DAUR BIOGEOKIMIA UNSUR C, K, Fe DAN MnStaff Pengajar Mikrobiologi dan Bioteknologi Pertanian II Program Studi Agroteknologi Fakultas Pertanian Universitas Padjadjaran 2010

DAUR BIOGEOKIMIA C

Sink Karbon di Biosfer, Atmosfer, Litosfer(1) Molekul organik di organisme hidup dan mati di biosfer, (2) Gas karbondioksida di atmosfir, (3) Bahan organik di dalam tanah, (4) Fosil, batuan sedimen, batu kapur, dolomit di litosfer (5) Karbondioksida terlarut di lautan dan kalsiumkarbonat di cangkang organisme laut.

DAUR BIOGEOKIMIA C

Deposit Utama Karbon di BumiLimbung Atmosfer Bahan organik tanah Lautan Sedimen lautan dan batuan sedimen Tanaman darat (organisme ototrof) Deposit bahan bakar fosil Jumlah (Metrik Ton) 578 (thn 1700) - 766 (thn 1999) 1 500 - 1 600 38 000 - 40 000 66 000 000 - 100 000 000 540 - 610 4 000

DAUR BIOGEOKIMIA C

Organisme OtotrofTanaman tinggi

Memiliki mekanisme untuk mengabsorpsi CO2 ke dalam sel dan secara kimia mengubahnya menjadi molekul gula melalui fotosintesis. Molekul gula secara kimia dimodifikasi oleh organisme tersebut melalui metabolisme menjadi bahan yang lebih kompleks seperti protein, selulosa, lemak dan asam amino.

Alga

Bakteri ototrof

Sebagian bahan organik yang dihasilkan tanaman didekomposisi kembali oleh mikroba heterotrof melalui konsumsi dan terjadi pelepaskan CO2.

DAUR BIOGEOKIMIA C

Konsentrasi CO2 Atmosfir

DAUR BIOGEOKIMIA C

Pengambilan dan Pengembalian CO2 di Atmosfir Tidak seimbang. Kegiatan antropogenik Melepas CO2: Pembakaran bahan bakar fosil menghasilkan karbon yang dikembalikan ke atmosfir dan tetap akan berada di atmosfir bumi selama jutaan tahun. Memfiksasi CO2: Reboisasi dalam luasan yang besar.

DAUR BIOGEOKIMIA C

Efek Gas Rumah Kaca Atmosfir mengandung gas rumah kaca yaitu karbondioksida (CO2), metana (CH4), nitrousoksida (N2O), debu halus (aerosol), ozone (O3) dan Chlorofluorocarbon (CFC) yang meningkat sebagai akibat aktivitas manusia. Peningkatan konsentrasi gas menyebabkan peningkatan kemampuan atmosfir untuk mengabsorbsi cahaya. Pemanasan ini akan mengubah kondisi cuaca yang juga akan mengganggu pertanian.

DAUR BIOGEOKIMIA C

Peran Pertanian dalam Carbon Balance CO2 dilepas: produksi pupuk, oleh traktor, degradasi bahan organik tanah, deforestasi serta pembakaran. CO2 diambil: produksi tanaman. Pemeliharaan atau peningkatan kandungan C-organik tanah. Peningkatan produktivitas tanah bera yang akan mengurangi pembukaan lahan baru. Produksi bahan bakar biologis yang menggantikan bahan bakar fosil.

DAUR BIOGEOKIMIA K

Daur K

DAUR BIOGEOKIMIA K

Sumber K di dalam tanah berasal dari: Mineral feldsfar, mika, muskovit, biotit dengan kandungan K sekitar 8% dan ilit. Pupuk kalium (K2SO4 atau KCl). Sisa-sisa organik, dari sisa-sisa tanaman (K2O 2,5%) atau pupuk kandang (K2O 0,28-0,5%). Sel bakteri mengandung K2O 425,5% dan dalam miselium fungi sekitar 8,739,5%.

Bentuk K dalam tanah dikelompokkan menjadi: Bentuk tidak tersedia bagi tanaman meliputi 90-98% dari total K tanah (berada dalam mineral feldsfar dan mika). Kalium lambat tersedia meliputi 1-10% dari K total. K ini melarut dari mineral primer atau pupuk K, tetapi masih melekat pada komplek jerapan anorganik dan organik. Kalium mudah tersedia meliputi 0,1-2% dari total K dalam tanah. Kalium ini berada pada tepi permukaan jerapan tanah dan dapat ditukar dengan kation lain untuk lepas ke larutan tanah.

Mineral mika sebagai sumber K

DAUR BIOGEOKIMIA K

Peran Unsur K Gejala defisiensi K pada jagung

Kalium diserap tanaman dalam bentuk K+. Konsentrasi K dalam tanaman 1,66 2,75%. Peranan K sebagai katalisator. Gejala defisiensi K dalam tanaman: Muncul pada daun jaringan yang tua karena mobilitas K dalam tanaman cukup tinggi. Terjadinya klorosis yang kemudian tepi daun berubah menjadi coklat. Defisiensi lanjut tanaman menjadi kerdil dan buku-bukunya menjadi pendek. Akibat defisiensi K: mempengaruhi sintesis pati dan sintesis asam lemak dari asetat yang berasal dari glikolisis, berkurangnya toleransi tanaman terhadap stress air karena berperanan penting dalam mengatur stomata.

Gejala defisiensi K pada kedelai

DAUR BIOGEOKIMIA K

Peranan Mikroba dalam Daur K Mikroba tanah mempunyai pengaruh terhadap tingkat ketersedian K tanah. Pelarutan K dalam mineral dapat berlangsung karena aksi asam organik hasil sintesis mikrobia tanah --- Pembebasan K ke dalam larutan tanah dari K mineral. Beberapa bakteri tertentu dapat tumbuh dalam medium kultur yang mengandung mineral aluminosilikat dan mampu melepaskan K yang ada di dalamnya. Basillus siliceous. Hasil inokulasi pada tanaman gandum terjadi peningkatan hasil yang diperoleh setara dengan perlakuan pupuk KCl. Bakteri tersebut mampu menyerang K-silikat dalam tanah dan melepaskannya menjadi bentuk yang tersedia bagi tanaman. Azotobacter sering digunakan untuk menentukan tingkat tersedianya K dalam tanah. Bakteri ini akan terhambat bila di dalam media pertumbuhannya kekurangan unsur K, Ca dan P. Aspergillus niger mampu menggunakan mineral liat sebagai sumber K nya dalam medium kultur.

Aspergillus niger

DAUR BIOGEOKIMIA Fe

Daur Fe Kerak bumi mengandung Fe cukup tinggi 50 000 ppm. Tanah bereaksi asam: Fe tersedia cukup terutama tanah-tanah merah (red soil. Kadar Fe pada tanah pasang surut dan gambut bervariasi sedang sampai tinggi sehingga sering menampakkan gejala meracun.

Tanah bereaksi alkali:Tanah berkapur kahat Fe

Tanah berkapur (kalkareous) kadar Fe total cukup tinggi (20 000 40 000 ppm) tetapi tidak dalam bentuk tersedia bagi tanaman. Setiap kenaikan 1 unit pH maka aktivitas Fe dalam larutan tanah akan turun 1000 kali dan kelarutan Fe akan mencapai nilai minimum pada pH 6,5 8,0.

DAUR BIOGEOKIMIA Fe

Peran Unsur Fe Fe berperan dalam sintesis protein, komponen enzim redoks seperti peroksidase, katalase dan sitokrom oksidase. Tanaman menyerap Fe dalam bentuk Fe2+, Fe3+ atau Fe-khelat senyawa organik. Defisiensi Fe pada tanaman menyebabkan klorosis (ditandai dengan menguningnya tulang daun) yang banyak ditemukan pada tanah alkalis atau pH tinggi dan banyak mengandung Ca dan Mg karbonat. Sedangkan gejala keracunan Fe ditunjukkan oleh adanya bercak ungu kecoklatan pada daun dan pada daun tanaman padi menunjukkan warna coklat kemerahan (bronzing).

Gejala defisiensi Fe pada jagung (Zea mays)

DAUR BIOGEOKIMIA Fe

Status Fe pada Tanah Alkali Pada pH tanah yang bereaksi alkali kandungan Fe sangat tidak memenuhi kebutuhan tanaman sehingga di dalam tanah harus terbentuk Fe organik berbentuk Fe-khelat, yang terbentuk dari hasil persenyawaan Fe tanah dengan polifenol, asam fulvik dan asam alifatik sederhana yang berasal dari tanaman (phytosiderofor) atau dengan asam-asam organik yang dihasilkan oleh mikroba (siderofor).

Interaksi antara akar tanaman dan mikroba dalam menyediakan Fe bagi tanaman (PC=plant chelator phytosiderofor, MC=microbial chelator siderofor) (Marschner P, 2007).

DAUR BIOGEOKIMIA Fe

Peran Bakteri Siderofor dalam Menyediakan Fe

Isolat bakteri siderofor B59 asal Tagog Apu berpendar hijau kekuningan (Herdiyantoro et al., 2009).

DAUR BIOGEOKIMIA Mn

Daur Mn Mangan (Mn) di dalam tanah dijumpai pada mineral, batuan induk dan terdapat dalam bentuk oksida, silikat dan karbonat (bentuk dominan Mn2+). Kandungan di dalam tanah 20-400 ppm. Bentuk tersedia Mn2+ (bivalen, mangano) Tanah dengan pH < 5,5 dalam kondisi aerobik atau pada pH yang lebih tinggi pada kondisi anaerobik kelarutan Mn sangat tinggi.

Bentuk tidak tersedia tetravalen; mangani)

Mn4+

(trivalen

atau

Manganese nodule

Tanah bereaksi alkali (pH > 8) pada kondisi aerobik, Mn2+ teroksidasi menjadi Mn4+ yang tidak tersedia karena tidak larut dalam air (terendapkan sebagai mangani oksida, MnO2). Jika terjadi kenaikan 1 unit pH maka kelarutan kation Mn2+ akan menurun sebanyak 100 kali. Pada lingkungan marin endapan MnO2 dikenal sebagai nodul Mn (manganese nodule).

DAUR BIOGEOKIMIA Mn

Peran Unsur Mn Mangan berperan dalam mengaktivasi sejumlah enzim dalam proses fotosintesis, metabolisme dan asimilasi N serta sebagai aktivator enzim-enzim (oksidase, peroksidase, dehidrogenase, dekarboksilase dan kinase). Defisiensi Mn pada tanaman menyebabkan: Terganggunya (inaktivasi) proses fotosintesis. Perubahan proses metabolik di dalam tanaman.Gejala defisiensi Mn pada tanaman Cucumber (Cucumis sativus L.)

Gejala defisiensi Mn pada tanaman Garden Bean (Phaseolus vulgaris L.)

DAUR BIOGEOKIMIA Mn

Peranan Mikroba dalam Daur Mn Berbagai bakteri berperan dalam mengkatalis reaksi pengubahan bentuk-bentuk Mn. Corynebacterium sp. mengoksidasi kation Mn2+ menjadi Mn4+ (Mn2O3 dan MnO2).Mn2+ + O2 + H2O MnO2 + 2H+

Corynebacterium sp.

Bacillus pycocyaneus mereduksi Mn4+ (Mn2O3 dan MnO2) menjadi kation Mn2+ yang mudah larut dan lebih mobil pada suasana anaerob.

Sampai Jumpa dan Selamat Belajar