Peranan Mikrobia Dalam Tanah

Sebagai reaktor, tanah merupakan suatu sistem beragam, terdiri atas komponen (1) mineral, (2) organik, (3) air, dan (4) udara, Komponen mineral berupa sibir (fragment) batuan, mineral primer dan sekunder, serta bahan amorf. Komponen organik terdiri atas akar tumbuhan, flora dan fauna penghuni tanah (edafon), sisa jaringan tumbuhan utuh dan lapuk, serta bahan humik.  Air mengandung berbagai zat terlarut dan tersuspensi. Udara tersusun atas uap air, gas-gas atmosfer, dan gas-gas hasil reaksi tanah. Bahan mineral dan organik membentuk kerangka padat tanah. Air dan udara berada dalam pori tanah, sebagian air terjerap di permukaan zarah padat tanah.

Perubahan unsur-unsur makro dalam tanah secara langsung akan mempengaruhi kesuburan dalam kaitannya sebagai media tanam. Perubahan unsur-unsur makro dalam tanah sangat dipengaruhi oleh mikrobia yang ada dalam tanah tersebut. Adapun peranan mikroba dalam kaitannya dengan dinamika unsur-unsur makro dalam tanah adalah sebagai berikut. 

Perubahan unsur N di dalam tanah

1. Amonifikasi

• Mikrobia yang aktif: Pseudomonas, Bacillus, Micrococcus
• pH optimal: 7; pada pH 5,5 bakteri amonifikasi mati 
• Proses perubahan aerob 
• Reduksi N₂ menjadi amonium pada redoks potensial Eh = -350 mV 
• Aktivitas amonifikasi turun pada Water Holding Capacity 50-75%  

2. Nitrifikasi 

• Mikrobia yang aktif: perubahan dari amonium menjadi nitrit oleh Nitrosomonas, Nitrosococcus, Nitrosospira 
• Perubahan dari nitrit menjadi nitrat oleh Nitrobacter 
• Nitrifikasi tidak terjadi pada pH<5; pH>8; proses perubahan aerob 

3. Denitrifikasi

• Mikrobia yang aktif: Pseudomonas aeruginosa, P. denitrificans, P. lechiniformis 
• Reduksi nitrat menjadi nitrit pada Eh = + 433 mV, pH 7 
• Reduksi nitrit menjadi N₂O pada Eh = + 350 mV, pH 8 
• Reduksi nitrat menjadi N₂ pada Eh = + 740 mV 
• Pada denitrifikasi dibutuhkan senyawa karbon terlarut air 71%, an prosesnya anaerob 
• Aktivitas denitrifikasi meningkat pada ruang pori terisi air >70% 
• Denitrifikasi tidak terjadi pada pH<4,0; pH>8,0 dan Moisture Holding Capacity 60% 

 4.  Mikrobia Penambat Nitrogen

• Azotobacter, aerob, pH kritis <6 
• Beiyerinchia, aerob, pH 3-9 
• Clostridia, anaerob, pH 5-9 
• Cyanophyta, pH kritis <6 
• Rhizobium, pH 5,5-6 

Perubahan unsur S di dalam tanah 

1.  Reduksi Sulfat

• Mikrobia yang aktif: Desulfovibrio desulfurican, Desulfomonas, Desulfovibrio 
• Reduksi sulfat terjadi pada redoks potensial Eh = -220 mV 
• Pada sedimen yang kaya bahan organik, dapat dicapai Eh = -450 mV 
• Proses perubahan anaerob, pada pH 6,7-8,0 
• D. desulfurican mati pada pH < 5,5 
• Hasil reduksi sulfat dipengaruhi oleh pH ( pada pH = 8,0 reduksi sulfat menghasilkan terutama sulfida,  pada pH = 6,7 reduksi sulfat menghasilkan HS-, Pada pH < 6 reduksi sulfat menghasilkan H₂S)   
• Sulfida yang dihasilkan menyebabkan korosi pada pipa dan tangki 

2. Oksidasi S

• Mikrobia yang aktif mengoksidasi S menjadi asam sulfat: Thiobacillus thiooxidans, T. denitrificans, T. thioporus, T. ferrooxidan yang masing-masing mempunyai kebutuhan pH berbeda 
• T. thiooxidans pH 2-5; T. thiosporus pH 5,8; dan T. ferrooxidan pH 1,5-5 
• S organik dalam keadaan aerob dioksidasi menjadi sulfat, jika keadaan menjadi anaerob terbentuk asam sulfida yang dengan logam membentuk logam sulfida 
• S organik dapat juga langsung direduksi menjadi asam sulfida dalam keadaan anaerob 

3. Korosi pipa

• Reduksi sulfat secara anaerob oleh Desulfovibrio menghasilkan besi sulfida yang menyebabkan korosi 
• Diperlukan keadaan anaerob, Eh < 400 mV, pH > 5,5 

Perubahan unsur Fosfor di dalam tanah

• Mikrobia yang aktif dalam menyediakan fosfor: Pseudomonas, Micrococcus, Bacillus, Flavobacterium, Penicillium, Aspergillus
• Mineralisasi pada pH rendah sampai netral, pada C/P = 200 
• Imobilisasi dominan pada C/P = 300 

Perubahan unsur Fe di dalam tanah  

• Pada keadaan anaerob, sulfat direduksi menjadi sulfida
• S organik dapat mengambil Fe dalam larutan menjadi FeS 
• Fe²⁺ predominan pada pH , 5, Fe³⁺ predominan pada pH > 6
• Fe²⁺ aerob dioksidasi menjadi Fe³⁺ + Fe (OH)₃ ¯ oleh T. feroxidan pada pH 2,0-4,5 
• Oksidasi Fe²⁺ pH masam oleh T. feroxidan dihasilkan terutama SO₄²⁺ 
• Oksidasi Fe²⁺, pH netral Galionella, Sphaerotillus 
• Fe³⁺ direduksi menjadi Fe²⁺ pada redoks potensial Eh = 760 mV 

Perubahan unsur Mn di dalam tanah

• Ion Mn²⁺  larut air, sedang Mn⁴⁺ kurang air 
• Oksidasi Mn²⁺ menjadi Mn⁴⁺ membentuk nodul 
• Pada pH netral terjadi oksidasi Mn²⁺ oleh Liptothrix, Arthrobacter dan terjadi akumulasi MnO₂ 
• Pada pH < 5,5 Mn²⁺, pada pH > 8 Mn⁴⁺ 
• Oksidasi pada tanah sedimen pH = 8 
• Pada pH 6,0-7,5 MnO₂ membentuk deposit yang sering menyebabkan tersumbatnya pipa 
• Reduksi Mn dapat disebabkan karena pembentukan asam, kegiatan bakteri, turunnya pH, turunnya redoks potensial, hilangnya O₂, penggenangan dan penambahan bahan organik 
• Reduksi Mn⁴⁺ pada redoks potensial +300 mV 
• Mikrobia oenghasil H₂S dapat juga mengendapkan tembaga (Cu), misalnya Desulfovibrio desulfuricans, Clostridium lentoputrescens, Proteus vulgaris, dan Escherichia coli