TUGAS MIKROBIOLOGI TANAH

TRANSFORMASI UNSUR-UNSUR DAN

SENYAWA-SENYAWA LAINNYA

DALAM TANAH OLEH MIKROORGANISMA

Di Susun Oleh Kelompok 7b :

Erniyati (20080122062)

Abdul Rahman Wahid (20080122053)

Kritono (20110122033)

INSTITUT PERTANIAN ( INTAN ) YOGYAKARTA

YAYASAN PENDIDIKAN WIDYATANI

Jl. Magelang KM. 5,6

2011 / 2012

TRANSFORMASI UNSUR-UNSUR DAN SENYAWA-

SENYAWA LAINNYA DALAM TANAH OLEH

MIKROORGANISME

1. PENDAHULUAN

Berbagai tanaman dengan melalui akar-akarnya mengambil dari tanah sejumlah unsur

yang beragam dalam bentuk garam-garaman.Perlu dijelaskan terlebih dahulu bahwa pangkal

uraian tidak dititik beratkan pada unsur karbon dan nitrogen karena ke dua unsur ini telah

dijelaskan secara panjang lebar dan mendetail pada mata kuliah terdahulu. Unsur-unsur yang

akan diuraikan merupakan unsur-unsur yang sering diklasifikasikan sebagai unsur-unsur

esensial dan minor.

Golongan pertama dari unsur-unsur yang dimaksud di atas yaitu : sulfur, fosfor,

patasium, kalsium, magnesium,besi ,mangan dan sodium. Golongan ke dua terdiri dari zink,

molibdenum, kadmium, khlorin, aluminium, boron, tembaga, silikon dan suatu ragam unsur

lainnya.

Dalam transformasi unsur-unsur di atas di dalam tanah,mikrooganisma sering kali

memainkan bagian peranannya secara langsung,meskipun sering kali pengaruhnya atas

berbagai unsur(elemen)ternyata tidak langsung,lamban dalam reaksi.Sepertinya silikon(salah

satu di unusr-unsur ini atau inert elements)menjadi esensial dalam perkembangan bagi

bakteri-bakteri tertentu dan ragam algae(ganggang) terutama diatoma-diatoma.Molibdenum

telah didapatkan memainkan suatu peranan yang cukup penting dalam fiksasi nitrogen

atmosferik.Unsur-unsur lainnya ditemukan telah menetralisir atau mempunyai suatu

pengaruh menetralkan atau racun-racun tanaman.Sedangkan yang lainnya lagi,seperti kobalt

dapat mempengaruhi pertumbuhan sel-sel,memperlambat atau menghalangi pelipatgandaan.

Beberapa element,terutama fosfor merupakan unsur-unsur (penyusun-penyusun) yang

esensial bagi nukleus sel dan sitoplasma.

Sulfur dan beberapa unsur lainnya,dapat tersaji sebagai sumber energi bagi berbagai

bakteria dan juga membentuk unsur-unsur (penyusun)yang esensial pada asam-asam amini

tertentu.

2. TRANSFORMASI SULFUR

Sulfur atau belerang merupakan suatu unsur esensial bagi pertumbuhan

tanaman.Unsur ini menyusun sekitar 0,11dari kerak bumi. Fosfor terjadi dalam konsentrasi

yang diperkirakan sama.Dalam menganalisir air sungai dapat diketahui bahwa sulfur

dihilangkan dari tanah lebih cepat disbanding dengan sesuatu unsure lainnya, yaitu ion-

ionnya,SO4, cenderung terlarutkan dalam air,sedangkan ion-ion PO4 cenderung mengendap

dengan cepat dalam tanah.

Menghilangkan belerang pada tanaman-tanaman perkebunan kemungkinan jauh lebih

besar daripada yang biasa diasumsikan,kemungkinan hal itu seluruhnya menjadi ke luar atau

meninggalkan proporsi pada tersedianya unsur ini dalam tanah. Kehilangan sulfur tahunan

dari tanah tidak berzat kapur melalui pertanaman dan drainase telah dinyatakan sekitar

jumlah 44 pound per acre. Kehilangan ini ditingkatkan dengan aplikasi kapur ke dalam

tanah .Setelah sampai duapertiga sulfur yang digunakan dalam tanah dalam bentuk potassium

sulfat ditemukan terbawa atau terlarutkan dalam air buangan(drainase).

Sulfur ditambahkan atau mendapatkan caranya sendiri masuk ke dalam tanah dalam

suatu jumlah bentuk-bentuk yang berbeda,jelasnya sebagai berikut:

a. Dalam senyawa-senyawa organik tertentu,yang membentuk bagian-bagian

unsur/penyusun dari residu tanaman dan binatang yang ditambahkan atau

ditinggalkan pada tanah.

b. Sebagai sulfur elemeter, yang biasanya ditambahkan ke dalam tanah sebagai suatu

pupuk atau yang terjatuhkan dalam air hujan.

c. Sebagai sulfat,yang ditambahkan ke dalam tanah ke dalam pupuk mineral

tertentu,sebagai superfosfat dan gypsum.

Kandungan sulfur pada bahan-bahan tanaman ternyata beragam,yaitu dari fraksi yang

kecil dari 1 (seperti dalam jerami gandum hitam) sampai hampir 1 % (seperti dalam turnip

atau sejenis lobak cina).

Sulfur dan senyawa-senyawa sulfur di dalam tanah merupakan subjek bagi sebagian

trasformasi yang berlangsung atau tidak berlangsung terhasilkan dari kegiatan-kegiatan

berbagai golongan jasad renik. Ketika berbagai residu tanaman dan binatang mengalami

dekomposisi (pelapukan) baik di dalam tanah ataupun di dalam kompos ,unsur-unsur yang

bersangkut paut dengan sulfur,terutama protein dan glukosida- glukosida dihidrolisa.Protein

memberikan kenaikan pada cystina asam animo yang bersangkut paut dengan sulfur,

glukosida- glukosida menghasilkan minyak mostar (mustard oil) dan senyawa-senyawa sufur

lainnya.

Susunan kimiawi dari 2 senyawa yang bersangkut paut dengan sulfur dapat

dikemukakan sebagai berikut:

CH S S CH2

NH 2.HC CH.NH2

HOOC COOH

Cystina

CH2.SO4OH

CH2.NH2

Taurina

Kini studi-studi mengenai produk-produk antibiotika dari metabolismaa

microbial,ternyata sulfur juga telah ditemukan sebagai suatu unsur esensial dari senyawa-

senyawa yang begitu penting sebagai penisilin.

Senyawa-senyawa ini dapat diserang dan dipecahkan oleh berbagai bakteri dan jasad

renik lainnya. Hanya sebagian kecil sulfur dikonsum organisma- organisma ini. Banyak

sekali dari padanya dibebaskan sebagai hydrogen sulfida. Di bawah kondisi-kondisi yang

anaerobic, senyawa-senyawa sulfat yang lain,seperti merkaptan, juga diproduksi,tentang

senyawa ini dapat diperhatikan seperti bau busuk yang tajam (pungent odor) yang timbul

sewaktu residu binatang (bangkai) dalam keadaan dekompos (pembusukan, pelapukan) dan

ddemikian pula pada pelapukan/penghancuran bahan-bahan tertentu yang kaya akan

protein,di mana pembusukan, pelapukan dan atau penghancurannya dalam keadaan tidak

hadirnya oksigen. Di bawah kondisi-kondisi aerobik hydrogen sulfide dan merkaptan dengan

cepat dioksidasi lebih lanjut menjadi sulfat-sulfat.

Di antara bakteria yang terlibat penuh dalam perubahan bentuk sulfur dalam

tanah,yang mampu mengoksidasi sulfur elementer dan senyawa-senyawa sulfat yang

sederhana, perlu sekali mendapat perhatian.Bakteria ini dikenal sebagai bakteria sulfur.

Mestinya bakteri-bakteri ini merupakan golongan-golongan yang berbeda morfologis

fisiologisnya, beberapa di antaranya berbentuk kecil,suatu mikron atau demikian juga dalam

ukurannya. Yang lainnya berbentuk dan berukuran lebih besar serta berfilamen. Beberapa

bakteri autotrop, yaitu bergantung atas energi yang dibebaskan dalam oksidasi sulfur, dan

yang lainnya termasuk autotrop fakultatif atau juga yang mampu mendapatkan energynya di

cari senyawa-senyawa organik.

Yang paling banyak dari bakteria ini dapat populasi tanah adalah organisma-

organisma autotropyang fungsinya dalam rabuk agaknya mirip dengan tanaman-tanaman

hijau, walaupun yang terakhir ini menggunakan energi sinar matahari (fotosinthesis),

sedangkan dalam proses likuidasi---chemossynthesis---.Kedua bentuk bakteria di atas dan

tanaman-tanaman hijau menggunakan karbondioksida dari atmosfer sebagai sumber-sumber

karbon bagi cell synthesis.

Reaksi-reaksi kimiawi berikut dilibatkan dalam oksidasi sulfur dan senyawa-senyawa

oleh bakteria:

2H2S + O2 = 2H2O + S2

S2 + 302 + 2H2O = 2H2SO4

Na2S2O3 + 202 + H2O = Na2SO4 + H2SO4

2Na2S2O3 + O2 = 2Na2SO4 + S2

Kecepatan oksidasi pada sulfur dan senyawa-senyawanya yang sederhana ke asam

sulfurik dan ke sulfat-sulfat dipengaruhi tidak hanya oleh keadaan alami dan organisma,tetapi

juga oleh kondisi-kondisi lingkungan.Perhatikan Tabel berikut.

Tabel. 1 Oksidasi Sulfur Elementer ke asam Sulfur oleh Bakteri “Thiobacillus

Thiooksidans” (Dari: Waksman dan Starkey).

Inkubasi

(Hari)

Jumlah

kultur

dalam

-laba-

(ml)

Labu Pengontrol Labu Terinkubasi Hilangnya

Sulful

Elementer

(mg S)

Meningkatnya

Sulfat

(mg S)

Sulfur

(mg S)

Sulfat

(mg S)

Sulfur

(mg S)

Sulfat

(mg S)

15 100 1.001 86.4 788 302.1 213 215.7

30 100 992 90.5 735 354.0 257 263.6

15 300 3.002 112.2 2.496 633.3 506 520.8

30 300 2.997 126.5 1.974 1.168.0 1.023 1.041.5

Dari kepentingannya yang khusus atas berlangsungnya reaksi tanah dan

substrata,yaitu konsentrasi garam dan ketersediaan bahan-bahan organik.

Tiap-tiap reaksi di atas dapat ditimbulkan oleh berbagai ragam bentuk dan

bacteria.Reaksi yang pertama, dapat dihasilkan dalam kehadiran sulfur(misalnya yang

tersedia dalam air hujan),yang sebagian besar terdapat dalam air lembah sungai atau

genangan air dan dalam bongkah-bongkah gambut dan dapat dibawa/diselesaikan oleh

segolongan besar bakteri.Tipe reaksi ini kini telah menarik banyak perhatian sebagai suatu

perkembangan usaha untuk meningkatkan persediaan sulfat yang ada pada pemanfaatan

produk-produk buangan. Dalam tanah-tanah yang bereraksi baik,sulfur bagaimana pun tidak

terakumulasi sebagai suatu hasil aksidasi hydrogen sulfide,melainkan dengan cepat dioksidasi

lebih lanjut ke sulfat,seperti diperlihatkan pada reaksi yang kedua.

Kalau sulfur elementer merupukan titik pangkal pada asam sulfurat,hanya sedikit

sekali bakteri yang mampumenyelesaikan oksidasinya.Asam pengaruh mempengaruhi

dengan basis dan zat-zat penyangga lainya yang tersedia dalam tanah untuk menimbulkan

berbagai sulfat.Kalauhal itu diperlukan sekali untuk mereduksi alkalinitas tanah-tanah

tertentu,sepertinya tanah-tanah alkali(hitam) atau kalau hal itu sebaiknya untuk menjadikan

tanah lebih asamuntuk mengendalikan penyakit tertentu yang menghasilkan organism,---

penyakit---keropeng pada umbi kentang misalnya--- penambahaan sulfur dan berlangsung

oksidasi sebagai akibat hadirnya asam sulfurat,dapat mengatasi penyakit tersebut,dan ini

menpunyai arti yang besar ditinjau dari segi ekonomi.Reaksi ini dapat diringkas sebagai

berikut:

Ca3 (PO4)2 + 2 H2SO4 = 2CaSO4 + Ca (H2PO4)2

Di antara transformasi senyawa-senyawa sulfur yang lainnya yang berlangsung di

dalam tanah dan dalam substrata tanah yang lain,maka proses-proses reduksi merupakan

proses-proses yang berarti.Reduksi sulfat ke sulfide hidrogen diselesaikan oleh bakteri

spesifik yang tertentu,biasanya ditunjukkan sebagai organism-organisma pereduksi

sulfat.Satu di antaranya telah ditunjukan oleh BEIJERINCK sebagai “Microspira

desulfurican”,yang selanjutnya oleh STARKEY ditunjukkan sebagai “sporovibrio

desulfurican “.Proses reduksi berlangsung dengan kehadiran suatu sumber energy yang

memadai,yang dapat diringkas sebagai berikut:

CaSO4 + CH3.COOH+H2S + CaCO3 + CO2 +H2O

Kondisi-kondisi anaerobik atau dengan tiadanya oksigen atmosferik bebas adalah

esensial pada saat berlangsungnya reaksi ini,namun di sini suatu bentuk bahan organik harus

tersedia. Sulfat digunakan oleh bakteri sebagai suatu sumber oksigen yang penting untuk

mengoksid substansi- substansi organik, ---energi yang dibebaskan dalam proses oksidasi

sebagian dipakai dalam mereduksi sulfat---

Dalam kehadiran unsur besi,dapat dihasilkan sulfide besi (yang hitam),yang

merupakan lumpur-lumpur organik yang khas,yang ditentukan di bawah kondisi-kondisi

anaerobik.

Sulfida hidrogen yang dihasilkan dalam reaksi di atas ditemukan dalam air lembah

sungai atau kolam tertentu,juga pada bongkah-bongkah gambut dan di lingkungan-

lingkungan yang jenuh air,khas dimana terjadi kekurangan oksigen bebas.Sulfida hydrogen

yang di bentuk dalam reduksi sulfat dapat dioksid lagi ke sulfat dengan masuknya dalam

kontak dengan sumber oksigen dan dalam kehadiran bakteria spesifik pengoksid sulfur.

Dapat ditegaskan sehubungan dengan reaksi di atas,bahwa H2S akan dioksid oleh

bakteri sulfur (a.l. Thiobacillus) ke bentuk sulfat,dan dalam keadaan anaerobic bakteri

pereduksi sulfat (a/1. Spirillum) mereduksi senyawa sulfat menjadi H2S kembali ,terjadi di

dalam tanah atau daerah genangan air.Selanjutnya perhatikan siklus dari sulfur gambar

berikut.

Gambar 1. Siklus Sulfur

Siklus Sulfur terjadi secara alami di dalam tanah ,di lembah-lembah sungai,di kolam-

kolam tertentu,dan di daerah-daerah genangan air.

Dekomposisi Bakteria

H 2

S

Oksidasi S Bakteri Autrotrop Bakteri

Fotosintetik

SO4 2

Assimilasi Tanaman Bakteria

Organik - S Protein

3. TRANSFORMASI FOSFOR

Fosfor secara terus menerus di dalam tanah mendapat tambahan,dalam berbagai

residu organik dan dalam pupuk-pupuk. Fosfor ditemukan pula dalam tanah yang tidak

diusahakan dalam sejumlah bentuk yang beragam (berbeda-beda). Perhatikan Tabel 2 berikut

ini.

Tabel 2. Kandungan Fosfor dan Potassium pada Beberapa Tanah dengan Keterlibatan

Bakteri Tanah

Bentuk Organisma Debu

(%)

Total

P2O5

(%)

Total

K2O

(%)

Az. choococcum 8.2 – 8.6 4.93 – 5.2 2.41 – 2.65

B.mycoides 7.5 4.07 2.27

Ps.fluorescens liquefaciens 6.48 5.32 0.83

Bentuk-bentuk fosfor tersebut dapat dikemukakan sebagai berikut:

a. Senyawa-senyawa organik yang terdapat dalam residu-residu tanaman dan binatang

dimasukkan ke dalam tanah.Terserta pula substansi sel mikroba yang melimpah,yang

mengalami sinthesa di dalam tanah.Senyawa-senyawa organik fosfor juga membentuk

suatu bagian unsure dari kompleks-kompleks humus pada tanah.

b. Fosfat batu-batuan da fosfot lainnya yang tidah dapat di pecah/dilarut biasanya

tersedia dalam batu-batuan setempat,dari bahan/batu-batuan inilah (dengan pengaruh

alami dan berbagai mikrooganisme lain) tanah diperoleh/terwujudkan. Fosfat

seringkali pula ditambahkan ke dalam tanah dalam bentuk macam-macam pupuk,

yang sama baiknya dengan tulang-tulang dari bangkai binatang. Perhatikan Tabel 3

berikut ini.

Tabel 3. Pengaruh Nitrifikasi pada Solubilitas dari Trikalsium Fosfat dalam Tanah

(Dari Kelley)

Penambahan bahan-bahan

Setelah 28 hari Setelah 57 hari

NO3 – N

ppm

Ca

Ppm

P2O5

ppm

NO3 – N

ppm

Ca

ppm

P2O5

ppm

Kontrol 20.0 45.0 13.1 25.5 50.6 11.0

CaCO3 22.0 56.5 11.9 29.0 70.8 13.2

Ca3 (PO4)2 21.0 58.5 24.2 28.0 58.8 25.0

CaCO3 + Ca3 (PO4)2 22.0 59.1 17.3 28.0 70.1 22.4

(NH4)2SO4 98.0 219.4 18.5 99.0 225.4 19.4

(NH4)2SO4 + CaCO3 97.0 254.4 18.5 98.0 270.5 7.4

(NH4)2SO4 + Ca3(PO4)2 99.0 217.7 52.1 99.0 229.6 38.0

(NH4)2SO4+CaCO3+Ca3(PO4)2 100.0 253.4 26.6 101.0 230.4 13.9

Darah kering 91.0 107.7 9.7 90.0 113.9 10.0

Darah kering+ CaCO3 89.0 107.2 9.8 90.0 140.2 11.5

Darah kering+ Ca3 (PO4)2 81.0 111.7 24.3 88.0 117.7 22.2

Darahkering+CaC

O3+Ca3(PO4)2

81.0 118.2 19.5 87.5 138.1 18.3

c. Fosfor anorganik dapat larut, seperti sodium, potassium, kalsium dan magnesium,

ditambahkan ke dalam tanah dalam bahan-bahan pupuk dan dalam residu-residu

tanaman dan binatang.

Gambar 2. Tranformasi (Siklus) Fosfor

Di antara senyawa-senyawa fosfatorganik yang juga dapat ditemukan di dalam

tanah,seperti lecithin,asam-asam nuklei dan phitin,bedanya di tempat tertentu dengan sangat

menyolok atau merajai di tempat tersebut.

Lecithin berkandungan 9,39 P2O5,N 1.6 dan C sebanyak 65,36. Lecithin

berkandungan 2 asam lemak radikal, seperti palmitat dan stearat atau asam-asam oleat,

sebagaimana diperlihatkan pada formula struktural berikut.

CH2.OR

CH.OR 1

OH

CH2.OPO

(CH3)3 + 3H2O

O.(CH2)2N

lacithin OH

CH 2OH

= CHOH OH

(CH3)3

CH 2O.PO + ROH + R1OH + (CH2)2 OH.N

OH asam lemak kholin OH

Gambar 3. Formula Struktural

Asam-asam nukleat ditemukan melipah dalam substansi sel mikroba.Dalam

dekomposisinya,beberapa golongan asam ini dibongkar lebih cepat daripada yang

lainnya.Dalam kehadiran sumber-sumber karbon dan nitrogen yang benar-benar

tersedia,berbagai bakteria dan cendawan berkemampuan membongkar lecithin dan asam

nukleat dan membebaskan fosfor sebagai fosfat.Sebanyak 60 dari fosfotlecithin ditransform

ke dalam fosfat yang dapat larut dalam 60 hari.Sisa dari fosfor diasimilasi oleh bakteria untuk

sinthesa bahan sel.

Phitin adalah suatu heksafosfat,yang terjadi/timbul dengan melimpah dalam bahan-

bahan tanaman,terutama dalam biji-bijian.Berkandungan sekitar 26 fosfor dalam bentuk aam

phitin, C6H24O27P6. Senyawa ini dipenuhi oleh cendawan dan bakteri dengan menggunakan

suatu enzim,ditunjukan sebagai phitas,dengan akibat atau hasil bahwa fosfor organic

ditransform ke dalam fosfat:

C6H24O27P6 + 6O2 = 6 H3PO4 + 6 CO2 + 3 H2O

Protein-protein nukleat berkandungan 7-9 fosfor dan 13-14 nitrogen,jika diserangoleh

mikroorganisme member penambahan pada asam fosforat,gula,purin dan pokok-pokok

primimidin.Senyawa-senyawa ii didekompas lebih lanjut oleh suatu macam bakteria dan

cendawan.Bakteria tertentu,yang ditunjukan sebagai Nucleobacter,telah ditemukan menjadi

dihubungkan secara khusus dalam dekomposisibeberapa nukleat,melalui derajat asam nukleat

ke dalam asam fosforat.

Fosfat yang tidak melarut ditambahkan ke tanah adalahmerupakan subyek bagi

kegiatan-kegiatan mikroorganisme,sebagian besar dalam suatu rubuk tidak

langsung.Berbagai asam organik dan anorganik yang dihasikkan mikroorganisme pengaruh

mempengaruhi dengan fosfat yang tidak larut,member peningkatan pada senyawa-senyawa

yang dapat larut.Hal ini dilukiskan dengann reaksi-reaksi sebagai berikut:

Ca (PO4)2 + 2HNO3 = 2 CaHPO4 + Ca (NO3)2

Ca (PO4)2 + 2HNO3 = Ca (H2PO4) + Ca (NO3)2

Ca (PO4)2 + H2SO4 = 2 CaHPO4 + CaSO4

GERRETSEN mengemukakan fakta bahwa pengambilan fosfor pada tanaman dari

dasar terak dicirikan dengan membaiknya aktifitas mikroba tanah.Kemampuan melarutkan

dari mikroorganisma tanah terhadap fosfat yang tidak melarut dicapai dengan bantuan piring-

piring kaca yang dipenuhi lapisan agar,dalam mana fosfat kalsium dipercepat dan mengendap

dan terkubur miring dalam bejana kultur (pemeliharaan).Zona-zona solubilitasi yang jelas

diamati pada bagian-bagian dengan jelas,terutama di bagian bawah uung-ujung akar dan

batang muda.Dalam kultur-kultur yang steril zona-zona solubilitasi (zona pelarutan)ini tidak

ditemukan/tidak terlihat,membuktikan bahwa gerak pemecahan/pembongkaran pada akar-

akarmelepaskan/mengeluarkan substansi-substansi organic dengan suatu hasil bagi C:N yang

rendah,terdapat kemungkinan bahwa fosfat dapat dipercepat perubahannya oleh aktifitas

jasad renik.

Dalam dekomposisi bahan organik oleh jasad renik, biasanya tidak semua fosfor

dibebaskan oleh fosfat, sejumlah tertentu diasimilir oleh organisma untuk sinthesa bahan sel

yang baru.Kalau kompleks organik berkandung fosfor hanya sedikit atau tidak ada,bacteria

dan cendawan berkemampuan menghilangkan dari tanah beberapa fosfat yang dapat melarut

yang diperlukannya untuk sinthesa selnya. Hal ini adalah similar dengan kebutuhan-

kebutuhan mikrooganisma akan nitrogen, walaupun jumlah-jumlah fosfor yang diperlukan

bagi tujuan ini akan kurang.

Estimasi atas fosfat yang tersedia di dalam tanah atau respon dari suatu tanaman pada

pemanfaatan fosfat yang potensial, dipersulit oleh beberapa faktor, terutama sistem perakaran

dari tanaman kedalaman penetrasi dari sistem perakaran dari curah hujan. Effek yang baik

dari adanya penambahan tersedianya fosfat pada tanah akan merupakan suatu peningkatan

dalam system perakaran,yang mengarah pada kemampuan pengambilan yang lebih besar atas

fosfat tanah, Kemampuan akar-akar tanaman untuk menabsorb kurangnya fosfat yang

tersedia dengan lebih mudah/lebih cepat adalah tergantung pada nutrisi fosfatpada tanaman

dan system perakarannya. Beberapa tanaman mengeluarkan/melepaskan asam-asam

organikdari akar-akarnya.Semua tanaman mempunyai konsentrasi-konsentrasi karbon

dioksida tertentu, sehubungan dengan respirasi dari populasi mikrobiologis pada tanah,

khususnya dalam rhizosfer . Hal ini mengakibatkan lebih besarnya dalam ketersediaan fosfat

insoluble (yang tidak melarut) dan mungkin melibatkan dalam suatu transfer dari beberapa

fosfat,jadi menjadikan tersedianya pada akar-akar tanaman.Kondisi-kondisi tanah,khususnya

aerasi, merupakan kondisi yang sangat penting dalamhubungan ini.

Metode-metode yang kini digunakan bagi estimasi tersedianya fosfat dalam tanah

adalah didasarkan pada perlakuan-perlakuan padatanah dengan suatu larutan yang

cocok,sepertiasam-asam sitrat dan asetet atau fluoride alumunium,dan determinasi pada

sejumlah fosfat dalam ekstrak.Sejumlah metode biologi juga dipergunakan,meliputi penilaian

jumlah fosfat yang diambil pada pembibitan-pembibitan tanaman gandum hitam (rye

seedlings)atau sejumlah pertumbuhan yang ditunjang peranan bakteri yang memerlukan

fosfat,seperti Azotobakterau cendawan, seperti Aspergillus, dimana tanah bagi organisma-

organisma tadi merupakan satu-satunya sumber fosfor bagi mereka.

Metode-metode mikrobiologis untuk mengevaluasi tersedianya fosfor di dalam tanah

didasarkan atas fakta bahwa bahwa suatu paralelisma tertentu telah diamati di antara sinthesa

sel microbial dan pemakaian fosfat.Observasi ini telah digunakan untuk pelaksnaan

penentuan dengan teliti tersedianya fosfat pada waktu itu di dalam tanah.Berbagai

bakteria ,terutama Azotobacter chroococcum dan cendawan (seperti Aspergillus niger,

Cunninghamella,Trichoderma dan A.oryzea) dimanfaatkan sebagai organisma-organisma

penetas.

Methoda analisis biasanya dilakukan sebagai berikut: Suatu kuantitas tanak tertentu

yang akan diamati ditambahkan pada suatu larutan garam – gula yang bebas dari fosfor dan

nitrogen dan suatu turunan Azotobacter yang pantas diinokulasikan, setelah inkubasi selama

14 sampai 30 hari pada 28oC,maka sejumlah nitrogen yang terfiksasi dapat

ditentukan.Nitrogen yang terikat adalah suatu penilaian atas pertumbuhan/perkembangan

Azotobacter,yang dikendali oleh fosfor yang tersedia.Sejak rasio nitrogen sel kefosfor sel

adalah 2:1,jumlah terpakianya fosfor dapat dikalkulasi dari sejumlah nitrogen yang

terikat,jadi gambaran ketersediaannya fosfor dapat dikalkulasi dari sejumlah nitrogen yang

terikat,jadi memberikan ikatan ketersediaanya fosfor dalam simple tanah yang ditambahkan

pada larutan.

Metoda ini telah dimodifikasi dengan berbagai cara.Dalam satu cara modifikasi ini

suatu korbohidrat (gula,tepung,mannitol)ditambahkan ke dalam tanah tertentu yang

diamati,juga ditambahkan CaCO3 jika tanahnya asam.Tanah selanjutnya diinokulasi dengan

Azotobacter dan dimasukkan ke dalam piringan-piringan kecil,permukaan-permukaannya

diratakan.Selanjutnya tersedianya fosfor dalam tanahdi nilai dengan pertumbuhan

Azotobacter di permukaan tanah pada piring-piring tadi,sebagaimana ditentukan dengan

permunculan koloni-koloni lanyau.Ketersediaan fosfor dalam suatu tanah tertentu dinilaidari

sejumlah perkembangan koloni Azotobacter yang aktual.

Beberapa metoda didasarkan atas pemanfaatancendawan,metode-metode ini

adalahsimilar dengan metode-metode di atas,kecuali mengenai nitrogen yng tersedia itu

ditambahkan juga pada solusi atau pada tanahnya.Pertumbuhan cendawan digunakan sebagai

suatu penilaian dari tersedianya fosfor

4. TRANSFORMASI POTASIUM, KALSIUM, MAGNESIUM DAN BESI

Dalam hubungan dengan berbagai element yang telah dibahas,yang lainnya yang

diperlukan bagi nutrisi tanaman atau pun binatang dan yang hadir di dalam tanah atau

dimasukkan ke dalam tanah,merupakan subyek langsung atau pun tidak langsung bagi

kegiatan-kegiatan berbagai jasad renik. Beberapa dari element-element ini, potassium,

kalsium, magnesium dan besi digunakan bagi metabolisme organisma-organisma tanah.

Element-element tadi digunakan baik sebagai bahan gizi atau sebagai katalisator (zat yang

mempercepat reaksi ),dan karenanya diperlukan,walaupun dalam sejumlah kecil apa pun

tersedia didalam tanah.Transformasinya oleh berbagai mikroorganisma dan peranannya

dalam metabolisma microbial adalah tergantung pada sifat-keadaan element,sifat-keadaan

organisma dan pada kondisi-kondisi tanah.

Tranformasi Potasium (K+)

Potassium ditemukan dalam tanah,baik dalam bentuk-bentuk organik dan dalam

bentuk silikat zeolit dan nonzeolid. Element ini ditambahkan pada tanah dalam bentuk-bentuk

anorganik yang dapat larut,terutama garam-garam sulfat,khlorida-kholorida dan fosfat –

fosfat,dan dalam bentuk anorganik yang tidak dapat melarut dalam air diketahui sebagai

“marl” dan juga dalam bentuk rubuk-rubukkandang dan berbagai residu tanaman.Kandunga

K2Opada residu tanaman berkisar dari 0,5 sampai2,0.Rubuk-rubuk yang baru berkandungan

K2Osekitar 0.288 sampai0.504,konsentrasinya dalam kandungan debu pada sel-sel bakteri

adalah 4,0 sampai25.6,dan dalam hal itu pada misellium cendawan adalah 8.7 – 39.5.

Sumber potassium (K) untuk tanaman diperoleh dari pelapukan batuan mineral (alkali

fildspars 4-15% K2O, Muskovit/K-mika 7-11% K2O, Biotit-Mg mika 6-10% K2O, ellite 4-7%

K2O) berada di kisi-kisi mineral.

XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX

XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX

K+ K+ K+ K+

XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX

XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX

Pembebasan K hasil pelapukan dapat dengan air atau asam lemah dapat lebih cepat.

Konsentrasi H+ yang tinggi dan K+ yang rendah dapat membebaskan K+ yang berada di antara

lapisan batuan mineral (interlayer). Pembebasan K dapat juga dengan cara penggantian K+

oleh kation lain (Na+, Ca++, Mg++).

Fiksasi K+ dapat juga oleh mineral tanah dan fiksasi berlangsung lebih kuat pada

kondisi kering daripada basah (lembab). Fiksasi K+ ini dapat dibebaskan oleh adanya NH4+

atau H+.

K+ berperan dalam banyak proses fisiologis dan biokimia tanaman dan diserap secara

aktif dengan kecepatan penyerapan yang tinggi dan dapat melawan perbedaan konsentrasi. K+

dalam konsentrasi rendah ditransport secara aktif dengan adanya transfer energi oleh ATP-

ase, sedang K+ konsentrasi tinggi justru akan menghambat mekanisme transport aktif dan

dutransport secara pasif. Kecepatan penyerapan K+ juga dikontrol oleh konsentrasi K+

internal yang pada gilirannya berdampak pada turgor sel atau turgor sel justru dikontrol oleh

penyerapan K+.

K+ diketahui sebagai unsur yang sangat mobil di jaringan tanaman, K+ utamanya

ditransport secara langsung ke jaringan meristem dan seringkali dijumpai transport K+

berlangsung dari jaringan tua ke jaringan muda.

Transport K+ ke meristem, perannya belum diketahui dengan jelas, tetapi diduga

terkait dengan kegiatan : sintesis protein, laju pertumbuhan dan penyediaan sitokinin. K+

penting dalam menentukan status air dalam tanaman : penyerapan air dalam sel/jaringan

seringkali sebagai akibat penyerapan aktif terhadap K+, pembengkakan kotiledone

berhubungan dengan penyediaan K+, turgor sel (daun) jega sangat dipengaruhi oleh

kandungan K+.

Perlakuan tanaman dengan level K+ yang rendah diperoleh penurunan : laju

pertumbuhan, besarnya sel, kandungan air dalam jaringan. Dari perlakuan ini disimpulkan

bahwa jaringan muda sangat memerlukan K+ untuk memelihara turgor sel yang pada

gilirannya untuk pembesaran sel, pada jaringan muda turtgor sel sangat sensitif terhadap

status K+, K+ juga berkaitan dengan asimilasi CO2, fosforilasi dan sintesis protein.

Pendapat lain menyebutkan bahwa K+ sinergistik dengan asam gibberelin, kecepatan

perpanjangan yang tinggi dijumpai pada aplikasi K+ dan asam gibberelin. Kehilangan air

lebih rendah pada tanaman yang diberi K+ karena berpengaruh pada penurunan transpirasi

yang tidak hanya tergantung pada potensi air pada sel mesofil, tetapi juga dikontrol oleh

besarnya tingkat membukanya stomata.

K+ dalam sel stomata ikut mengendalikan membuka dan menutupnya stomata,

stomata membuka bila kadar K+ di dalam sel stomata tinggi dan menutup bila kadar K+

rendah. Pada siang hari akan berlangsung fotosintesis, dihasilkan fotosintat yang dampaknya

akan dihasilkan energi maka mendorong peningkatan penyerapan K+ yang akhirnya akan

meningkatkan konsentrasi K+ dan menaikkan tekanan turgor. Perilaku K+ ini ternyata tidak

berlaku untuk ion (anion) Cl- dan H2PO4- sehingga tidak mampu memberikan keseimbangan

akibat peningkatan K+, sedang anion yang memberikan keseimbangan terhadap K+ asam

malat yang dihasilkan via karboksilasi PEP.

Pengaruh K+ terhadap fotosintesis ternyata tidak langsung berpengaruh pada

fotosintesis I dan II, tetapi menaikkan reaksi denovo yaitu sintesis enzim rubisco. K+ juga

menurunkan resistensi difusi CO2 kedalam sel mesofil. Meningkatnya asimilasi CO2 paralel

dengan meningkatnya fotorespirasi dan menurunkan respirasi (respirasi gelap), K+ juga

meningkatkan translokasi fotosintat dan K+ secara tidak langsung meningkatkan sintesis

beberapa macam senyawa organik seperti protein, gula dan polisakarida.

Kation K juga berperan mengaktifkan beberapa macam enzim, misal terhadap starch

sintetase pada jagung manis, pengaruh K+ sangat kuat yang diikuti oleh Rb+, Cs+ dan NH4+

pengaruhnya lebih rendah daripada K+.

Defisiensi K tidak menunjukkan gejala yang jelas, awalnya hanya pengurangan laju

pertumbuhan, setelah lanjut diikuti oleh klorosis dan nekrosis. Umumnya mulai nampak pada

daun tua, karena K+ yang mobil ditransport dari daun tua ke jaringan yang lebih muda.

Turunnya turgor apalagi pada kondisi stres air menyebabkan tanaman lembek. K+ juga dapat

meningkatkan resistensi tanaman terhadap beberapa penyakit, misal pada gandum terhadap

serangan penyakit : “powdery mildew” oleh Erysiphe graminis , padi : “brown spot” oleh

Ophiobolus myabeanus, barley : “brown rust” oleh Puccinia hordei dan Fusarium, layu pada

pisang oleh Fusarium oxysporum.

Beberapa contoh pupuk potasium :

KCl 50 % K (60 % K2O)

41 % K (58 % K2O)

33 % K (40 % K2O)

KSO4 43 % K (52 % K2O)

KNO3 37 % K (44 % K2O, 13 % N)

KPO3 33 % (40 % K2O, 27 % P) = K metafosfat

Kehadiran bakteria dan kegiatan-kegiatannya sangat mempengaruhi ketersediaan

potennsium dalam tanah bagi pertumbuhan tanaman.Kegiatan-kegiatan mikro dapat

mengarah pada suatu peningkatan dalam tersedianya potassium,sebagaimana kalau bahan-

bahan organik didekomposisi oleh beberapa jasad renik dan kalau asam-asam pengaruh

mempengaruhi dengan zeolit-zeolit,yang membebaskan potassium.Orthoklas- Orthoklas

pengaruh mempengaruhi dengan produk-produk mikroba tertentu memberikan garam-garam

potassium yang soluble (dapat melarut),perhatikan ringkasan sebagai berikut.

Senyawa-senyawa potassium hadir dalam tanah atau dalam kulturasi diassimilasi oleh

bakteria dan cendawan dan disimpan kembali (lebih lanjut) dalam bahan sel.Sekiranya yang

disimpan itu didekompos (dibongkar)maka potassium menjadi tersedia kembali.Potassium

bertempat kembali dalam tanah yang berbasis zeolitat Ca,Mg,dan Na.

Konsentrasi pada ketersediaan potassium dalam tanah dengan demikian terkendali yang tidak

hanya oleh total konsentrasi unsur,melaikan juga oleh bentuk dalam mana bentuk unsur itu

dihadirkan dalam tanah,oleh tingkat penjenuhan zeolitat-zeolitat tanah oleh reaksi tanah,oleh

tersedianya bahan organik,dan akhirnya oleh kegiatan-kegiatan berbagai golongan jasad

renik.

Metoda azotobacter sering kali telah digunakan untuk menentukan konsentrasi

tersediannya potassium di dalam tanah,yang telah ditemukan berbeda-beda diantara 2 sampai

30 dari total,bergantung pada fertilitas tanah.

Kalsium dan magnesium juga merupakan unsure yang esensial dalam nutrisi bagi

mikroorganisma tanah.Dapat dikemukakan,unsur-unsur ini memainkan bagian-bagian yang

penting sebagai penyangga substansi-substansi atau zat-zat untuk menetralisasi asam-asam

organik dan anorganik yang terbentuk dalam tanah.

Transformasi Kalsium

Untuk memahami bagaimana kalsium masuk ke tubuh, kita harus melihat kalsium

berada dalam tanah. Dalam lembab, daerah curah hujan tinggi seperti New England, sebagian

besar kation kalsium telah tercuci keluar dari zona akar tanah oleh air dan penambahan

kalsium tertentu, sering kali dalam bentuk batu kapur tanah, diperlukan untuk pertumbuhan

yang baik tanaman pangan yang paling . Meskipun jumlah kalsium yang dibutuhkan oleh

tanaman kecil (kalsium adalah 0,2-3,5 dari berat kering tanaman dan tumbuhan yang hidup

biasanya lebih dari 60% air), kalsium melakukan fungsi penting lainnya dalam tanah yang

membuatnya berguna dan perlu.

Kation kalsium digunakan untuk mengurangi keasaman dan meningkatkan pH tanah.

PH adalah ukuran konsentrasi ion hidrogen. Skala pH berjalan 0-14 dengan konsentrasi besar + H, semakin rendah p. Ion hidrogen yang dilepaskan oleh akar tanaman saat mereka tumbuh.

Di antara partikel batu berbagai ukuran, organisme dari segala macam dan bahan organik

dalam tanah adalah partikel koloid tanah liat dan humus yang memiliki muatan negatif pada

permukaannya. Kation yang teradsorpsi dan diselenggarakan pada situs-situs bermuatan

negatif. Sebuah tanah asam memiliki sebagian dari situs ini diisi dengan ion hidrogen. Dalam

sebuah tanah pertanian yang baik 60-70% dari situs-situs harus diisi dengan kation kalsium,

10-20% harus diisi dengan kation magnesium, 10-15% dengan kation hidrogen, 3-5% dengan

kation kalium dan sisanya dengan mikro.

Selain menyesuaikan pH dan menjadi tersedia untuk tanaman, tingkat kalsium yang

tepat meningkatkan struktur tanah, membuat fosfor dan zat gizi mikro lainnya yang tersedia,

dan meningkatkan lingkungan bagi mikroorganisme. Kalsium dikatakan untuk membantu

pertumbuhan nitrogen simbiotik dan non-simbiotik bakteri memperbaiki yang mengapa

pengapuran penting untuk pertumbuhan kacang, yang akarnya bakteri nitrogen fixing tuan

rumah 12.

Kapur relatif tidak larut. Bagaimana menyebarkan kapur tanah pada tanah dan

mencampurnya dalam membuat ion kalsium tersedia? Karbon dioksida yang dilepaskan

setiap kali makhluk hidup bernafas. Tanaman akar dan organisme tanah dari semua ukuran

mengeluarkan karbon dioksida yang menggabungkan dengan air dalam tanah untuk

menghasilkan asam karbonat yang mampu melarutkan batu kapur, membebaskan kalsium

sebagai kation untuk menemukan situs bermuatan negatif alternatif untuk melampirkan.

Salah satu aspek penting dari kapur diterapkan pada tanah adalah ukuran partikel. Semakin

kecil partikel semakin besar total luas permukaan batu kapur untuk aktivitas kimia akan

berlangsung pada, membuat pembubaran lebih cepat.

Seringkali batu kapur mengandung magnesium serta kalsium dalam bentuk karbonat

dan oksida. Kapur ini disebut dolomit, adalah jenis yang ditemukan di barat laut Connecticut

dan adalah jenis sering dibutuhkan di Connecticut tanah untuk mencapai hubungan perkiraan

ditunjukkan sebelumnya. (Magnesium adalah elemen sentral dalam molekul klorofil dan

ditemukan di setiap sel tumbuhan yang berwarna hijau.) Analisis batu kapur dari Kanaan, CT

adalah magnesium oksida 18%, kalsium oksida 28% dan karbonat kalsium dan magnesium

90%.

Di partikel koloid satu kation dapat digantikan oleh yang lain. Jika semua ion yang

hadir dalam konsentrasi yang sama ion kalium akan menggantikan ion natrium, ion

magnesium akan menggantikan kalium, kalsium akan menggantikan magnesium dan

hidrogen akan menggantikan ion kalsium. Karena hidrogen tidak hanya dilepaskan oleh akar

tanaman, tapi diproduksi dalam pembentukan asam karbonat maka perlu memiliki penawaran

yang baik dari ion kalsium dan magnesium dalam tanah untuk menjaga tingkat mereka di atas

bahwa hidrogen di situs koloid.

Kalsium diserap oleh akar tanaman baik secara langsung dari partikel atau setelah ia

sudah bergerak ke dalam larutan tanah. Ca + + bergerak ke akar karena konsentrasi nya lebih

besar di luar akar dan karena potensi membran. Keduanya aktif dan transpor pasif terlibat

dalam mendapatkan Ca + + ke dalam pabrik.

Sebagaimana dicatat sebelum kandungan kalsium (kebutuhan) tanaman bervariasi.

Secara umum monokotil, rumput seperti jagung dan biji-bijian lainnya, perlu kalsium kurang

dari dicots, sebagian besar tanaman pangan lainnya. Misalnya, kandungan kalsium diberikan

sebagai 1,3% pada alfalfa dan 0,82% pada tahun berjalan dan daun ranting pertumbuhan ek

putih, baik dicots, dan hanya 0,40% pada jagung. Dalam tanaman Ca + + dikatakan floem-

bergerak, yang berarti bahwa setelah mencapai daun melalui xilem yang membawa bahan

dari akar, tidak mudah diekspor dari daun melalui makanan melakukan jaringan. Ini berarti

bahwa sebagian besar kalsium diambil oleh pohon dan perenials lainnya dikembalikan ke

tanah dengan jatuhnya daun untuk didaur ulang sebagai mikroorganisme menguraikan daun.

Kormondy 13 laporan studi tentang anggaran gizi perkebunan pinus Skotlandia di Inggris.

Selama lebih dari 55 tahun dari penanaman, penyerapan total pohon dan flora tanah adalah

3043 kg per hektar dan total return untuk sampah dan tanah adalah 2565 kg per hektar.

(Deborah Barnes memiliki diagram yang baik dari Ca + + siklus pada tanaman di unitnya.)

Dalam kalsium, tanaman serta magnesium, bentuk garam-garam dari asam pectic

yang membentuk sebagian besar lamella tengah yang mengikat sel-sel tumbuhan yang

berdekatan. Hal ini membuat kalsium merupakan bagian penting dari struktur fisik tanaman.

Kalsium pada tanaman juga berfungsi sebagai kofaktor enzim dan memiliki efek langsung

terhadap sifat fisik membran sel. Jika ada kekurangan kalsium membran tampaknya

kehilangan integritas mereka. Para zat terlarut dalam membran atau sel-sel kemudian bocor

keluar.

Kalsium dalam tanaman dapat kembali ke tanah dengan daun jatuh, seperti yang

disebutkan, atau dapat disimpan dalam bagian kayu sampai jatuh dan membusuk atau

dibakar, atau kalsium dapat dicerna oleh hewan yang makan tanaman. Jika kayu dibakar isi

abu biasanya 0,1-3,0%. Dari jumlah ini, 30-60% mengandung kalsium dalam bentuk oksida

kalsium. Inilah sebabnya mengapa abu kayu adalah sumber kalsium yang baik dan cara untuk

meningkatkan pH tanah. Namun karena mereka juga mengandung oksida kalium 10-30% dan

elemen lainnya, sering kali dalam bentuk larut, abu harus digunakan hemat untuk

menghindari kelebihan kalium dan salinitas.

Transformasi Magnesium (Mg)

Di dalam tanah banyak dijumpai dalam fraksi lempung, Mg dijumpai dalam mineral

ferromagnesium yang mudah lapuk (biotit, serpentin, hornblende, olivin) juga dalam mineral

lempung sekunder (chlorite, vermikulit, illit dan monmoulinit). Di dalam tanah juga dapat

dijumpai Mg sebagai MgSO4, MgCO3 atau dolomit (CaCO3, MgCO3).

Distribusi Mg dalam tanah mirip dengan K dibedakan dalam tiga bentuk: tidak dapat

dipertukarkan, dapat dipertukarkan dan bentuk larut dalam air. Ketiga bentuk tersebut relatif

setimbang namun yang terbesar adalah bantuk tidak dapat dipertukarkan pada mineral primer

dan mineral lempung sekunder. Mg yang dapat dipertukarkan ini sekitar 5% dari total Mg,

fraksi yang berupa Mg terlarut dalam air penting bagi penyediaan nutrien tanaman. Mg dalam

larutan tanah cukup tinggi 2-5 mM, meskipun pada berbagai tanah sangat bervariasi yaitu

mulai 0,2 – 150 mM. beberapa Mg di tanah berasosiasi dengan bahan organik, tetapi biasanya

kecil, kurang dari 1% total Mg dalam tanah, seperti halnya Ca ternyata Mg juga mudah

mengalami pencucian.

Penyerapan oleh tanaman lebih rendah daripada Ca2+ atau K+. Mg dalam jaringan

sekitar 0,5% bahan kering. Pengaruh kompetitif kation terhadap penyerapan utamanya Mg

seringkali menjadi penyebab defisiensi Mg pada daun (apel) dan sebaliknya K+ yang rendah

diperoleh Mg yang tinggi.

Meskipun K+ yang tinggi sering menekan total penyerapan Mg, namun pengaruh

peningkatan penyediaan K+ bervariasi pada berbagai organ tanaman. Tabel berikut

menunjukkan bahwa pada tanaman tomat, peningkatan penyediaan K+ menurunkan

kandungan Mg di daun dan akar, namun pada buah malah sedikit meningkat, ternyata K+

meningkatkan translokasi Mg2+ yang menuju buah.

Tabel 4 : Pengaruh K+ terhadap kandungan beberapa kation pada berbagai organ tanaman ( Mengel K. dan Kirkby E.A., 1987 )

Perlakuan mM K/lt larutan nutrient

K Na Ca Mg

Dalam % DM

Daun

2 0,5 0,40 4,7 0,61

10 3,3 0,19 4,2 0,27

20 4,2 0,18 3,3 0,15

Akar

2 0,2 0,36 3,9 0,33

10 2,2 0,25 3,2 0,31

20 2,4 0,13 3,3 0,26

Buah

2 1,6 0,10 0,09 0,07

10 2,5 0,07 0,08 0,08

20 2,7 0,06 0,07 0,09

K & Na kompetitif - antagonisme.

K & Mg kompetitif tapi Mg sangat mobil pada buah tidak berpengaruh.

K & Ca kompetitif - translokasi Ca sangat ditentukan oleh transpirasi hanya diangkut ke arah atas.

Berbeda dengan Ca2+, Mg bersifat mobil di dalam floem sehingga dapat

ditranslokasikan ke daun muda ataupun ke tunas pucuk. Dalam jaringan tanaman total Mg

seringkali lebih 70% yang dapat didifusikan berasosiasi dengan anion organik seperti asam

malat dan asam sitrat. Pada biji cerealia dapat berupa garam inositol hexafosfat (asam fitat)

berasosiasi dengan klorofil (15-20%).

Mg juga merupakan kofaktor hampir seluruh enzim yang mengaktifkan proses

fosforilasi, Mg sebagai jembatan antara struktur pirofosfat (ATP dan ADP) dengan molekul

enzim.

Aktivasi ATP ase dibawakan oleh model jembatan di atas, Mg juga mengaktifkan

fosfokinase, dehidrogenase, enolase. Mg juga membawakan reaksi kunci pengaktifan enzim

ribulosa bifosfat carboksilase (Rubisco). Defisiensi Mg dapat menurunkan N protein karena

defisiensi Mg menghambat sintesis protein, terutama terhadap penggabungan asam amino

tertentu (seperti halnya defisiensi S), pengaruh ini lebih disebabkan oleh disosiasi ribosom ke

dalam sub unitnya karena ketiadaan Mg, karena Mg sebagai stabilisator ribosom yang

penting untuk sintesis protein. Pemindahan asam amino dari aminoacide RNA ke rantai

polipeptida juga diaktifkan oleh Mg.

Gejala defisiensi Mg selalu dimulai dari daun yang tua ke arah daun muda, hal ini

disebabkan sifat Mg yang mobil. Pada bagian antarvena daun menunjukkan warna kuning

atau klorosis bila lebih lanjut akan terjadi nekrosis. Pada gula beat gejala ini sering

dikacaukan dengan serangan virus yellow. Ciri lain, bila tanaman memperoleh cahaya

matahari yang kuat nampak layu seperti pada defisiensi K, yang mengalami gangguan pada

kandungan airnya. Defisiensi Mg pada daun secara individual nampak kaku/keras, rapuh,

pembuluh antar tulang daun lengkung, daun gugur prematur. Gejala ini pada dikotil dan

monokotil berbeda. Pada cereal dan monokotil, defisiensi Mg menunjukkan gejala yang

berbeda. Seperti pada dikotil mempengaruhi metabolisme air dan karbohidrat dan defisiensi

dimulai dari daun tua. Cerealia, dasar daun lebih dulu tampak kecil, bercak hijau gelap akibat

akumulasi klorofil bersebelahan dengan warna kekuningan sebagai warna latar belakang pada

kondisi tertentu terjadi klorosis, nekrosis juga terjadi terutama pada daun pucuk.

Level K+ dan NH4+ yang tinggi menekan penyerapan Mg sehingga dapat

menyebabkan defisiensi Mg, pH rendah dan pH tinggi juga menekan penyerapan Mg

disebabkan keberadaan H+, K+, Ca2+ juga berpengaruh terhadap penyerapan Mg karena

pengaruh kompetisi.

Pupuk Mg antara lain : Kieserit Mg SO4.H2O biasa diaplikasikan lewat tanah 500

kg/Ha, Epson MgSO4.7H2O mudah larut, 35 kg/Ha dilarutkan dalam 400 l air lewat

semprotan.

Transformasi Fe ( besi )

Di dalam tanah sebagai Fe oksida : haematit.(Fe2O3), ilmenit FeTiO3, magnetit Fe3O4,

batuan endapan dan siderit FeCO3. Kelarutan Fe dalam tanah sangat rendah dibanding

kandungan Fe yang ada, bentuk anorganik terlarut antara lain : Fe3+, Fe(OH)2+, dan Fe2+.

Dalam keadaan aerasi yang baik kontribusi Fe2+ kecil terhadap total Fe terlarut, kecuali pada

pH tinggi. Kelarutan Fe sangat ditentukan oleh kelarutan hidroksida Fe(3) :

Fe3+ + 3OH Fe(OH)3

Fe(OH)3 mengendap dan sangat tergantung pH yang tinggi, aktivitas Fe3+ menurun

dengan naiknya pH. Pada pH yang lebih tinggi aktivitas Fe3+ dalam larutan menurun 1000

kali lipat setiap kenaikan pH. Kelarutan Fe mencapai minimum pada pH sekitar 6,5 – 8,0.

Pada tanah asam kelarutan Fe anorganik relatif lebih tinggi daripada tanah kapur yang

kelarutannya sangat rendah dan dapat menyebabkan defisiensi pada tanaman yang tumbuh di

atasnya. Pada tanah tergenang terjadi reduksi Fe3+ menjadi Fe2+ yang disertai meningkatnya

solubilitas Fe. Proses reduksi ini penting terutama pada tanah sawah di mana konsentrasi Fe2+

dapat agak tinggi yang sering mengakibatkan keracunan pada tanaman padi yang dikenal

sebagai “bronzing” (daun berwarna kemerahan). Pada kondisi anaerob, proses reduksi yang

biasa terjadi : Fe(OH)3 + eˉ + H+ Fe2+ + 3H2O, terjadi konsumsi H+ sehingga pH naik. Reaksi

ini dapat berbalik bila terjadi peningkatan aerasi, pH lalu menurun disertai oksidasi Fe2+

menjadi Fe3+. Dengan sendirinya semakin dalam lapisan tanah dengan aerasi yang semakin

kurang, maka Fe2+ akan lebih tinggi daripada di tanah lapis atas.

Diabsorbsi oleh akar tanaman sebagai Fe2+ atau Fe khelate. Fe3+ kelarutannya rendah

pada pH tanah umumnya. Ketersediaannya tergantung pada kemampuan akar pada pH rendah

dan reduksi Fe3+ ke Fe2+. Fe khelate dapat larut sehingga tersedia bagi akar tanaman, walau

penyerapannya sangat rendah. Untuk efisiensi penggunaan Fe-khelate, pemisahan antara Fe

dan molekul organiknya berlangsung di permukaan akar ketika Fe-khelate diberikan pada

akar tanaman, yang biasanya dibutuhkan dalam jumlah yang kecil. Di samping itu reduksi

Fe3+ penting sebelum Fe-khelate dipisahkan dan Fe2+ diabsorbsi oleh akar tanaman.

Mikroorganisme tanah memainkan peran penting dalam transformasi zat besi dalam jumlah al

cara jelas berbeda seperti:

a. Bakteri tertentu mengoksidasi besi ferro menjadi besi negara yang mengendap sebagai

hidroksida besi sekitar sel

b. Spesies heterotrofik Banyak menyerang pada larut dalam garam besi organik dan

mengkonversi menjadi garam-garam anorganik

c. Oksidasi-reduksi potensial menurun dengan pertumbuhan mikroba dan yang mengarah pada

pembentukan lebih besi besi larut dari ion besi sangat tidak larut

d. Jumlah bakteri dan jamur menghasilkan asam seperti karbonat, asam nitrat, sulfat dan organik

yang membawa besi ke dalam larutan

e. Dalam kondisi anaerobik, sulfida yang terbentuk dari sulfat dan senyawa sulfur organik

menghapus besi dari larutan sebagai sulfida besi

f. Sebagai mikroba membebaskan asam organik dan produk karbon lain dari metabolisme yang

menghasilkan pembentukan kompleks besi larut organik. Dengan demikian, besi dapat

diendapkan di alam dan amobil oleh bakteri pengoksidasi besi bawah tanah reaksi alkali dan

pada solubilisasi sisi lain dari besi dapat terjadi melalui asam formasi.

Beberapa bakteri mampu mengurangi besi ke besi yang menurunkan potensi oksidasi-

reduksi dari lingkungan (misalnya Bacillus, Clostridium, Klebsiella dll). Namun, beberapa besi

chemoautotrophic dan bakteri belerang seperti Thiobacillus ferrooxidans dan ferroxldans

Ferrobacitlus dapat mengoksidasi besi ferro menjadi ferri hidroksida yang menumpuk di

sekitar sel.

Sebagian besar mikroorganisme aerobik hidup dalam lingkungan di mana besi ada dalam

bentuk, hidroksida yang tidak larut teroksidasi besi. Mereka menghasilkan besi mengikat senyawa

untuk mengambil besi besi. Ligan senyawa / zat besi mengikat atau chelating diproduksi oleh

mikroorganisme disebut "Siderophores". Siderophores bakteri dapat bertindak sebagai faktor virulensi

pada bakteri patogen dan dengan demikian, bakteri yang mengeluarkan siderophores yang lebih jahat

daripada non-siderophores produsen. Oleh karena itu, bakteri memproduksi siderophore dapat

digunakan sebagai agen biokontrol misalnya. Pseudomonad neon digunakan untuk pengendalian

Pythium, menyebabkan rebah penyakit pada bibit. Baru Vascular - Arbusecular - Mikoriza (VAM)

telah dilaporkan untuk meningkatkan penyerapan zat besi.

Spesies tanaman berbeda-beda kemampuannya dalam menggunakan Fe dan Fe

khelate sebagai nutrien. Dikatakan tanaman efisien terhadap Fe adalah yang tahan terhadap

pH rendah,medium dan meningkatkan kapasitas reduksi di permukaan akar pada kondisi

stress Fe sehingga ketersediaan Fe dan absorbsi oleh akar meningkat. Misalnya bunga

matahari : yang pada kondisi stress Fe terjadi perubahan fisiologi dan morfologi akar : pucuk

akar menjadi lebih tebal, korteks melebar/meluas, terjadi pembelahan sel rhizodermal,

perkembangan bulu akar yang intensif, terjadi perubahan sel : sel rhizodermis menjadi sangat

spesifik untuk penyerapan Fe. Berbeda dengan graminae : tidak terjadi perubahan fisiologi

dan morfologi, tidak mampu merespon stress Fe.

Penyerapan Fe sangat dipengaruhi oleh kation lain. Pengaruh kompetitif terhadap

penyerapan Fe : Mn2+, Cu2+, Ca2+, Mg2+, K+ dan Zn2+. Efek yang serupa terhadap penyerapan

Fe adalah berasal dari logam berat yang dapat menginduksi defisiensi Fe pada beberapa

spesies tanaman. Cu dan Zn diketahui dapat menggantikan Fe dari kompleks khelate

membentuk khelate logam berat. Hal inilah yang menyebabkan pembatasan terhadap

penyerapan Fe. Kecenderungan Fe untuk membentuk khelate dan kemampuannya untuk

berubah valensi merupakan dua hal penting yang mendasari sejumlah proses fisiologis :

Fe2+ Fe3+ + e

Sudah diketahui fungsi Fe dalam enzim sebagai haeme dari beberapa enzim misal :

peroksidase, katalase, sitokrom oksidase, Nitrit reduktase (NiR), Nitrat Reduktase (NR) ,

nitrogenase dll. Walau Fe penting dalam menyusun haeme, tetapi jumlahnya hanya 0,1 %

dari total Fe di daun, sebagian besar disimpan dalam bentuk Ferifosfoprotein yang disebut

fitoferitin. Keberadaan fitoferitin untuk melayani kebutuhan Fe yang digunakan bagi

pengembangan plastida untuk fotosintesis. Terbukti bahwa pada kloroplas banyak

mengandung Fe (± 80 %) dari total Fe di tanaman. Bentuk lain dari Fe di khloroplas ialah

Feredoksin yang berpartisipasi dalam proses oksidasi-reduksi dengan memindahkan elektron.

Yang serupa feredoksin, sebagai sistem redoks pada fotosintesis ialah reduksi nitrit, reduksi

sulfat dan asimilasi N2. Tanaman hijau sering berkorelasi antara ketersediaan Fe dengan

kandungan klorofil. Tanaman dengan penyediaan Fe yang baik akan tinggi kandungan

klorofilnya.

Tabel 5. Efek ketersediaan Fe terhadap kandungan klorofil dan aktivitas enzim di daun tomat ( Mengel K. dan Kirkby E. A., 1982 ).

Perlakuan Kandungan Fe µg/g FW Klorofil mg/g FW

Aktivitas enzim

Pelarut HCl

Total Katalase Peroksidase

Cukup Fe 10,3 18,5 3,52 100 100

Kurang Fe 4,3 11,1 0,25 20 56

Defisiensi Fe serupa dengan Mg dalam hal produksi klorofil, sedang dalam hal lain

difisiensi Fe tidak sama dengan Mg yang selalu dimulai dari daun muda. Defisiensi Fe

menunjukkan klorosis antar vena, vena yang berwarna hijau gelap yang kontras dengan hijau

terang atau kuning sebagai latar belakang, daun-daun muda berwarna putih dan kerusakan

total pada klorofil. Pada cerealia, terdapat garis-garis kuning selang-seling sepanjang daun.

Keracunan Fe terutama terjadi pada tanah sawah yang selalu tergenang. Dalam

beberapa minggu tergenang akan meningkatkan kelarutan Fe dari 0,1 ppm menjadi 50-100

ppm. Keracunan Fe pada padi dikenal sebagai “bronzing” awalnya daun mengalami bercak

coklat yang berkembang merata berwarna coklat. Hal ini terjadi karena kandungan Fe

melebihi 300 ppm. Keracunan Fe pada tanaman padi ini sering terjadi terutama pada tanah

berat dan seringkali berkaitan dengan defisiensi K+, bila kekurangan K+ kemampuan akar

mengoksidasi Fe2+ ke Fe3+ akan terganggu.

Gejala defisiensi Fe seringkali dijumpai pada tanah kapur dan hal ini diinduksi oleh

terbentuknya HCO3- pada tanah kapur, ion ini berpengaruh pada penyerapan dan translokasi

dalam tanaman. Gejala defisiensi disini bukan karena rendahnya ketersediaan Fe di dalam

tanah, tetapi karena kekacauan perilaku fisiologis yang diinduksi oleh kelebihan HCO3- .

CaCO3 + CO2 + H2O Ca2+ + 2HCO3-

Kelebihan HCO3- di medium akar akan menyebabkan immobilisasi Fe dalam

tanaman. Mengapa HCO3- mengurangi mobilitas Fe di dalam tanaman belum jelas benar,

diduga penyerapan yang tinggi terhadap HCO3- oleh tanaman akan menyebabkan naiknya pH

jaringan tanaman sehingga berakibat pada immobilisasi Fe.

Besi dapat mengalami semacam transformasi di dalam tanah melalui kegiatan-

kegiatan jasad renik.Besi sangat esensial bagi sinthesa sel.Bakteri tertentu berkemampuan

dalam mengoksid garam-garam besi menjadi senyawa-senyawa besi dan pada pemanfaatan

energy yang dibebaskan bagi assimilasi karbon dioksida,dalam suatu cara yang mirip pada

gerak bakteri nitrifikan dan pengoksid sulfur,berkaitan dengan reaksi berikut:

2FeSO4 + 3H2O + 2CaCO3 + O = 2Fe (OH)3 + 2CaSO4 + 2CO2

Besi saling pengaruh mempengaruhidengan senyawa-senyawa humus pada tanah.Besi

menjadi lebih siap tersedia dalam hubungan tersebut bagi pertumbuhan tanaman pada tanah-

tanah alkali jika zat itu tidak cepat hilang /keluar sebagaimana fosfat organik.

5. TRANSPORTASI ARSENAT DAN SELENIUM

Arsenat didistribusikan secara luas dalam tanah, unsur ini jarang ditemukan,

meskipun dalam jumlah-jumlah racun dalam tanah. Walaupun arsenat telah umum digunakan

dalam berbagai insektisida, hanya sedikit saja jumlahnya yang dapat menemukan jalan dan

tersedianya dalam tanah. Dalam berbagai kasus, seperti ketika arsenat debu diberikan untuk

membinasakan insek-insek tertentu, jumlah-jumlahnya yang ditinggaalkan dalam tanah dapat

mengakibatkan kerdilnya pertumbuhan tanaman.

Cendawan tanah yang tertentu mempunyai kapasitas untuk menguapkan atau

melepaskan substansi-substansi arsenat dengan mereduksinya ke arsin. Kultur atau

pemeliharaan cendawan demikian dengan cepat melepaskan bau arsin dari media

berkandungan arsenat. Anggota-anggota dari genus Scopulariopsis atau Penicillium

brevicaule, aspergilli tertentu, terutama A. Fumingatus, A sydowi dan A. Ochreceus, species

Fusarium dan berbagai dematiaceae bertanggung jawab pada kegiatan-kegiatan ini.

Transformasi selenium oleh mikroorganisma dalam tanah merupakan kegiatan

penting dalam hubungan dengan absorpsi selektif atas elemen ini oleh tanaman-tanaman

panenan, sepertinya gandum. Bentukan-bentukan geologis tertentu berkandungan selenium.

Tanaman-tanaman yang tumbuh di daerah-daerah ini akumulit elemen ini dalam bahan

selnya. Macam-macam bakteria dan cendawan mempunyai kapasitas untuk menguapkan

selenium dengan mudah/cepat, menghasilkan bau yang sangat menyolok. Hal ini dengan

cepat ditemukan (tercium) dalam tabung-tabumg kultur dan dalam jembangan eksperimen.

Kalau selenium yang terkandung pada tanaman mengalami dekomposisi, aktifitas berbagai

mikroorganisma menghasilkan bau yang kuat. Aktivitas mikrobologis dalam tanah

menyumbangkan zat-zat yang berkandungan selenium tersedia pada tanaman-tanaman hijau

dibawah kondisi-kondisi yang sebaliknya, dalam mana tanaman-tanaman tidak mampu untuk

memperoleh selenium. Beberapa organisma sepanjang menyangkut kemudahannya

menguapkan selenium termasuk kebanyakan dari cendawan asenat,terutama

Scopulariopsisbrevicaula dengan golongannya dan bakteria tanah tertentu terutama

Pseudomonas fluorescens.

Senyawa-senyawa selenium merupakan subjek bagi kegiatan sejenis bakteria

lain,dalam mereduksi selenat ke selenit dan dalam oksidasi selenium elementer.

6. TRANSFORMASI UNSUR-UNSUR LAINNYA

Sebagai tambahan pada elemen-elemen di atas,suatu variasi dari daripadanya baik

yang merupakan subjek pada transformasi oleh mikroorganisma ataupun yang memainkan

bagian dalam metabolismanya,elemen ini perlu mendapat perhatian pula. Dalam hal ini

cukup untuk menyebutkan hidrogen,oksigen, nitrogen dan silikon.

Transformasi Hidrogen

Hidrogen menerobos dalam komposisi sel-sel mikroba dalam bentuk air,membentuk

suatu bagian yang penting pada penyusun-punyusun sel mikroba, organik ataupun

anorganik.Juga merupakan subjek untuk mensifati reaksi-reaksi oksidasi oleh bakteria

tertentu,energi yang sungguh-sungguh dibebaskan dalam reaksi ini:

H2 + O = H2O

Transformasi Oksigen

Oksigen benar-benar penting dalam semua reaksi biologis,termasuk proses-proses

anerobik (fermentasi dan aeorobik (respirasi).Penting dalam sinthesa sel dan dalam

dekomposisi bahan organik.Tanpa oksigen,tak ada kehidupan berlangsung.

Transformasi Nitrogen

Transformasi nitrogen adalah suatu proses konversi senyawa yang mengandung unsur

nitrogen menjadi berbagai macam bentuk kimiawi yang lain. Transformasi ini dapat terjadi

secara biologis maupun non-biologis. Beberapa proses penting pada siklus nitrogen, antara

lain fiksasi nitrogen, mineralisasi, nitrifikasi, denitrifikasi.

Walaupun terdapat sangat banyak molekul nitrogen di dalam atmosfir, nitrogen dalam

bentuk gas tidaklah reaktif.. Hanya beberapa organisme yang mampu untuk mengkonversinya

menjadi senyawa organik dengan proses yang disebut fiksasi nitrogen. Fiksasi nitrogen yang

lain terjadi karena proses geofisika, seperti terjadinya kilat. Kilat memiliki peran yang sangat

penting dalam kehidupan, tanpanya tidak akan ada bentuk kehidupan di bumi. Walaupun

demikian, sedikit sekali makhluk hidup yang dapat menyerap senyawa nitrogen yang

terbentuk dari alam tersebut. Hampir seluruh makhluk hidup mendapatkan senyawa nitrogen

dari makhluk hidup yang lain. Oleh sebab itu, reaksi fiksasi nitrogen sering disebut proses

topping-up atau fungsi penambahan pada tersedianya cadangan senyawa nitrogen.

Vertebrata secara tidak langsung telah mengonsumsi nitrogen melalui asupan nutrisi

dalam bentuk protein maupun asam nukleat. Di dalam tubuh, makromolekul ini dicerna

menjadi bentuk yang lebih kecil yaitu asam amino dan komponen dari nukleotida, dan

dipergunakan untuk sintesis protein dan asam nukleat yang baru, atau senyawa lainnya.

Sekitar setengah dari 20 jenis asam amino yang ditemukan pada protein merupakan asam

amino esensial bagi vertebrata, artinya asam amino tersebut tidak dapat dihasilkan dari

asupan nutrisi senyawa lain, sedang sisanya dapat disintesis dengan menggunakan beberapa

bahan dasar nutrisi, termasuk senyawa intermediat dari siklus asam sitrat.

Asam amino esensial disintesis oleh organisme invertebrata, biasanya organisme yang

mempunyai lintasan metabolisme yang panjang dan membutuhkan energi aktivasi lebih

tinggi, yang telah punah dalam perjalanan evolusi makhluk vertebrata. Nukleotida yang

diperlukan dalam sintesis RNA maupun DNA dapat dihasilkan melalui lintasan metabolisme,

sehingga istilah “nukleotida esensial” kurang tepat. Kandungan nitrogen pada purina dan

pirimidina yang didapat dari asam amino glutamina, asam aspartat dan glisina, layaknya

kandungan karbon dalam ribosa dan deoksiribosa yang didapat dari glukosa.

Kelebihan asam amino yang tidak digunakan dalam proses metabolisme akan

dioksidasi guna memperoleh energi. Biasanya kandungan atom karbon dan hidrogen lambat

laun akan membentuk CO2 atau H2O, dan kandungan atom nitrogen akan mengalami

berbagai proses hingga menjadi urea untuk kemudian diekskresi. Setiap asam amino memiliki

lintasan metabolismenya masing-masing, lengkap dengan perangkat enzimatiknya.

Gas nitrogen banyak terdapat di atmosfer, yaitu 80% dari udara. Nitrogen bebas dapat

ditambat/difiksasi terutama oleh tumbuhan yang berbintil akar (misalnya jenis polongan) dan

beberapa jenis ganggang. Nitrogen bebas juga dapat bereaksi dengan hidrogen atau oksigen

dengan bantuan kilat/ petir.

Tumbuhan memperoleh nitrogen dari dalam tanah berupa amonia (NH3), ion nitrit

(N02- ), dan ion nitrat (N03- ).

Beberapa bakteri yang dapat menambat nitrogen terdapat pada akar Legum dan akar

tumbuhan lain, misalnya Marsiella crenata. Selain itu, terdapat bakteri dalam tanah yang

dapat mengikat nitrogen secara langsung, yakni Azotobacter sp. yang bersifat aerob dan

Clostridium sp. yang bersifat anaerob. Nostoc sp. dan Anabaena sp. (ganggang biru) juga

mampu menambat nitrogen. Nitrogen yang diikat biasanya dalam bentuk amonia. Amonia

diperoleh dari hasil penguraian jaringan yang mati oleh bakteri. Amonia ini akan dinitrifikasi

oleh bakteri nitrit, yaitu Nitrosomonas dan Nitrosococcus sehingga menghasilkan nitrat yang

akan diserap oleh akar tumbuhan. Selanjutnya oleh bakteri denitrifikan, nitrat diubah menjadi

amonia kembali, dan amonia diubah menjadi nitrogen yang dilepaskan ke udara. Dengan cara

ini siklus nitrogen akan berulang dalam ekosistem.

Gambar 4. Transformasi (Siklus Nitrogen)

Transformasi Silikon

Silikon ditemukan secara melimpah dalam rangka mineral pada tanah.Ditemukan

dengan ekstensif dalam substansi sel dari banyak organisma tanah,terutama diatom-

diatom,protozo tertentu,cendawan dan bakteria.Silikon menjalani berbagai transformasi

sebagai suatu akibat kegiatan-kegiatan mikroorganisma yang langsung dan tidak

langsung.Kalau residu-residu tanaman didekomposisi,silicon dibebaskan sebagai silica dan

dimungkinkan untuk akumulasi.Silika dapat diubah soluble (dapat melarut) melalui gerak

karbon dioksida dan melalui asam-asam organik dan anorganik yang di hasilkan

mikroorganisma.Ini memainkan peran yang esensial dalam menghancurkan batu-batuan dan

pembentukan tanah.