Efektivitas Bakteri Metanotrof dan Ochrobactrum anthropi sebagai Pupuk Hayati dan Pereduksi Emisi Gas CH4 serta N2O di Sawah Anorganik.
EFEKTIVITAS BAKTERI METANOTROF DAN Ochrobactrum
anthropi SEBAGAI PUPUK HAYATI DAN PEREDUKSI EMISI
GAS CH4 SERTA N2O DI SAWAH ANORGANIK
GLORIA MARIA FOSTER PINGAK
DEPARTEMEN BIOLOGI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Efektivitas Bakteri
Metanotrof dan Ochrobactrum anthropi sebagai Pupuk Hayati dan Pereduksi
Emisi Gas CH4 serta N2O di Sawah Anorganik adalah benar karya saya dengan
arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada
perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya
yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam
teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Maret 2013
Gloria Maria Foster Pingak
NIM G34090056
ABSTRAK
GLORIA MARIA FOSTER PINGAK. Efektivitas Bakteri Metanotrof dan
Ochrobactrum anthropi sebagai Pupuk Hayati dan Pereduksi Emisi Gas CH4 serta
N2O di Sawah Anorganik. Dibimbing oleh IMAN RUSMANA dan ALINA
AKHDIYA.
Pemanasan global merupakan peningkatan temperatur permukaan bumi
yang terjadi salah satunya akibat kegiatan pertanian. Kegiatan pertanian
menyumbangkan emisi gas CH4 dan N2O ke atmosfer. Kombinasi bakteri
metanotrof, Ochrobactrum anthropi, Azotobacter dan Azospirillum dapat
mengurangi flux CH4 dan N2O. Selain itu, kombinasi bakteri-bakteri tersebut
dapat menambat nitrogen (N2) untuk meningkatkan pertumbuhan tanaman. Tujuan
penelitian ini untuk mengetahui efektivitas kombinasi isolat bakteri metanotrof,
Ochrobactrum anthropi, Azotobacter dan Azospirillum sebagai pupuk hayati dan
pereduksi emisi gas CH4 serta N2O di sawah anorganik. Penelitian dilakukan
dengan memberi perlakuan pupuk anorganik dalam dosis 100%, pupuk anorganik
dosis 25% dan pupuk anorganik dosis 25% dengan campuran kombinasi isolat
bakteri. Pengamatan dilakukan pada parameter pertumbuhan dan laju perubahan
gas. Perlakuan dengan kombinasi isolat bakteri menunjukkan peningkatan
pertumbuhan padi, peningkatan produktivitas hasil gabah dan penurunan emisi
gas CH4 serta N2O.
Kata kunci: CH4, metanotrof, N2O, padi, pupuk hayati
ABSTRACT
GLORIA MARIA FOSTER PINGAK. Effectivity of Methanotrophic Bacteria
and Ochrobactrum anthropi as Biofertilizer and Emission Reducer of CH4 and
N2O in Inorganic Paddy Fields. Supervised by IMAN RUSMANA and ALINA
AKHDIYA.
Global warming is the increasing of earth's surface temperature which can
occurred due to agricultural activities. Agricultural activities contribute to the
global warming as sources of CH4 and N2O emissions. Application of
methanotrophic bacteria, Ochrobactrum anthropi, Azotobacter and Azospirillum
combination could reduce the emission of CH4 and N2O. In addition, these
bacteria can fix nitrogen (N2) to enhance the plant growth. The purpose of this
study was to determine the effectiveness of methanotrophic bacteria,
Ochrobactrum anthropi, Azotobacter and Azospirillum combination as
biofertilizer and emission reducer of CH4 and N2O in the inorganic paddy fields.
This experiment was arranged by treating 100% dosage of inorganic fertilizer as
positive control, 25% dosage of inorganic fertilizer and 25% dosage of inorganic
fertilizer mixed by biofertilizer. The observations were made on the growth
parameters and the rate of gas fluxes. The combination of bacterial isolates could
increase rice growth, grain yield productivity and they also could reduce CH4 and
N2O emission.
Keywords: biofertilizer, CH4, methanotrophic, N2O, paddy
EFEKTIVITAS BAKTERI METANOTROF DAN Ochrobactrum
anthropi SEBAGAI PUPUK HAYATI DAN PEREDUKSI EMISI
GAS CH4 SERTA N2O DI SAWAH ANORGANIK
GLORIA MARIA FOSTER PINGAK
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Sains
pada
Departemen Biologi
DEPARTEMEN BIOLOGI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013
PRAKATA
Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa karena hanya atas kasih dan
anugerahNya saja sehingga penulis dapat menyelesaikan karya ilmiah yang
berjudul “Efektivitas Bakteri Metanotrof dan Ochrobactrum anthropi sebagai
Pupuk Hayati dan Pereduksi Emisi Gas CH4 serta N2O di Sawah Anorganik”.
Penelitian dilakukan dari bulan Juni hingga Desember 2012 di sawah Sukabumi
dan Laboratorium Mikrobiologi Departemen Biologi FMIPA IPB.
Penulis mengucapkan terima kasih kepada Bapak Dr Ir Iman Rusmana, MSi
dan Ibu Alina Akhdiya, MSi selaku dosen pembimbing atas bimbingan, masukan
dan arahannya selama penelitian hingga penyusunan karya ilmiah ini. Ucapan
terima kasih juga penulis sampaikan kepada Papa, Mama, Johan, Didit, Yanda,
Mazmur (Meta, Sisca, Jenny, Santika, Putriana, Faithy), Ria, Agus, Hendri,
Dhyah, Routh dan Della atas semangat dan kasih sayangnya. Terima kasih pula
kepada Pak Jaka dan keluarga besar Biologi angkatan 46 serta segenap pihak yang
telah membantu dan mendukung sehingga karya imiah ini dapat terselesaikan.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Maret 2013
Gloria Maria Foster Pingak
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR GAMBAR
vi
DAFTAR LAMPIRAN
vi
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Tujuan Penelitian
1
METODE
2
Waktu dan Tempat
2
Bahan dan Alat
2
Prosedur Penelitian
2
Analisis Data
3
HASIL
3
Karakteristik dan Kandungan Tanah
3
Parameter Pertumbuhan Tanaman
4
Aktivitas Emisi Gas
6
PEMBAHASAN
7
Karakteristik dan Kandungan Tanah
7
Parameter Pertumbuhan Tanaman
7
Aktivitas Emisi Gas CH4
8
Aktivitas Emisi Gas N2O
9
SIMPULAN DAN SARAN
9
Simpulan
9
Saran
9
DAFTAR PUSTAKA
10
LAMPIRAN
12
RIWAYAT HIDUP
15
DAFTAR TABEL
1 Tinggi tanaman dan jumlah anakan padi pada perlakuan yang diberikan
2 Bobot basah & kering tanaman padi setelah panen dan persentase gabah
hampa
4
4
DAFTAR GAMBAR
1 Serabut akar
2 Hasil gabah kering
3 Laju perubahan gas
5
5
6
DAFTAR LAMPIRAN
1
2
3
4
Media tumbuh bakteri
Hasil analisis tanah
Kriteria penilaian sifat kimia tanah
Diagram segitiga pengkelasan tekstur tanah sistem USDA
12
13
14
14
1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Pemanasan global merupakan peningkatan temperatur permukaan bumi
yang terjadi dari tahun ke tahun karena meningkatnya emisi gas rumah kaca di
atmosfer. Gas-gas rumah kaca penyebab pemanasan global diantaranya adalah
CH4, CO2, N2O dan CFCs. Persentase peningkatan emisi gas rumah kaca
mencapai 70% antara tahun 1970 hingga 2004 (IPCC 2007).
Berbagai aktivitas manusia seperti pertambangan, industri, transportasi,
peternakan dan pertanian merupakan sumber emisi gas CH4, CO2 dan N2O ke
atmosfer. Indonesia sebagai negara agraris memiliki lahan sawah lebih dari 8 juta
hektar (BPS 2012). Lahan basah seperti sawah menjadi salah satu sumber utama
gas CH4 dan N2O. Gas CH4 pada lahan sawah berasal dari aktivitas bakteri
metanogen dalam tanah melalui proses metanogenesis. Penggunaan pupuk
anorganik seperti urea sebagai penunjang kegiatan pertanian mampu
meningkatkan produksi gas N2O (Millar et al. 2010). Gas CH4 di lahan sawah
dapat dioksidasi oleh bakteri metanotrof karena bakteri ini memiliki enzim
Methane Monooxygenase (MMO). Emisi N2O dapat direduksi oleh bakteri
denitrifikasi yang memiliki aktivitas enzim N2O reduktase seperti Ochrobactrum
anthropi.
Penggunaan pupuk hayati merupakan salah satu solusi untuk
meningkatkan produktivitas pertanian yang bersifat ramah lingkungan.
Azotobacter dan Azospirillum merupakan bakteri penambat nitrogen (bakteri
diazotrof) dan penghasil zat pengatur tumbuh yang telah banyak dimanfaatkan
sebagai komponen pupuk hayati (Alexander 1977). Selain kedua bakteri tersebut,
kemampuan menambat nitrogen juga dimiliki oleh bakteri metanotrof (Hanson &
Hanson 1996) dan Ochrobactrum anthropi (Costa & Melo 2012). Berbeda dengan
Azotobacter dan Azospirillum, metanotrof dan O. anthropi belum banyak
dimanfaatkan sebagai komponen pupuk hayati.
Penelitian yang dilakukan di Laboratorium Mikrobiologi, Departemen
Biologi, Institut Pertanian Bogor menunjukkan bahwa kombinasi Azospirillum
dan Azotobacter serta bakteri metanotrof mampu meningkatkan kadar amonium
kultur dan menurunkan konsentrasi gas metan pada percobaan invitro (Putra
2011). Selain itu, kombinasi bakteri metanotrof dengan Ochrobactrum anthropi
mampu meningkatkan kadar amonium kultur, mengoksidasi CH4 dan mereduksi
N2O (Maharani 2011). Kemampuan kombinasi bakteri tersebut berpotensi untuk
dikembangkan sebagai pupuk hayati sekaligus pereduksi emisi gas rumah kaca di
lahan sawah. Oleh karena itu, perlu dilakukan pengkajian efektivitas kombinasi
Ochrobactrum anthropi, Azotobacter dan Azospirillum sebagai pupuk hayati dan
pereduksi emisi gas CH4 serta N2O di sawah anorganik.
Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui efektivitas kombinasi isolat
bakteri metanotrof, Ochrobactrum anthropi, Azotobacter dan Azospirillum
sebagai pupuk hayati dan pereduksi emisi gas CH4 serta N2O di sawah anorganik.
2
METODE
Waktu dan Tempat
Penelitian dimulai bulan Juni sampai dengan Desember 2012. Penelitian
dilakukan di Laboratorium Mikrobiologi, Departemen Biologi, FMIPA, IPB dan
sawah petani di Desa Cidahu, Sukabumi, Jawa Barat.
Bahan dan Alat
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain benih padi Ciherang,
pupuk NPK (15:15:15) dan pupuk hayati dengan kombinasi isolat bakteri. Pupuk
hayati menggunakan kombinasi empat isolat bakteri metanotrof BGM1, BGM5,
BGM9 dan SKM14 (Hapsari 2008), dua isolat Ochrobactrum anthropi BL1 dan
BL2 (Setyaningsih et al. 2010), isolat Azotobacter dan isolat Azospirillum koleksi
Departemen Biologi FMIPA IPB serta media-media pengkulturan bakteri.
Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain kotak sungkup ukuran
kurang lebih 55 55 90 cm3, syringe 50 ml, botol kaca, neraca Precisa XT-620,
oven dan peralatan laboratorium lainnya.
Prosedur Penelitian
Penelitian dilakukan dengan menggunakan tiga perlakuan, yaitu pemupukan
dengan pupuk anorganik berupa NPK (nitrogen, fosfat, kalium) 250 kg/ha
(takaran 100% pupuk normal yang dianjurkan) (K), pemupukan dengan NPK 62.5
kg/ha (takaran 25% dari normal yang dianjurkan) ditambah aplikasi pupuk hayati
(C) dan pemupukan dengan NPK 62.5 kg/ha (takaran 25% dari normal yang
dianjurkan) tanpa pupuk hayati (TC).
Pembuatan Pupuk Hayati. Isolat bakteri yang ada diremajakan dengan
menumbuhkan kembali sesuai dengan media tumbuhnya (Lampiran 1). Isolat
bakteri metanotrof diremajakan pada media agar Nitrate Mineral Salt (NMS)+1%
metanol. Isolat Azotobacter dan Azospirillum masing-masing diremajakan pada
media agar NMS+1% sukrosa dan media NMS+1% asam malat. Isolat BL1 dan
BL2 diremajakan pada media denitrifikasi padat. Masing-masing Isolat biakan
kemudian diinkubasi pada suhu ruang selama 3-7 hari. Bakteri-bakteri hasil
peremajaan dikulturkan masing-masing dalam 500 ml media cair sesuai jenisnya.
Kultur kemudian diinkubasi selama 5-7 hari hingga jumlah selnya 108 sel ml-1
pada penangas bergoyang dengan suhu ruang (± 37 oC).
Pembenihan dan Penyemaian. Biji padi dikecambahkan dengan cara
disimpan pada wadah plastik (keadaan lembab) dan gelap selama 24 jam. Setelah
berkecambah, benih disemai di sawah selama 20 hari hingga rumpun padi
tumbuh. Rumpun-rumpun padi yang tumbuh siap digunakan sebagai bibit.
Penanaman. Lahan disiapkan dengan cara dibajak dan dibuat petak-petak.
Masing-masing petak berukuran kurang lebih 150 m2 dengan jarak tanam 25 25
cm. Perlakuan K menggunakan satu petak sedangkan perlakuan C dan TC
masing-masing menggunakan 4 petak sawah. Bibit padi kemudian ditanam pada
masing-masing petak sawah. Pada perlakuan C sebelum dipindahkan sebagian
3
rumpun direndam dengan cairan pupuk hayati selama 15 menit. Rumpun yang
tidak mendapat perlakuan pupuk hayati dipisahkan menjadi perlakuan TC dan K.
Pemberian pupuk NPK dilakukan pada 14 hari setelah tanam (HST+14).
Analisis Karakteristik dan Kandungan Tanah. Sebanyak 100 gram
sampel tanah diambil dari setiap petak lokasi penanaman. Sampel kemudian
dikirim ke Badan Penelitian dan Pengembangan Pertanian, Balai Besar
Sumberdaya Lahan Pertanian, Balai Penelitian Tanah, Laboratorium Tanah untuk
dianalisis karakter dan kandungan tanah.
Parameter Pertumbuhan Tanaman. Pertumbuhan padi diamati pada masa
vegetatif (H+47), reproduktif awal (H+57), reproduktif (H+71) dan pematangan
malai (H+98). Parameter pertumbuhan yang diamati meliputi tinggi tajuk dan
jumlah anakan dengan tiga tanaman contoh pada setiap petak. Setelah panen
dilakukan penghitungan bobot basah dan bobot kering tanaman serta perhitungan
estimasi produktivitas gabah. Bobot kering tanaman dihitung dengan mengoven
bagian-bagian tanaman terlebih dahulu dalam suhu 60ºC hingga bobot menjadi
stabil. Produktivitas gabah dihitung dengan memperkirakan jumlah rumpun per
hektar melalui jarak tanam. Hasil penimbangan bobot gabah kering per rumpun
kemudian dikonversikan menjadi ton per hektar.
Pengukuran Aktivitas Emisi Gas. Proses pengambilan sampel gas
dilakukan dengan cara menutup petak contoh di sawah dengan kotak sungkup.
Sebuah kotak sungkup diletakkan pada masing-masing perlakuan. Sampel gas
diambil dari dalam kotak sungkup menggunakan syringe sebanyak 100 ml
selanjutnya disimpan dalam botol kaca vakum. Pengambilan sampel gas
dilakukan pada fase vegetatif dan generatif. Pada setiap fase pertumbuhan, gas
diambil dalam tiga waktu berbeda, yaitu sesaat setelah peletakan sungkup (t0), 4
jam (t4) dan 16 jam (t16) setelah penyungkupan. Sampel gas dikirim ke
Laboratorium Gas Rumah Kaca, Balai Penelitian Lingkungan Pertanian Jakenan
Pati Jawa Tengah untuk dianalisis konsentrasi gasnya (CH4 dan N2O).
Analisis Data
Analisis data beberapa parameter (pertumbuhan tanaman dan aktivitas emisi
gas CH4 dan N2O) dilakukan menggunakan program SAS. Program SAS
digunakan untuk melihat perbedaan antar perlakuan dalam tampilan ANOVA dan
uji Duncan Multiple Range Test (DMRT) dengan taraf nyata (α) 5 %.
HASIL
Karakteristik dan Kandungan Tanah
Hasil pengujian tanah pada lahan tanam di Sukabumi menunjukkan
komposisi tanah dengan kadar pasir 15%, debu 35% dan liat 50%. Tanah
memiliki kandungan bahan organik C dan N sebesar 1.75% dan 0.15% (Lampiran
2). Kandungan unsur Ca dan Na sebesar 8.69 dan 0.62 cmolc/kg tergolong
sedang. Sedangkan, kandungan unsur Mg dan K sebesar 2.30 dan 0.88 cmolc/kg
tergolong tinggi. Nilai pH pada tanah sebesar 4.9 termasuk dalam kriteria tanah
masam (Lampiran 3).
4
Parameter Pertumbuhan Tanaman
Tinggi tanaman padi pada perlakuan K, C, dan TC meningkat pada setiap
pengamatan. Setiap perlakuan memiliki pola laju pertambahan tinggi yang serupa,
kecuali perlakuan K. Pada akhir pengamatan perlakuan C mampu menghasilkan
tajuk tertinggi dan jumlah anakan terbanyak namun sebaliknya untuk perlakuan K
(Tabel 1).
Tabel 2 menunjukkan bobot basah dan kering tanaman padi. Bobot basah
dan kering rumpun serta gabah dengan perlakuan C memiliki bobot terbesar.
Perlakuan K menghasilkan bobot basah akar terbesar sedangkan bobot kering akar
terbesar dihasilkan dari pelakuan TC. Akar dengan perlakuan K dan TC memiliki
jumlah serabut yang lebih banyak dan panjang dibandingkan dengan perlakuan C
(Gambar 1).
Tabel 1 Tinggi tanaman dan jumlah anakan padi pada perlakuan yang diberikan
Perlakuan
*)
47
K
C
TC
50.833 a
49.667 a
K
C
TC
-
Hari Setelah Tanam
57
71
Tinggi Tanaman (cm)a
60.625 b
73.125 b
69.875 a
81.750 a
68.750 a
82.063 a
Jumlah Anakana
15.25 b
15.50 b
22.00 a
24.50 a
19.75 a
19.25 ab
98
79.375 b
90.125 a
89.875 a
14.75 b
19.88 a
15.88 b
a
Angka-angka pada kolom yang sama yang diikuti oleh huruf yang sama tidak berbeda nyata pada
taraf uji 5% (uji selang berganda Duncan). *)Perlakuan pupuk berbeda; K: 100% pupuk anorganik;
C: pupuk hayati+25% pupuk anorganik dan TC: 25% pupuk anorganik. -)Tidak dilakukan
pengamatan.
Tabel 2 Bobot basah & kering tanaman padi setelah panen dan persentase gabah
hampa
Perlakuan*)
a
Rumpun
K
C
TC
119.09 a
146.97 a
120.31 a
K
C
TC
32.50 b
45.20 a
40.44 ab
Akar
Gabah/Rumpun
Bobot Basah (g)a
56.24 a
45.96 b
44.47 a
73.26 a
48.08 a
59.11 b
Bobot Kering (g)a
18.64 a
36.66 b
22.27 a
61.41 a
23.90 a
50.70 a
Persentase
gabah hampa
(%)a
4,198
3,130
4,209
Angka-angka pada kolom yang sama yang diikuti oleh huruf yang sama tidak berbeda nyata pada
taraf uji 5% (uji selang berganda Duncan). *)Perlakuan pupuk berbeda; K: 100% pupuk anorganik;
C: pupuk hayati+25% pupuk anorganik dan TC: 25% pupuk anorganik. -)Tidak dilakukan
pengamatan.
5
Gambar 1 Serabut akar. Perlakuan kontrol (K), perlakuan pupuk hayati dengan
tambahan pupuk anorganik 25% (C) dan perlakuan pupuk anorganik
25% (TC).
Berdasarkan hasil pengamatan, perlakuan K mengalami pertumbuhan yang lebih
lambat dibandingkan dengan perlakuan lainnya. Perkiraan produktivitas hasil
gabah menunjukkan perlakuan C mampu menghasilkan gabah dengan jumlah
tertinggi sebesar 9.77 ton ha-1 sedangkan perlakuan K menghasilkan gabah dengan
jumlah terendah, yaitu 5.83 ton ha-1 (Gambar 2). Berdasarkan hasil tersebut dapat
diketahui lahan dengan perlakuan C mengalami peningkatan produktivitas hasil
gabah tertinggi sebesar 67.53%.
(a)
(b)
Gambar 2 Hasil gabah kering. Estimasi (a) produktivitas gabah dan (b)
peningkatan produktivitas gabah terhadap perlakuan kontrol (K),
perlakuan pupuk hayati dengan tambahan pupuk anorganik 25% (C)
dan perlakuan pupuk anorganik 25% (TC).
6
Aktivitas Emisi Gas
Pengamatan gas CH4 sungkup K mengalami peningkatan laju gas tertinggi
ketika fase vegetatif siang hari sebesar 18.31 mmol m-2 jam-1. Laju perubahan gas
metan terendah ialah sungkup C sebesar -19.57 mmol m-2 jam-1. Pengamatan laju
gas N2O nilai tertinggi dicapai oleh sungkup K ketika fase vegetatif siang hari
sebesar 238 µmol m-2 jam-1. Sedangkan, sungkup C rata-rata mengalami
penurunan laju gas N2O dengan nilai terendah -127.19 µmol m-2 jam-1
(Gambar 3).
(a)
(b)
Gambar 3 Laju perubahan gas. (a) CH4 dan (b) N2O pada fase vagetatif (V) dan
generatif (G) menggunakan perlakuan kontrol (K), perlakuan pupuk
hayati dengan tambahan pupuk anorganik 25% (C) dan perlakuan
pupuk anorganik 25% (TC).
7
PEMBAHASAN
Karakteristik dan Kandungan Tanah
Hasil pengujian tanah pada lahan tanam di Sukabumi termasuk dalam
kriteria tanah lempung berliat berdasarkan diagram segitiga pengkelasan tekstur
tanah sistem USDA (United State Department of Agriculture) (Lampiran 4).
Lempung berliat memiliki ciri rasa agak licin, agak melekat, dapat dibentuk bola
agak teguh, dibentuk gulungan agak mudah hancur (Hardjowigeno 2007).
Berdasarkan kriteria penilaian sifat kimia tanah Staf Pusat Penelitian Tanah
(1983) kandungan bahan organik C dan N tergolong rendah.
Parameter Pertumbuhan Tanaman
Padi dengan perlakuan pupuk hayati menunjukkan pertumbuhan yang lebih
tinggi dibandingkan dengan perlakuan tanpa pupuk hayati. Peningkatan laju
pertumbuhan disebabkan oleh kemampuan bakteri metanotrof, O. anthropi,
Azospirillum dan Azotobacter dalam menambat nitrogen. Selain itu, pertumbuhan
padi juga dipengaruhi oleh Azotobacter yang mampu menghasilkan senyawa indol
acetic acid (IAA) sehingga dapat meningkatkan pertumbuhan tanaman
(Widiastuti et al. 2010).
Parameter lain yang diamati pada pertumbuhan padi ialah jumlah anakan.
Hasil pengamatan menunjukkan kenaikan jumlah anakan ketika fase vegetatif.
Saat memasuki fase generatif jumlah anakan berkurang. Keadaan ini sejalan
dengan hasil penelitian Makarim dan Suhartatik (2009) yang menunjukkan ketika
pertumbuhan anakan telah maksimal maka sebagian dari anakan akan mati dan
tidak menghasilkan malai. Anakan yang mati disebut anakan tidak produktif.
Perlakuan C mampu menghasilkan anakan yang terbanyak karena
pertumbuhannya didukung oleh Azotobacter, Azospirillum, bakteri metanotrof dan
Ochrobactrum anthropi sebagai bakteri-bakteri penambat nitrogen dalam pupuk
hayati. Kemampuan bakteri dalam menambat nitrogen karena memiliki gen nifD
dan nifH yang menyandikan enzim nitrogenase (Auman et al. 2001). Enzim
nitrogenase berperan dalam mengkatalisis proses fiksasi nitrogen. Senyawa
nitrogen merupakan salah satu penyusun komponen utama sel tumbuhan seperti
asam amino dan asam nukleat. Oleh karena itu, defisiensi nitrogen akan
menghambat pertumbuhan anakan.
Nitrogen tidak hanya berperan dalam pembentukan protein namun juga
klorofil. Kebutuhan nitrogen yang cukup akan meningkatkan produksi klorofil
sehingga laju fotosintetis pun meningkat. Peningkatan laju fotosintesis berkolerasi
dengan jumlah asimilat yang dihasilkan oleh tanaman. Perlakuan C memiliki
bobot rumpun terbesar karena kebutuhan nitrogennya terpenuhi. Nitrogen
berperan aktif dalam proses pertumbuhan vegetatif (Salisbury & Ross 1985).
Hasil pengamatan menunjukkan perlakuan C memiliki bobot basah dan
kering akar serta jumlah serabut akar terendah. Keadaan ini diduga karena
pengaruh dari senyawa IAA yang dihasilkan oleh bakteri Azotobacter dan
Azospirillum dalam pupuk hayati. Konsentrasi IAA yang berlebihan menurut
Mulkey et al. (1982) akan menghambat perkembangan akar. Sintesis IAA yang
tinggi akan dioksidasi menjadi etilen. Etilen dalam konsentrasi tinggi dapat
8
menghambat perkembangan akar. Chadwick dan Burg (1967) menyatakan bahwa
sifat auksin dalam aktivitas menghambat pertumbuhan akar dimediasi oleh etilen.
Gabah yang dihasilkan ditentukan oleh total asimilat tanaman selama proses
pengisian malai. Jumlah asimilat tanaman akan meningkat seiring dengan
optimalnya kebutuhan nitrogen. Hasil gabah tertinggi dicapai pada perlakuan C
dengan kata lain perlakuan C tidak mengalami kekurangan hara nitrogen. Berbeda
dengan perlakuan lainnya kebutuhan hara tanaman kurang karena pupuk
anorganik yang diberikan khususnya nitrogen mengalami denitrifikasi,
volatilisasi, pelindian dan pencucian oleh aliran permukaan (Setyorini &
Abdulrachman 2009). Kebutuhan nitrogen perlakuan C dapat terpenuhi karena
peran aktif dari bakteri-bakteri penambat nitrogen dalam kombinasi pupuk hayati.
Sedangkan perlakuan K dan TC, menunjukkan produktivitas (hasil gabah) yang
rendah dengan tingkat kehampaan gabah yang lebih tinggi dibandingkan
perlakuan C. Kehampaan ini disebabkan oleh rendahnya kemampuan tanaman
dalam memenuhi asimilat selama pengisian malai (Makarim & Suhartatik 2009).
Aktivitas Emisi Gas CH4
Bakteri metanogen hidup pada lapisan reduksi. Bakteri ini menggunakan
karbon dioksida (CO2), metil (seperti CH3OH), dan asetat (CH3COO-) sebagai
sumber karbonnya dan kemudian mengubahnya menjadi metan melalui proses
yang disebut metanogenesis. Conrad (1991) menyatakan kondisi sawah yang
tergenang menyebabkan perbedaan konsentrasi metan di daerah reduksi dengan
daerah oksidasi, sehingga metan dapat bergerak sampai ke atmosfer. Selain itu,
tanaman padi juga berperan dalam mentransfer metan ke atmosfer melalui sistem
pembuluh aerenkima. Berdasarkan penelitian Hapsari (2008) isolat bakteri
metanotrof yang hidup pada lapisan oksidasi mampu mengkonsumsi metan yang
dihasilkan oleh bakteri metanogen.
Hasil pengamatan gas CH4 menunjukkan peningkatan gas cenderung terjadi
pada fase vegetatif di siang hari, sedangkan ketika fase generatif laju gas mulai
menurun. Hal ini sesuai dengan Das dan Adhya (2012) yang menyatakan bahwa
emisi gas metan meningkat pada fase vegetatif dan akan menurun menjelang fase
generatif. Keadaan tanah yang mulai mengering di fase generatif menjadi pemicu
menurunnya populasi bakteri metanogen. Populasi metanogen yang menurun
menyebabkan laju produksi dan emisi gas metan ikut menurun.
Pengamatan sungkup K menunjukkan peningkatan laju gas metan tertinggi.
Penggunaan pupuk anorganik dengan takaran berlebih diduga menjadi salah satu
penyebab meningkatnya laju emisi gas metan. Laju emisi gas metan sungkup C
mengalami penurunan ketika fase vegetatif di siang hari. Peran dari isolat bakteri
metanotrof mempengaruhi penurunan emisi gas metan. Emisi metan dapat
direduksi oleh bakteri metanotrof karena memiliki aktivitas enzim Methane
Monooxygenase (MMO). MMO merupakan enzim yang berperan dalam proses
oksidasi metan menjadi metanol (Hanson & Hanson 1996). Pada sungkup TC
tidak terjadi perubahan gas metan yang besar dibandingkan dengan sungkup K.
Hal ini sesuai dengan pernyataan Pretty et al. (2002) bahwa pengurangan pupuk
nitrogen pada lahan pertanian akan mengurangi emisi CH4 menuju atmosfer.
9
Aktivitas Emisi Gas N2O
Lahan sawah yang tergenang merupakan tempat berlangsungnya berbagai
proses denitrifikasi dan reduksi nitrat disimilatif oleh mikroorganisme. Aktivitas
mikroorganisme tersebut memicu produksi gas rumah kaca berupa dinitrogen
oksida. Mikroorganisme yang terlibat antara lain dari berbagai jenis arkaea,
bakteri, dan bakteri ungu (Shapleigh 2006). Bakteri denitrifikasi salah satunya
Ochrobactrum anthropi memiliki kemampuan menggunakan dinitrogen oksida
(Setyaningsih et al. 2010). Bakteri ini hidup di lapisan reduksi sawah dan
memanfaatkan gas N2O sebagai akseptor elektron dalam proses oksidasi bahan
organik.
Pengamatan gas N2O menunjukkan adanya peningkatan laju gas pada
sungkup K. Perlakuan K menggunakan pupuk anorganik dengan takaran yang
lebih tinggi dibandingkan pupuk lainnya. Peningkatan penggunaan pupuk
anorganik memicu peningkatan gas N2O. Hal ini sejalan dengan penelitian
Kawashima et al. (1994) yang melaporkan bahwa peningkatan penggunaan pupuk
nitrogen anorganik mengubah siklus global nitrogen sehingga meningkatkan laju
produksi gas N2O. Pengamatan pada sungkup C menunjukkan adanya penurunan
emisi gas N2O. Pupuk anorganik yang digunakan pada perlakuan C lebih sedikit
dibandingkan perlakuan K. Pengontrolan penggunaan pupuk anorganik mampu
mereduksi emisi gas N2O (Minami 2005). Selain penggunaan pupuk anorganik
yang lebih sedikit, penurunan emisi gas diduga karena partisipasi bakteri
Ochrobactrum anthropi dalam komposisi pupuk hayati yang diaplikasikan.
Bakteri ini memiliki enzim nitrous oxide reductase yang dapat mengubah N2O
menjadi N2 (Zumft 1997).
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Aplikasi pupuk hayati yang terdiri atas bakteri metanotrof, Ochrobactrum
anthropi, Azotobacter dan Azospirillum terbukti efektif dalam meningkatkan
pertumbuhan padi, meningkatkan produktivitas hasil gabah, menurunkan emisi
gas CH4 serta N2O. Peningkatan pertumbuhan ditandai oleh pertambahan tinggi
rumpun, jumlah malai, bobot kering dan bobot basah yang lebih besar dari
perlakuan lainnya. Pemberian pupuk hayati dan penurunan dosis pupuk anorganik
meningkatkan produktivitas padi varietas Ciherang sebesar 67.53% serta mampu
menurunkan emisi gas CH4 dan N2O.
Saran
Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut untuk mengetahui efektivitas pemberian
pupuk hayati pada beberapa lahan sawah dengan varietas padi yang berbeda.
10
DAFTAR PUSTAKA
Alexander M. 1977. Introduction to Soil Mycrobiology. 2nd Ed. New York (US):
John Wiley and Sons.
Auman AJ, Speake CC, Lidstrom ME. 2001. nifH sequences and nitrogen fixation
in type I and type II Methanotrophs. Appl Environ Microbiol. 67: 4009-4016.
[BPS] Badan Pusat Statistik. 2012. Statistik Indonesia (Statistical Yearbook of
Indonesian) [internet]. [diacu 2013 Januari 22]. Tersedia dari:
http://www.bps.go.id/hasil_publikasi/si_2012/.index3.php?pub=Statistik%20In
donesia%202012.
Chadwick AW, Burg SP. 1967. An explanation of the inhibition of root growth
caused by indole-3-acetic acid. Plant Physiol. 42: 415-420.
Conrad R, Rothfus F. 1991. Methane oxidation in the soil surface layer of a
flooded rice field and the effect of ammonium. Biol Fertil Soil. 12:28-32.
Costa FE, Melo IS. 2012. Endophytic and rhizosperic bacteria from Opuntiaficus-indica mill and their ability to promote plant growth in cowpea, Vigna
unguiculata (L.) Walp. African Journal of Microbiology Research. 6: 13451353.
Das S, Adhya TK. 2012. Dynamics of methanogenesis and methanotrophy in
tropical paddy soils as influenced by elevated CO2 and temperature interaction.
Soil Biol Biochem. 47: 36-45.
Hanson R, Hanson TE. 1996. Metanotrophic bacteria. J Microbiol Rev. 60: 439471.
Hapsari W. 2008. Isolasi dan Karakterisasi Bakteri Metanotrof Asal Sawah di
Bogor dan Sukabumi [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Hardjowigeno S. 2007. Ilmu Tanah. Jakarta (ID): Akademika Pressindo.
[IPCC] Intergovernmental Panel on Climate Change. 2007. Mitigation of Climate
Change. Cambridge (UK): Cambridge University Pr.
Kawashima H, Bazin MJ, Lynch JM. 1994. Global N2O balance and nitrogen
fertilizer. Ecological Modelling. 87 (1996): 51-57.
Maharani R. 2011. Aktivitas Oksidasi Metan dan Reduksi Dinitrogen Oksida
(N2O) Kultur Kombinasi Bakteri Metanotrof dan Ochrobactrum anthropi
[skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Makarim AK, Suhartatik E. 2009. Morfologi dan fisiologi tanaman padi. Balai
Besar Penelitian Padi [Internet]. [diunduh 2013 Februari 26]. Tersedia pada:
http://www.litbang.deptan.go.id/special/padi/bbpadi_2009_itkp_11.pdf.
Millar N, Robertson GP, Grace PR, Gehl RJ, Hoben JP. 2010. Nitrogen fertilizer
management for nitrous oxide (N2O) mitigation in intensive corn (Maize)
production: an emissions reduction protocol for US Midwest agriculture. Mitig
Adapt Strateg Glob Change. 15: 185-204.
Minami K. 2005. N cycle, N flow trends in Japan, and strategies'for reducing NzO
emission and NO, pollution. Pedosphere. 15(2): 164-172.
Mulkey TJ, Kuzmanoff KM, Evans ML. 1982. Promotion of growth and shift in
the auxin dose/response relationship in maize roots treated with the ethylene
biosynthesis inhibitors aminoethoxyvinylglycine and cobalt. Plant Science
Letters. 25: 23-48.
11
[PPT] Pusat Penelitian Tanah, Staf Pusat Penelitian Tanah. 1983. Kriteria penilaian
sifat kimia tanah [internet]. [diacu 2013 Januari 22]. Tersedia dari:
http://syekhfanismd.lecture.ub.ac.id/files/2012/11/Kriteria-Sifat-KesuburanTanah.pdf
Pretty JN, Ball AS, Xiaoyun L, Ravindranath NH. 2002. The role of sustainable
agriculture and renewable-resource management in reducing greenhouse -gas
emissions and increasing sinks in China and India. Phil Trans R Soc Lond A.
360 (1797): 1741-1761.
Putra IP. 2011. Aktivitas Fiksasi Nitrogen dan Oksidasi Metan Kombinasi Biakan
Azotobacter sp., Azospirillum sp. dan Bakteri Metanotrof [skripsi]. Bogor
(ID): Institut Pertanian Bogor.
Salisbury FB, Ross CW. 1985. Plant Physiology. California (US): Wardsworth
Publ.Co.
Setyaningsih R, Rusmana I, Setyanto P, Suwanto A. 2010. Physiological
characterization and molecular identification of denitrifying bacteria
possessing nitrous oxide high reduction activity isolated from rice soils.
Microbiol Indones. 4: 75-78.
Setyorini D, Abdulrachman S. 2009. Pengolahan hara mineral tanaman padi. Balai
Besar Penelitian Padi [Internet]. [diunduh 2013 Maret 20]. Tersedia pada:
http://www.litbang.deptan.go.id/special/padi/bbpadi_2009_itp_05.pdf.
Shapleigh P. 2006. The Denitrifiying Prokaryotes. Di dalam: Dworkin M, Falkow
S, Rosenberg E, Schleifer KH, Stackebrandt E, editor. The Prokaryotes.
Volume ke-2, Ecophysiology and Biochemistry. Ed ke-3. New York (US):
Springer. hlm 769–792.
[USDA] United State Department of Agriculture. 2013. Soil textural triangle
[Internet].
[diunduh
2013
April
8].
Tersedia
pada:
http://soils.usda.gov/education/resources/lessons/texture/textural_tri_hi.jpg
Widiastuti H, Siswanto, Suharyanto. 2010. Karakterisasi dan seleksi beberapa
isolat Azotobacter sp. untuk meningkatkan perkecambahan benih dan
pertumbuhan tanaman. Buletin Plasma Nutfah. 16 (2).
Zumft WG. 1997. Cell biology and molecular basis of denitrification. Microbiol
Mol Biol Rev. 61: 533-616.
12
Lampiran 1 Media Tumbuh Bakteri
Nama Media
Nitrate Mineral Salt
(NMS)
Media Denitrifikasi
Komposisi
MgSO4.7H2O
CaCl2.6H2O
KNO3
KH2PO4
Na2HPO4
NH4Cl
Na2EDTA
FeSO4.7H2O
H3BO4
CoCl2.6H2O
ZnSO4.7H2O
MnCl2.4H2O
Na2MoO4. 2H2O
NiCl2.6H2O
CaCl2.2H2O
Na asetat
NaNO3
(NH4)Cl
KH2PO4
K2HPO4.3H2O
CaCl2.2H2O
MgSO4.7H2O
EDTA
Jumlah (g/1 liter dH2O)
1.000
0.200
1.000
0.272
4.000
4.000
0.500
0.200
0.030
0.020
0.010
3.000
3.000
2.000
1.000
10.000
4.200
0.176
0.200
0.920
0.100
0.500
0.200
Keterangan:
Isolat bakteri metanotrof diremajakan pada media agar Nitrate Mineral Salt
(NMS)+1% methanol. Isolat Azotobacter dan Azospirillum masing-masing
diremajakan pada media agar NMS+1% sukrosa dan media NMS+1% asam
malat. Isolat bakteri pereduksi N2O diremajakan pada media denitrifikasi.
1
Lampiran 2 Hasil analisis tanah
13
14
Lampiran 3 Kriteria penilaian sifat kimia tanah
Lampiran 4 Diagram segitiga pengkelasan tekstur tanah sistem USDA
(United State Department of Agriculture)
14
15
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Quelicai, Timor Leste pada tanggal 30 Oktober 1991
dari Ayahanda Godlief Y.S. Pingak dan Ibunda Aminna. Penulis merupakan anak
pertama dari tiga bersaudara. Penulis lulus dari SMA Negeri 2 Pare pada tahun
2009. Pada tahun yang sama penulis diterima sebagai mahasiswa program studi
Biologi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian
Bogor melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI). Pada tahun 2010-2011
penulis menerima beasiswa Peningkatan Prestasi Akademik (PPA) dari DIKTI.
Selanjutnya pada tahun 2011-2013 penulis menerima beasiswa Women’s
International Club.
Ketika masa perkuliahan penulis aktif mengikuti beberapa kepanitiaan dan
organisasi kemahasiswaan. Beberapa organisasi yang penulis ikuti diantaranya
Gugus Disiplin Asrama (GDA) TPB, Dewan Perwakilan Mahasiswa (DPM)
FMIPA, Organisasi Mahasiswa Daerah (OMDA) Kediri dan Komisi Pelayanan
Anak (KPA). Penulis juga aktif menjadi asisten praktikum Biologi Dasar.
Selama menjadi mahasiswa penulis mengikuti beberapa kegiatan penelitian
dan praktik kerja. Bulan Juli 2011 penulis mengikuti Studi Lapang di Hutan
Pendidikan Gunung Walat, Sukabumi, Jawa Barat dengan judul laporan “Ragam
Ektomikoriza pada Pinus dan Meranti di Gunung Walat”. Bulan Januari 2012
penulis mengikuti magang kerja di Balai Besar Karantina Pertanian Bandara
Soekarno-Hatta. Penulis mengikuti kegiatan Praktik Lapang pada bulan Juli 2012
di PT BISI International, Tbk. wilayah Farm Kambingan Pagu, Kediri, Jawa
Timur dengan judul laporan “Pemuliaan Tanaman Jagung di Farm Kambingan PT
BISI International, Tbk.
anthropi SEBAGAI PUPUK HAYATI DAN PEREDUKSI EMISI
GAS CH4 SERTA N2O DI SAWAH ANORGANIK
GLORIA MARIA FOSTER PINGAK
DEPARTEMEN BIOLOGI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Efektivitas Bakteri
Metanotrof dan Ochrobactrum anthropi sebagai Pupuk Hayati dan Pereduksi
Emisi Gas CH4 serta N2O di Sawah Anorganik adalah benar karya saya dengan
arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada
perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya
yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam
teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Maret 2013
Gloria Maria Foster Pingak
NIM G34090056
ABSTRAK
GLORIA MARIA FOSTER PINGAK. Efektivitas Bakteri Metanotrof dan
Ochrobactrum anthropi sebagai Pupuk Hayati dan Pereduksi Emisi Gas CH4 serta
N2O di Sawah Anorganik. Dibimbing oleh IMAN RUSMANA dan ALINA
AKHDIYA.
Pemanasan global merupakan peningkatan temperatur permukaan bumi
yang terjadi salah satunya akibat kegiatan pertanian. Kegiatan pertanian
menyumbangkan emisi gas CH4 dan N2O ke atmosfer. Kombinasi bakteri
metanotrof, Ochrobactrum anthropi, Azotobacter dan Azospirillum dapat
mengurangi flux CH4 dan N2O. Selain itu, kombinasi bakteri-bakteri tersebut
dapat menambat nitrogen (N2) untuk meningkatkan pertumbuhan tanaman. Tujuan
penelitian ini untuk mengetahui efektivitas kombinasi isolat bakteri metanotrof,
Ochrobactrum anthropi, Azotobacter dan Azospirillum sebagai pupuk hayati dan
pereduksi emisi gas CH4 serta N2O di sawah anorganik. Penelitian dilakukan
dengan memberi perlakuan pupuk anorganik dalam dosis 100%, pupuk anorganik
dosis 25% dan pupuk anorganik dosis 25% dengan campuran kombinasi isolat
bakteri. Pengamatan dilakukan pada parameter pertumbuhan dan laju perubahan
gas. Perlakuan dengan kombinasi isolat bakteri menunjukkan peningkatan
pertumbuhan padi, peningkatan produktivitas hasil gabah dan penurunan emisi
gas CH4 serta N2O.
Kata kunci: CH4, metanotrof, N2O, padi, pupuk hayati
ABSTRACT
GLORIA MARIA FOSTER PINGAK. Effectivity of Methanotrophic Bacteria
and Ochrobactrum anthropi as Biofertilizer and Emission Reducer of CH4 and
N2O in Inorganic Paddy Fields. Supervised by IMAN RUSMANA and ALINA
AKHDIYA.
Global warming is the increasing of earth's surface temperature which can
occurred due to agricultural activities. Agricultural activities contribute to the
global warming as sources of CH4 and N2O emissions. Application of
methanotrophic bacteria, Ochrobactrum anthropi, Azotobacter and Azospirillum
combination could reduce the emission of CH4 and N2O. In addition, these
bacteria can fix nitrogen (N2) to enhance the plant growth. The purpose of this
study was to determine the effectiveness of methanotrophic bacteria,
Ochrobactrum anthropi, Azotobacter and Azospirillum combination as
biofertilizer and emission reducer of CH4 and N2O in the inorganic paddy fields.
This experiment was arranged by treating 100% dosage of inorganic fertilizer as
positive control, 25% dosage of inorganic fertilizer and 25% dosage of inorganic
fertilizer mixed by biofertilizer. The observations were made on the growth
parameters and the rate of gas fluxes. The combination of bacterial isolates could
increase rice growth, grain yield productivity and they also could reduce CH4 and
N2O emission.
Keywords: biofertilizer, CH4, methanotrophic, N2O, paddy
EFEKTIVITAS BAKTERI METANOTROF DAN Ochrobactrum
anthropi SEBAGAI PUPUK HAYATI DAN PEREDUKSI EMISI
GAS CH4 SERTA N2O DI SAWAH ANORGANIK
GLORIA MARIA FOSTER PINGAK
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Sains
pada
Departemen Biologi
DEPARTEMEN BIOLOGI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013
PRAKATA
Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa karena hanya atas kasih dan
anugerahNya saja sehingga penulis dapat menyelesaikan karya ilmiah yang
berjudul “Efektivitas Bakteri Metanotrof dan Ochrobactrum anthropi sebagai
Pupuk Hayati dan Pereduksi Emisi Gas CH4 serta N2O di Sawah Anorganik”.
Penelitian dilakukan dari bulan Juni hingga Desember 2012 di sawah Sukabumi
dan Laboratorium Mikrobiologi Departemen Biologi FMIPA IPB.
Penulis mengucapkan terima kasih kepada Bapak Dr Ir Iman Rusmana, MSi
dan Ibu Alina Akhdiya, MSi selaku dosen pembimbing atas bimbingan, masukan
dan arahannya selama penelitian hingga penyusunan karya ilmiah ini. Ucapan
terima kasih juga penulis sampaikan kepada Papa, Mama, Johan, Didit, Yanda,
Mazmur (Meta, Sisca, Jenny, Santika, Putriana, Faithy), Ria, Agus, Hendri,
Dhyah, Routh dan Della atas semangat dan kasih sayangnya. Terima kasih pula
kepada Pak Jaka dan keluarga besar Biologi angkatan 46 serta segenap pihak yang
telah membantu dan mendukung sehingga karya imiah ini dapat terselesaikan.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Maret 2013
Gloria Maria Foster Pingak
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR GAMBAR
vi
DAFTAR LAMPIRAN
vi
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Tujuan Penelitian
1
METODE
2
Waktu dan Tempat
2
Bahan dan Alat
2
Prosedur Penelitian
2
Analisis Data
3
HASIL
3
Karakteristik dan Kandungan Tanah
3
Parameter Pertumbuhan Tanaman
4
Aktivitas Emisi Gas
6
PEMBAHASAN
7
Karakteristik dan Kandungan Tanah
7
Parameter Pertumbuhan Tanaman
7
Aktivitas Emisi Gas CH4
8
Aktivitas Emisi Gas N2O
9
SIMPULAN DAN SARAN
9
Simpulan
9
Saran
9
DAFTAR PUSTAKA
10
LAMPIRAN
12
RIWAYAT HIDUP
15
DAFTAR TABEL
1 Tinggi tanaman dan jumlah anakan padi pada perlakuan yang diberikan
2 Bobot basah & kering tanaman padi setelah panen dan persentase gabah
hampa
4
4
DAFTAR GAMBAR
1 Serabut akar
2 Hasil gabah kering
3 Laju perubahan gas
5
5
6
DAFTAR LAMPIRAN
1
2
3
4
Media tumbuh bakteri
Hasil analisis tanah
Kriteria penilaian sifat kimia tanah
Diagram segitiga pengkelasan tekstur tanah sistem USDA
12
13
14
14
1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Pemanasan global merupakan peningkatan temperatur permukaan bumi
yang terjadi dari tahun ke tahun karena meningkatnya emisi gas rumah kaca di
atmosfer. Gas-gas rumah kaca penyebab pemanasan global diantaranya adalah
CH4, CO2, N2O dan CFCs. Persentase peningkatan emisi gas rumah kaca
mencapai 70% antara tahun 1970 hingga 2004 (IPCC 2007).
Berbagai aktivitas manusia seperti pertambangan, industri, transportasi,
peternakan dan pertanian merupakan sumber emisi gas CH4, CO2 dan N2O ke
atmosfer. Indonesia sebagai negara agraris memiliki lahan sawah lebih dari 8 juta
hektar (BPS 2012). Lahan basah seperti sawah menjadi salah satu sumber utama
gas CH4 dan N2O. Gas CH4 pada lahan sawah berasal dari aktivitas bakteri
metanogen dalam tanah melalui proses metanogenesis. Penggunaan pupuk
anorganik seperti urea sebagai penunjang kegiatan pertanian mampu
meningkatkan produksi gas N2O (Millar et al. 2010). Gas CH4 di lahan sawah
dapat dioksidasi oleh bakteri metanotrof karena bakteri ini memiliki enzim
Methane Monooxygenase (MMO). Emisi N2O dapat direduksi oleh bakteri
denitrifikasi yang memiliki aktivitas enzim N2O reduktase seperti Ochrobactrum
anthropi.
Penggunaan pupuk hayati merupakan salah satu solusi untuk
meningkatkan produktivitas pertanian yang bersifat ramah lingkungan.
Azotobacter dan Azospirillum merupakan bakteri penambat nitrogen (bakteri
diazotrof) dan penghasil zat pengatur tumbuh yang telah banyak dimanfaatkan
sebagai komponen pupuk hayati (Alexander 1977). Selain kedua bakteri tersebut,
kemampuan menambat nitrogen juga dimiliki oleh bakteri metanotrof (Hanson &
Hanson 1996) dan Ochrobactrum anthropi (Costa & Melo 2012). Berbeda dengan
Azotobacter dan Azospirillum, metanotrof dan O. anthropi belum banyak
dimanfaatkan sebagai komponen pupuk hayati.
Penelitian yang dilakukan di Laboratorium Mikrobiologi, Departemen
Biologi, Institut Pertanian Bogor menunjukkan bahwa kombinasi Azospirillum
dan Azotobacter serta bakteri metanotrof mampu meningkatkan kadar amonium
kultur dan menurunkan konsentrasi gas metan pada percobaan invitro (Putra
2011). Selain itu, kombinasi bakteri metanotrof dengan Ochrobactrum anthropi
mampu meningkatkan kadar amonium kultur, mengoksidasi CH4 dan mereduksi
N2O (Maharani 2011). Kemampuan kombinasi bakteri tersebut berpotensi untuk
dikembangkan sebagai pupuk hayati sekaligus pereduksi emisi gas rumah kaca di
lahan sawah. Oleh karena itu, perlu dilakukan pengkajian efektivitas kombinasi
Ochrobactrum anthropi, Azotobacter dan Azospirillum sebagai pupuk hayati dan
pereduksi emisi gas CH4 serta N2O di sawah anorganik.
Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui efektivitas kombinasi isolat
bakteri metanotrof, Ochrobactrum anthropi, Azotobacter dan Azospirillum
sebagai pupuk hayati dan pereduksi emisi gas CH4 serta N2O di sawah anorganik.
2
METODE
Waktu dan Tempat
Penelitian dimulai bulan Juni sampai dengan Desember 2012. Penelitian
dilakukan di Laboratorium Mikrobiologi, Departemen Biologi, FMIPA, IPB dan
sawah petani di Desa Cidahu, Sukabumi, Jawa Barat.
Bahan dan Alat
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain benih padi Ciherang,
pupuk NPK (15:15:15) dan pupuk hayati dengan kombinasi isolat bakteri. Pupuk
hayati menggunakan kombinasi empat isolat bakteri metanotrof BGM1, BGM5,
BGM9 dan SKM14 (Hapsari 2008), dua isolat Ochrobactrum anthropi BL1 dan
BL2 (Setyaningsih et al. 2010), isolat Azotobacter dan isolat Azospirillum koleksi
Departemen Biologi FMIPA IPB serta media-media pengkulturan bakteri.
Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain kotak sungkup ukuran
kurang lebih 55 55 90 cm3, syringe 50 ml, botol kaca, neraca Precisa XT-620,
oven dan peralatan laboratorium lainnya.
Prosedur Penelitian
Penelitian dilakukan dengan menggunakan tiga perlakuan, yaitu pemupukan
dengan pupuk anorganik berupa NPK (nitrogen, fosfat, kalium) 250 kg/ha
(takaran 100% pupuk normal yang dianjurkan) (K), pemupukan dengan NPK 62.5
kg/ha (takaran 25% dari normal yang dianjurkan) ditambah aplikasi pupuk hayati
(C) dan pemupukan dengan NPK 62.5 kg/ha (takaran 25% dari normal yang
dianjurkan) tanpa pupuk hayati (TC).
Pembuatan Pupuk Hayati. Isolat bakteri yang ada diremajakan dengan
menumbuhkan kembali sesuai dengan media tumbuhnya (Lampiran 1). Isolat
bakteri metanotrof diremajakan pada media agar Nitrate Mineral Salt (NMS)+1%
metanol. Isolat Azotobacter dan Azospirillum masing-masing diremajakan pada
media agar NMS+1% sukrosa dan media NMS+1% asam malat. Isolat BL1 dan
BL2 diremajakan pada media denitrifikasi padat. Masing-masing Isolat biakan
kemudian diinkubasi pada suhu ruang selama 3-7 hari. Bakteri-bakteri hasil
peremajaan dikulturkan masing-masing dalam 500 ml media cair sesuai jenisnya.
Kultur kemudian diinkubasi selama 5-7 hari hingga jumlah selnya 108 sel ml-1
pada penangas bergoyang dengan suhu ruang (± 37 oC).
Pembenihan dan Penyemaian. Biji padi dikecambahkan dengan cara
disimpan pada wadah plastik (keadaan lembab) dan gelap selama 24 jam. Setelah
berkecambah, benih disemai di sawah selama 20 hari hingga rumpun padi
tumbuh. Rumpun-rumpun padi yang tumbuh siap digunakan sebagai bibit.
Penanaman. Lahan disiapkan dengan cara dibajak dan dibuat petak-petak.
Masing-masing petak berukuran kurang lebih 150 m2 dengan jarak tanam 25 25
cm. Perlakuan K menggunakan satu petak sedangkan perlakuan C dan TC
masing-masing menggunakan 4 petak sawah. Bibit padi kemudian ditanam pada
masing-masing petak sawah. Pada perlakuan C sebelum dipindahkan sebagian
3
rumpun direndam dengan cairan pupuk hayati selama 15 menit. Rumpun yang
tidak mendapat perlakuan pupuk hayati dipisahkan menjadi perlakuan TC dan K.
Pemberian pupuk NPK dilakukan pada 14 hari setelah tanam (HST+14).
Analisis Karakteristik dan Kandungan Tanah. Sebanyak 100 gram
sampel tanah diambil dari setiap petak lokasi penanaman. Sampel kemudian
dikirim ke Badan Penelitian dan Pengembangan Pertanian, Balai Besar
Sumberdaya Lahan Pertanian, Balai Penelitian Tanah, Laboratorium Tanah untuk
dianalisis karakter dan kandungan tanah.
Parameter Pertumbuhan Tanaman. Pertumbuhan padi diamati pada masa
vegetatif (H+47), reproduktif awal (H+57), reproduktif (H+71) dan pematangan
malai (H+98). Parameter pertumbuhan yang diamati meliputi tinggi tajuk dan
jumlah anakan dengan tiga tanaman contoh pada setiap petak. Setelah panen
dilakukan penghitungan bobot basah dan bobot kering tanaman serta perhitungan
estimasi produktivitas gabah. Bobot kering tanaman dihitung dengan mengoven
bagian-bagian tanaman terlebih dahulu dalam suhu 60ºC hingga bobot menjadi
stabil. Produktivitas gabah dihitung dengan memperkirakan jumlah rumpun per
hektar melalui jarak tanam. Hasil penimbangan bobot gabah kering per rumpun
kemudian dikonversikan menjadi ton per hektar.
Pengukuran Aktivitas Emisi Gas. Proses pengambilan sampel gas
dilakukan dengan cara menutup petak contoh di sawah dengan kotak sungkup.
Sebuah kotak sungkup diletakkan pada masing-masing perlakuan. Sampel gas
diambil dari dalam kotak sungkup menggunakan syringe sebanyak 100 ml
selanjutnya disimpan dalam botol kaca vakum. Pengambilan sampel gas
dilakukan pada fase vegetatif dan generatif. Pada setiap fase pertumbuhan, gas
diambil dalam tiga waktu berbeda, yaitu sesaat setelah peletakan sungkup (t0), 4
jam (t4) dan 16 jam (t16) setelah penyungkupan. Sampel gas dikirim ke
Laboratorium Gas Rumah Kaca, Balai Penelitian Lingkungan Pertanian Jakenan
Pati Jawa Tengah untuk dianalisis konsentrasi gasnya (CH4 dan N2O).
Analisis Data
Analisis data beberapa parameter (pertumbuhan tanaman dan aktivitas emisi
gas CH4 dan N2O) dilakukan menggunakan program SAS. Program SAS
digunakan untuk melihat perbedaan antar perlakuan dalam tampilan ANOVA dan
uji Duncan Multiple Range Test (DMRT) dengan taraf nyata (α) 5 %.
HASIL
Karakteristik dan Kandungan Tanah
Hasil pengujian tanah pada lahan tanam di Sukabumi menunjukkan
komposisi tanah dengan kadar pasir 15%, debu 35% dan liat 50%. Tanah
memiliki kandungan bahan organik C dan N sebesar 1.75% dan 0.15% (Lampiran
2). Kandungan unsur Ca dan Na sebesar 8.69 dan 0.62 cmolc/kg tergolong
sedang. Sedangkan, kandungan unsur Mg dan K sebesar 2.30 dan 0.88 cmolc/kg
tergolong tinggi. Nilai pH pada tanah sebesar 4.9 termasuk dalam kriteria tanah
masam (Lampiran 3).
4
Parameter Pertumbuhan Tanaman
Tinggi tanaman padi pada perlakuan K, C, dan TC meningkat pada setiap
pengamatan. Setiap perlakuan memiliki pola laju pertambahan tinggi yang serupa,
kecuali perlakuan K. Pada akhir pengamatan perlakuan C mampu menghasilkan
tajuk tertinggi dan jumlah anakan terbanyak namun sebaliknya untuk perlakuan K
(Tabel 1).
Tabel 2 menunjukkan bobot basah dan kering tanaman padi. Bobot basah
dan kering rumpun serta gabah dengan perlakuan C memiliki bobot terbesar.
Perlakuan K menghasilkan bobot basah akar terbesar sedangkan bobot kering akar
terbesar dihasilkan dari pelakuan TC. Akar dengan perlakuan K dan TC memiliki
jumlah serabut yang lebih banyak dan panjang dibandingkan dengan perlakuan C
(Gambar 1).
Tabel 1 Tinggi tanaman dan jumlah anakan padi pada perlakuan yang diberikan
Perlakuan
*)
47
K
C
TC
50.833 a
49.667 a
K
C
TC
-
Hari Setelah Tanam
57
71
Tinggi Tanaman (cm)a
60.625 b
73.125 b
69.875 a
81.750 a
68.750 a
82.063 a
Jumlah Anakana
15.25 b
15.50 b
22.00 a
24.50 a
19.75 a
19.25 ab
98
79.375 b
90.125 a
89.875 a
14.75 b
19.88 a
15.88 b
a
Angka-angka pada kolom yang sama yang diikuti oleh huruf yang sama tidak berbeda nyata pada
taraf uji 5% (uji selang berganda Duncan). *)Perlakuan pupuk berbeda; K: 100% pupuk anorganik;
C: pupuk hayati+25% pupuk anorganik dan TC: 25% pupuk anorganik. -)Tidak dilakukan
pengamatan.
Tabel 2 Bobot basah & kering tanaman padi setelah panen dan persentase gabah
hampa
Perlakuan*)
a
Rumpun
K
C
TC
119.09 a
146.97 a
120.31 a
K
C
TC
32.50 b
45.20 a
40.44 ab
Akar
Gabah/Rumpun
Bobot Basah (g)a
56.24 a
45.96 b
44.47 a
73.26 a
48.08 a
59.11 b
Bobot Kering (g)a
18.64 a
36.66 b
22.27 a
61.41 a
23.90 a
50.70 a
Persentase
gabah hampa
(%)a
4,198
3,130
4,209
Angka-angka pada kolom yang sama yang diikuti oleh huruf yang sama tidak berbeda nyata pada
taraf uji 5% (uji selang berganda Duncan). *)Perlakuan pupuk berbeda; K: 100% pupuk anorganik;
C: pupuk hayati+25% pupuk anorganik dan TC: 25% pupuk anorganik. -)Tidak dilakukan
pengamatan.
5
Gambar 1 Serabut akar. Perlakuan kontrol (K), perlakuan pupuk hayati dengan
tambahan pupuk anorganik 25% (C) dan perlakuan pupuk anorganik
25% (TC).
Berdasarkan hasil pengamatan, perlakuan K mengalami pertumbuhan yang lebih
lambat dibandingkan dengan perlakuan lainnya. Perkiraan produktivitas hasil
gabah menunjukkan perlakuan C mampu menghasilkan gabah dengan jumlah
tertinggi sebesar 9.77 ton ha-1 sedangkan perlakuan K menghasilkan gabah dengan
jumlah terendah, yaitu 5.83 ton ha-1 (Gambar 2). Berdasarkan hasil tersebut dapat
diketahui lahan dengan perlakuan C mengalami peningkatan produktivitas hasil
gabah tertinggi sebesar 67.53%.
(a)
(b)
Gambar 2 Hasil gabah kering. Estimasi (a) produktivitas gabah dan (b)
peningkatan produktivitas gabah terhadap perlakuan kontrol (K),
perlakuan pupuk hayati dengan tambahan pupuk anorganik 25% (C)
dan perlakuan pupuk anorganik 25% (TC).
6
Aktivitas Emisi Gas
Pengamatan gas CH4 sungkup K mengalami peningkatan laju gas tertinggi
ketika fase vegetatif siang hari sebesar 18.31 mmol m-2 jam-1. Laju perubahan gas
metan terendah ialah sungkup C sebesar -19.57 mmol m-2 jam-1. Pengamatan laju
gas N2O nilai tertinggi dicapai oleh sungkup K ketika fase vegetatif siang hari
sebesar 238 µmol m-2 jam-1. Sedangkan, sungkup C rata-rata mengalami
penurunan laju gas N2O dengan nilai terendah -127.19 µmol m-2 jam-1
(Gambar 3).
(a)
(b)
Gambar 3 Laju perubahan gas. (a) CH4 dan (b) N2O pada fase vagetatif (V) dan
generatif (G) menggunakan perlakuan kontrol (K), perlakuan pupuk
hayati dengan tambahan pupuk anorganik 25% (C) dan perlakuan
pupuk anorganik 25% (TC).
7
PEMBAHASAN
Karakteristik dan Kandungan Tanah
Hasil pengujian tanah pada lahan tanam di Sukabumi termasuk dalam
kriteria tanah lempung berliat berdasarkan diagram segitiga pengkelasan tekstur
tanah sistem USDA (United State Department of Agriculture) (Lampiran 4).
Lempung berliat memiliki ciri rasa agak licin, agak melekat, dapat dibentuk bola
agak teguh, dibentuk gulungan agak mudah hancur (Hardjowigeno 2007).
Berdasarkan kriteria penilaian sifat kimia tanah Staf Pusat Penelitian Tanah
(1983) kandungan bahan organik C dan N tergolong rendah.
Parameter Pertumbuhan Tanaman
Padi dengan perlakuan pupuk hayati menunjukkan pertumbuhan yang lebih
tinggi dibandingkan dengan perlakuan tanpa pupuk hayati. Peningkatan laju
pertumbuhan disebabkan oleh kemampuan bakteri metanotrof, O. anthropi,
Azospirillum dan Azotobacter dalam menambat nitrogen. Selain itu, pertumbuhan
padi juga dipengaruhi oleh Azotobacter yang mampu menghasilkan senyawa indol
acetic acid (IAA) sehingga dapat meningkatkan pertumbuhan tanaman
(Widiastuti et al. 2010).
Parameter lain yang diamati pada pertumbuhan padi ialah jumlah anakan.
Hasil pengamatan menunjukkan kenaikan jumlah anakan ketika fase vegetatif.
Saat memasuki fase generatif jumlah anakan berkurang. Keadaan ini sejalan
dengan hasil penelitian Makarim dan Suhartatik (2009) yang menunjukkan ketika
pertumbuhan anakan telah maksimal maka sebagian dari anakan akan mati dan
tidak menghasilkan malai. Anakan yang mati disebut anakan tidak produktif.
Perlakuan C mampu menghasilkan anakan yang terbanyak karena
pertumbuhannya didukung oleh Azotobacter, Azospirillum, bakteri metanotrof dan
Ochrobactrum anthropi sebagai bakteri-bakteri penambat nitrogen dalam pupuk
hayati. Kemampuan bakteri dalam menambat nitrogen karena memiliki gen nifD
dan nifH yang menyandikan enzim nitrogenase (Auman et al. 2001). Enzim
nitrogenase berperan dalam mengkatalisis proses fiksasi nitrogen. Senyawa
nitrogen merupakan salah satu penyusun komponen utama sel tumbuhan seperti
asam amino dan asam nukleat. Oleh karena itu, defisiensi nitrogen akan
menghambat pertumbuhan anakan.
Nitrogen tidak hanya berperan dalam pembentukan protein namun juga
klorofil. Kebutuhan nitrogen yang cukup akan meningkatkan produksi klorofil
sehingga laju fotosintetis pun meningkat. Peningkatan laju fotosintesis berkolerasi
dengan jumlah asimilat yang dihasilkan oleh tanaman. Perlakuan C memiliki
bobot rumpun terbesar karena kebutuhan nitrogennya terpenuhi. Nitrogen
berperan aktif dalam proses pertumbuhan vegetatif (Salisbury & Ross 1985).
Hasil pengamatan menunjukkan perlakuan C memiliki bobot basah dan
kering akar serta jumlah serabut akar terendah. Keadaan ini diduga karena
pengaruh dari senyawa IAA yang dihasilkan oleh bakteri Azotobacter dan
Azospirillum dalam pupuk hayati. Konsentrasi IAA yang berlebihan menurut
Mulkey et al. (1982) akan menghambat perkembangan akar. Sintesis IAA yang
tinggi akan dioksidasi menjadi etilen. Etilen dalam konsentrasi tinggi dapat
8
menghambat perkembangan akar. Chadwick dan Burg (1967) menyatakan bahwa
sifat auksin dalam aktivitas menghambat pertumbuhan akar dimediasi oleh etilen.
Gabah yang dihasilkan ditentukan oleh total asimilat tanaman selama proses
pengisian malai. Jumlah asimilat tanaman akan meningkat seiring dengan
optimalnya kebutuhan nitrogen. Hasil gabah tertinggi dicapai pada perlakuan C
dengan kata lain perlakuan C tidak mengalami kekurangan hara nitrogen. Berbeda
dengan perlakuan lainnya kebutuhan hara tanaman kurang karena pupuk
anorganik yang diberikan khususnya nitrogen mengalami denitrifikasi,
volatilisasi, pelindian dan pencucian oleh aliran permukaan (Setyorini &
Abdulrachman 2009). Kebutuhan nitrogen perlakuan C dapat terpenuhi karena
peran aktif dari bakteri-bakteri penambat nitrogen dalam kombinasi pupuk hayati.
Sedangkan perlakuan K dan TC, menunjukkan produktivitas (hasil gabah) yang
rendah dengan tingkat kehampaan gabah yang lebih tinggi dibandingkan
perlakuan C. Kehampaan ini disebabkan oleh rendahnya kemampuan tanaman
dalam memenuhi asimilat selama pengisian malai (Makarim & Suhartatik 2009).
Aktivitas Emisi Gas CH4
Bakteri metanogen hidup pada lapisan reduksi. Bakteri ini menggunakan
karbon dioksida (CO2), metil (seperti CH3OH), dan asetat (CH3COO-) sebagai
sumber karbonnya dan kemudian mengubahnya menjadi metan melalui proses
yang disebut metanogenesis. Conrad (1991) menyatakan kondisi sawah yang
tergenang menyebabkan perbedaan konsentrasi metan di daerah reduksi dengan
daerah oksidasi, sehingga metan dapat bergerak sampai ke atmosfer. Selain itu,
tanaman padi juga berperan dalam mentransfer metan ke atmosfer melalui sistem
pembuluh aerenkima. Berdasarkan penelitian Hapsari (2008) isolat bakteri
metanotrof yang hidup pada lapisan oksidasi mampu mengkonsumsi metan yang
dihasilkan oleh bakteri metanogen.
Hasil pengamatan gas CH4 menunjukkan peningkatan gas cenderung terjadi
pada fase vegetatif di siang hari, sedangkan ketika fase generatif laju gas mulai
menurun. Hal ini sesuai dengan Das dan Adhya (2012) yang menyatakan bahwa
emisi gas metan meningkat pada fase vegetatif dan akan menurun menjelang fase
generatif. Keadaan tanah yang mulai mengering di fase generatif menjadi pemicu
menurunnya populasi bakteri metanogen. Populasi metanogen yang menurun
menyebabkan laju produksi dan emisi gas metan ikut menurun.
Pengamatan sungkup K menunjukkan peningkatan laju gas metan tertinggi.
Penggunaan pupuk anorganik dengan takaran berlebih diduga menjadi salah satu
penyebab meningkatnya laju emisi gas metan. Laju emisi gas metan sungkup C
mengalami penurunan ketika fase vegetatif di siang hari. Peran dari isolat bakteri
metanotrof mempengaruhi penurunan emisi gas metan. Emisi metan dapat
direduksi oleh bakteri metanotrof karena memiliki aktivitas enzim Methane
Monooxygenase (MMO). MMO merupakan enzim yang berperan dalam proses
oksidasi metan menjadi metanol (Hanson & Hanson 1996). Pada sungkup TC
tidak terjadi perubahan gas metan yang besar dibandingkan dengan sungkup K.
Hal ini sesuai dengan pernyataan Pretty et al. (2002) bahwa pengurangan pupuk
nitrogen pada lahan pertanian akan mengurangi emisi CH4 menuju atmosfer.
9
Aktivitas Emisi Gas N2O
Lahan sawah yang tergenang merupakan tempat berlangsungnya berbagai
proses denitrifikasi dan reduksi nitrat disimilatif oleh mikroorganisme. Aktivitas
mikroorganisme tersebut memicu produksi gas rumah kaca berupa dinitrogen
oksida. Mikroorganisme yang terlibat antara lain dari berbagai jenis arkaea,
bakteri, dan bakteri ungu (Shapleigh 2006). Bakteri denitrifikasi salah satunya
Ochrobactrum anthropi memiliki kemampuan menggunakan dinitrogen oksida
(Setyaningsih et al. 2010). Bakteri ini hidup di lapisan reduksi sawah dan
memanfaatkan gas N2O sebagai akseptor elektron dalam proses oksidasi bahan
organik.
Pengamatan gas N2O menunjukkan adanya peningkatan laju gas pada
sungkup K. Perlakuan K menggunakan pupuk anorganik dengan takaran yang
lebih tinggi dibandingkan pupuk lainnya. Peningkatan penggunaan pupuk
anorganik memicu peningkatan gas N2O. Hal ini sejalan dengan penelitian
Kawashima et al. (1994) yang melaporkan bahwa peningkatan penggunaan pupuk
nitrogen anorganik mengubah siklus global nitrogen sehingga meningkatkan laju
produksi gas N2O. Pengamatan pada sungkup C menunjukkan adanya penurunan
emisi gas N2O. Pupuk anorganik yang digunakan pada perlakuan C lebih sedikit
dibandingkan perlakuan K. Pengontrolan penggunaan pupuk anorganik mampu
mereduksi emisi gas N2O (Minami 2005). Selain penggunaan pupuk anorganik
yang lebih sedikit, penurunan emisi gas diduga karena partisipasi bakteri
Ochrobactrum anthropi dalam komposisi pupuk hayati yang diaplikasikan.
Bakteri ini memiliki enzim nitrous oxide reductase yang dapat mengubah N2O
menjadi N2 (Zumft 1997).
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Aplikasi pupuk hayati yang terdiri atas bakteri metanotrof, Ochrobactrum
anthropi, Azotobacter dan Azospirillum terbukti efektif dalam meningkatkan
pertumbuhan padi, meningkatkan produktivitas hasil gabah, menurunkan emisi
gas CH4 serta N2O. Peningkatan pertumbuhan ditandai oleh pertambahan tinggi
rumpun, jumlah malai, bobot kering dan bobot basah yang lebih besar dari
perlakuan lainnya. Pemberian pupuk hayati dan penurunan dosis pupuk anorganik
meningkatkan produktivitas padi varietas Ciherang sebesar 67.53% serta mampu
menurunkan emisi gas CH4 dan N2O.
Saran
Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut untuk mengetahui efektivitas pemberian
pupuk hayati pada beberapa lahan sawah dengan varietas padi yang berbeda.
10
DAFTAR PUSTAKA
Alexander M. 1977. Introduction to Soil Mycrobiology. 2nd Ed. New York (US):
John Wiley and Sons.
Auman AJ, Speake CC, Lidstrom ME. 2001. nifH sequences and nitrogen fixation
in type I and type II Methanotrophs. Appl Environ Microbiol. 67: 4009-4016.
[BPS] Badan Pusat Statistik. 2012. Statistik Indonesia (Statistical Yearbook of
Indonesian) [internet]. [diacu 2013 Januari 22]. Tersedia dari:
http://www.bps.go.id/hasil_publikasi/si_2012/.index3.php?pub=Statistik%20In
donesia%202012.
Chadwick AW, Burg SP. 1967. An explanation of the inhibition of root growth
caused by indole-3-acetic acid. Plant Physiol. 42: 415-420.
Conrad R, Rothfus F. 1991. Methane oxidation in the soil surface layer of a
flooded rice field and the effect of ammonium. Biol Fertil Soil. 12:28-32.
Costa FE, Melo IS. 2012. Endophytic and rhizosperic bacteria from Opuntiaficus-indica mill and their ability to promote plant growth in cowpea, Vigna
unguiculata (L.) Walp. African Journal of Microbiology Research. 6: 13451353.
Das S, Adhya TK. 2012. Dynamics of methanogenesis and methanotrophy in
tropical paddy soils as influenced by elevated CO2 and temperature interaction.
Soil Biol Biochem. 47: 36-45.
Hanson R, Hanson TE. 1996. Metanotrophic bacteria. J Microbiol Rev. 60: 439471.
Hapsari W. 2008. Isolasi dan Karakterisasi Bakteri Metanotrof Asal Sawah di
Bogor dan Sukabumi [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Hardjowigeno S. 2007. Ilmu Tanah. Jakarta (ID): Akademika Pressindo.
[IPCC] Intergovernmental Panel on Climate Change. 2007. Mitigation of Climate
Change. Cambridge (UK): Cambridge University Pr.
Kawashima H, Bazin MJ, Lynch JM. 1994. Global N2O balance and nitrogen
fertilizer. Ecological Modelling. 87 (1996): 51-57.
Maharani R. 2011. Aktivitas Oksidasi Metan dan Reduksi Dinitrogen Oksida
(N2O) Kultur Kombinasi Bakteri Metanotrof dan Ochrobactrum anthropi
[skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Makarim AK, Suhartatik E. 2009. Morfologi dan fisiologi tanaman padi. Balai
Besar Penelitian Padi [Internet]. [diunduh 2013 Februari 26]. Tersedia pada:
http://www.litbang.deptan.go.id/special/padi/bbpadi_2009_itkp_11.pdf.
Millar N, Robertson GP, Grace PR, Gehl RJ, Hoben JP. 2010. Nitrogen fertilizer
management for nitrous oxide (N2O) mitigation in intensive corn (Maize)
production: an emissions reduction protocol for US Midwest agriculture. Mitig
Adapt Strateg Glob Change. 15: 185-204.
Minami K. 2005. N cycle, N flow trends in Japan, and strategies'for reducing NzO
emission and NO, pollution. Pedosphere. 15(2): 164-172.
Mulkey TJ, Kuzmanoff KM, Evans ML. 1982. Promotion of growth and shift in
the auxin dose/response relationship in maize roots treated with the ethylene
biosynthesis inhibitors aminoethoxyvinylglycine and cobalt. Plant Science
Letters. 25: 23-48.
11
[PPT] Pusat Penelitian Tanah, Staf Pusat Penelitian Tanah. 1983. Kriteria penilaian
sifat kimia tanah [internet]. [diacu 2013 Januari 22]. Tersedia dari:
http://syekhfanismd.lecture.ub.ac.id/files/2012/11/Kriteria-Sifat-KesuburanTanah.pdf
Pretty JN, Ball AS, Xiaoyun L, Ravindranath NH. 2002. The role of sustainable
agriculture and renewable-resource management in reducing greenhouse -gas
emissions and increasing sinks in China and India. Phil Trans R Soc Lond A.
360 (1797): 1741-1761.
Putra IP. 2011. Aktivitas Fiksasi Nitrogen dan Oksidasi Metan Kombinasi Biakan
Azotobacter sp., Azospirillum sp. dan Bakteri Metanotrof [skripsi]. Bogor
(ID): Institut Pertanian Bogor.
Salisbury FB, Ross CW. 1985. Plant Physiology. California (US): Wardsworth
Publ.Co.
Setyaningsih R, Rusmana I, Setyanto P, Suwanto A. 2010. Physiological
characterization and molecular identification of denitrifying bacteria
possessing nitrous oxide high reduction activity isolated from rice soils.
Microbiol Indones. 4: 75-78.
Setyorini D, Abdulrachman S. 2009. Pengolahan hara mineral tanaman padi. Balai
Besar Penelitian Padi [Internet]. [diunduh 2013 Maret 20]. Tersedia pada:
http://www.litbang.deptan.go.id/special/padi/bbpadi_2009_itp_05.pdf.
Shapleigh P. 2006. The Denitrifiying Prokaryotes. Di dalam: Dworkin M, Falkow
S, Rosenberg E, Schleifer KH, Stackebrandt E, editor. The Prokaryotes.
Volume ke-2, Ecophysiology and Biochemistry. Ed ke-3. New York (US):
Springer. hlm 769–792.
[USDA] United State Department of Agriculture. 2013. Soil textural triangle
[Internet].
[diunduh
2013
April
8].
Tersedia
pada:
http://soils.usda.gov/education/resources/lessons/texture/textural_tri_hi.jpg
Widiastuti H, Siswanto, Suharyanto. 2010. Karakterisasi dan seleksi beberapa
isolat Azotobacter sp. untuk meningkatkan perkecambahan benih dan
pertumbuhan tanaman. Buletin Plasma Nutfah. 16 (2).
Zumft WG. 1997. Cell biology and molecular basis of denitrification. Microbiol
Mol Biol Rev. 61: 533-616.
12
Lampiran 1 Media Tumbuh Bakteri
Nama Media
Nitrate Mineral Salt
(NMS)
Media Denitrifikasi
Komposisi
MgSO4.7H2O
CaCl2.6H2O
KNO3
KH2PO4
Na2HPO4
NH4Cl
Na2EDTA
FeSO4.7H2O
H3BO4
CoCl2.6H2O
ZnSO4.7H2O
MnCl2.4H2O
Na2MoO4. 2H2O
NiCl2.6H2O
CaCl2.2H2O
Na asetat
NaNO3
(NH4)Cl
KH2PO4
K2HPO4.3H2O
CaCl2.2H2O
MgSO4.7H2O
EDTA
Jumlah (g/1 liter dH2O)
1.000
0.200
1.000
0.272
4.000
4.000
0.500
0.200
0.030
0.020
0.010
3.000
3.000
2.000
1.000
10.000
4.200
0.176
0.200
0.920
0.100
0.500
0.200
Keterangan:
Isolat bakteri metanotrof diremajakan pada media agar Nitrate Mineral Salt
(NMS)+1% methanol. Isolat Azotobacter dan Azospirillum masing-masing
diremajakan pada media agar NMS+1% sukrosa dan media NMS+1% asam
malat. Isolat bakteri pereduksi N2O diremajakan pada media denitrifikasi.
1
Lampiran 2 Hasil analisis tanah
13
14
Lampiran 3 Kriteria penilaian sifat kimia tanah
Lampiran 4 Diagram segitiga pengkelasan tekstur tanah sistem USDA
(United State Department of Agriculture)
14
15
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Quelicai, Timor Leste pada tanggal 30 Oktober 1991
dari Ayahanda Godlief Y.S. Pingak dan Ibunda Aminna. Penulis merupakan anak
pertama dari tiga bersaudara. Penulis lulus dari SMA Negeri 2 Pare pada tahun
2009. Pada tahun yang sama penulis diterima sebagai mahasiswa program studi
Biologi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian
Bogor melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI). Pada tahun 2010-2011
penulis menerima beasiswa Peningkatan Prestasi Akademik (PPA) dari DIKTI.
Selanjutnya pada tahun 2011-2013 penulis menerima beasiswa Women’s
International Club.
Ketika masa perkuliahan penulis aktif mengikuti beberapa kepanitiaan dan
organisasi kemahasiswaan. Beberapa organisasi yang penulis ikuti diantaranya
Gugus Disiplin Asrama (GDA) TPB, Dewan Perwakilan Mahasiswa (DPM)
FMIPA, Organisasi Mahasiswa Daerah (OMDA) Kediri dan Komisi Pelayanan
Anak (KPA). Penulis juga aktif menjadi asisten praktikum Biologi Dasar.
Selama menjadi mahasiswa penulis mengikuti beberapa kegiatan penelitian
dan praktik kerja. Bulan Juli 2011 penulis mengikuti Studi Lapang di Hutan
Pendidikan Gunung Walat, Sukabumi, Jawa Barat dengan judul laporan “Ragam
Ektomikoriza pada Pinus dan Meranti di Gunung Walat”. Bulan Januari 2012
penulis mengikuti magang kerja di Balai Besar Karantina Pertanian Bandara
Soekarno-Hatta. Penulis mengikuti kegiatan Praktik Lapang pada bulan Juli 2012
di PT BISI International, Tbk. wilayah Farm Kambingan Pagu, Kediri, Jawa
Timur dengan judul laporan “Pemuliaan Tanaman Jagung di Farm Kambingan PT
BISI International, Tbk.