jamur

FAKTOR –FAKTOR YANG MEMPENGARUHI ORGANISME TANAH

I. FAKTOR ABIOTIKa. Sifat Fisik Tanah (Ruang pori dan air tanah,

temperatur, tekanan udara, dan radiasielektromagnetik)elektromagnetik)

b. Sifat Kimia Tanah (komposisi udara tanah, potential REDOX, pH, sumber Karbon danpotential REDOX, pH, sumber Karbon danhara, komposisi ionik, faktor tumbuh

I. FAKTOR BIOTIKa. Sumber Karbon dan unsur harab. Interaksi antar biota tanah

KULIAH BIOLOGI TANAH


1. Faktor Fisika Tanah

–Pori dan air tanah–Pori dan air tanah–Temperatur

–Tekanan udara–Radiasi elektromagneticRadiasi elektromagnetic

–Luas permukaan


1. PENGARUH PORI TANAH TERHADAP KEHIDUPAN BIOTA TANAHKEHIDUPAN BIOTA TANAH


Ruang pori dan aktivitas organisme tanahO i h d l b b h l di k k b d• Organisme tanah dalam beberapa hal sangat ditentukan keberadaandan aktivitasnya oleh ruang pori, dengan kata lain ukuran pori dapatmengatur aktivitas mikroorganisme dengan cara membatasi ruanggerak diantara ruang‐ruang pori yang memiliki ukuran berbeda. Dalam hal ini tidak hanya ukuran pori yang menentukan, tetapi jugakontinuitas pori sangat pentingkontinuitas pori sangat penting.

• “Dengan kata lain dapat dianalogikan, bukanlah ukuran ruangan yang membatasi gerakan tetapi ukuran pintu dan panjangnya koridor yang dilalui menuju ruangan ikut menentukan”

• Ukuran organisme yang dibatasi oleh ukuran pori berkisar dari <1 mm untuk bakteri sampai 10 mm untuk nematoda dan rayap Ukuran poriuntuk bakteri sampai 10 mm untuk nematoda dan rayap. Ukuran poriini cukup efektif untuk menjamin pergerakan dan aktivitas organismedalam tanah. Dikarenakan ukuran pori juga mempengaruhi distribusii d l h k k di i k f k l iair dalam tanah, maka ketersediaan air merupakan faktor lain yang ikut menentukan keberadaan organisme dalam tanah.


Particle size & pore spaceParticle size & pore space

LargeLargeParticle

2 x 2 x 2 = 8

Poreradius = 4r

16 rKULIAH BIOLOGI TANAH


MediumParticle

4 x 4 x 4 = 64Pore

4 x 4 x 4 64

radius = 2r



S llSmallParticle

Pore 8 x 8 x 8 = 512

radius = r


Ukuran Pori Exclusion atau Teori Ruang pori yang dapat dihuni(H bit bl P Si Th )(Habitable Pore Size Theory)

• Organisme tanah dibatasiruang geraknya pada poriruang geraknya pada poriyang lebih besar daridiameter tubuhnya


• Beberapa organisme tanah membutuhkan air bebas untukBeberapa organisme tanah membutuhkan air bebas untuktetap aktif (misalnya, bakteri, protozoa dan nematoda), sedangkan organisme lain dapat tetap aktif tanpa air bebasdi sekitar mereka (misalnya jamur dan arthropoda mikro)di sekitar mereka (misalnya, jamur dan arthropoda mikro).

• Oleh karena itu, distribusi ukuran pori dan jumlah sertadistribusi air dalam pori tanah dapat mengontrol kegiatand b b k l k hdari berbagai kelompok organisme tanah.

• Oleh karena itu, interaksi antara waktu dan jumlah curahhujan dengan distribusi ukuran pori dan lajuhujan dengan distribusi ukuran pori dan lajuevapotranspirasi juga dapat mempengaruhi aktivitas relatifpenghuni tanah. (pori berisi udara vs berisi air). Sebagaicontoh di tanah yang bercurah hujan tinggi pori makrocontoh, di tanah yang bercurah hujan tinggi, pori makrosangat penting bagi penghuni tanah pori‐pori karena padakondisi kapasistas lapang hanya sedikit terdapat ruang yang tidak diisi airtidak diisi air.


• Distribusi ukuran pori juga mengontrol hubungan. predator‐mangsa. Untuk organisme itu yang mendiami film air maka ukuran pori tanah apakahberisi air tau tidak mengontrol aktivitas mereka,

d kk l h b h dkkseperti yang ditunjukkan oleh Darbyshire dkk. (1976) pada protozoa bersilia. Mereka menemukanbahwa butuh waktu lebih lama untuk populasibahwa butuh waktu lebih lama untuk populasiCiliata berkembang dengan potensial air lebihrendah dan dihipotesis kan pada kondisi dibawahrendah dan dihipotesis kan pada kondisi dibawahpotensial air populasi bakteri tidak dapat diaksesoleh predator Ciliata.p


Ukuran Organisme Tanah


2 KETERSEDIAAN AIR TANAH2. KETERSEDIAAN AIR TANAH


MACAM AIR TANAH• Air Higroskopis:

– Berupa selaput tipis mengll perm aggregat tanah (± 15‐20 mol. Air)– Sebagian besar uap air

• Air adesi (adsorpsi): – Lapisan tipis air di sekll partikel (butir) tanah– Diikat sgt kuat oleh tenaga elektris partikel tanah dan mol. Air– Mgkn dlm btk kristal, sedikit‐tidak bergerak

Tk i d h dk di b i– Tkt energi rendah, tdk tersedia bagi tanaman– Dpt hilang dg pemanasan 105oC (oven)

• Air Kohesi (kapiler)– Lapisan air terluar mengelilingi aggregate tanahLapisan air terluar mengelilingi aggregate tanah– Diikat tdk sekuat air adesi– Btk cair, mdh diambil tanaman– Tkt energi > tkt e. adesi– Bergerak sgt lambatg g

• Air Grafitasi– Tdk dipengaruhi oleh daya hisap matrik tanah– Mudah bergerak dibawah pengaruh grafitasi

M i i i k– Mengisi pori makro


KETERSEDIAAN AIRKETERSEDIAAN AIR

• Bentuk‐bentuk air tanah:1. Air higroskopis = Brt tanah pd koeff

higroskopis ‐ berat tanah keringoven

2 Ai k il K it L2. Air kapiler = Kapasitas Lapang –Koeff higroskopis

3. Air tidak tersedia = Berat titik layupermanen Berat kering ovenpermanen – Berat kering oven

4. Air tersedia = Kapasitas lapang –Titik layu permanen

Air gravitasi = Jumlah air yang ada diAir gravitasi = Jumlah air yang ada diatas kapasitas lapang – KapasitasLapang


KETERSEDIAAN AIR ljt..KETERSEDIAAN AIR ljt..

• Kapasitas lapang adalah : Kandungan air tanahp p g gsetelah air gravitasi tidak ada lagi (pergerakan air akibat gravitasi terhenti)

ff h k k d h d• Koeffisien higroskopis : kandungan air tanah dimanatanaman menjadi layu permanen

• Pengukuran air tanah biasanya diekspresikan• Pengukuran air tanah biasanya diekspresikandalambentuk tekanan atmosfer :

• Kapasitas lapang : 1/3 ATMp p g /• Titik layu permanen : 15 ATM• Koeff higroskopis : 30 ATM


g p

HUBUNGAN AIR TANAH ‐ TANAMAN• Secara Fisik:

– Air Bebas:• Mengisi pori makro (> 8.6 u)• Tegangan perm < 1/3 atm

• Secara Biologis– Air Berlebihan:

• Umumnya air bebas• Tdk dapat digunakan

t• Mudah bergerak pengaruhgravitasi

• Cpt hilang & mencuci hara– Air Kapiler:

• Mengisi pori mikro & dinding

tanaman• Berpengaruh jelek:

– Aerase kurang– Leaching zat hara– Bacteri amonifikasi &

pori makro• Tegangan perm 1/3 – 31 atm• Sebagai larutan tanah• Bergerak lambat dan

tersedia sebagian

nitrifikasi– Air Tersedia

• Sebagian besar air kapiler• Antara FC – WP• A.T.cepat (ekat FC), lambatg

– Air Higroskopis:• Mengisi pori sgt kecil,

menyelimuti aggr. Tanah• Tegangan perm 31‐10.000

atm

A.T.cepat (ekat FC), lambat (dekat WP)

• 50‐85% terpakai harus ditambah untuk Pertumbuhan optimum

– Air Tak Tersedia• Sebagian besar non‐cairan• Bergerak dalam bentuk uap

& tidak tersedia

• Tegangan permukaan > WP• Sebagian air kapiler + semua

air higroskopik• Bermanfaat sedikit u/ bacteri

dan jamurj


FAKTOR YG MEMPENGARUHI AIR TERSEDIA

• SUPLAI AIR BAGI TANAMAN:terjadi bilaTERSEDIA

• Tanah: – Daya hisap

• (matrik tanah &

– Pergerakan kapiler air tanah ke akar, karena adanya perbedaan energi antara air tanah dan

• osmotik: – garam alami & – pupuk)

– Kedalaman tanah

gtanaman. Energi air dlm tanaman berkurang karena adanya transpirasi oleh daun tanaman

– Pelapisan tanah• Tumbuhan:

– Bentuk perakaran– Daya tahan kekeringan

– Pertumbuhan akar ke tanah lembab, osi akar tanaman pada daerah kering lbh dalam. Pola Daya tahan kekeringan

– Tkt stadia pertumbuhan• Iklim:

– Temp.Humidity

gpenyerapan akar yaitu mulai dari lap. atas

– Humidity– Kec. angin

• Faktor yg mempeng. FC & WP:– Tekstur, struktur, BO


Fig. 8.4. Capillary rise and capillary retentionFig. 8.4. Capillary rise and capillary retention

Credit: Brady & Weil, 1996; Kohnke, 1968KULIAH BIOLOGI TANAH

KETERSEDIAAN AIR ljt..KETERSEDIAAN AIR ljt..

• 1 ATM = 1 013 Bars1 ATM = 1,013 Bars

• = 1,083 kg/cm2

lb/i h2• = 14,7 lb/inch2


Air diikat pada pori mikro

Hanya ada air Yang mekat pada permukaan partikel

Dalam keadaan jenuhAir mengalir mengikuti pori mikro permukaan partikelAir mengalir mengikuti gravitasi


Microbial tolerance to matric‐controlled water stress. (From Harris 1981)

MPa Bars Water-filled

Film thickness

Microbial activity limitedfilled

pores (um)

thickness (um)

limited

-0 001 -0 01 300 00 >15 0 mobility of protozoa-0.001 -0.01 300.00 >15.0 mobility of protozoa, zoospores

-0.01 -0.10 30.00 15.0 mobility of bacteria -0.1 -1.00 3.00 1.5 nitrification, sulfur0.1 1.00 3.00 1.5 nitrification, sulfur

oxidation -1.0 -10.00 0.30 0.1 bacterial growth,

mobility of ynematodes

-10.0 -100.00 0.03 <0.0015 most fungal growth -40.0* -400.00 0.01 <0.0009 all fungal growth

* Note: film thickness of 3 water molecules KULIAH BIOLOGI TANAH

HISAPAN ATAU TEGANGAN AIR TANAH:

‐ Disebabkan oleh pot.matrik (Ψm) dan pot.osmotik (Ψo)

yaitu tenaga yang bertanggung jawab terhadap‐ yaitu tenaga yang bertanggung jawab terhadapretensi/pengikatan air oleh tanah (= tenaga yang harusdikeluarkan untuk mengekstrak/memperoleh air tanah)

‐ berbanding terbalik dg energi dan kadar air tanah. ֶ Pot. Matrik dan Osmotik dinyatakan dengan (‐)

Alat Penetapan Potensial Air Tanah1. Corong Buchner 2. Tensiometer3. Pressure Plate Apparatus 4. Thermocouple Psychrometer

Satuan Energi Air Tanah:1. Cm kolom air 2. pF (log dari tinggi kolom air)3. Bar/atm/Pascal 4. J/kg


RETENSI AIR TANAH

• PENAHANAN AIR DI DALAM TANAH DISEBABKAN OLEH GAYA SBB:– G.KOHESI: GAYA TARIK MENARIK ANTARA

MOL.AIR– G. ADESI: GAYA TARIK MENARIK ATR MOL. AIR

DAN PART TANAH DAN PART. TANAH – G. OSMOTIK: PENGIKATAN AIR OLEH GARAM

TERLARUTTERLARUT– G. GRAVITASI: GAYA YG CENDRUNG MENARIK

AIR KE BAWAH (AKIBAT GAYA TARIK BUMI)( )


PENAMPILAN FISIK AIR YANG DIRETENSIS G S

Air higroskopisAir higroskopis

Pori Mikro (air kapiler

Butir TanahPori Makro

Ai Ad iAir Adesi

ButirTanah

Muka air TanahMuka air Tanah

Tanah Jenuh Air


KADAR AIR TANAH

Bila padatan tanah dipadatkan, maka

Pori Tanah

Air + Udara

P d t

Tanah

UdaraUdaraUdaraPadatan Tanah

Mineral + BO

AirAirAir

Tanah Jenuh: semua pori diisi airTanah Kering oven semua pori diisi udara

PadatanPadatanPadatan

Tanah Kering oven: semua pori diisi udara


CARA PENETAPAN KADAR AIR TANAH1. Gravimetrik (conventional)

2. Hambatan listrik: eg.Gypsum Block

3 N t S tt i N t P b3. Neutron Scattering: Neutron Probe

Soil Surface


PERHITUNGAN KADAR AIR TANAH

• SATUAN: • Contoh: 4 cm

– KA % Berat = BB‐BK x 100 (gg‐1) BK

Berat tanah dari lapa‐ngan = 100 g, setelah diovenkan 48 jam pada

4 cm

(gg )

– KA % vol. = BB – BK x 100(gcm‐3) Volume

105oC = 80 g

Volume tanah = 4 x 4 x 4 = 64 cm3BV BK 80/64 1 25 3

4 cm

(g )atau

KA % Vol.= % Berat x BV

BV = BK = 80/64 = 1.25 gcm‐3

Vol.KA % berat = 100‐80 x 100 = 25%

80Note: BB = Berat tanah basahBK = Berat tanah kering tetap (BK oven)KA = Kadar Air

80KA % Vol. = 100‐80 x 100 = 31.25%

64atau= 25% x 1.25 = 31.25%


Alat pengukur pFAlat pengukur pF


» HC WP FC Sat.

Air BebasAir Higroskopis Air Kapiler

En. (pF):

Pori (u)

7.0 4.2 2.54 2.0 1.04.5

≤2 u 8.6 u ≥30u≤2 u

Air Tersedia Air Air Air TersediaPerk.Pelan

Perkolasi cepat

Air tdk berguna Air berguna bagi tan.KULIAH BIOLOGI TANAH

Kurva Hubungan Energi – KA Tanah

• Kesimpulan:– KA tanah

tekstur halus > kasar pada> kasar pada setiap energi

– KA total Cl > L

Liat

Clay > Loam > Sand

– KA tersedia

pF

4.2

Lempung

Pasir

(pF 2.54 – pF 4.2) Loam > Clay > Sand

2.54

Kadar Air Tanah (% berat/vol.)KULIAH BIOLOGI TANAH

KENYATAANKENYATAAN

• Tanah diperlakukan sama tapi punya kandungan air berbeda• Tanah diperlakukan sama tapi punya kandungan air berbeda

• Dua tanah yang punya kandungan air sama tetapi respon tanaman berbeda

• Bila dua tanah beda tekstur punya kandungan air yang sama• Bila dua tanah beda tekstur punya kandungan air yang sama didekatkan satu sama lain, air akan bergerak dari satu tanah ke tanah yang lain, umumnya dari tekstur kasar ke halus

Why ???


3. Temperatur Tanah3. Temperatur Tanah• Mempengaruhi kecepatan reaksi fisiologis• Mempengaruhi kecepatan reaksi kimia

l d– Potensial Redox– Diffusi– Gerak Brown– Viskositas– Tegangan permukaan– Stuktur air

• Temperatur optimal setiap organisme tanah tidak samaP h hilik (l i d d l i d i i)– Psychrophilik (latitude dan altitude tinggi)

– Mesophilik (pada tanah umumnya)– Thermophilik (air panas, kompos)– Thermophilik ekstrimp

• Pemanasan– Merusak enzim,

• Pendinginan– Mengurangi fluiditas membran sel– Pembekuan inti sel


Mengapa perlu temperatur optimum?g p p p p


Pilihan temperaturPilihan temperatur


Temperatur tanah bervariasi dari waktu‐kewaktu dan tempat

T d k h ik i• Temperatur pada permukaan tanah mengikuti temperaturharian

• Tanah yang tinggi kadar airnya lebih dinginTanah yang tinggi kadar airnya lebih dingin

• Temperatur menurun dengan kedalaman pada musim semi dan musim panas, dan naik dengan kedalaman waktu musimgugur

• Pada permukaan tanah bisa mencapai 50oC


• Field capacity = kapasitas lapang KULIAH BIOLOGI TANAH

• Aktivitas biologis dipengaruhi oleh berbagaifaktor dalam tanah Residu dan bahan organikfaktor dalam tanah. Residu dan bahan organiktanah baik dari segi kualitas dan kuantitas, terutama sekali kandungan N tanahterutama sekali kandungan N tanahmerupakan faktor pembatas utama bagiaktivitas orhagnisme dalam tanah Faktoraktivitas orhagnisme dalam tanah. Faktortanah lainnya adalah kecukupan oksigen (O2), pH mendekati netral temperatur antara 85pH mendekati netral, temperatur antara 85‐95°F dan kelembaban tanah 50‐60%


• Arrhenius mengembangkan persamaan yang menggambarkan kecepatan reaksi ditentukan olehgg ptemperatur

• k=A*e(-Ea/R*T)k A e( a )

– k = kecepatan reaksi s-1

– A = kontanta s-1

– Ea= Energi aktivasi (J mol-1)– R = Konstanta gas (8.314 J mol-1 K-1)

T = temperatur (Kelvin)– T = temperatur (Kelvin)


ContohContoh

Pelepasan C2H4 merupakanreaksi tergantung temperatur( d d ) d(temperature dependence) didalam tanah

The insert shows an Arrhenius plot with linear regression of data below the

optimum temperature.

Applied and Environmental Microbiology, 2000, 66:3878‐3882


Arti Nilai Q10• Nilai Q10 , menggambarkan kecepatan relatif

reaksi setiap kenaikan 10 C

• Q10 = (k(T+10) – k(T) )

• Q10 <1 (inhibisi reaksi oleh temperatur)Q 1 (tdk d h t t )• Q10 =1 (tdk ada pengaruh temperatur)

• Q10 >1 (temperatur meningkatkan reaksi)


FAKTOR YANG MENENTUKAN TEMPERATUR MINIMUM UNTUK AKTIVITAS MIKROBAAKTIVITAS MIKROBA

A) “freezing” membran cytoplasmic– Lemak tidak jenuh meningkatkan fluiditas dan menurunkan

temperatur minimumtemperatur minimum – thermophiles (10%) mesophiles (37%) psychrophile (52%)

B) Kemampuan enzim mengkatalisir reaksi pada temperaturB) Kemampuan enzim mengkatalisir reaksi pada temperaturrendah– Menghasilkan lebih banyak enzim untuk kompensasi

aktivitas enzim yang rendahSt kt t i l bih fl k ib l di b bk– Struktur protein lebih fleksibel disebabkan

• ikatan non-covalent antara polypeptide dan anataraasam amino melemah

• Ikatan hidrophobic pada bahagian dalam melemah danIkatan hidrophobic pada bahagian dalam melemah danmenguat ikatan hydrophilic pada bahagian luar

– Akumulasi cairan pada cytoplasma untuk mencegahpengeringan dan pembentukan kristal

C) Menghasilkan musilase ekstraselularKULIAH BIOLOGI TANAH

FAKTOR YANG MENENTUKAN TEMPERATUR MINIMUM UNTUK AKTIVITAS MIKROBA ljtAKTIVITAS MIKROBA ljt……

D) Memfungsikan ribosome temperatur rendahD) Memfungsikan ribosome temperatur rendah

E) Meningkatkan konsentrasi cairan dalam selTid k hi f i l t t i– Tidak mempengaruhi fungsi sel tetapimeningkatkan air potensial dan menekan titikbekubeku

– Ex. trehalose, proline, K+

F) Meningkatkan konsentrasi senyawa nukleasiF) Meningkatkan konsentrasi senyawa nukleasi


1. Total KA Tanah dipengaruhi oleh: Tekstur tanah– Tekstur tanah

– Struktur tanah– Kadar BO tanah

2. KA Tanah pada FC dipengaruhi oleh:– Tekstur struktur BOTekstur, struktur, BO– Macam Kation Terjerap:

• Na > K > Mg > Ca– Jenis koloid:– Jenis koloid:

• Humus > liat• Humat > Humin > Fulfat

M t ill V i Illit Chl it K li it• Montmorill. > Vermi.> Illite > Chlorite > Kaolinite

3. FC tnh pasir < FC tnh Lempung < debu < liat < gambut


Jumlah Air Tersedia di Daerah Perakaran Beberapa Tekstur Tanah

• Tekstur KA % VolAir Tersedia Dalam AkarFCWP % Vol. mm cm

• Pasir 10 3 7 70 100

• Debu30 10 20 300 150

• Lempung 35 15 20 150 75

• Liat 45 30 15 75 50

• (Source: Ameryckz‐General Pedology)


PERGERAKAN AIR DALAM TANAH

Pergerakan jenuh: 1. vertical, 2. horizontalditentukan oleh:

Daya air yg bergerak (= f), akibat perbedaan potensial hidrolic (Ψh)y yg g ( ), p p ( )Hydraulic cond. (=k, kemampuan pori melewatkan air), dipeng oleh ukuran & distribusi pori

V = kf V = vol. air yg bergerak

Pergerakan tidak jenuhDipeng oleh: tekstur, struktur, udara terjebakMelalui pori besar, bila KA tinggi dan melalui pori kecil bila KA rendah

Pergerakan uapDari tek uap yg tinggi ke rendahPada tegangan air tanah < 31 atm ‐ tnh jenuh uapPada tegangan air tanah < 31 atm ‐ tnh jenuh uapPada tegangan air tanah > 31 atm tekanan uap rendah, eg pd suhu tinggi

Pergerakan Air dalam Profil Tanah dipeng oleh:Jlh air yg ditambahkanKapasitas infiltrasiK horizon (permeabilitasnya)KA pada FC


PEMAKAIAN AIR CONSUMPTIVEPEMAKAIAN AIR CONSUMPTIVE

• DEFINISI: JUMLAH AIR YANG DIBUTUHKAN TANAMAN U/ EVAPOTRANSPIRASITANAMAN U/ EVAPOTRANSPIRASI

SELAMA PERTUMBUHAN

• DIPENGARUHI OLEH:DIPENGARUHI OLEH:– JENIS TANAMAN:

• MASA TUMBUH• PEMATANGAN

– ZONA IKLIM• RADIASI MATAHARI• SUHU UDARA Factors yg mempengaruhi iklimSUHU UDARA Factors yg mempengaruhi iklim

evapotranspiration• HUMIDITY• TEK. UDARA• KEC. ANGIN


AIR TANAHAIR TANAH

• Air yang mengisi pori makro = air grafitasi, karena dipengaruhi y g g p g , p ggaya grafitasi, bisa berguna bagi tanaman, tapi sudah hilang (ke bawah) sebelum tanaman menggunakannya, biasanya mengisi pori berukuran > 8 6 μmmengisi pori berukuran > 8.6 μm

• Air mengisi pori mikro (0.2 – 8.6 μm: biasanya tersedia bagi tanaman (= FC‐WP)

• Air mengisi pori < 0.2 μm, tidak bisa diambil tanaman, karena terlalu kuat dipegang tanah


BAHAN RUJUKANBAHAN RUJUKAN

• Hakim et al 1986 Dasar‐dasar Ilmu tanahHakim, et al, 1986. Dasar dasar Ilmu tanah

• Hanks and Aschroft, 1974. Applied of Soil PhysicsPhysics.

• Hillel. 1982. Introduction to Soil Physics

• McLaren dan Cameron. 1996. Soil Physics


G O O OG• PENGARUH FAKTOR KIMIA DAN BIOLOGI TANAH TERHADAP BIOTA TANAH



II Faktor Kimia TanahII. Faktor Kimia Tanah

–Komposisi udara tanah

i l O–Potential REDOX

–pH

–Nutrisi dan hara

– Sumber Karbon dan energiSumber Karbon dan energi

–Komposisi ionik

F k b h– Faktor tumbuhKULIAH BIOLOGI TANAH

1. KOMPOSISI UDARA TANAH


Komposisi udaraKomposisi udara

78 085% Nitrogen (N2)78.085% Nitrogen (N2)

20 947% Oxygen (O2)99.98%

20.947% Oxygen (O2)

0 934% Argon (Ar)0.934% Argon (Ar)

0 033% C b di id (CO2)0.033% Carbon dioxide (CO2)

13 G l i 0 002%13 Gas lainnya 0.002%KULIAH BIOLOGI TANAH

AerobAerob

• Butuh 21% oksigen (O2)Butuh 21% oksigen (O2)– Semua tumbuhan

Semua hewan– Semua hewan

– Semua jamur kecuali ragi

U ti t d b kt i– Umumnya protista dan bakteria


MicroaerophilesMicroaerophiles

• Butuh 2 to 10% oxygenButuh 2 to 10% oxygen– Umumnya protista dan bakteria


AnaerobesAnaerobes

• Tidak menggunakan oksigenTidak menggunakan oksigen

• Kebanyakan akan mati pada kadar oksigenyang rendahyang rendah– Kebanyakan Protista dan bakteri


Fakultatif AnaerobFakultatif Anaerob

• Berfungsi pada kadar oksigen 0 sp 21%Berfungsi pada kadar oksigen 0 sp 21%

• Beralih dari oksigen dan gas lainnya (Respirasi& fermentasi)fermentasi)

– Ragi dan bakteria


Penciptaan habitatPenciptaan habitat

• Tercipta berdasarkan kadar OksigenTercipta berdasarkan kadar Oksigen


Penciptaan habitatPenciptaan habitat

• Tercipta berdasarkan kadar OksigenTercipta berdasarkan kadar Oksigen

Illustration: SARE


Atmosfir TanahAtmosfir Tanah• Berbeda dengan atmosfir diataspermukaan tanahpermukaan tanah

• Gas tertentu tinggi kandungannya dalamtanah (diproduksi)tanah (diproduksi)– CO2

– C2H4C2H4

– N2O

• Gas lainnya rendah konsentrasinyaGas lainnya, rendah konsentrasinya(dibutuhkan)– O2O2

– CH4KULIAH BIOLOGI TANAH

2. Potensial REDOX2. Potensial REDOX• Aerasi tanah biasanya ditentukan melaluipotensial redox (reduksi – oksidasi)potensial redox (reduksi oksidasi)

• Keadaan tanah menerima atau menjadi donor elektron

• Jika e‐berkurang (e.g.; Fe2+ to Fe3+) potensialmenjadi positif (oksidasi)

• Jika e‐ bertambah (e.g.; Fe3+ to Fe2+) potensialmenjadi negatif (reduksi)

• + potential (kondisi oksidatif O ada)• + potential (kondisi oksidatif, O2 ada)• ‐ potential (kondisi reduktif, O2 kurang)


Energi dihasilkanDonor Acceptor Eh (mV)* Condition

*pH 7

CH2O

CO

O2

H O

Donor ccepto

700

( ) Co d t o

CO2 H2O

NO3‐CH2O

oxic

CO2 N2

400Fe(OH)3

CH2O

CO2 Fe2+

400

suboxic2 Fe

CH2O SO42‐ 100

CO2 H2Sanoxic


Organisme AerobikOrganisme Aerobik

Sumber makanan Akseptor Elektron

•Karbon Organik*

• Ion Ammonium (NH4+)

• Molekul Oxygen (O2)

( 4 )

•Ion Ferrous (Fe2+)

• Hydrogen Sulfida (H2S)Hydrogen Sulfida (H2S)


Organisme AnaerobikOrganisme Anaerobik

Sumber karbon Akseptor Elektron

• Nitrat (NO3-)

p

•Karbon Organik*

• Manganese (Mn4+)

• Ion Ferric (Fe3+)

• Ion Ammonium (NH4+)

•Ion Ferrous (Fe2+) ( )

• Sulfat (SO42-)

( )

• Hydrogen Sulfida (H2S)


Redox PotentialRedox Potential

Redox potential determines biochemical pathways by which microorganisms obtain energyenergy


3. pH Tanah3. pH Tanah

•Apa yang dimaksud dengan pH?

•pH dapat dilihat sebagai suatu singkatan(power) konsentrasi ion hidrogen dalam(power) konsentrasi ion hidrogen dalamlarutan

•pH = ‐ [log (H+)] dalam larutan


• Pada pH netral (pH =7) jumlah ion H+ = OH‐Pada pH netral (pH =7) jumlah ion H+ = OH

Perlu diingat:

d 6 d 0 l bih b k ipada pH 6 terdapat 10x lebih banyak ion H+ dibandingkan dengan pada pH 7

dan terdapat 100x ion H+ pada pH 5


pH tanahpH tanah

• pH dalam larutanpH dalam larutan– Asam jika pH < 7

Basa jika pH > 7– Basa jika pH > 7

– Netral jika pH = 7

– Dalam tanah pH netral tidak pada pH 7, tetapiberada pada range pH 6 5 and 7 2berada pada range pH 6.5 and 7.2


Rentang pH tanah

Tanah Mineral 3.5 10

Acidity Alkalinity

3 4 5 6 7 8 9 10 11Extreme pH Alkalif id A id i Mi lfor acid peat Arid region Mineralsphagnum Common soils

for humidregion mineral soilsregion mineral soils

Extreme range in pH for most mineral soils


• Organisme tanah menghendaki rentang (range) pH tertentu untuk hidupnya

S h– Serapan hara– Aktivitas enzim Ekstraseluler – Mengatur pH sitoplasma terhadap larutan tanah

• Fungi toleran terhadap kemasaman (pH 4 to 6.5) = Acidophile

• Bacteria menyukai pH netral (6 0 to 7 5)• Bacteria menyukai pH netral (6.0 to 7.5)• Organisme mempunyai kemampuan mengubah pH tanah– Bakteri pengoksidasi ammonium dapat memasamkantanah dalam proses oksidasi NH4

+ menjadi NO3‐


pH mempengaruhi kehidupan ik imikroorganisme

• Bakteria dan aktinomiset berkurang pada pH rendahg p p• Nitrifikasi terjadi pada pH 6.0 s.d 9.0, optimum pH 7• Denitrifikasi (kehilangan N) mulai terjadi pada pH 5.5, g j p ppada pH < 5.5 denitrifikasi berjalan dengan cepat

• Fiksasi Nitrogen oleh Rhyzobium (symbiosis legume‐b kt i ) ti d H f 6 0 d 6 5bakteria) optimum pada pH of 6.0 s.d 6.5

• Dekomposisi bahan organik: optimum pada pH 7.0


4 PENGARUH4. PENGARUH KADAR HARA TANAH DAN BAHAN

KIMIA LAINNYA


• Kadar hara dari suatu tanah ke tanah yang lain bervariasitergantung input yang diberikan dan jenis tanah sendirisebagai akibat dari proses pembentukan tanah

• Sumber karbon sebagai sumber energi bagimikroorganisme tanah merupakan penentu terhadappertumbuhan dan keragaman mikroorganisme yang dapatberkembang

• Kadar hara tanah lainnya seperti N dan P serta unsur haralainnya sebagai unsur yang diperlukan bagi pertumbuhanmikroorganisme tanah akan mempengaruhi pertumbuhandan perkembangan serta keragaman di tanah tersebut

• Ketersediaan dan bentuk hara yang tersedia seringkaliy g gdipengaruhi oleh pH tanah


pH vs. ion solubility


BAHAN KIMIA DAN UNSUR HARA YANG MEMPENGARUHI KETAHANAN MIKROBIA

1. Bahan antimikrobaOksida kuat dan asam kuat basa kuatAmoniak: antimikroba pada pH tinggi (> 8.0)Sulfur dioksida dan sulfit: digunakan sebagai pengawet makananNitrat dan nitrit: digunakan sebagai pengawet makanan

ienzim:protease (merombak protein)nucleases (merombak DNA dan RNA)Amilase (mengurai karbohidrat)S l l ( i l l )Selulase (mengurai selulosa)Garam/padatan dengan kekuatan ionic Tinggi (atau rendah) kekuatan ion dapat menjadi anti-mikrobaBanyak mikroba bertahan kurang dalam air laut daripada di air tawarGaram tinggi (NaCl) dan gula yang digunakan untuk mengawetkan makananMemiliki efek pengeringan; sel menyusut dan matiLogam berat:Merkuri, timbal, perak, kadmium, dll antimikrobap

2. Nutrisiuntuk pertumbuhan dan proliferasiKarbon, nitrogen, sulfur dan nutrisi penting lainnyaKULIAH BIOLOGI TANAH

Major elements, their sources and functions in bacterial cells

Element% of dry weight

Source Function

Carbon 50 organic compounds or CO2 Main constituent of cellular material

Oxygen 20H2O, organic compounds, CO2, and O2

Constituent of cell material and cell water; O2 is electron acceptor in aerobic respiration

Nitrogen 14NH3, NO3, organic compounds, N2

Constituent of amino acids, nucleic acids nucleotides, and coenzymes

Hydrogen 8 H2O, organic compounds, H2 Main constituent of organic compounds and cell water

Phosphorus 3 inorganic phosphates (PO4)Constituent of nucleic acids, nucleotides, phospholipids, LPS, teichoic acids

Sulfur 1SO4, H2S, S

o, organic sulfur compounds

Constituent of cysteine, methionine, glutathione, several coenzymescompounds coenzymes

Potassium 1 Potassium saltsMain cellular inorganic cation and cofactor for certain enzymes

Magnesium 0.5 Magnesium saltsInorganic cellular cation, cofactor for certain enzymatic reactions

Calcium 0.5 Calcium saltsInorganic cellular cation, cofactor for certain enzymes and a component of endospores

Iron 0.2 Iron saltsComponent of cytochromes and certain nonheme iron‐

i d f f i i


Iron 0.2 Iron saltsproteins and a cofactor for some enzymatic reactions

2. Nutrisi untuk pertumbuhan dan proliferasi (karbon nitrogen sulfurproliferasi (karbon, nitrogen, sulfur

dan nutrisi penting lainnya)


UNSUR MAKROUNSUR MAKRO

• Carbon and NitrogenCarbon and Nitrogen

• Phosphorus, Sulfur, Potassium, Magnesium, Calcium SodiumCalcium, Sodium

• Iron


Trace ElementsTrace Elements


5. FAKTOR TUMBUH5. FAKTOR TUMBUH

Diperlukan dalam jumlah kecil oleh sel‐sel karena mereka memiliki peran tertentu dalam biosintesis. Faktor pertumbuhan dapat dibagi dalam tiga kategori:

purin dan pirimidin: diperlukan untuk sintesis asam nukleatpurin dan pirimidin: diperlukan untuk sintesis asam nukleat (DNA dan RNA)

asam amino: diperlukan untuk sintesis proteinit i di l k b i k i d k l kvitamin: diperlukan sebagai koenzim dan kelompok fungsional enzim tertentu



II Faktor BiotikII. Faktor Biotik

a. Sumber karbon dan genetikmikroorganisme

b. Interaksi antara mikroorganismeb. Interaksi antara mikroorganisme(kompetisi, mutualisme, antagonisme komensalismeantagonisme, komensalisme, amensalisme, predasi, parasit…)


1 Faktor Genetik dalam Interaksi1. Faktor Genetik dalam Interaksi


Dasar Genetika dalam InteraksiDasar Genetika dalam Interaksi

• Kehadiran gen bunuh diri pada bakterie ad a ge bu u d pada ba teDua jenis gen: HoK (Host Killing Gene = Gen Pembunuh Induk) dan SoK (Suppression of Killing

k b h )gene = Gen Penekan Pembunuhan)• Ketika Hok diekspresikan, maka akan

h ilk t i himenghasilkan protein yang mempengaruhi membran sel bakteri dan membunuh mereka.Untuk mencegah ekspresi HoK, SoK akanUntuk mencegah ekspresi HoK, SoK akan memblokir ekspresi HoK dan menjaga bakteri hidup.


Dasar Genetika dalam Interaksi …Dasar Genetika dalam Interaksi …

• SoK lebih sensitif terhadap bahan kimia danSoK lebih sensitif terhadap bahan kimia dan Jika konsentrasi bahan kimia tinggi SoKkehilangan kemampuannya untuk memblokirkehilangan kemampuannya untuk memblokir HoK mengakibatkan kematian sel.

• Contoh: akumulasi asam lemak selama• Contoh: akumulasi asam lemak selama degradasi hidrokarbon dapat menghalangi metabolisme hidrokarbonmetabolisme hidrokarbon.


Population mikrobiad kdan interaksinya

• BakteriaBakteria

• Fungi

• Protozoa

• Algae

• Virus


Interaksi populasiInteraksi populasi

• Mikrobia berinteraksi antara sesamanyaMikrobia berinteraksi antara sesamanyasecara positif atau negatif

• Prinsip Allee (Allee’s Principle)• Prinsip Allee (Allee s Principle) menyebutkan bahwa interaksi positifdan negatif terjadi dalam populasidan negatif terjadi dalam populasitergantung kerapatan populasi


Interaksi populasi….Interaksi populasi….

• Interaksi positif meningkatkan populasi (highInteraksi positif meningkatkan populasi (high growth rate). Hal ini sangat umum padakerapatan populasinya rendah. Interaksipositif sering disebut juga dengan koperasi(cooperation)

• Interaksi negatif memberikan efek yang sebaliknya. Hal ini ditemukan pada populasi

dyang padat


Interaksi NegatifInteraksi Negatif

• Salah satu bentuk interaksi negatif dikenal kompetisig p• Organisme hidup pada tempat (niche) yang sama danberkompetisi terhadap sumber lingkungan( k dll) b(makanan, dll) yang terbatas

• Pada populasi yang padat terjadinya akumulasisubtansi yang toksik dapat mematikan groupsubtansi yang toksik dapat mematikan group mikrobia tertentu . Sebagai contoh kelebihan H2S dapat membatasi banyak kelompok mikrobia . Akumulasi etanol mempengaruhi pertumbuhan ragi


Interaksi Negatif …Interaksi Negatif …

• Mikroba menyebabkan penyakit bagi banyakMikroba menyebabkan penyakit bagi banyak tumbuhan.

• Beberapa penyakit yang dapat ditimbulkan• Beberapa penyakit yang dapat ditimbulkanadalah nekrosis, kanker, layu, busuk, chlorosis, hipoplasia dan bengkak akarhipoplasia, dan bengkak akar

• Penyakit ini mempengaruhi tanaman dan b bk k k k imenyebabkan kerusakan ekonomi.


Interaksi Negatif …Interaksi Negatif …

• Mikroba juga dapat berinteraksi negatif dengan oba juga dapat be te a s egat de gabinatang dengan menyebabkan banyak penyakit. Pada manusia dari penyakit seperti flu burung,

b k d b bkAIDS, SARS, rabies, penyakit pes yang disebabkan oleh mikroba.P kit b l k tik i• Penyakit baru muncul: ketika manusia mengganggu alam dengan mengembangkan lahan untuk budidaya yang menyebabkanlahan untuk budidaya yang menyebabkankelompok baru dari mikroba muncul yang mengakibatkan timbulnya penyakit baru.


Examples ofExamples of cooperation

OM = organicmaterial

KULIAH BIOLOGI TANAHFigure 28.7

Dalam lingkungan yang lebih kecil (Niche) antari di id d l l i d t k it liindividu dalam populasi dan antar komunitas salingberinteraksi sesamanya. Bentuk interaksi tersebut dapatdigambarkan sebagai berikutg g

Interaksi Populasi A Populasi B

lNeutralisme 0 0

Kommensalisme 0 +

Sinergisme + +Sinergisme + +

Kompetisi ‐ ‐

Mutualisme + +Mutualisme

Ammensalisme 0/+ ‐

Predasi + ‐

Parasitisme + ‐KULIAH BIOLOGI TANAH

Interaksi PositifInteraksi Positif

• Hal ini disebut kerjasamaa d sebut e jasa a• Teori dosis minimum Infeksi (Minimum Infectious dose theory ): Dibutuhkan 1 juta sel bakteri untuk y jmenyebabkan infeksi.

• Metabolisme substrat yang tidak larut seperti lignin dan selulosa.

• Pertukaran Genetik: mengarah ke resistensi tibi tik d t l i t h d l b tantibiotik dan toleransi terhadap logam berat,

juga menyebabkan metabolisme senyawa yang tidak biasatidak biasa.


Interaksi Antar Beragam Populasi k bMikroba

• Netralisme berarti kurangnya interaksi antara dua g ypopulasi mikroba. Hal ini sangat jarang. Biasanya terjadi dalam tahap istirahat bakteri dan tidak dalam tahap berkembangdalam tahap berkembang.

• Kommensalisme: Interaksi antara dua populasi di mana salah satu mendapat manfaat dan lainnya tetap tidak terpengaruh.

• Amensalism: Juga dikenal sebagai antagonisme. Mikroba memproduksi bahan kimia beracunMikroba memproduksi bahan kimia beracun untuk menekan aktivitas mikroba lainnya. Untuk misalnya produksi Antibiotik.


Interaksi Antar BeragamPopulasi k bMikroba…

• Sinergisme (Protocooperation): HubunganSinergisme (Protocooperation): Hubungan antara dua kelompok di mana keduakelompok memperoleh manfaat, tetapi asosiasi bukan merupakan satu keharusan.

• Syntrophism: Hal ini umum terjadi di alam. Hubungan ini didasarkan pada kemampuan satu populasi untuk memasok faktor

b h k l i l i K dpertumbuhan untuk populasi lain. Keduakelompok populasi memperoleh manfaat


Interaksi Antara Beragam Populasi k bMikroba ….

• Mutualisme: Ini adalah hubungan antaraMutualisme: Ini adalah hubungan antara populasi yang dapat dianggap sinergisme diperluas Merupakan keharusan bentukdiperluas. Merupakan keharusan bentukasosiasi antara dua populasi yang menguntungkan kedua populasimenguntungkan kedua populasi

• Kompetisi: Ini merupakan hubungan negatif antara dua populasi yang kedua populasiantara dua populasi yang kedua populasi dirugikan.


Interaksi Antara Beragam Populasi k bMikroba ….

• Parasitisme: Hubungan antara dua organismeParasitisme: Hubungan antara dua organisme yang satu memperoleh manfaat (parasit) dan lain dirugikan (host)lain dirugikan (host).

• Predasi: Dalam hubungan ini salah satu mendapat manfaat (predator) dan yang lainmendapat manfaat (predator) dan yang lain dirugikan (mangsa). Efek negatif dirasakanlangsunglangsung.


Interaksi Antara Beragam Populasi k bMikroba …

• Dimana anda bisa melihat semua interaksi iniDimana anda bisa melihat semua interaksi ini di satu tempat? Dalam Biofilm, anda akan melihat semua jenis interaksimelihat semua jenis interaksi.

• Biofilm adalah kondisi dinamis di mana populasi berada dalam fluks konstanpopulasi berada dalam fluks konstan.


Interaksi Mikroba ddengan Tanaman

• Interaksi positif dan negatif terjadi antaraInteraksi positif dan negatif terjadi antara mikroba dan tanaman.

• Akar tanaman menyediakan habitat yang• Akar tanaman menyediakan habitat yang sangat cocok untuk pertumbuhan untukbanyakmikroba tanahbanyakmikroba tanah.

• Interaksi antara mikroba dan tanaman hi k b h i i i kmemenuhi kebutuhan nutrisi penting untuk

keduanya.


Tempat Interaksi Mikroba ddengan Tanaman…

• Rhizoplane: Permukaan yang sebenarnya dariRhizoplane: Permukaan yang sebenarnya dari akar tanaman.

• Rhizosfer: Wilayah tanah langsung dipengaruhiRhizosfer: Wilayah tanah langsung dipengaruhi oleh akar tanaman. Biasanya lapisan tipis tanah yang melekat pada sistem akar.yang melekat pada sistem akar.

• Ukuran rhizosfer tergantung pada struktur akar tanamantanaman

• Mikroba yang berintraksi dengan akar terdapat di rhizosferrhizosfer.


InteraksiMikroba ddengan Tanaman…

• Rhizosheeth: Hal ini ditandai sebagai suatuRhizosheeth: Hal ini ditandai sebagai suatu silinder tanah tebal yang menempel pada akar tanaman. Ditemukan di beberapa rumput gurun, p p g ,yang memiliki aktivitas mikroba intens.

• Mikroba rhizosfer dipengaruhi oleh penyerapanMikroba rhizosfer dipengaruhi oleh penyerapan air oleh tanaman, pelepasan bahan kimia organik untuk tanah dengan akar (eksudat akar), produksi g ( ) pmikroba faktor pertumbuhan tanaman, dan ketersediaan nutrisi.


Pengaruh RhizosfirPengaruh Rhizosfir

• Efek rhizosfer didefinisikan sebagai komposisi danEfek rhizosfer didefinisikan sebagai komposisi dan kelimpahan komunitas mikroba dalam tanah pada rhizosfer tersebut. Ini adalah rasio jumlah p jmikroba dalam tanah rizosfer (R) dengan jumlah mikroba yang jauh dari akar (S).

• R / S rasio berkisar dari 20 sampai 100, yang berarti populasi mikroba adalah 20 sampai 100 p p pkali lebih tinggi pada rhizosfer daripada di tanah bebas dari akar.


RhizosfirRhizosfir

• Secara umum proporsi bakteri berbentukSecara umum proporsi bakteri berbentuk batang gram negatif lebih tinggi dari, bakteri batang gram positif atau yang berbentuk bulat(cocci) pada rizosfer. Kelompok yang paling sering hadir adalah Pseudomonas.

• Alasannya: eksudat akar Tanaman mengandung bahan organik, asam amino, i i l i dll lk l id kvitamin, gula, tanin, dll alkaloid untuk pertumbuhan mikroba.


Rhizosfir…Rhizosfir…

• Komunitas mikrobia akan berubah mulai dariKomunitas mikrobia akan berubah mulai dariperkecambahan benih sampai tanaman dewasa Hal ini karena perubahan komposisidewasa. Hal ini karena perubahan komposisi kimia dari eksudat akar.

• R / S rasio biasanya menurun ketika tanaman• R / S rasio biasanya menurun ketika tanaman berhenti tumbuh.



• Apa yang tanaman peroleh dari hubungan ini?Apa yang tanaman peroleh dari hubungan ini?

• Mikroba meningkatkan kelarutan mineral nutrisi untuk penyerapan tanaman seperti Canutrisi untuk penyerapan tanaman seperti Ca, Fe, dan Mn.

Mik b h ilk i i i• Mikroba menghasilkan vitamin, asam amino, hormon pertumbuhan tanaman seperti k i i ki i ib li dauksin, sitokinin, giberelin dan, yang memacu

pertumbuhan tanaman.



• Bakteri Pemfiksasi Nitrogen (N) pada rhizosferBakteri Pemfiksasi Nitrogen (N) pada rhizosfer seperti Rhizobium, Azotobacter, Azospirillum, dan Frankia memfiksasi nitrogen atmosferikdan Frankia memfiksasi nitrogen atmosferikdengan mengkonversi N2 menjadi NH3, yang dapat digunakan oleh tanamandapat digunakan oleh tanaman.

• Jamur mikoriza memberika perbaikan tumbuhtanaman dengan membantu penyerapan haratanaman dengan membantu penyerapan hara


OK .. Let’s go


QS moleculesinducer

• Acyl‐Homoserine Lactones (AHLs)

• Vary from microbe to another


AHL production in rhizobia

Gonzalez et al, 2003KULIAH BIOLOGI TANAH

• See next timeSee next time


jamur

Documents