PEKIRAAN PENGARUH MUSIM DAN PENGOLAHAN TANAH TERHADAP KOMUNITAS MIKROBIA TANAH DENGAN MENGGUNAKAN ANALISIS ASAM LEMAK PHOSPOLIPID PADA SISTEM BUDIDAYA KUBIS SECARA BERKALA

PEKIRAAN PENGARUH MUSIM DAN PENGOLAHAN TANAH TERHADAP KOMUNITAS MIKROBIA TANAH DENGAN MENGGUNAKAN ANALISIS ASAM LEMAK PHOSPOLIPID PADA SISTEM BUDIDAYA KUBIS SECARA BERKALA

1. PENDAHULUAN

Pengaruh mikroorganisme tanah terhadap proses – proses ekosistem, seperti dekomposisi bahan organic dan siklus hara, fiksasi N, formasi agregat dan stabilisasi agregat, penekanan terhadap penyakit pathogen tanah sangat penting untuk pertanian. Akan tetapi, penggunaan struktur komunitas mikrobia sebagai indicator kualitas tanah masih terbatas. Hal ini sangat penting di dalam evaluasi system pengolahan pertanian secara organic seperti pertanian organic, pertanian alami, atau pertanian alternative.

Ukuran dan komposisi dari populasi mikrobia biasa digunakan untuk menaksir akibat dari paktek pengolahan tanah pada sifat biologi tanah. Populasi total dari mikroorganisme atau populasi kelompok spesifik telah digunakan pada banyak studi untuk tujuan ini.

Banyak penelitian yang telah dilakukan menggunakan metode kultur secara invitro karena karakterisasi komunitas mikrobia tanah menggunakan pendekatan kultur bebas belum berkembang. Metode molekuler seperti analisis DNA mikrobia dan analisis PLFA, telah digunakan secara luas untuk memonitor perubahan di dalam struktur komunitas mikrobia tanah dihasilkan dari praktek pengolahan yang berbeda pada tanah pertanian, aliran air sawah atau dekomposisi bahan organic. Diantara mereka, analisis PLFA dapat menyediakan informasi yang detail tentang struktur dari komunitas mikrobia yang aktiv, termasuk mikroorganisme yang dapat hidup tapi tidak dapat dikulturkan. Profil PLFA yang diujikan pada system pertanian yang menerima jumlah yang berbeda dari input organiknya.

2. PEMBAHASAN

A.    Bahan Dan Metode

1.      Rancangan percobaan

Untuk kompos kotoran hewan (CMC) dibuat dari kotoran hewan yang difermentasikan selama lebih dari 12 bulan. Sedangkan kompos seresah (GRC) dibuat dari rumput dan seresah daun jatuh dari pohon dengan perbandingan 1:1 yang difermentasikan selama 6 bulan. Perlakuan pada plot yang diberi kompos rumput secara organic menyuburkan tanah, yang terbuat dari tanah, sekam padi, kulit padi dan lobak dengan perbandingan volume (1.5,0.6,0.6 dan 0.24 m3) difermentasi selama lebih dari 9 bulan , diaplikasikan untuk mendapatkan level nitrogen yang sama selama 3 perlakuan. Pada plot perlakuan CMC dan GRC, berturut - turut pada angka 30Mg/ha/tahun hingga tahun 1999 karena dugaan bahwa terjadinya mineralisasi N yang rendah pada kompos. Kemudian jumlahnya menurun menjadi 20Mg/ha/th dari tahun 2000 kedepan hingga memperoleh angka Nitrogen yang cocok yaitu 382-384 kg N/ha untuk semua perlakuan.

Pupuk kimia (CHF) diaplikasikan pada plot 2 minggu lebih dahulu untuk pencangkokan kubis dan kompos diaplikasikan 1 bulan lebih dulu untuk pencangkokan. Kubis olahan “Kinkei201” dan “Konsui” ditanam pada musim semi dan gugur secara berturut – turut. Rata – rata hasil dari kubis dari tahun 1999-2003 adalah 25.500 kg/ha, 24.400kg/ha dan 25.300 kg/ha pada perlakuan pupuk kimia, kompos kotoran ternak dan kompos seresah, berturut – turut.

2.      Sampling Tanah

Tanah di sampel dari plot sekali dalam satu bulan dari tanggal 2 april 2003 hingga 3 maret 2004 dalam duplikasi. 5 sampel tanah permukaan dikumpulkan dari lokasi separuh jalan diantara tanaman kubis dan tepi bedengan tanamn kubis yang berkembang dari masing – masing blok, kira – kira 30 cm dari tanaman kubis. Setelah dicampur, tanah diayak dengan ayakan 2mm dan disimpan pada suhu 30 C hingga analisis komunitas dilaksanakan. Beberapa unsur kimia tanah ditentukan pada bulan agustus 2002.

3.      Analisis PLFA

PLFA dianalisis dalam 2 kali percobaan menggunakan 10 gr tanah menurut metode satu fase ekstraksi dari Bligh and Dyer(1958) dan Arao et al (1998) yang kemudian dimodifikasi lagi oleh Kato et al (2005). Pada studi sekarang ini, L-α-Lecithin-dihenicosanoyl (21:0) digunakn sebagai standar internal karena 21:0 tidak menghalangi pendeteksian dari PLFA lain  dalam analisis kromatografi gas. Fatty acid metyl esters (FAME) dari phospolipid diidentifikasi dan dikuantitatifkan dengan flame ioniztion detector (FID)-GC (HP series 6890) dan sistem MIDI. Sistem tersebut terdiri dari FID-GC, HP-IB communications, HP3365 chemstation software dan komputer. HP3365 chemstation software mengoperasikan penyamplingan, analisis chromatogram dan penggabungan chromatogram. Jumlah dari FAME dikuantitatifkan atau diangkakan melalui analisis data chromatographic menggunakan sistem MIDI dan data standar internal dari kromatografi.

4.      Penamaan Asam Lemak

Asam lemak dipilih berdasarkan angka total dari atom C: jumlah dari ikatan ganda menurut posisi dari ikatan ganda tersebut  dari aliphatic end (ω) molekul. Konfigurasi Cis dan trans ditandai oleh c dan t, berturut – turut. Awalan “i” dan “a” menandakan cabang iso- dan cabang anteiso- , berturut – turut. Asam lemak dengan gugus hidroksil dan gugus metyl secara berturut – turut berada dalam bentuk –OH dan Me dengan didahului angka yang menandakan posisinya dari carboxyl end dari sebuah molekul. Asam lemak kloropropyl ditunjukkan dalam “cyc”.

5.      Analisis statistik

Analisis komponen utama (PCA) dan analisis cluster diselesaikan menggunakan persen mol dari FAME individual. PCA dilaksanakan dengan matrix kofarians menggunakan software statistik EXCEL STATISTICS 2000. analisis cluster dilaksanakan menggunakan data normal dengan program statistik Kyplot version 3. Metode Ward digunakan untuk analisis cluster.

B.     Hasil

1. Jumlah PLFA

Jumlah PLFA berkisar antara 34.1 – 60.4 µg/g tanah kering untuk plot perlakuan CHF, 48.4-101.7 tanah kering untuk plot perlakuan CMC, dan antara 56.7-100.7 tanah kering untuk plot perlakuan GRC. Jumlah total PLFA dan total karbon lebih kecil pada perlakuan pupuk kimia dibandingkan pada perlakuan kompos kotoran ternak dan kompos ternak. Musim dan waktu pengenaan perlakuan melalui aplikasi pemupukan atau kompos dan pertumbuhan kubis tidak berakibat tetap pada pengamatan jumlah PLFA. Karena jumlah dari PLFA diketahui untuk mencocokan kemampuan hidup dari biomasa mikrobia, hal ini diamati bahwa biomassa mikrobia lebih kecil pada plot perlakuan pupuk kimia dibandingkan dengan 2 perlakuan lainnya. Banyak studi yang telah melaporkan bahwa aplikasi dari kompos dapat meningkatkan jumlah PLFA.

2. Variasi musim dalam pola PLFA

PLFA diklasifikasikan ke dalam 5 kelompok, yaitu:

a.                   Lurus, saturated PLFA

b.                  Lurus, monosaturated PLFA(biomarker bakteri gram negatif)

c.                   Lurus, polyunsaturated PLFA(biomarker eukaryotik termasuk jamur)

d.                  Aso- dan anteiso- branched, saturated PLFA(biomarker bakteri gram positif)

PLFA tanah yang dikumpulkan dengan plot yang berasal dari plot CMC dan plot GRC menandakan dominansi relative dari bakteri gram positif dalam plot CMC atau plot GRC dibandingkan dengan plot CHF. PLFA dalam tanah dibalik keatas pada bulan Desember-Juni, dan dibalik lagi kebawah pada bulan Agustus –Oktober dalam setiap plot menandakan dominansi relative bakteri dan actynomycetes gram negative di musim dingin dan semi berkaitan dengan perlakuan tanah. Kelimpahan relative  10me 16:0 dan 10Me 17:0 selalu lebih tinggi apabila plot diberi perlakuan  dengan CHF daripada apabila plot diberi perlakuan dengan kompos organic. Hasil yang sama diperoleh bila ditambahkan bahan organic (Bosio dan Scow, 1998; Bosio et al., 1998).

Alcohol 16:1ω7c, suatu komponen yang mengandung PC1 negatif yang tinggi, merupakan alcohol rantai panjang dengan satu ikatan ganda, dan telah terdeteksi sebagai unsur pokok lapisan FAME pospolipid tanah dalam analisis GC. Genus Bacillus dan kenampakan relatifnya memperlihatkan bahwa ini dicirikan dengan proporsi PLFA rantai cabang yang tinggi dan keberadaan alcohol 16:1ω7c dan 16:1ω11c (Amoozegar et al. 2003; Haac et al., 1996). Persentase kontribusi 16:1ω7c dan 16:1ω11c lebih besar dalam plot yang diberi perlakuan CMC dan GRC dibandingkan dengan plot yang diberi perlakuan CHF, dan ini meningkat pada musim gugur dan dingin Tampak bahwa persentase kontribusi genus Bacillus lebih besar dalam plot yang diberi perlakuan CMC dan GRC dibandingkan dengan yang diberi perlakuan CHF. Meskipun demikian perlu untuk mengecek kebenaran dan asal biomarker ini lebih jauh.

Dari hasil ini, tercatat bahwa rasio bakteri Gram-negatif lebih tinggi pada musim dingin dan lebih rendah pada musim panas, dan rasio Actinomycetes dan jamur lebih rendah dalam CMC dan GRC dari pada CHF. Proporsi relative bakteri Gram-positif lebih besar dalam CMC dan GRC daripada dalam CHF sepanjang tahun.

Aalisis statistic komposisi PLFA

PCA komposisi PLFA menunjukkan bahwa kontribusi persentase komponen prinsip dua yang pertama (PC1 dan PC2) adalah secara berturut-turut 45,5% dan 30,0%. PLFA yang memiliki kandungan tinggi terhadap PC1 adalah 19:1ω9c, 2OH 16:1, 16:0, 16:1ω9c dan 10Me 17:0. PLFA yang memiliki kandungan negative yang tinggi terhadap PC1 adalah i15:1ω9, a15:0, 16:1ω1 1c, i14: 16:1ω5c, alcohol 16:1ω7c dan i15:0. Diantara PLFA-PLFA ini, 16:0, a15:0 dan i15:0 adalah komponen-komponen utama dari PLFA lurus jenuh, dan cabang PLFA iso- dan anteiso-, kontribusi persentase 16:0 sebesar 57-65 mol% dari PLFA jenuh rantai lurus. Kontribusi a15:0, i14:0 dan i15:0 sebesar 57-66 mol% dari cabang PLFA iso- dan anteiso-. PLFA lain yang memiliki kandungan PC1 positif dan negative merupakan elemen kecil pada masing-masing PLFA. PLFA yang memiliki kandungan PC1 mengandung cabang PLFA iso- dan anteiso­-  yang merupakan biomarker bakteri Gram-positif.

Kelompok analisis pada komposisi PLFA diartikan bahwa PLFA dalam tanah dapat ditemukan dalam 3 bentuk yaitu :

1.      Di dalam musim panas dan musim gugur (juli – oktober atau nopember) dalam plot perlakuan CMC dan CRC (kelompok 1).

2.      Musim dingin dan musim semi (dari Nopember atau desember – juni) pada plot perlakuan CMC dan GRC (kelompok 2)

3.      Mlot perlakuan CHF (kelompok3)

Kelompok 1 dan 2 ditemukan dalam rangkaian plot perlakuan GRC dan CMC berdiri sendiri, kecuali untuk sampel yang diambil dari plot perlakuan GRC pada tanggal 2 Juni. Kelompok yang ke3 selanjutnya ditemukan dalam 3 – 1 musim panas dan musim semi (Agustus – oktober) dan (3-2) musim panas dan musim semi(nopember – juli) dalam plot perlakuan CHF.

Faktor tekanan suhu

Perbandingan dari asam lemak (cyclo propel) dengan prekusornya asam lemak  16 : 1 dan 18 : 1. menigkat pada kondisi karbon yang rendah, kemasaman tinggi O₂ rendah dan suhu tinggi dimana hal ini berarti sebagai penanda tekanan. Perbandingan dari asam lemak monosaturated PLFA,  saturated  PLFA telah ditunjukkan adanya keerataan pada ketersediaan unsur hara dari mikroorganisme. Pada studi murni, perbandingan dari PLFA monosaturated dan PLFA saturated adalah menurun, dan perbandingan dari asam lemak cyclo propil dan monoenoik prekursor adalah meningkat pada bakteri gram negatif

            Dua perbandingan PLFA, 19 : 0CYC/18ω7c ditunjukkan pada gambar 5. kontribusi presentase dari 19 : 0CYC/18ω7c lebih besar pada plot CHF dibandingkan pada plot CMC dan GRC, dan monosaturated / saturated dan perbandingan ini meningkat pada musim panas dan menurun pada musim dingin. Kontribusi dari monosaturated dan saturated lebih rendah pada plot CHF daripada pada plot CMC dab GRC kecuali pada tanggal 1juli, dan perbandingan ini menurun pada musim panas dan meningkat pada musim dingin.

            Hasilnya diperkirakan bahwa terdapat stress yang lebih besar pada bakteria dalam plot CHF dibandingkan pada plot CMC dan GRC, dan sterss meningkat pada musim panas dan menurun pada musim dingin. Hasil yang sama ditemukan dengan peningkatan masukan organik pada lahan tomat dengan rotasi 4 tahun dan pada sistem pertanian padi. Faktor-faktor stress pada bakteria dimungkinkan pada temperatur yang tinggi dalam musim panas, suplai unsur hara yang rendah dari kandungan BO yang rendah dan keasaman yang lebih tinggi pada tanah dalam plot CHF.pada yang akan datang kita harus mengkonfirmasi kevalidan dari indikator-indikator stress menggunakan metode lain atau analisis lain yang lebih mendetail. Hasil dari studi kami mengindikasikan bahwa ada subsesi musim yang sama atau dinamika dalam komunitas mikrobia pada semua plot, proporsi dari bakteri gram negatif dan aktinomicetes meningkat selama musim dingin dan musim semi dan menurun selama musim panas dan musim gugur.

            Dalam kesimpulannya aplikasi dari kompos kotoran hewan ternak atau kompos seresah rumput selama periode 6tahun pada lahan secara terus-menerus yang ditanami ddengan kubis menghasilkan peningkatan C, N, dan biomassa mikrobia yang significant begitu juga dengan perubahan struktur komunitas mikrobia. Penggunaan analisis PLFA yang dipasangkan dengan analisis statistika multi variasi, dilakukan untuk karakterisasi yang lebih baik dari perubahan yang terjadi dalam respon untuk membedakan praktek pengolahan tanah. Hasil dari studi ini juga menandakan bahwa komunitas mikrobia yang berbeda yang etrdapat dalam plot yang menerima perlakuan berbeda, dan terdapat suksesi atau dinamika musim yang umum dalam komunitas mikrobia pada beberapa plot. Beberpa studi mengenai PLFA tanah telah mencatat peningkatan perbandingan bakteri gram negatif  dengan peningkatan ketersediaan substrat organik. Hasil dari penelitian kami yang kontras dimungkinkan dihasilkan dari jenis tanah yang bewrbeda, jenis sumber karbon dan kematangan kotoram ternak. Selanjutnya penelitian lebih lanjut difokuskan pada aspek-aspek tersebut yang harus diselesaikan.

3. KESIMPULAN

1.      Pengaruh pengolahan tanah pada perubahan musim terhadap komunitas mikrobia tanah diujikan pada lahan budidaya tanaman kubis secara terus menerus dengan menggunakan analisis asam lemak phospolipid.

2.       Sample tanah dari masing – masing ploat diberi perlakuan pemupukan setiap bulannya dengan kompos ternak, kompos seresah, dan pupuk kimia, hasilnya menunjukkan bahwa biomassa mikrobia lebih kecil pada plot dengan perlakuan pupuk kimia dibandingkan dengan plot yang lain.

3.       Kontribusi prosentase mol dari biomarker jamur dan aktinomisetes lebih besar pada plot dengan perlakuan pupuk kimia dibandingkan dengan plot lain

4.      Kontribusi prosentase mol biomarker bakteri gram positif dengan urutan perlakuan kompos ternak>kompos seresah>pupuk kimia. Perbandingan lebih tinggi dari asam lemak cyclopropil dengan pembentuknya dan perbandingan yang lebih rendah dari asam lemak tidak jenuh dengan asam lemak jenuh menyebabkan stress yang lebih besar pada bakteri pada plot perlakuan pupuk kimia dibandingkan dengan plot yang lainnya

5.       Analisis dasar komponen dari profil PLFA mengindikasikan bahwa komunitas mikrobia tanah memperlihatkan perubahan respon yang sama terhadap perubahan musim tanpa tergantung pada pelakuan.

DAFTAR PUSTAKA

 Tabuchi, H.; Kato, K.; Nioh, I. 2008. Season adn Soil Management Affect Soil Microbial Communities Estimated Using Phospolipid Fatty Acid Analysis In A Continuous Cabbage (Brassica oleracea var.capitata) Croping System. Soil Sience and Plant Nutrition (2008) 5 map, 369-378.