CLICK HERE FOR FREE BLOGGER TEMPLATES, LINK BUTTONS AND MORE! »

Senin, 23 Juli 2012

Bioteknologi Pertaanian: Nitrifikasi & Denitrifikasi


PENDAHULUAN
Latar Belakang
            Tanah yang terbentuk dari bahan-bahan berupa bahan mineral dan organik, air serta udara tersusun di dalam ruangan yang membentuk tubuh tanah. Akibat berlangsungnya proses pembentukan tanah itu, maka terjadilah perbedaan morfologi, kimia, fisis, dan biologi dari tanah yang berbeda-beda pula         (Hakim, dkk,1986).
Tanah, udara dan air adalah media yang sangat penting bagi kelangsungan hidust`kehidupan akan berjalan apabila terdapat tiga unsur kehidupan tersebut. Mempelajari tentang tanah merupakan langkah awal untuk mengetahui tentang keanekaragaman alam. Tanah yang sudah tercemari oleh air dan udara dapat di hijaukan kembali dengan reboisasi lahan (Dingus, 1999).
            Di dalam tanah hidup berbagai jasad renik (mikroorganisma) yang melakukan berbagai kegiatan yang menguntungkan bagi kehidupan makhluk-makhluk hidup lainnya atau dengan perkataan lain menjadikan tanah memungkinkan bagi kelanjutan siklus kehidupan makhluk-makhluk alami (Sutedjo, dkk,1991).
Tanah itu merupakan medium alam untuk pertumbuhan tanaman. Tanah menyediakan unsur-unsur hara sebagai makanan tanaman untuk pertumbuhannya. Selanjutnya unsur hara diserap oleh akar tanaman dan melalui daun dirobah menjadi persenyawaan organik seperti karbohidrat, protein, lemak dan lain-lain yang amat berguna bagi kehidupan manusia dan hewan (Hakim, dkk, 1986).

Tujuan Percobaan
            Adapun tujuan dari percobaan Nitrifikasi dan Denitrifikasi ini adalah untuk memonitor transformasi yang dilakukan mikroba terhadap senyawa nitrogen di dalan tanah.
Kegunaan Percobaan
-          Sebagai salah satu syarat untuk mengikuti praktikal test di Laboratorium Bioteknologi Pertanian, Fakultas Pertanian, Universitas Sumatera Utara, Medan.
-          Sebagai sumber informasi bagi pihak yang membutuhkan.













TINJAUAN PUSTAKA
Nitrifikasi
            Nitrifikasi adalah suatu proses oksidasi enzimatik yakni perubahan senyawa amonium menjadi senyawa nitrat yang dilakukan oleh bakteri-bakteri tertentu. Proses ini berlangsung dalam dua tahap dan masing-masing dilakukan oleh grup bakteri yang berbeda. Tahap pertama adalah proses oksidasi amonium menjadi nitrit yang dilaksanakan oleh bakteri Nitrosomonas sp dan tahap kedua adalah proses oksidasi enzimatik nitrit menjadi nitrat yang dilaksanakan oleh bakteri Notrobakter sp. Proses oksidasi enzimatik perubahan amonium menjadi nitrat dan selanjutnya menjadi nitrat digambarkan sebagai berikut :
2 NH4 + 3 O2     Oksidasi Enzimatik          2 NO2 + 2 H2O + 4H+ + Energi
                        Bakteri Nitrosomonas
2 NO2 +  O2     Oksidasi Enzimatik          2 NO3  + Energi
                        Bakteri Nitrobacter
(Damanik, dkk, 2010).
                Bakteri adalah yang paling berkelimpahan dari semua organisme. Mereka tersebut tersebar di tanah, air, dan sebagian bersimbiosis dengan organisme lainnya. Banyak patogen merupakan bakteri, biasanya berukuran 0,5-5 Nm.mereka umumnya memiliki dinding sel. Seperti sel tumbuhan dan jamur tetapi dengan komposisi sangat berbeda (Inansetyo dan Kurniastuty, 1995).
            Bakteri nitrifikasi sangat peka terhadap lingkungan, karenanya nitrifikasi merupakan hubungan lemah dalam peredaran nitrogen. Faktor-faktor tanah yang mempengaruhi proses nitrifikasi dapat disebutkan yaitu : (1) aerasi, (2) suhu, (3) kelembaban, (4) kapur aktif, (5) pupuk dan (6) nisbah karbon – nitrogen    (Hakim, dkk,1986).   
Bakteri nitrogen adalah bakteri yang mampu mengikat nitrogen bebas dari udara dan mengubahnya menjadi suatu senyawa yang dapat diserap oleh tumbuhan. Kelompok bakteri ini ada yang hidup bebas maupun simbiosis. Bakteri nitrogen yang hidup bebas yaitu Azotobacter chroococcum, Clostridium pasteurianum, dan Rhodospirillum rubrum. Bakteri nitrogen yang hidup bersimbiosis dengan tanaman polong-polongan yaitu Rhizobium leguminosarum, yang hidup dalam akar membentuk nodul atau bintil-bintil akar. Tumbuhan yang bersimbiosis dengan Rhizobium banyak digunakan sebagai pupuk hijau seperti Crotalaria, Tephrosia, dan Indigofera. Akar tanaman polong-polongan tersebut menyediakan karbohidrat dan senyawa lain bagi bakteri melalui kemampuannya mengikat nitrogen bagi akar. Jika bakteri dipisahkan dari inangnya (akar), maka tidak dapat mengikat nitrogen sama sekali atau hanya dapat mengikat nitrogen sedikit sekali. Bintil-bintil akar melepaskan senyawa nitrogen organik ke dalam tanah tempat tanaman polong hidup (Anonimous, 2010).
Denitrifikasi
            Apabila tanah dalm keadaan tergenang, maka oksigen didesak keluar dan proses dekomposisi berlangsung dalam keadaan anaerob. Beberapa mikroorganisme seperti Pseudomonas, Micrococcus, Bacillus, dan        Thiobacillus thiopharus dalam keadaan demikian dapat mereduksi nitrat dan nitrit, memanfaatkan oksigennya (Hakim, dkk, 1986).
            Denitrifikasi secara umum merupakan proses reduksi nitrat (NO3) secara bertahap menjadi nitrit (NO2), Nitrouse Dioxide (N2O), Nitrouse oxide (NO),  sampai menjadi N2 dalam kondisi anaerobik. Denitrifikasi dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu : kelembapan tinggi, pH netral (6,8-8,0), ketersediaan karbon, kadar oksigen terlarut dan temperatur yang tinggi. proses denitrifikasi tidak lepas dari peranan bakteri denitrifikasi (denitrifier). bakteri yang berperan dalam denitrifikasi umumnya merupakan bakteri anaerobik. Terdapat 3 kelompok bakteri denitrifikasi yaitu : bakteri pereduksi NO3 menjadi N2O, bakteri pereduksi NO2 menjadi N2, dan bakteri pereduksi NO3 menjadi NO2, NO, N2O (Anonimous, 2010).
            Dalam situasi normal maka nitrogen dapat diproses menjadi bentuk amonium atau bentuk nitrat yang langsung tersedia bagi tanaman. Tetapi dalam keadaan tertentu, yaitu kalau udara dalam tanah terbatas akibat drainase jelek (air menggenang), atau disebabkan oleh pemakaian berlebihan dari bahan organik mentah yang bersifat mudan busuk sehingga nitrat dan nitrit yang terbentuk akan menghasilkan gas nitrogen atau hasil oksidasi lain yang akhirnya dapat menguap ke udara. Peristiwa ini terjadi dalam tanah yang dilakukan terutama oleh organisme anaerobik yang aktif dalam keadaan tanpa oksigen, dan akan terjadi reduksi. Proses terjadinya reduksi dari nitrat ke nitrit, amonia atau nitrigen bebas disebut denitrifikasi (Hardjadi, 1979).
Golongan aerobik, yaitu bakteri azotobakter yang tersebar secara meluas, ditemukan dalam tanah dengan pH 6.0 lebih, reaksi tanah ini merupakan faktor pembatas pada perkembangan dan penyebaran bakteri tersebut, memang pada pH kurang dari 6.0 dapat juga hidup tetapi tidak aktif. Golongan anaerobik, yaitu golongan clostridium yang dapat lebih menyesuaikan diri pada keadaan asam dibandingkan dengan bakteri-bakteri lain dari golongan anearobik, kadang-kadang penyebarannya luas (di dan kemana-mana), sehingga sering ditemukan di setiap jenis tanah dalam keadaan yang menguntungkan karena dapat mengikat nitrogen (Sutedjo, dkk,1991).





















BAHAN DAN METODE PERCOBAAN
Tempat dan Waktu Percobaan
            Percobaan Nitrifikasi dan Denitrifikasi ini dilakukan di Laboratorium Bioteknologi Pertanian Departemen Ilmu Tanah, Fakultas Pertanian,                           Universitas Sumatera Utara, Medan pada tanggal 07 Mei 2012 pkl. 15.00 WIB.
Bahan dan Alat
Bahan
Adapun bahan yang digunakan dalam percobaan ini adalah :
-          Tanah Piner sebagai bahan percobaan.
-          Tanah Tridharma sebagai bahan percobaan.
-          Tanah Parkiran sebagai bahan percobaan.
-          Tanah ATP sebagai bahan percobaan.
-          TKKS sebagai media yang dicampurkan dengan tanah.
-          Kapas, untuk menyumbat mulut botol infus.
-          Cling wrap, untuk mengisolasi botol infus yang digunting.
-          Plastik, untuk menutup mulut botol aqua.
-          Karet gelang, untuk mengikat plastik.
-          Kertas saring, untuk menyaring larutan tanah.
-          Glukosa, sebagai bahan untuk mengetahui proses denitrifikasi.
-          Reagen Nesstler, sebagai bahan pendeteksi ada atau tidaknya proses nitrifikasi.
-          Asam borat sebagai bahan membuat reagen.
-          KNO3 sebagai bahan dalam proses nitrifikasi.
-          Larutan NH4 (SO4)2 sebagai larutan dalam perlakuan infus.
-          Aquadest, sebagai bahan pelarut tanah.
-          Paku, sebagai gantungan kawat.
-          Air, sebagai bahan pelembab kapas.
-          Label nama, untuk memberi tanda pada masing-masing botol.
Alat
Adapun bahan yang digunakan dalam percobaan ini adalah
-          Timbangan analitik, untuk menimbang tanah.
-          8 buah botol infus sebagai wadah setiap jenis tanah.
-          4 buah botol aqua 600 ml sebagai wadah tanah.
-          2 buah aqua cup sebagai wadah tanah.
-          Erlenmeyer, sebagai wadah penampung larutan tanah.
-          Pisau untuk memotong botol aqua dan botol infus.
-          Beaker glass, sebagai wadah untuk mencampurkan larutan.
-          Corong, untuk menyalurkan larutan tanah ke wadah.
-          Gelas ukur, untuk mengukur volume air.
-          Pipet skala untuk mengambil/memindahkan larutan.
-          Pipet volumetri untuk mengambil larutan tanah dan air.
-          Pipet tetes untuk meneteskan nessler.
-          Handsprayer sebagai wadah alkohol untuk sterilisasi alat dan bahan.
-          Botol balsem, untuk wadah Reagen.
-          Spatula, untuk mengaduk larutan.
-          Porselen, sebagai wadah dilakukannya proses pengenceran
-          Kawat, untuk menggantungkan botol infus.
-          Selang infus, untuk mengalirkan air yang terdapat di dalam infus.
-          Ember untuk tempat mencuci alat.
-          Botol aquades untuk tempat aquades.
Metode Percobaan
I. Prosedur percobaan pada botol infus
-          Dibuka bagian atas 8 botol infus.
-          Di sumbat bagian bawahnya dengan  cling wrap , letakkan kapas pada bagian bawah dan dilembabi dengan air.
-          Pada 4 botol infus ditambahkan dengan TKKS di atas kapas.
-          Ditimbang setiap jenis tanah sebanyak 100 gr, lalu dimasukkan ke dalam botol infus.
-          Ditimbang KNO3 sebanyak 10 gr, lalu masukkan beserta tanah yang sudah ditimbang ke dalam botol infus.
-          Ditutup bagian atas botol infus dengan cling wrap lalu di gantung dengan menggunakan kawat.
-          Diinkubasi selama 1 minggu.
-          Setelah 1 minggu dibuka cling wrap bagian atas lalu ditambahkan 50 mL air, bagian bawah botol infus dilubangi dengan menggukan selang infus.
-          Dialirkan air tersebut di alirkan dan ditampung di botol balsem.
-          Diambil 5 tetes larutan tanah tersebut dan diletakkan ke dalam porselen lalu ditambahkan 1 tetes Reagen Nesstler.
-          Diamati warnanya. Apabila warna larutan kuning pekat itu menunjukkan proses nitrifikasi berlangsung dalam jumlah tinggi.
-          Dilakukan pengenceran untuk membuktikan kejenuhan proses nitrifikasi tersebut.
II. Prosedur percobaan pada botol Aqua 500 mL
-          Dibuka bagian atas 4 botol Aqua.
-          Ditimbang setiap jenis tanah sebanyak 100 gr, lalu dimasukkan ke dalam botol Aqua
-          Ditutup bagian atas botol Aqua dengan menggunakan plastik dan diikat dengan karet, bolongi p;astik tersebut.
-          Diinkubasi selama 1 minggu.
-          Setelah 1 minggu plastik bagian, diambil 10 gr tanah lalu diletakkan ke dalam beaker glass.
-          Ditambahkan 25 mL aquadest, aduk dengan spatula.
-          Disaring larutan tanah tersebut dengan menggunakan corong yang di alsi dengan kertas saring.
-          Ditampung saringan larutan tersebut di dalam erlenmeyer.
-          Diambil 5 tetes larutan tanah tersebut dan diletakkan ke dalam porselen lalu ditambahkan 1 tetes Reagen Nesstler.
-          Diamati warnanya. Apabila warna larutan kuning pekat itu menunjukkan proses nitrifikasi berlangsung dalam jumlah tinggi.
-          Dilakukan pengenceran untuk membuktikan kejenuhan proses nitrifikasi tersebut.





HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil
Percobaan Pada Botol Aqua dengan Penambahan 0,01 % KNO3
Kontainer
I
II
III
IV
Tanah
ATP
Tridharma
Parkiran
Piner
Perubahan Warna
-
-
-
-

Percobaan Pada Infus + 500 ml NH4SO4
Kontainer
I
II
III
IV
V
VI
VII
VIII
Tanah
ATP
Piner
Tridharma
Parkiran
ATP+ TKKS
Piner+ TKKS
Tridarma+ TKKS
Parkiran +TKKS
Perubahan Warna
-
-
-
-
-
-
-
-

Percobaan Pada Botol Iinfus
Nitrat
Parkiran +TKKS
Tridharma + TKKS
Piner +TKKS
ATP +TKKS
Parkiran
Tridharma
Piner
ATP
0
-
+
-
+
+
+
-
-
1x
-
+
-
+
+
+
-
-
2x
-
+
-
+
+
-
-
-
3x
-
-
-
+
-
-
-
-
4x
-
-
-
+
-
-
-
-
5x
-
-
-
-
-
-
-
-

Percobaan Pada Botol Aqua 500 mL
Nitrat
Parkiran
Tridarma
ATP
Piner
0
+
-
-
-
1x
+
-
-
-
2x
-
-
-
-
3x
-
-
-
-
4x
-
-
-
-
5x
-
-
-
-



Pembahasan
            Dari hasil percobaan didapatlah proses nitrifikasi tertinggi pada percobaan botol aqua 500 ml terdapat pada parkiran. Hal ini dibuktikan dengan dilakukannya proses pengenceran sebanyak 1x. Ini bisa disebabkan karena jumlah botol bakteri yang menguras senyawa amoniak menjadi nitrat berada dalam jumlah yang sangat banyak dalam tanah. Hal ini sesuai dengan literatur Bennet dan O’neil (1989) yang menyatakan bahwa bakteri nitrifikasi adalah bakteri tertentu yang mampu menyusun senyawa nitrat sehingga berlangsung proses nitrifikasi.
            Dari hasil percobaan didapat proses nitrifikasi terendah adalah pada percobaan botol aqua 500 ml. Terdapat pada tanah tridarma, pineer, dan ATP. Hal ini dibuktikan dengan tidak adanya pengenceran, tetapi larutan  tanah yang sudah ditetesi reagen menjadi warna putih. Hal ini disebabkan karena proses nitrifikasi berlangsung sedikit sehingga nitrat yang dihasilkan pun sedikit. Hal ini sesuai dengan pernyataan Isnansetyo dan Kurniastuty (1995) yang menyatakan bahwa bakteri nitrogen yang hidup bebas yaitu Azobacter chrococcum, Clostridium pasteriannum. 
Proses nitirfikasi berlangsung tinggi pada percobaan tanah ATP+TKKS. Hal ini dibuktikan dengan dilakukannya pengenceran sebanyak 5x, tetapi warna larutan tanah yang ditetesi Reagen masih tetap berwarna kuning pekat. Salah satu faktor yang menentukan tinggi rendahnya proses nitrifikasi adalah kelembaban, suhu dan pupuk. Apabila kelembaban tinggi maka bakteri nitrogen akan berkembang dalam jumlah yang banyak, hal ini dapat mengakibatkan nitrifikasi berlangsung tinggi. Hal ini sesuai dengan literatur  Hakim, dkk, (1986) yang menyatakan bahwa Faktor-faktor tanah yang mempengaruhi proses nitrifikasi dapat disebutkan yaitu : (1) aerasi, (2) suhu, (3) kelembaban, (4) kapur aktif, (5) pupuk dan (6) nisbah karbon – nitrogen.
            Prinsip kerja nitrifikasi adalah ditimbang tanah dari 4 daerah berbeda dengan berat masing-masing 100 gram  dan dimasukkan kedalam botol infus dan botol aqua 500 ml dan dilembabi tanahnya dengan larutan (NH4)(SO4)2 pada perlakuan botol infus dan diinkubasi selama 1 minggu.
            Dalam nitrifikasi, cara penambahan bakterinya adalah dengan cara menempatkan tanaman pada iklim yang sesuai, karena bakteri mengambil makanan dari tanaman inangnya.
            Dalam percobaan ini reagen yang digunakan adalah reagen nestler. Reagen nestler berfungsi sebagai indikator nitrat yang ditandai dengan perubahan warna pada larutan tanah yang mengandung nitrat.
           









KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan
1.      Proses nitrifikasi tertinggi pada percobaan botol infus terdapat pada sampel tanah  ATP + TKKS.
2.      Proses nitrifikasi terendah pada percobaan botol infus terdapat pada sampel tanah ATP, Piner, Piner + TKKS dan Parkiran + TKKS.
3.      Proses nitrifikasi tertinggi pada percobaan botol Aqua 500 mL terdapat pada sampel tanah Parkiran.
4.      Proses nitrifikasi terendah pada percobaan botol Aqua 500 mL terdapat pada sampel tanah Piner, ATP dan Tridharma.
5.      Azotobacter chrococcum, Clostridium pasteuriannum merupakan salah satu jenis bakteri nitrifikasi.
Saran
            Diharapkan agar praktikan dapat melakukannya dengan hati-hati agar tidak terjadinya pecahnya alat-alat laboratorium dan teliti dalam meneteskan reagen kedalam porselen..






DAFTAR PUSTAKA
Anonimuos. 2010. http://www.eshaflora.com. Diakses pada tanggal 08 Maret 2010.

Bennet, A.B. and O’neill, S.D. 1989. Horticulture Biotechnology. Willey US.  New York.

Damanik, M. M.B., Bachtiar, E. H., Fauzi, Sarifuddin, dan Hamidah, H. 2010. Kesuburan Tanah dan Pemupukan. USU Press. Medan.

Dingus., D. D. 1999. Soil Science Laboratory Manual. California Polytechnic Institute, San Luis Obispo. California.

Hakim, N., M. Yusuf, N., A. M. Lubis, Sutopo, G. H., M. Amin, D., Go, B. H.,  dan H. H. Bailey. 1986. Dasar-dasar Ilmu Tanah.                                  Penerbit Universitas Lampung. Lampung.

Hardjadi, S.S. 1979. Pengantar Agronomi. PT. Gramedia. Jakarta.

Isnansetyo, K. dan Kurniastuty. 1995. Teknik Kultur Phytoplankton dan Zooplankton. Kanisius. Jakarta

Sutedjo, M. M., A. G. Kartasapoetra,  dan  S. Sastroamidjojo. 1991. Mikrobiologi Tanah. Rineka Cipta. Jakarta.

Yuwono, T. 1999. Bioteknologi Pertanian. Gadjah Mada University Press. Yogyakarta.














FLOW CHART
Proses nitrifikasi pada percobaan botol infus :
Dilarutkan sampai warna larutan menjadi bening
 
 























Proses nitrifikasi pada percobaan botol infus :
 






















Tidak ada komentar:

Posting Komentar