannya.
3. Produksi Karbon Organik di Dalam Tanah dari Berbagai Tanaman
Tanaman Rata-Rata Respirasi
Tanaman Karet 2.2 mg CO2 kg-1menit-1
Tanaman Sawit 0.5-1.2 mg CO2 kg-1menit-1
Tanah Hutan 3.03 g CO2 m-2 hari-1
Lahan Alang-Alang 5 tahun 11.32 g CO2 m-2 hari-1
Lahan Alang-Alang > 10 tahun 9.85 g CO2 m-2 hari-1
Tanaman Mangium 10 tahun 5 – 8 g CO2 m-2 hari-1
Tanaman Mangium 5 tahun 9 – 12 g CO2 m-2 hari-1
Lahan Terbuka 10 – 14 g CO2 m-2 hari-1


4. Peranan Bahan Organik Tanah
Bahan organik merupakan bahan-bahan yang dapat diperbaharui, didaur ulang, dirombak oleh bakteri-bakteri tanah menjadi unsur yang dapat digunakan oleh tanaman tanpa mencemari tanah dan air. Bahan organik tanah merupakan penimbunan dari sisa-sisa tanaman dan binatang yang sebagian telah mengalami pelapukan dan pembentukan kembali. Sebagai akibatnya bahan tersebut berubah terus dan tidak mantap sehingga harus selalu diperbaharui melalui penambahan sisa-sisa tanaman atau binatang.
Pengaruh humus (BO) terhadap tanah:
1. Pengaruh Secara Fisik:
a. Warna tanah menjadi lebih kelam. Menjadi warna coklat-hitam, sehingga menaikkan suhu.
b. Meningkatkan agregasi (granulasi tanah), aerasi lebih baik, draenasi lebih baik, serta lebih tahan terhadap erosi
c. Mengurangi plastisitas pada tanah lempung (liat-clay), tanah lebih mudah diolah
d. Menaikkan kemampuan mengikat/menyimpan air
2. Pengaruh Secara Kimia:
a. Menaikkan KTK. (humus mempunyai KTK>200 me/100 gr).
b. Merupakan salah satu sumber unsur hara (penting dalam daur/siklus unsur hara)
c. Merupakan cadangan unsur hara utama N, P, S dala bentuk organik dan unsur hara mikro (Fe, Cu, Mn, Zn, B, Mo, Ca) dalam bentuk khelat (chelate) dan akan dilepaskan secara perlahan-lahan.
d. Temperatur dan kelembaban yagn tinggi akan memacu alihrupa mineral, dan pengaruh tersebbut akan diperbesar oleh kehadiran substansi organik.
3. Pengaruh Secara Biologi:
Meningkatkan aktivitas, jumlah dan populasi mikro dan makro organisme tanah (bakteri, fungi, actinomycetes, cacing, serangga dll).
4. Pengaruh Bagi Genesa Tanah
a. Kandungan BO tanah merupakan kriteria paling penting untuk mencirikan dan memaparkan batas-batas suatu epipedon. Kandungan BO menentukan sebagai horison organik atau bukan.
b. Beberapa epipedon yang menggunakan BO sebagai ciri pembeda utama adalah: epipedon histik, molik, umbrik dan okrik. Peran BO sangat vital dalam genesa horison spodik.
5. Teori Pembentukan Humus
Humus merupakan campuran senyawa yang kompleks (tersusun oleh asam humat, asam fulfat, ligno protein dll), mempunyai sifat agak/cukup resisten (tahan) terhadap perombakan jasad renik (mikroorganisme), bersifat amorf (tak mempunyai bentuk tertentu), berwarna coklat-hitam, bersifat koloid (<1 µm, bermuatan) dan berasal dari proses humifikasi bahan organik oleh mikroba tanah.
Kompos terutama tersusun atas material organik dan sedikit material anorganik. Hasil dari pemecahan material organik oleh mikrobiologi dalam kompos akan membentuk humus. Fraksi humus ini terdiri dari dua komponen kimiawi yaitu:
a. Bahan Humus
Material humus disusun oleh 60-80% kompos material organik yang mempunyai ciri warna coklat gelap dengan berat molekul beragam dari 200-300.000 g/mol. Material ini adalah produk sintesis sekunder dari senyawaan organik sederhana yang terbentuk karena pemecahan material organik oleh mikrobiologi. Humus subtans ini dapat dipisahkan atas asam fulvat, asam humat dan humin.
Humus Substans Berat Molekul Keterangan
Asam Fulvat 1000-5000 g/mol Asam fulvat berwarna terang, larut dalam seluruh daerah pH, dan sangat rentan terhadap serangan mikroba
Asan Humat 10.000-100.000 g/mol Asam humat dibentuk oleh polimerisasi asam fulvat melalui rantai ester, larut dalam basa tapi tidak larut dalam asam
Humin > 100.000 g/mol Berwarna coklat gelap, tidak larut dalam asam dan basa, dan sangat resisten akan serangan mikroba

b. Non material Humat
Bahan non humat terlarut terutama disusun oleh polisakarida terlarut, peptida dan asam-asam amino, lemak-lemak, lilin-lilin dan asam-asam yang mempunyai berat molekul kecil. Senyawa-senyawa ini dengan mudah diserang oleh mikroorganisme dan terdegradasi dalam waktu yang singkat.
Teori pembentukan humus:
Asam amino(ex. Glisin) bereaksi dengan fenol (ex. Catechol). Fenol diambil dari degradasi lignin oleh mikroba, atau dari pigmen mikroba (ex. Fungi Epicoccum).

Tidak ada komentar:

Poskan Komentar