The role of exopolysaccharide producing bacteria in aggregation of a sandy soil texture
PERAN BAKTERI PENGHASIL
EKSOPOLISAKARIDA DALAM
AGREGASI TANAH TEKSTUR BERPASIR
LAKSMITA PRIMA SANTI
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2011
PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa disertasi Peran Bakteri Penghasil
Eksopolisakarida dalam Agregasi Tanah Tekstur Berpasir adalah 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 disertasi ini.
Bogor, Juli 2011
Laksmita Prima Santi
NIM A161070011
ABSTRACT
LAKSMITA PRIMA SANTI. The Role of Exopolysaccharide-Producing Bacteria
in Aggregation of a Sandy Soil Texture. Under direction of DWI ANDREAS
SANTOSA, SUDARSONO, DIDIEK HADJAR GOENADI, and KUKUH
MURTILAKSONO.
Soil aggregation is a dynamic and very important factor for the development
of agricultural soil functions. Unstable soil aggregate in a sandy soil texture
becomes a limiting factor for plant growth. This research was carried out to
investigate the role of a selected exopolysaccharide-producing bacterium on
aggregation as well as water retention of a sandy soil texture. For these purposes,
the activities conducted were : (i) isolation, selection and identification of a
potential exopolysaccharide-producing bacteria, (ii) production and
characterization of exopolysaccharide functional groups, (iii) determination of
exopolysaccharide-producing bacteria in aggregation of a sandy soil texture, and
(iv) study the impacts exopolysaccharide-producing bacteria as an active
substance of soil bio-ameliorant on the growth performance of the oil palm
seedlings in 61.3% sand fraction. A highly potential bacterium for
exopolysaccharides production was isolated from a sandy soil located at Central
Kalimantan. The bacterium was identified as Burkholderia cenocepacia KTG
strain by using 16S rRNA gene sequencing. B. cenocepacia KTG strain is capable
of improving aggregate stability index of a soil with 59.5% sand fraction and
tolerant with low pH (3-5). Results obtained throughout this research indicate that
3% (w/v) of a 4-hydroxyphenylacetic acid or 2% (w/v) of sucrose as carbon
sources yielded the higher exopolysaccharide than that of glucose, mannitol,
glutamate, and lactose. IR analysis of exopolysaccharide B. cenocepacia KTG
strain showed the presence of O-H (hydroxyl), C=O (carbonyl), and β glucosidic
linkages as the major hydrophilic functional group of the exopolysaccharide B.
cenocepacia KTG strain which noted play an important role in the sandy soil
texture aggregation. Yield of dry mass of a-six-months old oil palm seedlings at
main nursery was higher 1.9% (leaf), 10.5% (frond), 17.2% (stem), and 23.2%
(root) by application of 75% standard dosage NPK-Mg and 100 gram bioameliorant/seedling than those by 100% standard dosage of NPK-Mg fertilizer.
The results also showed that the B. cenocepacia KTG strain treatment caused
better available water up to 11.2 – 61.6%.
Keywords: exopolysaccharide-producing bacteria, aggregation, sandy soil
texture, bio-ameliorant, oil palm seedlings.
RINGKASAN
LAKSMITA PRIMA SANTI. Peran Bakteri Penghasil Eksopolisakarida dalam
Agregasi Tanah Tekstur Berpasir. Di bawah bimbingan DWI ANDREAS
SANTOSA, SUDARSONO, DIDIEK HADJAR GOENADI, dan KUKUH
MURTILAKSONO.
Agregasi tanah bersifat dinamis dan merupakan faktor penting untuk
pengembangan fungsi tanah pertanian. Ketidakstabilan agregat tanah pada tanah
tekstur berpasir merupakan faktor pembatas untuk pertumbuhan tanaman.
Kegiatan penelitian ini bertujuan untuk mempelajari peran bakteri penghasil
eksopolisakarida potensial dalam agregasi dan retensi air pada bahan tanah tekstur
berpasir. Untuk mencapai tujuan penelitian tersebut, maka kegiatan yang
dilaksanakan adalah: (i) isolasi, seleksi, dan identifikasi bakteri potensial
penghasil eksopolisakarida, (ii) produksi dan karakterisasi gugus fungsional
eksopolisakarida, (iii) penetapan kemampuan bakteri penghasil eksopolisakarida
terpilih dalam agregasi tanah tekstur berpasir, dan (iv) mempelajari pengaruh
bakteri penghasil eksopolisakarida sebagai bahan aktif bioamelioran terhadap
keragaan pertumbuhan bibit kelapa sawit di dalam media tanah yang mengandung
61.3% fraksi pasir. Dalam penelitian ini, bakteri potensial penghasil
eksopolisakarida asal Kalimantan Tengah telah berhasil diisolasi. Identifikasi
bakteri dilakukan dengan sekuensing 16S rRNA. Hasil sekuensing
mengidentifikasikan bakteri tersebut sebagai Burkholderia cenocepacia strain
KTG. Bakteri ini dapat meningkatkan kemantapan agregat bahan tanah tekstur
berpasir dan toleran terhadap pH rendah (3-5). Hasil penelitian ini
mengindikasikan bahwa pertumbuhan B. cenocepacia strain KTG di dalam
medium dengan 3% (b/v) 4-hydroxyphenylacetic acid atau 2% (b/v) sukrosa
sebagai sumber karbon menghasilkan eksopolisakarida yang lebih tinggi jika
dibandingkan dengan sumber karbon lainnya yaitu glukosa, manitol, glutamat,
dan laktosa. Analisis dengan menggunakan infra red (IR) terhadap
eksopolisakarida B. cenocepacia strain KTG menunjukkan keberadaan O-H
(hidroksil), C=O (karbonil), dan ikatan β glikosidik yang merupakan gugus
fungsional utama dari eksopolisakarida B. cenocepacia strain KTG bersifat
hidrofilik serta diyakini memegang peran penting dalam agregasi tanah tekstur
berpasir. Bobot kering bibit kelapa sawit umur enam bulan di pembibitan utama
dengan perlakuan 75% penggunaan NPKMg dari dosis standar kebun dan 100
gram bioamelioran/bibit menghasilkan bobot kering 1.9% (daun), 10.5%
(pelepah), 17.2 % (batang), dan 23.2% (akar) yang lebih tinggi jika dibandingkan
dengan 100% NPKMg dosis standar kebun. Hasil penelitian ini juga menunjukkan
bahwa perlakuan dengan B. cenocepacia strain KTG di dalam bahan tanah yang
mengandung 61.3% fraksi pasir dapat meningkatkan nilai air tersedia 11.2 –
61.6%.
Kata kunci : bakteri penghasil eksopolisakarida, agregasi, tanah tekstur berpasir,
bioamelioran, bibit kelapa sawit.
© Hak Cipta milik IPB, tahun 2011
Hak Cipta dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan
atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan,
penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau
tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan
yang wajar IPB.
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh Karya tulis
dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB.
PERAN BAKTERI PENGHASIL
EKSOPOLISAKARIDA DALAM
AGREGASI TANAH TEKSTUR BERPASIR
LAKSMITA PRIMA SANTI
Disertasi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Doktor pada
Program Studi Ilmu Tanah
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2011
Penguji pada Ujian Tertutup : Prof. Dr Ir Asep Sapei, MS
Ketua Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan
Fakultas Teknologi Pertanian,
Institut Pertanian Bogor
Dr Ir Gunawan Djajakirana
Departemen Ilmu Tanah dan Sumber Daya Lahan,
Fakultas Pertanian, Institut Pertanian Bogor
Penguji pada Ujian Terbuka : Dr Ir Gede Wibawa
PT Riset Perkebunan Nusantara
Dr Ir Suryo Wiyono
Departemen Proteksi Tanaman
Fakultas Pertanian, Institut Pertanian Bogor
Judul Disertasi
: Peran Bakteri Penghasil Eksopolisakarida dalam Agregasi
Tanah Tekstur Berpasir
Nama Mahasiswa : Laksmita Prima Santi
NIM
: A161070011
Disetujui
Komisi Pembimbing
Prof. Dr Ir Sudarsono, MSc
Anggota
Dr Ir Dwi Andreas Santosa
Ketua
Dr Ir Didiek Hadjar Goenadi, MSc, APU
Anggota
Dr Ir Kukuh Murtilaksono, MS
Anggota
Mengetahui,
Ketua Program Studi
Ilmu Tanah
Dekan Sekolah Pascasarjana
Dr Ir Atang Sutandi, MSi
Dr Ir Dahrul Syah, MSc.Agr
Tanggal Ujian: 24 Juni 2011
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Segala puji ungkapan rasa syukur dipanjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha
Esa atas segala karuniaNya, sehingga karya ilmiah ini dapat diselesaikan. Tema
yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan pada bulan Maret 2009Desember 2010 adalah mengenai agregasi tanah dengan judul PERAN BAKTERI
PENGHASIL
EKSOPOLISAKARIDA
DALAM
AGREGASI
TANAH
TEKSTUR BERPASIR.
Penulis menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada Dr Ir Dwi
Andreas Santosa, sebagai ketua komisi pembimbing, Prof. Dr Ir Sudarsono, MSc
(anggota), Dr Ir Didiek Hadjar Goenadi, MSc, APU (anggota), dan Dr Ir Kukuh
Murtilaksono, MS (anggota) atas bantuan, saran, dan bimbingannya sejak
penyusunan awal rencana kegiatan penelitian sampai dengan penyelesaian
penulisan disertasi ini.
Terima kasih disampaikan pula kepada Managemen dan Divisi Riset dan
Pengembangan, PT Astra Agro Lestari, Tbk atas kesempatan dan dukungan dana
yang diberikan untuk melaksanakan kegiatan penelitian di lingkup kebun PT
Astra Agro Lestari, Tbk Kalimantan Tengah. Demikian pula kepada Badan
Penelitian dan Pengembangan Pertanian selaku penyedia anggaran DIPA tahun
2010 disampaikan ucapan terima kasih untuk dukungan dana kegiatan penelitian
laboratorium.
Penghargaan juga disampaikan kepada peneliti dan staf pelaksana di
Laboratorium Fisika Tanah, Balai Penelitian Tanah-Bogor, Laboratorium Analitik
dan Laboratorium Mikroba dan Bioproses, Balai Penelitian Bioteknologi
Perkebunan Indonesia atas kerjasama yang terjalin selama penelitian berlangsung.
Kepada keluarga besar penulis dan rekan-rekan satu angkatan Program Studi
Ilmu Tanah tahun 2007, terima kasih atas doa, dukungan semangat dan
kekompakannya selama kegiatan studi di PS Ilmu Tanah.
Akhir kata penulis berharap semoga penelitian ini dapat bermanfaat bagi
institusi dan pengembangan Ilmu Tanah.
Bogor, Juli 2011
Laksmita Prima Santi
RIWAYAT HIDUP
Laksmita Prima Santi dilahirkan di Trenggalek, Jawa Timur pada tanggal
28 Maret 1969, merupakan putri pertama dari empat bersaudara dari pasangan
keluarga Ir H Sunu Sudibyo dan Hj Sri Murtinah, BA. Penulis menikah pada
tanggal 11 Maret 1995 dengan Ir Endru Yutaka dan telah dikaruniai dua orang
putra yaitu, Alvin Oktarianto dan Andre Febrian Dwiyudanta.
Pendidikan sarjana di tempuh di Program Studi Biologi, Departemen
Biologi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian
Bogor, lulus pada tahun 1993. Kesempatan untuk melanjutkan program Magister
Sains pada Program Studi Mikrobiologi di perguruan tinggi yang sama diperoleh
pada tahun 2002. Pada tahun 2007 penulis melanjutkan program Doktor di
Program Studi Ilmu Tanah, Institut Pertanian Bogor.
Penulis bekerja di Balai Penelitian Bioteknologi Perkebunan Indonesia,
PT Riset Perkebunan Nusantara pada tahun 1996 sampai dengan saat ini dan
menjadi anggota Perhimpunan Mikrobiologi Indonesia sejak tahun 1992. Bidang
penelitian yang menjadi tanggung jawab penulis ialah mikrobiologi tanah. Sebuah
artikel yang merupakan bagian dari disertasi telah diterbitkan dengan judul
“Pengaruh pemberian inokulan Burkholderia cepacia dan bahan organik
terhadap sifat fisik tanah berpasir” pada jurnal Menara Perkebunan 2010, No.
78 (1), hal 9-18. Dua artikel lain berjudul ”Potensi Burkholderia cenocepacia
strain KTG sebagai bioamelioran terhadap pertumbuhan bibit kelapa sawit
pada tanah tekstur berpasir” dan ”Karakteristik gugus fungsional
eksopolisakarida Burkholderia cenocepacia strain KTG dalam agregat
tanah” telah diajukan untuk dapat dipublikasi masing-masing di Jurnal Agronomi
Indonesia dan Menara Perkebunan tahun 2011. Karya-karya ilmiah tersebut
merupakan bagian dari program penelitian S3 penulis.
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR TABEL
xv
DAFTAR GAMBAR
xvii
DAFTAR LAMPIRAN
xix
PENDAHULUAN...............................................................................
1
Latar Belakang ............................................................................
1
Agregat Tanah ............................................................................
3
Agens yang Mempengaruhi Agregasi ......................................
6
Karbon. ..............................................................................
6
Bahan Organik Tanah .......................................................
7
Liat ....................................................................................
8
Kation ...............................................................................
8
Bakteri Penghasil Eksopolisakarida .................................
8
Bioamelioran ..............................................................................
9
Ruang Lingkup Kegiatan Penelitian .........................................
10
Tujuan Penelitian ........................................................................
12
Hipotesis Penelitian...................................................................
13
Manfaat Penelitian......................................................................
13
Kebaruan Penelitian....................................................................
13
ISOLASI, SELEKSI, DAN IDENTIFIKASI BAKTERI
PENGHASIL EKSOPOLISAKARIDA ...........................................
15
Pendahuluan ..............................................................................
15
Tujuan .........................................................................................
18
Bahan dan Metode .....................................................................
18
Tempat dan Waktu ...........................................................
18
Isolasi Bakteri Penghasil Eksopolisakarida ......................
18
Seleksi Bakteri Penghasil Eksopolisakarida ......................
19
xi
Halaman
Uji Kemampuan Tumbuh di dalam Medium Ber-pH 3-5
dan Medium dengan Bahan Tanah Tekstur Berpasir dan
Gambut...............................................................................
19
Identifikasi Bakteri Potensial Penghasil
Eksopolisakarida.................................................................
20
Hasil ............................................................................................
20
Isolasi dan Seleksi Bakteri Penghasil Eksopolisakarida.....
20
Identifikasi Bakteri Potensial Penghasil Eksopolisakarida
24
Pembahasan ...............................................................................
24
Kesimpulan ................................................................................
27
PRODUKSI DAN KARAKTERISASI EKSOPOLISAKARIDA
Burkholderia cenocepacia strain KTG ................................................
28
Pendahuluan ..............................................................................
28
Tujuan ........................................................................................
32
Bahan dan Metode .....................................................................
32
Tempat dan Waktu ...........................................................
32
Produksi Eksopolisakarida ................................................
33
Pengamatan Morfologi Eksopolisakarida Bakteri dengan
Menggunakan Scanning Electron Microscope (SEM) .....
33
Karakterisasi Gugus Fungsional Eksopolisakarida B.
cenocepacia Strain KTG....................................................
33
Hasil ............................................................................................
34
Produksi Eksopolisakarida ...............................................
34
Pengamatan Morfologi Eksopolisakarida Bakteri dengan
Menggunakan Scanning Electron Microscope (SEM) .....
35
Karakterisasi Gugus Fungsional Eksopolisakarida B.
cenocepacia Strain KTG....................................................
35
Pembahasan................................................................................
39
Kesimpulan ...............................................................................
41
STUDI INTERAKSI BAKTERI PENGHASIL
EKSOPOLISAKARIDA DAN BAHAN ORGANIK DENGAN
BAHAN TANAH TEKSTUR BERPASIR .......................................
42
xii
Halaman
Pendahuluan ..............................................................................
42
Tujuan .........................................................................................
45
Bahan dan Metode .....................................................................
45
Tempat dan Waktu ...........................................................
45
Studi Interaksi Bakteri Penghasil Eksopolisakarida dengan
Bahan Tanah Tekstur Berpasir............................................
45
Studi Interaksi Bakteri Penghasil Eksopolisakarida dan
Bahan Organik dengan Bahan Tanah Tekstur Berpasir......
46
Analisis Scanning Electron Microscope .............................
48
Hasil ............................................................................................
49
Studi Interaksi Bakteri Penghasil Eksopolisakarida dengan
Bahan Tanah Tekstur Berpasir............................................
49
Studi Interaksi Bakteri Penghasil Eksopolisakarida dan
Bahan Organik dengan Bahan Tanah .................................
53
Pembahasan ................................................................................
56
Kesimpulan...................................................................................
63
UJI KEEFEKTIFAN BAKTERI PENGHASIL
EKSOPOLISAKARIDA DALAM MEDIA BAHAN TANAH
TEKSTUR BERPASIR DAN VEGETATIF BIBIT KELAPA
SAWIT SESUAI DENGAN KONDISI LAPANG...............................
64
Pendahuluan ................................................................................
64
Tujuan ..........................................................................................
68
Bahan dan Metode .......................................................................
68
Tempat dan Waktu Penelitian ............................................
68
Pembuatan Pembenah Tanah Hayati (Bioamelioran)..........
68
Uji Keefektifan Bakteri Penghasil Eksopolisakarida
sebagai Bioamelioran terhadap Agregasi Bahan Tanah
Tekstur Berpasir ………………………….......................
69
Hasil .............................................................................................
71
Pembuatan Pembenah Tanah Hayati (Bioamelioran) .........
71
xiii
Halaman
Uji Keefektifan Bakteri Penghasil Eksopolisakarida dalam
Bioamelioran terhadap Agregasi Bahan Tanah Tekstur
Berpasir ………………………………………………….
73
Pembahasan ...............................................................................
85
Kesimpulan.................................................................................
88
Saran ..........................................................................................
88
PEMBAHASAN UMUM .................................................................
89
KESIMPULAN UMUM . ..................................................................
95
SARAN UMUM ................................................................................
96
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................
97
LAMPIRAN.......................................................................................
108
xiv
DAFTAR TABEL
Halaman
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Isolasi bakteri penghasil eksopolisakarida dari bahan tanah
asal Kalimantan Tengah ...........................................................
21
Bobot kering eksopolisakarida bakteri dalam medium ATCC
no.14 selama 72 jam inkubasi ....................................................
22
Kemampuan tumbuh tiga isolat bakteri potensial penghasil
eksopolisakarida dalam medium Nutrient Broth (NB) dengan
pH 3, 4, dan 5 selama 72 jam inkubasi .......................................
23
Bobot kering eksopolisakarida (mg/ml) dalam medium cair
dengan penambahan 20% (b/v) gambut, fraksi pasir sedang
(FPS) dan fraksi pasir tinggi (FPT).............................................
23
Taksonomi Burkholderia cepacia kompleks: status genomovar
dan nama spesies (Vial et al. 2007; Miao et al. 2007).............
27
Bobot kering eksopolisakarida yang dihasilkan B.
cenocepacia strain KTG di dalam medium ATCC no. 14
dengan enam jenis sumber karbon konsentrasi 1, 2, dan 3%
(b/v) selama 72 jam inkubasi ..................................................
34
Penetapan gugus fungsional B. cenocepacia strain KTG dan
dua bakteri potensial penghasil eksopolisakarida lainnya…….
36
Penetapan gugus fungsional eksopolisakarida B. cenocepacia
strain KTG yang ditumbuhkan dalam medium ATCC no. 14
yang mengandung FPR, FPS, dan FPT.....................................
38
Karakteristik kimia jerami padi dan kompos jerami yang
digunakan dalam penelitian.......................................................
47
Analisis fraksi pasir, debu, dan liat yang digunakan untuk
studi interaksi bakteri penghasil eksopolisakarida ..................
49
Analisis kimia fraksi pasir bahan tanah asal Kalimantan
Tengah.......................................................................................
49
Pengaruh pemberian inokulan B. cenocepacia strain KTG
terhadap indeks kemantapan agregat bahan tanah dengan
waktu inkubasi 30, 60, dan 90 hari............................................
50
Air tersedia pada FPR, FPS, dan FPT yang diinokulasi B.
cenocepacia strain KTG dengan masa inkubasi 30, 60, dan 90
hari.......................................................
51
xv
Halaman
14
15
16
17
18
19
20
21
22
Studi interaksi bakteri penghasil eksopolisakarida dan bahan
organik dengan bahan tanah, waktu inkubasi 30, 60, dan 90
hari ……………………………………………………………
53
Pengaruh interaksi suspensi miselium fungi terhadap
pembentukan agregat pada fraksi pasir sedang (FPS), waktu
inkubasi 30, 60, dan 90 hari……………………………………
54
Populasi B. cenocepacia strain KTG di dalam formula
bioamelioran agregat ...............................................................
72
Pertumbuhan bibit kelapa sawit umur 3 bulan (pre nursery) di
dalam bahan tanah dengan fraksi pasir 61.3% .........................
74
Analisis tanah media pertumbuhan bibit kelapa sawit di
pembibitan utama ....................................................................
75
Data pertumbuhan bibit kelapa sawit di dalam media bahan
tanah fraksi pasir 61.3% dengan waktu pengamatan umur 1-6
bulan di main nursery ...............................................................
76
Data bobot kering bibit kelapa sawit umur 6 bulan di dalam
media bahan tanah fraksi pasir 61.3% .....................................
78
Data hara tanah fraksi pasir 61.3% media bibit kelapa sawit di
main nursery ............................................................................
82
Data hara daun bibit kelapa sawit umur 6 bulan (main
nursery) di dalam media dengan fraksi pasir 61.3% ...............
84
xvi
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1
Ruang lingkup kegiatan penelitian ................................................
14
2
Pembentukan slime tebal (tanda panah) pada bakteri penghasil
eksopolisakarida di dalam medium padat ATCC no.14 ...............
20
Scanning electron microscope eksopolisakarida B. cenocepacia
strain KTG (tanda panah, perbesaran 3500x) .............................
35
Spektrum infra red gugus fungsional utama eksopolisakarida
B. cenocepacia strain KTG yang ditumbuhkan dalam medium
ATCC no.14 dengan sumber karbon glukosa, sukrosa, laktosa,
manitol, dan 4-hydroxyphenyl acetic acid ....................................
36
Fraksi pasir sedang (FPS) tanpa inokulasi B. cenocepacia strain
KTG [(a) perbesaran 150x] dan dengan inokulasi B. cenocepacia
strain KTG [(b), perbesaran 150x]………………………………
52
Hubungan antara waktu inkubasi FPS dengan pemberian
inokulan B. cenocepacia strain KTG, jerami, kompos jerami,
dan inokulan P. chrysosporium terhadap air tersedia ...................
55
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Agregat terdiri atas beberapa mikroagregat (a); pori di antara
mikroagregat (b) diisi oleh bakteri (b1); dan di dalam pori antar
agregat (c) berkembang sel tunggal (d) atau suatu koloni bakteri,
fungi dan aktinomiset (e). (Krasil'nikov 1958)……………………
Bioamelioran granul (diameter 2-3 mm) dengan bahan aktif
B. cenocepacia strain KTG...........................................................
72
Pertumbuhan bibit kelapa sawit umur 3 bulan di pre nursery di
dalam bahan tanah fraksi pasir 61.3% ..........................................
73
Pengujian bioamelioran agregat di main nursery kebun PT
Gunung Sejahtera Ibu Pertiwi (PT GSIP) .....................................
75
Keragaan bibit kelapa sawit umur 6 bulan dengan perlakuan :
100% pupuk NPKMg (A), 100 g bioamelioran/bibit + 100%
NPKMg (B), 100 g bioamelioran/bibit + 75% NPKMg (C), dan
100 g bioamelioran/bibit + 50% NPKMg (D) ............................
75
Keragaan bibit kelapa sawit umur 6 bulan dengan perlakuan: 100%
pupuk NPKMg (A), 100 g bioamelioran/bibit (H), dan 50 g
bioamelioran/bibit (I)....................................................................
79
61
xvii
Halaman
13
14
15
Keragaan bibit kelapa sawit umur 6 bulan dengan perlakuan:
100 g bioamelioran/bibit + 100% NPKMg (B),
100 g bioamelioran/bibit + 75% NPKMg (C),
100 g bioamelioran/bibit + 50% NPKMg (D),
50 g bioamelioran/bibit + 100% NPKMg (E),
50 g bioamelioran/bibit + 75% NPKMg (F), dan
50 g bioamelioran/bibit + 50% NPKMg (G) .......................
Peningkatan kadar hara tanah. Keterangan gambar: kadar hara
tanah N, P 2 O 5 , K 2 O,dan MgO analisis bulan pertama
(N1,P1,K1,Mg1) dan bulan keenam (N6,P6,K6,Mg6): 100%
NPKMg (perlakuan A), 100-50% NPKMg yang kombinasi
dengan 100 g bioamelioran/bibit (perlakuan B-D), 100-50%
NPKMg yang kombinasi dengan 50 g bioamelioran/bibit
(perlakuan E-G), serta 100 dan 50 g bioamelioran/bibit
(perlakuan H-I) .........................................................................
81
Perbandingan perlakuan tanpa bioamelioran (perlakuan A)
dan pemberian bioamelioran B. cenocepacia strain KTG
(perlakuan B-I) terhadap air tersedia pada bahan tanah
berkadar pasir 61.3%..........……………………….……..........
83
79
xviii
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1
Sekuensing bakteri Burkholderia cenocepacia strain KTG ..........
109
2
Dosis pupuk NPKMg-TE untuk pemupukan bibit kelapa sawit
Dura x Pisifera standar kebun ......................................................
111
3
Penetapan Tekstur Tanah (Balai Penelitian Tanah 2006) .............
112
4
Penetapan Indeks Kemantapan Agregat (Balai Penelitian Tanah
2006) ..............................................................................................
114
5
Penetapan Retensi Air Tanah (Balai Penelitian Tanah 2006)........
117
6
Penetapan Kerapatan Lindak (Balai Penelitian Tanah 2006) .......
119
xix
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Pengertian struktur tanah mengacu pada penyusunan partikel primer (pasir,
debu, liat) ke dalam partikel sekunder atau agregat. Struktur tanah merupakan
faktor utama di dalam fungsi tanah sebagai media yang dapat mendukung
pertumbuhan tanaman serta isu pada saat ini dikaitkan dengan tempat
penyimpanan karbon dan air. Struktur tanah mempengaruhi pergerakan dan
retensi air tanah, siklus hara di dalam tanah, penetrasi perakaran, produktivitas
tanaman, dan keragaman biota tanah.
Agregasi tanah dihasilkan dari penyusunan partikel, flokulasi, dan sementasi
yang diperantarai oleh bahan organik tanah, biota tanah, jembatan ionik, liat, dan
karbonat. Struktur tanah yang baik memiliki kemantapan agregat yang diperlukan
untuk meningkatkan ketersediaan hara bagi tanaman, produktivitas tanaman,
porositas, dan menurunkan tingkat erosi. Konsep dasar dari agregasi adalah
pembentukan partikel sekunder melalui penggabungan partikel mineral dengan
bahan organik dan anorganik. Dinamika agregasi sangat kompleks dan
dipengaruhi oleh interaksi beberapa faktor seperti lingkungan, pengelolaan tanah,
tanaman, komposisi mineral, tekstur, konsentrasi karbon organik tanah, proses
pedogenesis, aktivitas mikroorganisme tanah, ion-ion yang dapat dipertukarkan,
cadangan nutrisi di dalam tanah, dan kelembaban (Bronick & Lal 2005).
Kontribusi aktivitas mikroorganisme terhadap kemantapan agregat tanah
telah dilaporkan dalam beberapa kegiatan penelitian. Namun demikian, untuk
kegiatan penelitian terkait dengan agregasi tanah tekstur berpasir dengan
memanfaatkan bakteri penghasil eksopolisakarida belum banyak diteliti. Degens
& Sparling (1996) melakukan kegiatan penelitian pada tanah tekstur berpasir dan
menyatakan
bahwa
tidak
terdapat
hubungan
yang
signifikan
terhadap
pembentukan agregat tanah tekstur berpasir dengan biomassa bakteri. Di lain
pihak, Khodair et al. (2008) meneliti peran bakteri penghasil eksopolisakarida
yaitu Bacillus circulans UBF 20, 26 dan Bacillus polymyxa UBF 15 pada bahan
tanah sebagai media tanam bibit gandum dengan kadar fraksi 52.4% pasir, 27.5 %
2
debu, dan 13.1% liat. Pemberian inokulan bakteri pada bahan tanah tersebut dapat
meningkatkan pertumbuhan vegetatif bibit gandum.
Ketersediaan air merupakan salah satu faktor pembatas utama tanaman
kelapa sawit yang ditanam pada jenis tanah dengan dominasi fraksi pasir yang
cukup tinggi. Tanah bertekstur kasar (pasir) mempunyai daya menahan air lebih
kecil dari pada tanah bertekstur halus. Tanaman yang ditanam pada tanah tekstur
berpasir umumnya lebih mudah mengalami kekeringan. Kebutuhan air untuk
tanaman kelapa sawit sekitar 1.950 mm per tahun. Kelapa sawit memerlukan
curah hujan sekitar 2.000 mm yang merata sepanjang tahun tanpa adanya bulan
kering (defisit air) yang nyata (Pahan 2008). Terkait dengan kebutuhan air yang
sangat besar untuk kelapa sawit maka pengembangan budidaya kelapa sawit di
tanah tekstur berpasir akan mengalami kendala. Selain kecukupan nutrisi, yang
menjadi fokus utama untuk memperbaiki daya dukung kapasitas tanah tekstur
berpasir adalah mengoptimalkan kemampuan meretensi air. Hal lain yang perlu
diperhatikan adalah dominasi fraksi pasir dalam suatu areal perkebunan kelapa
sawit sangat berpotensi terhadap terjadinya erosi dan inefisiensi penggunaan air
irigasi.
Pada umumnya perbaikan daya dukung tanah tekstur berpasir dilakukan
dengan ameliorasi menggunakan bahan organik. Selain itu, peningkatan
produktivitas lahan juga dapat dilakukan dengan memperhatikan pengelolaan air
tanah dalam praktek di kebun sehari-hari. Menurut Lubis (2008), kebutuhan air
pada bibit kelapa sawit di pembibitan awal (pre nursery) adalah 0.1 – 0.3
liter/bibit/hari, sedangkan di pembibitan utama (main nursery) diperlukan 1-3
liter/bibit/hari.
Sebagaimana dikemukakan sebelumnya, bahwa stuktur tanah dengan
kondisi agregat yang baik akan memberikan pengaruh positif terhadap
pertumbuhan akar tanaman, ketersediaan air, dan pergerakan udara di dalam
tanah. Oleh karena itu dalam upaya mengoptimalkan fungsi bahan tanah tekstur
berpasir sebagai media pertumbuhan bibit atau tanaman kelapa sawit, maka tahap
awal yang dapat dilakukan adalah memperbaiki sifat agregasi bahan tanah
tersebut. Pemanfaatan bakteri penghasil eksopolisakarida (BPE) dalam agregasi
bahan tanah tekstur berpasir pada media tanam bibit kelapa sawit merupakan
3
salah satu alternatif untuk mengupayakan hal tersebut serta dapat dilakukan
dengan teknik aplikasi sederhana dalam bentuk pembenah hayati (bioamelioran)
pemantap agregat. Peran BPE dalam agregasi bahan tanah tekstur berpasir dapat
ditetapkan atas dasar indikasi pertumbuhan vegetatif bibit kelapa sawit, air
tersedia, dan serapan hara pada daun bibit kelapa sawit. Penetapan tersebut atas
dasar asumsi bahwa pembentukan agregat pada bahan tanah tekstur berpasir akan
meningkatkan ketersediaan air, absorpsi hara oleh bibit kelapa sawit, dan akhirnya
akan menghasilkan pertumbuhan bibit kelapa sawit yang sesuai dengan standar
pertumbuhan bibit secara umum.
Agregat Tanah
Kemantapan agregat tanah dapat didefinisikan sebagai kemampuan tanah
untuk bertahan terhadap gaya-gaya yang akan merusak. Gaya-gaya tersebut dapat
berupa kikisan angin, pukulan hujan, daya urai air pengairan, dan beban
pengolahan tanah (Amezketa et al. 2003). Pengukuran kemantapan agregat tanah
menjadi penting sebab dapat memberikan informasi secara umum tentang kondisi
sifat fisik tanah. Agregat tanah berpengaruh terhadap potensi erosi, pergerakan air
dan pertumbuhan akar tanaman. Tanah yang teragregasi dengan baik dicirikan
dengan tingkat infiltrasi, permeabilitas, dan ketersediaan air yang tinggi. Aspek
fisik penting dalam suatu agregat tanah meliputi ukuran, densitas, kemantapan,
dan struktur agregat.
Setiap metode pengukuran kemantapan agregat berhubungan dengan suatu
mekanisme pemecahan agregat yang bersifat spesifik. Pada daerah dengan curah
hujan tinggi, maka pengukuran kemantapan agregat didasarkan empat mekanisme
yang menyebabkan penghancuran agregat karena pengaruh air. Mekanisme
tersebut yaitu: (i) pemecahan oleh udara yang terperangkap di dalam agregat
selama proses pembasahan yang cepat dan tiba-tiba, (ii) pemecahan oleh swelling
dan shrinkage selama proses pembasahan dan pengeringan yang lambat, (iii)
pemecahan secara mekanik oleh pengaruh curah hujan, dan (iv) dispersi setelah
penurunan kekuatan internal yang saling tarik menarik antar partikel koloid
selama pembasahan (dipengaruhi oleh kation monovalen khususnya Na+), di mana
mekanisme ini hanya terjadi di bawah kondisi yang spesifik (Le Bissonnais 1996).
4
Di lain pihak, penghancuran agregat dapat pula disebabkan oleh aktivitas
pertanian (pencangkulan, pengembalaan, dan pemakaian alat berat pertanian) dan
aktivitas pertambangan (Mbagwu 1992). Metode yang umum digunakan untuk
mengukur kemantapan agregat adalah metode pengayakan basah dan pengayakan
kering. Sementara itu, metode lainnya berdasarkan simulasi pengaruh energi tetes
hujan, dispersi ultrasonik, dan pemecahan agregat setelah pencelupan yang tibatiba ke dalam air.
Pembentukan agregat terjadi melalui beberapa cara dan dikelompokkan
dalam tingkat ukuran yaitu makroagregat (> 250 µm) dan mikroagregat
(< 250 µm). Terdapat beberapa mekanisme agregasi. Teori agregasi yang
dikemukakan Tisdall (1996) adalah mikroagregat (< 250 µm) dibentuk oleh
molekul organik (MO) yang menempel pada liat (L) dan kation polivalen (P)
membentuk partikel (L-P-MO), yang saling berikatan dengan partikel (L-P-MO)
lainnya membentuk makroagregat [(L-P-MO)x]y.
Mekanisme agregasi melalui proses flokulasi dan fragmentasi. Flokulasi
terjadi jika partikel tanah yang pada awalnya dalam keadaan terdispersi, kemudian
bergabung membentuk agregat. Sedangkan fragmentasi terjadi jika tanah dalam
keadaan masif, kemudian terpecah-pecah membentuk agregat yang lebih kecil.
Kemper & Rosenau (1986) mengatakan bahwa makin mantap suatu agregat tanah,
makin rendah kepekaannya terhadap erosi (erodibilitas tanah). Karakterisasi
agregat tanah yang dapat secara langsung memberikan petunjuk adalah melalui
deskripsi sifat morfologi di lapangan, menggunakan teknik analisis perbandingan,
atau mengukur distribusi ukuran yang berhubungan dengan pori. Metode lainnya
berdasarkan pada pemecahan struktur unit secara parsial oleh dispersi atau
fragmentasi. Agregat tanah yang mantap memiliki kemampuan mengikat partikel
dan tahan terhadap tekanan lingkungan luar yang menyebabkan disagregasi tanah
seperti pengolahan, swelling dan shrinking, energi kinetik tetes hujan dan lain
sebagainya (Diaz-Zorita et al. 2002; Rohoskova & Valla 2004). Penutupan tajuk
tanaman pada permukaan tanah dapat menghindari erosi karena tetes hujan saat
curah hujan tinggi (Cerda 2000).
Struktur tanah dapat dipengaruhi oleh kandungan air di dalam tanah yang
jumlahnya sangat beragam dari waktu ke waktu. Hal ini mengacu pada definisi
5
mengenai struktur tanah yaitu pengelompokan partikel-partikel primer (pasir,
debu, dan liat) membentuk suatu agregat yang lebih besar dalam hal ukuran dan
bentuk. Adanya proses penetrasi akar di dalam tanah, siklus pembasahan dan
pengeringan yang berkelanjutan serta aktivitas biota tanah yang dikombinasikan
dengan bahan anorganik dan organik sebagai agens perekat akan menghasilkan
suatu struktur tanah tertentu. Penurunan kadar air akan meningkatkan gugus
kontak antara partikel primer dan bahan organik yang pada akhirnya dapat
meningkatkan kekuatan daya kohesi tanah. Proses ini terutama terjadi di daerah
sekitar perakaran yang secara langsung memfasilitasi terjadinya pembentukan
mikroagregat.
Konsep mengenai pembentukan mikroagregat sehubungan dengan fungsinya
sebagai penyedia ruang pori tanah untuk air tersedia dikemukakan oleh
Cambardella (2005). Konsep tersebut didasarkan pada suatu model yang
dikemukakan oleh Tisdall & Oades (1982). Pemecahan makroagregat (>250 µm)
akan membentuk mikroagregat (20-250 µm). Sementara itu, proses agregasi pada
partikel berukuran
EKSOPOLISAKARIDA DALAM
AGREGASI TANAH TEKSTUR BERPASIR
LAKSMITA PRIMA SANTI
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2011
PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa disertasi Peran Bakteri Penghasil
Eksopolisakarida dalam Agregasi Tanah Tekstur Berpasir adalah 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 disertasi ini.
Bogor, Juli 2011
Laksmita Prima Santi
NIM A161070011
ABSTRACT
LAKSMITA PRIMA SANTI. The Role of Exopolysaccharide-Producing Bacteria
in Aggregation of a Sandy Soil Texture. Under direction of DWI ANDREAS
SANTOSA, SUDARSONO, DIDIEK HADJAR GOENADI, and KUKUH
MURTILAKSONO.
Soil aggregation is a dynamic and very important factor for the development
of agricultural soil functions. Unstable soil aggregate in a sandy soil texture
becomes a limiting factor for plant growth. This research was carried out to
investigate the role of a selected exopolysaccharide-producing bacterium on
aggregation as well as water retention of a sandy soil texture. For these purposes,
the activities conducted were : (i) isolation, selection and identification of a
potential exopolysaccharide-producing bacteria, (ii) production and
characterization of exopolysaccharide functional groups, (iii) determination of
exopolysaccharide-producing bacteria in aggregation of a sandy soil texture, and
(iv) study the impacts exopolysaccharide-producing bacteria as an active
substance of soil bio-ameliorant on the growth performance of the oil palm
seedlings in 61.3% sand fraction. A highly potential bacterium for
exopolysaccharides production was isolated from a sandy soil located at Central
Kalimantan. The bacterium was identified as Burkholderia cenocepacia KTG
strain by using 16S rRNA gene sequencing. B. cenocepacia KTG strain is capable
of improving aggregate stability index of a soil with 59.5% sand fraction and
tolerant with low pH (3-5). Results obtained throughout this research indicate that
3% (w/v) of a 4-hydroxyphenylacetic acid or 2% (w/v) of sucrose as carbon
sources yielded the higher exopolysaccharide than that of glucose, mannitol,
glutamate, and lactose. IR analysis of exopolysaccharide B. cenocepacia KTG
strain showed the presence of O-H (hydroxyl), C=O (carbonyl), and β glucosidic
linkages as the major hydrophilic functional group of the exopolysaccharide B.
cenocepacia KTG strain which noted play an important role in the sandy soil
texture aggregation. Yield of dry mass of a-six-months old oil palm seedlings at
main nursery was higher 1.9% (leaf), 10.5% (frond), 17.2% (stem), and 23.2%
(root) by application of 75% standard dosage NPK-Mg and 100 gram bioameliorant/seedling than those by 100% standard dosage of NPK-Mg fertilizer.
The results also showed that the B. cenocepacia KTG strain treatment caused
better available water up to 11.2 – 61.6%.
Keywords: exopolysaccharide-producing bacteria, aggregation, sandy soil
texture, bio-ameliorant, oil palm seedlings.
RINGKASAN
LAKSMITA PRIMA SANTI. Peran Bakteri Penghasil Eksopolisakarida dalam
Agregasi Tanah Tekstur Berpasir. Di bawah bimbingan DWI ANDREAS
SANTOSA, SUDARSONO, DIDIEK HADJAR GOENADI, dan KUKUH
MURTILAKSONO.
Agregasi tanah bersifat dinamis dan merupakan faktor penting untuk
pengembangan fungsi tanah pertanian. Ketidakstabilan agregat tanah pada tanah
tekstur berpasir merupakan faktor pembatas untuk pertumbuhan tanaman.
Kegiatan penelitian ini bertujuan untuk mempelajari peran bakteri penghasil
eksopolisakarida potensial dalam agregasi dan retensi air pada bahan tanah tekstur
berpasir. Untuk mencapai tujuan penelitian tersebut, maka kegiatan yang
dilaksanakan adalah: (i) isolasi, seleksi, dan identifikasi bakteri potensial
penghasil eksopolisakarida, (ii) produksi dan karakterisasi gugus fungsional
eksopolisakarida, (iii) penetapan kemampuan bakteri penghasil eksopolisakarida
terpilih dalam agregasi tanah tekstur berpasir, dan (iv) mempelajari pengaruh
bakteri penghasil eksopolisakarida sebagai bahan aktif bioamelioran terhadap
keragaan pertumbuhan bibit kelapa sawit di dalam media tanah yang mengandung
61.3% fraksi pasir. Dalam penelitian ini, bakteri potensial penghasil
eksopolisakarida asal Kalimantan Tengah telah berhasil diisolasi. Identifikasi
bakteri dilakukan dengan sekuensing 16S rRNA. Hasil sekuensing
mengidentifikasikan bakteri tersebut sebagai Burkholderia cenocepacia strain
KTG. Bakteri ini dapat meningkatkan kemantapan agregat bahan tanah tekstur
berpasir dan toleran terhadap pH rendah (3-5). Hasil penelitian ini
mengindikasikan bahwa pertumbuhan B. cenocepacia strain KTG di dalam
medium dengan 3% (b/v) 4-hydroxyphenylacetic acid atau 2% (b/v) sukrosa
sebagai sumber karbon menghasilkan eksopolisakarida yang lebih tinggi jika
dibandingkan dengan sumber karbon lainnya yaitu glukosa, manitol, glutamat,
dan laktosa. Analisis dengan menggunakan infra red (IR) terhadap
eksopolisakarida B. cenocepacia strain KTG menunjukkan keberadaan O-H
(hidroksil), C=O (karbonil), dan ikatan β glikosidik yang merupakan gugus
fungsional utama dari eksopolisakarida B. cenocepacia strain KTG bersifat
hidrofilik serta diyakini memegang peran penting dalam agregasi tanah tekstur
berpasir. Bobot kering bibit kelapa sawit umur enam bulan di pembibitan utama
dengan perlakuan 75% penggunaan NPKMg dari dosis standar kebun dan 100
gram bioamelioran/bibit menghasilkan bobot kering 1.9% (daun), 10.5%
(pelepah), 17.2 % (batang), dan 23.2% (akar) yang lebih tinggi jika dibandingkan
dengan 100% NPKMg dosis standar kebun. Hasil penelitian ini juga menunjukkan
bahwa perlakuan dengan B. cenocepacia strain KTG di dalam bahan tanah yang
mengandung 61.3% fraksi pasir dapat meningkatkan nilai air tersedia 11.2 –
61.6%.
Kata kunci : bakteri penghasil eksopolisakarida, agregasi, tanah tekstur berpasir,
bioamelioran, bibit kelapa sawit.
© Hak Cipta milik IPB, tahun 2011
Hak Cipta dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan
atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan,
penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau
tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan
yang wajar IPB.
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh Karya tulis
dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB.
PERAN BAKTERI PENGHASIL
EKSOPOLISAKARIDA DALAM
AGREGASI TANAH TEKSTUR BERPASIR
LAKSMITA PRIMA SANTI
Disertasi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Doktor pada
Program Studi Ilmu Tanah
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2011
Penguji pada Ujian Tertutup : Prof. Dr Ir Asep Sapei, MS
Ketua Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan
Fakultas Teknologi Pertanian,
Institut Pertanian Bogor
Dr Ir Gunawan Djajakirana
Departemen Ilmu Tanah dan Sumber Daya Lahan,
Fakultas Pertanian, Institut Pertanian Bogor
Penguji pada Ujian Terbuka : Dr Ir Gede Wibawa
PT Riset Perkebunan Nusantara
Dr Ir Suryo Wiyono
Departemen Proteksi Tanaman
Fakultas Pertanian, Institut Pertanian Bogor
Judul Disertasi
: Peran Bakteri Penghasil Eksopolisakarida dalam Agregasi
Tanah Tekstur Berpasir
Nama Mahasiswa : Laksmita Prima Santi
NIM
: A161070011
Disetujui
Komisi Pembimbing
Prof. Dr Ir Sudarsono, MSc
Anggota
Dr Ir Dwi Andreas Santosa
Ketua
Dr Ir Didiek Hadjar Goenadi, MSc, APU
Anggota
Dr Ir Kukuh Murtilaksono, MS
Anggota
Mengetahui,
Ketua Program Studi
Ilmu Tanah
Dekan Sekolah Pascasarjana
Dr Ir Atang Sutandi, MSi
Dr Ir Dahrul Syah, MSc.Agr
Tanggal Ujian: 24 Juni 2011
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Segala puji ungkapan rasa syukur dipanjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha
Esa atas segala karuniaNya, sehingga karya ilmiah ini dapat diselesaikan. Tema
yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan pada bulan Maret 2009Desember 2010 adalah mengenai agregasi tanah dengan judul PERAN BAKTERI
PENGHASIL
EKSOPOLISAKARIDA
DALAM
AGREGASI
TANAH
TEKSTUR BERPASIR.
Penulis menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada Dr Ir Dwi
Andreas Santosa, sebagai ketua komisi pembimbing, Prof. Dr Ir Sudarsono, MSc
(anggota), Dr Ir Didiek Hadjar Goenadi, MSc, APU (anggota), dan Dr Ir Kukuh
Murtilaksono, MS (anggota) atas bantuan, saran, dan bimbingannya sejak
penyusunan awal rencana kegiatan penelitian sampai dengan penyelesaian
penulisan disertasi ini.
Terima kasih disampaikan pula kepada Managemen dan Divisi Riset dan
Pengembangan, PT Astra Agro Lestari, Tbk atas kesempatan dan dukungan dana
yang diberikan untuk melaksanakan kegiatan penelitian di lingkup kebun PT
Astra Agro Lestari, Tbk Kalimantan Tengah. Demikian pula kepada Badan
Penelitian dan Pengembangan Pertanian selaku penyedia anggaran DIPA tahun
2010 disampaikan ucapan terima kasih untuk dukungan dana kegiatan penelitian
laboratorium.
Penghargaan juga disampaikan kepada peneliti dan staf pelaksana di
Laboratorium Fisika Tanah, Balai Penelitian Tanah-Bogor, Laboratorium Analitik
dan Laboratorium Mikroba dan Bioproses, Balai Penelitian Bioteknologi
Perkebunan Indonesia atas kerjasama yang terjalin selama penelitian berlangsung.
Kepada keluarga besar penulis dan rekan-rekan satu angkatan Program Studi
Ilmu Tanah tahun 2007, terima kasih atas doa, dukungan semangat dan
kekompakannya selama kegiatan studi di PS Ilmu Tanah.
Akhir kata penulis berharap semoga penelitian ini dapat bermanfaat bagi
institusi dan pengembangan Ilmu Tanah.
Bogor, Juli 2011
Laksmita Prima Santi
RIWAYAT HIDUP
Laksmita Prima Santi dilahirkan di Trenggalek, Jawa Timur pada tanggal
28 Maret 1969, merupakan putri pertama dari empat bersaudara dari pasangan
keluarga Ir H Sunu Sudibyo dan Hj Sri Murtinah, BA. Penulis menikah pada
tanggal 11 Maret 1995 dengan Ir Endru Yutaka dan telah dikaruniai dua orang
putra yaitu, Alvin Oktarianto dan Andre Febrian Dwiyudanta.
Pendidikan sarjana di tempuh di Program Studi Biologi, Departemen
Biologi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian
Bogor, lulus pada tahun 1993. Kesempatan untuk melanjutkan program Magister
Sains pada Program Studi Mikrobiologi di perguruan tinggi yang sama diperoleh
pada tahun 2002. Pada tahun 2007 penulis melanjutkan program Doktor di
Program Studi Ilmu Tanah, Institut Pertanian Bogor.
Penulis bekerja di Balai Penelitian Bioteknologi Perkebunan Indonesia,
PT Riset Perkebunan Nusantara pada tahun 1996 sampai dengan saat ini dan
menjadi anggota Perhimpunan Mikrobiologi Indonesia sejak tahun 1992. Bidang
penelitian yang menjadi tanggung jawab penulis ialah mikrobiologi tanah. Sebuah
artikel yang merupakan bagian dari disertasi telah diterbitkan dengan judul
“Pengaruh pemberian inokulan Burkholderia cepacia dan bahan organik
terhadap sifat fisik tanah berpasir” pada jurnal Menara Perkebunan 2010, No.
78 (1), hal 9-18. Dua artikel lain berjudul ”Potensi Burkholderia cenocepacia
strain KTG sebagai bioamelioran terhadap pertumbuhan bibit kelapa sawit
pada tanah tekstur berpasir” dan ”Karakteristik gugus fungsional
eksopolisakarida Burkholderia cenocepacia strain KTG dalam agregat
tanah” telah diajukan untuk dapat dipublikasi masing-masing di Jurnal Agronomi
Indonesia dan Menara Perkebunan tahun 2011. Karya-karya ilmiah tersebut
merupakan bagian dari program penelitian S3 penulis.
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR TABEL
xv
DAFTAR GAMBAR
xvii
DAFTAR LAMPIRAN
xix
PENDAHULUAN...............................................................................
1
Latar Belakang ............................................................................
1
Agregat Tanah ............................................................................
3
Agens yang Mempengaruhi Agregasi ......................................
6
Karbon. ..............................................................................
6
Bahan Organik Tanah .......................................................
7
Liat ....................................................................................
8
Kation ...............................................................................
8
Bakteri Penghasil Eksopolisakarida .................................
8
Bioamelioran ..............................................................................
9
Ruang Lingkup Kegiatan Penelitian .........................................
10
Tujuan Penelitian ........................................................................
12
Hipotesis Penelitian...................................................................
13
Manfaat Penelitian......................................................................
13
Kebaruan Penelitian....................................................................
13
ISOLASI, SELEKSI, DAN IDENTIFIKASI BAKTERI
PENGHASIL EKSOPOLISAKARIDA ...........................................
15
Pendahuluan ..............................................................................
15
Tujuan .........................................................................................
18
Bahan dan Metode .....................................................................
18
Tempat dan Waktu ...........................................................
18
Isolasi Bakteri Penghasil Eksopolisakarida ......................
18
Seleksi Bakteri Penghasil Eksopolisakarida ......................
19
xi
Halaman
Uji Kemampuan Tumbuh di dalam Medium Ber-pH 3-5
dan Medium dengan Bahan Tanah Tekstur Berpasir dan
Gambut...............................................................................
19
Identifikasi Bakteri Potensial Penghasil
Eksopolisakarida.................................................................
20
Hasil ............................................................................................
20
Isolasi dan Seleksi Bakteri Penghasil Eksopolisakarida.....
20
Identifikasi Bakteri Potensial Penghasil Eksopolisakarida
24
Pembahasan ...............................................................................
24
Kesimpulan ................................................................................
27
PRODUKSI DAN KARAKTERISASI EKSOPOLISAKARIDA
Burkholderia cenocepacia strain KTG ................................................
28
Pendahuluan ..............................................................................
28
Tujuan ........................................................................................
32
Bahan dan Metode .....................................................................
32
Tempat dan Waktu ...........................................................
32
Produksi Eksopolisakarida ................................................
33
Pengamatan Morfologi Eksopolisakarida Bakteri dengan
Menggunakan Scanning Electron Microscope (SEM) .....
33
Karakterisasi Gugus Fungsional Eksopolisakarida B.
cenocepacia Strain KTG....................................................
33
Hasil ............................................................................................
34
Produksi Eksopolisakarida ...............................................
34
Pengamatan Morfologi Eksopolisakarida Bakteri dengan
Menggunakan Scanning Electron Microscope (SEM) .....
35
Karakterisasi Gugus Fungsional Eksopolisakarida B.
cenocepacia Strain KTG....................................................
35
Pembahasan................................................................................
39
Kesimpulan ...............................................................................
41
STUDI INTERAKSI BAKTERI PENGHASIL
EKSOPOLISAKARIDA DAN BAHAN ORGANIK DENGAN
BAHAN TANAH TEKSTUR BERPASIR .......................................
42
xii
Halaman
Pendahuluan ..............................................................................
42
Tujuan .........................................................................................
45
Bahan dan Metode .....................................................................
45
Tempat dan Waktu ...........................................................
45
Studi Interaksi Bakteri Penghasil Eksopolisakarida dengan
Bahan Tanah Tekstur Berpasir............................................
45
Studi Interaksi Bakteri Penghasil Eksopolisakarida dan
Bahan Organik dengan Bahan Tanah Tekstur Berpasir......
46
Analisis Scanning Electron Microscope .............................
48
Hasil ............................................................................................
49
Studi Interaksi Bakteri Penghasil Eksopolisakarida dengan
Bahan Tanah Tekstur Berpasir............................................
49
Studi Interaksi Bakteri Penghasil Eksopolisakarida dan
Bahan Organik dengan Bahan Tanah .................................
53
Pembahasan ................................................................................
56
Kesimpulan...................................................................................
63
UJI KEEFEKTIFAN BAKTERI PENGHASIL
EKSOPOLISAKARIDA DALAM MEDIA BAHAN TANAH
TEKSTUR BERPASIR DAN VEGETATIF BIBIT KELAPA
SAWIT SESUAI DENGAN KONDISI LAPANG...............................
64
Pendahuluan ................................................................................
64
Tujuan ..........................................................................................
68
Bahan dan Metode .......................................................................
68
Tempat dan Waktu Penelitian ............................................
68
Pembuatan Pembenah Tanah Hayati (Bioamelioran)..........
68
Uji Keefektifan Bakteri Penghasil Eksopolisakarida
sebagai Bioamelioran terhadap Agregasi Bahan Tanah
Tekstur Berpasir ………………………….......................
69
Hasil .............................................................................................
71
Pembuatan Pembenah Tanah Hayati (Bioamelioran) .........
71
xiii
Halaman
Uji Keefektifan Bakteri Penghasil Eksopolisakarida dalam
Bioamelioran terhadap Agregasi Bahan Tanah Tekstur
Berpasir ………………………………………………….
73
Pembahasan ...............................................................................
85
Kesimpulan.................................................................................
88
Saran ..........................................................................................
88
PEMBAHASAN UMUM .................................................................
89
KESIMPULAN UMUM . ..................................................................
95
SARAN UMUM ................................................................................
96
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................
97
LAMPIRAN.......................................................................................
108
xiv
DAFTAR TABEL
Halaman
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Isolasi bakteri penghasil eksopolisakarida dari bahan tanah
asal Kalimantan Tengah ...........................................................
21
Bobot kering eksopolisakarida bakteri dalam medium ATCC
no.14 selama 72 jam inkubasi ....................................................
22
Kemampuan tumbuh tiga isolat bakteri potensial penghasil
eksopolisakarida dalam medium Nutrient Broth (NB) dengan
pH 3, 4, dan 5 selama 72 jam inkubasi .......................................
23
Bobot kering eksopolisakarida (mg/ml) dalam medium cair
dengan penambahan 20% (b/v) gambut, fraksi pasir sedang
(FPS) dan fraksi pasir tinggi (FPT).............................................
23
Taksonomi Burkholderia cepacia kompleks: status genomovar
dan nama spesies (Vial et al. 2007; Miao et al. 2007).............
27
Bobot kering eksopolisakarida yang dihasilkan B.
cenocepacia strain KTG di dalam medium ATCC no. 14
dengan enam jenis sumber karbon konsentrasi 1, 2, dan 3%
(b/v) selama 72 jam inkubasi ..................................................
34
Penetapan gugus fungsional B. cenocepacia strain KTG dan
dua bakteri potensial penghasil eksopolisakarida lainnya…….
36
Penetapan gugus fungsional eksopolisakarida B. cenocepacia
strain KTG yang ditumbuhkan dalam medium ATCC no. 14
yang mengandung FPR, FPS, dan FPT.....................................
38
Karakteristik kimia jerami padi dan kompos jerami yang
digunakan dalam penelitian.......................................................
47
Analisis fraksi pasir, debu, dan liat yang digunakan untuk
studi interaksi bakteri penghasil eksopolisakarida ..................
49
Analisis kimia fraksi pasir bahan tanah asal Kalimantan
Tengah.......................................................................................
49
Pengaruh pemberian inokulan B. cenocepacia strain KTG
terhadap indeks kemantapan agregat bahan tanah dengan
waktu inkubasi 30, 60, dan 90 hari............................................
50
Air tersedia pada FPR, FPS, dan FPT yang diinokulasi B.
cenocepacia strain KTG dengan masa inkubasi 30, 60, dan 90
hari.......................................................
51
xv
Halaman
14
15
16
17
18
19
20
21
22
Studi interaksi bakteri penghasil eksopolisakarida dan bahan
organik dengan bahan tanah, waktu inkubasi 30, 60, dan 90
hari ……………………………………………………………
53
Pengaruh interaksi suspensi miselium fungi terhadap
pembentukan agregat pada fraksi pasir sedang (FPS), waktu
inkubasi 30, 60, dan 90 hari……………………………………
54
Populasi B. cenocepacia strain KTG di dalam formula
bioamelioran agregat ...............................................................
72
Pertumbuhan bibit kelapa sawit umur 3 bulan (pre nursery) di
dalam bahan tanah dengan fraksi pasir 61.3% .........................
74
Analisis tanah media pertumbuhan bibit kelapa sawit di
pembibitan utama ....................................................................
75
Data pertumbuhan bibit kelapa sawit di dalam media bahan
tanah fraksi pasir 61.3% dengan waktu pengamatan umur 1-6
bulan di main nursery ...............................................................
76
Data bobot kering bibit kelapa sawit umur 6 bulan di dalam
media bahan tanah fraksi pasir 61.3% .....................................
78
Data hara tanah fraksi pasir 61.3% media bibit kelapa sawit di
main nursery ............................................................................
82
Data hara daun bibit kelapa sawit umur 6 bulan (main
nursery) di dalam media dengan fraksi pasir 61.3% ...............
84
xvi
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1
Ruang lingkup kegiatan penelitian ................................................
14
2
Pembentukan slime tebal (tanda panah) pada bakteri penghasil
eksopolisakarida di dalam medium padat ATCC no.14 ...............
20
Scanning electron microscope eksopolisakarida B. cenocepacia
strain KTG (tanda panah, perbesaran 3500x) .............................
35
Spektrum infra red gugus fungsional utama eksopolisakarida
B. cenocepacia strain KTG yang ditumbuhkan dalam medium
ATCC no.14 dengan sumber karbon glukosa, sukrosa, laktosa,
manitol, dan 4-hydroxyphenyl acetic acid ....................................
36
Fraksi pasir sedang (FPS) tanpa inokulasi B. cenocepacia strain
KTG [(a) perbesaran 150x] dan dengan inokulasi B. cenocepacia
strain KTG [(b), perbesaran 150x]………………………………
52
Hubungan antara waktu inkubasi FPS dengan pemberian
inokulan B. cenocepacia strain KTG, jerami, kompos jerami,
dan inokulan P. chrysosporium terhadap air tersedia ...................
55
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Agregat terdiri atas beberapa mikroagregat (a); pori di antara
mikroagregat (b) diisi oleh bakteri (b1); dan di dalam pori antar
agregat (c) berkembang sel tunggal (d) atau suatu koloni bakteri,
fungi dan aktinomiset (e). (Krasil'nikov 1958)……………………
Bioamelioran granul (diameter 2-3 mm) dengan bahan aktif
B. cenocepacia strain KTG...........................................................
72
Pertumbuhan bibit kelapa sawit umur 3 bulan di pre nursery di
dalam bahan tanah fraksi pasir 61.3% ..........................................
73
Pengujian bioamelioran agregat di main nursery kebun PT
Gunung Sejahtera Ibu Pertiwi (PT GSIP) .....................................
75
Keragaan bibit kelapa sawit umur 6 bulan dengan perlakuan :
100% pupuk NPKMg (A), 100 g bioamelioran/bibit + 100%
NPKMg (B), 100 g bioamelioran/bibit + 75% NPKMg (C), dan
100 g bioamelioran/bibit + 50% NPKMg (D) ............................
75
Keragaan bibit kelapa sawit umur 6 bulan dengan perlakuan: 100%
pupuk NPKMg (A), 100 g bioamelioran/bibit (H), dan 50 g
bioamelioran/bibit (I)....................................................................
79
61
xvii
Halaman
13
14
15
Keragaan bibit kelapa sawit umur 6 bulan dengan perlakuan:
100 g bioamelioran/bibit + 100% NPKMg (B),
100 g bioamelioran/bibit + 75% NPKMg (C),
100 g bioamelioran/bibit + 50% NPKMg (D),
50 g bioamelioran/bibit + 100% NPKMg (E),
50 g bioamelioran/bibit + 75% NPKMg (F), dan
50 g bioamelioran/bibit + 50% NPKMg (G) .......................
Peningkatan kadar hara tanah. Keterangan gambar: kadar hara
tanah N, P 2 O 5 , K 2 O,dan MgO analisis bulan pertama
(N1,P1,K1,Mg1) dan bulan keenam (N6,P6,K6,Mg6): 100%
NPKMg (perlakuan A), 100-50% NPKMg yang kombinasi
dengan 100 g bioamelioran/bibit (perlakuan B-D), 100-50%
NPKMg yang kombinasi dengan 50 g bioamelioran/bibit
(perlakuan E-G), serta 100 dan 50 g bioamelioran/bibit
(perlakuan H-I) .........................................................................
81
Perbandingan perlakuan tanpa bioamelioran (perlakuan A)
dan pemberian bioamelioran B. cenocepacia strain KTG
(perlakuan B-I) terhadap air tersedia pada bahan tanah
berkadar pasir 61.3%..........……………………….……..........
83
79
xviii
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1
Sekuensing bakteri Burkholderia cenocepacia strain KTG ..........
109
2
Dosis pupuk NPKMg-TE untuk pemupukan bibit kelapa sawit
Dura x Pisifera standar kebun ......................................................
111
3
Penetapan Tekstur Tanah (Balai Penelitian Tanah 2006) .............
112
4
Penetapan Indeks Kemantapan Agregat (Balai Penelitian Tanah
2006) ..............................................................................................
114
5
Penetapan Retensi Air Tanah (Balai Penelitian Tanah 2006)........
117
6
Penetapan Kerapatan Lindak (Balai Penelitian Tanah 2006) .......
119
xix
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Pengertian struktur tanah mengacu pada penyusunan partikel primer (pasir,
debu, liat) ke dalam partikel sekunder atau agregat. Struktur tanah merupakan
faktor utama di dalam fungsi tanah sebagai media yang dapat mendukung
pertumbuhan tanaman serta isu pada saat ini dikaitkan dengan tempat
penyimpanan karbon dan air. Struktur tanah mempengaruhi pergerakan dan
retensi air tanah, siklus hara di dalam tanah, penetrasi perakaran, produktivitas
tanaman, dan keragaman biota tanah.
Agregasi tanah dihasilkan dari penyusunan partikel, flokulasi, dan sementasi
yang diperantarai oleh bahan organik tanah, biota tanah, jembatan ionik, liat, dan
karbonat. Struktur tanah yang baik memiliki kemantapan agregat yang diperlukan
untuk meningkatkan ketersediaan hara bagi tanaman, produktivitas tanaman,
porositas, dan menurunkan tingkat erosi. Konsep dasar dari agregasi adalah
pembentukan partikel sekunder melalui penggabungan partikel mineral dengan
bahan organik dan anorganik. Dinamika agregasi sangat kompleks dan
dipengaruhi oleh interaksi beberapa faktor seperti lingkungan, pengelolaan tanah,
tanaman, komposisi mineral, tekstur, konsentrasi karbon organik tanah, proses
pedogenesis, aktivitas mikroorganisme tanah, ion-ion yang dapat dipertukarkan,
cadangan nutrisi di dalam tanah, dan kelembaban (Bronick & Lal 2005).
Kontribusi aktivitas mikroorganisme terhadap kemantapan agregat tanah
telah dilaporkan dalam beberapa kegiatan penelitian. Namun demikian, untuk
kegiatan penelitian terkait dengan agregasi tanah tekstur berpasir dengan
memanfaatkan bakteri penghasil eksopolisakarida belum banyak diteliti. Degens
& Sparling (1996) melakukan kegiatan penelitian pada tanah tekstur berpasir dan
menyatakan
bahwa
tidak
terdapat
hubungan
yang
signifikan
terhadap
pembentukan agregat tanah tekstur berpasir dengan biomassa bakteri. Di lain
pihak, Khodair et al. (2008) meneliti peran bakteri penghasil eksopolisakarida
yaitu Bacillus circulans UBF 20, 26 dan Bacillus polymyxa UBF 15 pada bahan
tanah sebagai media tanam bibit gandum dengan kadar fraksi 52.4% pasir, 27.5 %
2
debu, dan 13.1% liat. Pemberian inokulan bakteri pada bahan tanah tersebut dapat
meningkatkan pertumbuhan vegetatif bibit gandum.
Ketersediaan air merupakan salah satu faktor pembatas utama tanaman
kelapa sawit yang ditanam pada jenis tanah dengan dominasi fraksi pasir yang
cukup tinggi. Tanah bertekstur kasar (pasir) mempunyai daya menahan air lebih
kecil dari pada tanah bertekstur halus. Tanaman yang ditanam pada tanah tekstur
berpasir umumnya lebih mudah mengalami kekeringan. Kebutuhan air untuk
tanaman kelapa sawit sekitar 1.950 mm per tahun. Kelapa sawit memerlukan
curah hujan sekitar 2.000 mm yang merata sepanjang tahun tanpa adanya bulan
kering (defisit air) yang nyata (Pahan 2008). Terkait dengan kebutuhan air yang
sangat besar untuk kelapa sawit maka pengembangan budidaya kelapa sawit di
tanah tekstur berpasir akan mengalami kendala. Selain kecukupan nutrisi, yang
menjadi fokus utama untuk memperbaiki daya dukung kapasitas tanah tekstur
berpasir adalah mengoptimalkan kemampuan meretensi air. Hal lain yang perlu
diperhatikan adalah dominasi fraksi pasir dalam suatu areal perkebunan kelapa
sawit sangat berpotensi terhadap terjadinya erosi dan inefisiensi penggunaan air
irigasi.
Pada umumnya perbaikan daya dukung tanah tekstur berpasir dilakukan
dengan ameliorasi menggunakan bahan organik. Selain itu, peningkatan
produktivitas lahan juga dapat dilakukan dengan memperhatikan pengelolaan air
tanah dalam praktek di kebun sehari-hari. Menurut Lubis (2008), kebutuhan air
pada bibit kelapa sawit di pembibitan awal (pre nursery) adalah 0.1 – 0.3
liter/bibit/hari, sedangkan di pembibitan utama (main nursery) diperlukan 1-3
liter/bibit/hari.
Sebagaimana dikemukakan sebelumnya, bahwa stuktur tanah dengan
kondisi agregat yang baik akan memberikan pengaruh positif terhadap
pertumbuhan akar tanaman, ketersediaan air, dan pergerakan udara di dalam
tanah. Oleh karena itu dalam upaya mengoptimalkan fungsi bahan tanah tekstur
berpasir sebagai media pertumbuhan bibit atau tanaman kelapa sawit, maka tahap
awal yang dapat dilakukan adalah memperbaiki sifat agregasi bahan tanah
tersebut. Pemanfaatan bakteri penghasil eksopolisakarida (BPE) dalam agregasi
bahan tanah tekstur berpasir pada media tanam bibit kelapa sawit merupakan
3
salah satu alternatif untuk mengupayakan hal tersebut serta dapat dilakukan
dengan teknik aplikasi sederhana dalam bentuk pembenah hayati (bioamelioran)
pemantap agregat. Peran BPE dalam agregasi bahan tanah tekstur berpasir dapat
ditetapkan atas dasar indikasi pertumbuhan vegetatif bibit kelapa sawit, air
tersedia, dan serapan hara pada daun bibit kelapa sawit. Penetapan tersebut atas
dasar asumsi bahwa pembentukan agregat pada bahan tanah tekstur berpasir akan
meningkatkan ketersediaan air, absorpsi hara oleh bibit kelapa sawit, dan akhirnya
akan menghasilkan pertumbuhan bibit kelapa sawit yang sesuai dengan standar
pertumbuhan bibit secara umum.
Agregat Tanah
Kemantapan agregat tanah dapat didefinisikan sebagai kemampuan tanah
untuk bertahan terhadap gaya-gaya yang akan merusak. Gaya-gaya tersebut dapat
berupa kikisan angin, pukulan hujan, daya urai air pengairan, dan beban
pengolahan tanah (Amezketa et al. 2003). Pengukuran kemantapan agregat tanah
menjadi penting sebab dapat memberikan informasi secara umum tentang kondisi
sifat fisik tanah. Agregat tanah berpengaruh terhadap potensi erosi, pergerakan air
dan pertumbuhan akar tanaman. Tanah yang teragregasi dengan baik dicirikan
dengan tingkat infiltrasi, permeabilitas, dan ketersediaan air yang tinggi. Aspek
fisik penting dalam suatu agregat tanah meliputi ukuran, densitas, kemantapan,
dan struktur agregat.
Setiap metode pengukuran kemantapan agregat berhubungan dengan suatu
mekanisme pemecahan agregat yang bersifat spesifik. Pada daerah dengan curah
hujan tinggi, maka pengukuran kemantapan agregat didasarkan empat mekanisme
yang menyebabkan penghancuran agregat karena pengaruh air. Mekanisme
tersebut yaitu: (i) pemecahan oleh udara yang terperangkap di dalam agregat
selama proses pembasahan yang cepat dan tiba-tiba, (ii) pemecahan oleh swelling
dan shrinkage selama proses pembasahan dan pengeringan yang lambat, (iii)
pemecahan secara mekanik oleh pengaruh curah hujan, dan (iv) dispersi setelah
penurunan kekuatan internal yang saling tarik menarik antar partikel koloid
selama pembasahan (dipengaruhi oleh kation monovalen khususnya Na+), di mana
mekanisme ini hanya terjadi di bawah kondisi yang spesifik (Le Bissonnais 1996).
4
Di lain pihak, penghancuran agregat dapat pula disebabkan oleh aktivitas
pertanian (pencangkulan, pengembalaan, dan pemakaian alat berat pertanian) dan
aktivitas pertambangan (Mbagwu 1992). Metode yang umum digunakan untuk
mengukur kemantapan agregat adalah metode pengayakan basah dan pengayakan
kering. Sementara itu, metode lainnya berdasarkan simulasi pengaruh energi tetes
hujan, dispersi ultrasonik, dan pemecahan agregat setelah pencelupan yang tibatiba ke dalam air.
Pembentukan agregat terjadi melalui beberapa cara dan dikelompokkan
dalam tingkat ukuran yaitu makroagregat (> 250 µm) dan mikroagregat
(< 250 µm). Terdapat beberapa mekanisme agregasi. Teori agregasi yang
dikemukakan Tisdall (1996) adalah mikroagregat (< 250 µm) dibentuk oleh
molekul organik (MO) yang menempel pada liat (L) dan kation polivalen (P)
membentuk partikel (L-P-MO), yang saling berikatan dengan partikel (L-P-MO)
lainnya membentuk makroagregat [(L-P-MO)x]y.
Mekanisme agregasi melalui proses flokulasi dan fragmentasi. Flokulasi
terjadi jika partikel tanah yang pada awalnya dalam keadaan terdispersi, kemudian
bergabung membentuk agregat. Sedangkan fragmentasi terjadi jika tanah dalam
keadaan masif, kemudian terpecah-pecah membentuk agregat yang lebih kecil.
Kemper & Rosenau (1986) mengatakan bahwa makin mantap suatu agregat tanah,
makin rendah kepekaannya terhadap erosi (erodibilitas tanah). Karakterisasi
agregat tanah yang dapat secara langsung memberikan petunjuk adalah melalui
deskripsi sifat morfologi di lapangan, menggunakan teknik analisis perbandingan,
atau mengukur distribusi ukuran yang berhubungan dengan pori. Metode lainnya
berdasarkan pada pemecahan struktur unit secara parsial oleh dispersi atau
fragmentasi. Agregat tanah yang mantap memiliki kemampuan mengikat partikel
dan tahan terhadap tekanan lingkungan luar yang menyebabkan disagregasi tanah
seperti pengolahan, swelling dan shrinking, energi kinetik tetes hujan dan lain
sebagainya (Diaz-Zorita et al. 2002; Rohoskova & Valla 2004). Penutupan tajuk
tanaman pada permukaan tanah dapat menghindari erosi karena tetes hujan saat
curah hujan tinggi (Cerda 2000).
Struktur tanah dapat dipengaruhi oleh kandungan air di dalam tanah yang
jumlahnya sangat beragam dari waktu ke waktu. Hal ini mengacu pada definisi
5
mengenai struktur tanah yaitu pengelompokan partikel-partikel primer (pasir,
debu, dan liat) membentuk suatu agregat yang lebih besar dalam hal ukuran dan
bentuk. Adanya proses penetrasi akar di dalam tanah, siklus pembasahan dan
pengeringan yang berkelanjutan serta aktivitas biota tanah yang dikombinasikan
dengan bahan anorganik dan organik sebagai agens perekat akan menghasilkan
suatu struktur tanah tertentu. Penurunan kadar air akan meningkatkan gugus
kontak antara partikel primer dan bahan organik yang pada akhirnya dapat
meningkatkan kekuatan daya kohesi tanah. Proses ini terutama terjadi di daerah
sekitar perakaran yang secara langsung memfasilitasi terjadinya pembentukan
mikroagregat.
Konsep mengenai pembentukan mikroagregat sehubungan dengan fungsinya
sebagai penyedia ruang pori tanah untuk air tersedia dikemukakan oleh
Cambardella (2005). Konsep tersebut didasarkan pada suatu model yang
dikemukakan oleh Tisdall & Oades (1982). Pemecahan makroagregat (>250 µm)
akan membentuk mikroagregat (20-250 µm). Sementara itu, proses agregasi pada
partikel berukuran