PENGOMPOSAN: Mikrobiologi. Pengomposan. dan Teknologi

Transkripsi

1 PENGOMPOSAN: Mikrobiologi dan Teknologi Pengomposan Diyan Herdiyantoro, SP., MSi. Laboratorium Biologi dan Bioteknologi Tanah Jurusan Ilmu Tanah Fakultas Pertanian Universitas Padjadjaran 2010

2 Sebuah Siklus Alami

3 MIKROBIOLOGI KOMPOS

4 MIKROBIOLOGI KOMPOS MIKROORGANISME PEROMBAK BAHAN ORGANIK Konsorsium mikroba dalam tumpukan sampah. Aktivator biologis: tumbuh alami/sengaja diberikan untuk mempercepat pengomposan dan meningkatkan mutu kompos. Proses dekomposisi tidak dilakukan oleh satu jenis mikroorganisme tapi berupa konsorsium mikroorganisme. Bakteri Fungi Aktinomisetes.

5 MIKROBIOLOGI KOMPOS

6 MIKROBIOLOGI KOMPOS BAKTERI PEROMBAK BAHAN ORGANIK Bakteri dalam tubuh rayap. Biasanya hidup bebas di luar organisme lain tapi ada juga yang hidup dalam saluran pencernaan hewan (mamalia, rayap dll). Cepat memutus ikatan rantai C penyusun senyawa lignin (pada bahan berkayu), selulosa (pada bahan berserat), hemiselulosa (pada bahan organik sisa tanaman). Bacillus sp. bakteri dekomposer

7 MIKROBIOLOGI KOMPOS FUNGI PEROMBAK BAHAN ORGANIK Hifa fungi pada permukaan kayu terdegradasi. Kemampuan fungi lebih tinggi dibandingkan bakteri. Pertumbuhan hifa lebih mudah menembus dinding sel-sel tubular penyusun utama jaringan kayu --- tekanan fisik. Pertumbuhan pucuk hifa menyebabkan tekanan fisik dibarengi pengeluaran enzim yang melarutkan dinding sel jaringan kayu. Enzim ekstraseluler dalam melarutkan polimer selulosa dan lignin: β-glukosidase, lignin peroksidase (LiP), manganese peroksidase (MnP) dan lakase.

8 AKTIFITAS ENZIM DALAM PENGOMPOSAN MIKROBIOLOGI KOMPOS Teori kunci dan anak kunci dalam sistem enzim. Mikroba tidak dapat langsung memetabolisme partikel bahan organik tidak larut. Mikroba memproduksi 2 sistem enzim ekstraselular: Sistem hidrolitik: memproduksi hidrolase dan berfungsi untuk mendegradasi selulosa dan hemiselulosa. Sistem oksidatif: bersifat ligninolitik dan berfungsi mendegradasi lignin. Mikroba menghasilkan enzim ekstraselular untuk mendegradasi bahan organik berukuran besar menjadi lebih kecil dan larut dalam air (substrat bagi mikroba). Mikroba mentransfer substrat tsb ke dalam sel melalui membran sitoplasma untuk menyelesaikan dekomposisi bahan organik.

9 AKTIFITAS ENZIM DALAM PENGOMPOSAN MIKROBIOLOGI KOMPOS Aktifitas enzim selulase mampu menurunkan jumlah selulosa 25% dalam waktu 3 minggu. Aktivitas enzim meningkat dan menurun selama proses pengomposan. Selama tahapan termofilik menurun tajam. Denaturasi enzim karena panas sehingga mikroba mati. Langkah antisipasi: inokulasi ulang melalui pembalikan bahan kompos agar mikroba yang hidup di bagian luar bahan tumpukan kompos (lebih dingin) mengintroduksi ke bagian dalam bahan kompos.

10 MENILAI AKTIVITAS ENZIM MIKROBIOLOGI KOMPOS Fungi perombak selulosa, Chaetomium sp. Fungi perombak lignin, Trametes sp. Mikroba ditumbuhkan pada media selektif. Media carboxymethyl cellulose (CMC) agar: mikroba selulolitik --- aktifitas CMC-ase menghasilkan zona bening di sekitar/di bawah koloni. Media lignin guaicol benomyl (LGB) agar: mikroba lignolitik --- aktifitas perombakan menunjukkan zona warna merah di sekitar/di bawah koloni --- zat quinon produk oksidasi guaicol karena aktifitas enzim LiP atau MnP. Kualitatif melihat intensitas warna merah. Semikuantitatif menghitung rasio diameter zona merah atau bening terhadap diameter koloni fungi dibandingkan dengan mikroba reference.

11 PROSES PEROMBAKAN BAHAN ORGANIK MIKROBIOLOGI KOMPOS Serasah terdekomposisi. Dekomposisi/pengomposan: proses biologi untuk menguraikan bahan organik menjadi bahan humus oleh mikroorganisme. Mikroorganisme menggunakan komponen residu sisa tanaman sebagai substrat untuk memperoleh energi yang dibentuk melalui oksidasi senyawa organik dengan produk utama CO 2 (lepas ke alam) dan karbon (untuk sintesis sel baru).

12 PROSES PEROMBAKAN BAHAN ORGANIK MIKROBIOLOGI KOMPOS Skema pengomposan aerob. Dapat berlangsung pada kondisi aerob atau anaerob. Pengomposan aerob: pengomposan bahan organik dengan menggunakan O 2. Hasil akhir pengomposan secara aerob merupakan produk metabolisme biologi berupa CO 2, H 2 O, panas, unsur hara dan humus. Pengomposan anaerob: pengomposan bahan organik tanpa menggunakan O 2. Hasil akhir dari pengomposan anaerob berupa CH 4 dan CO 2 dan hasil antara berupa H 2 S dan sulfur organik (merkaptan) yang menimbulkan bau busuk.

13 PROSES PEROMBAKAN BAHAN ORGANIK AEROB MIKROBIOLOGI KOMPOS

14 PROSES PEROMBAKAN BAHAN ORGANIK ANAEROB MIKROBIOLOGI KOMPOS

15 PROSES PEROMBAKAN BAHAN ORGANIK MIKROBIOLOGI KOMPOS Proses pengomposan terdiri dari 3 tahapan dalam kaitannya dengan suhu: mesofilik, termofilik dan pendinginan. Mesofilik Tahap awal mesofilik suhu proses naik di sekitar 40 C karena adanya bakteri dan fungi pembentuk asam. Termofilik Proses degradasi dan stabilisasi akan berlangsung secara maksimal. Bakteri termofilik, aktinomisetes dan fungi termofilik. Pendinginan Terjadi penurunan aktifitas mikroba. Penggantian mikroba termofilik ke mesofilik. Sel mikroba yang mati merupakan sumber substrat bagi mikroba yang hidup. Dinding sel fungi terdiri dari selulosa, kitin dan chitosan. Dinding sel bakteri terdiri dari N-acetylglucosamin dan N-acetylmuramic yang terkandung dalam peptidoglikan yang merupakan substrat yang baik bagi mikroba lainnya. Perombakan dalam penyusunan asam humat dan stabilisasi ph masih terus berlangsung.

16 MIKROBIOLOGI KOMPOS PERUBAHAN SUHU, JENIS DAN JUMLAH MIKROBA SELAMA PROSES PENGOMPOSAN

17 PROSES PEROMBAKAN BAHAN ORGANIK MIKROBIOLOGI KOMPOS Perombakan secara alami relatif lama 3 4 bulan. Dihadapkan kepada masa tanam yang mendesak untuk menghasilkan produksi tinggi --- kurang ekonomis dan tidak efisien.

18 PROSES PEROMBAKAN BAHAN ORGANIK MIKROBIOLOGI KOMPOS Kayu terdekomposisi. Bahan dasar serasah tanaman secara alami adalah selulosa, hemiselulosa dan lignin. Sebagian besar limbah organik Gymnospermae dan Angiospermae adalah lignoselulosa. Hampir setengahnya senyawa selulosa % merupakan senyawa lignin % senyawa hemiselulosa dari total berat kering kayu. Lignin merupakan pembatas kecepatan proses dekomposisi: Lignin berikatan dengan selulosa dan hemiselulosa membentuk segel fisik diantara keduanya dan membentuk barrier penetrasi larutan dan enzim selulolitik pada bahan berligno-selulosa. Kompleksitas struktur, bobot molekul yang tinggi dan sifat hidrofobik membuat lignin sulit didegradasi. Inokulasi mikroba-mikroba lignoselulotik.

19 MIKROBIOLOGI KOMPOS ISOLASI MIKROBA PEROMBAK LIGNIN

20 MIKROBIOLOGI KOMPOS ISOLASI MIKROBA PEROMBAK SELULOSA

21 MIKROBIOLOGI KOMPOS PRODUKSI DEKOMPOSER

22 TEKNIK PENGOMPOSAN

23 TEKNIK PENGOMPOSAN BAHAN-BAHAN KOMPOS Semua bahan-bahan organik padat dapat dikomposkan. Misalnya: limbah organik rumah tangga, sampah-sampah organik pasar/kota, kertas, kotoran/limbah peternakan, limbah-limbah pertanian, limbah-limbah agroindustri, limbah pabrik kertas, limbah pabrik gula, limbah pabrik kelapa sawit, dll.

24 TEKNIK PENGOMPOSAN C/N rasio tinggi Dedaunan (30-80:1) Jerami (40-100:1) Kertas ( :1) Serbuk gergaji ( :1)

25 TEKNIK PENGOMPOSAN C/N rasio rendah Sisa sayuran (12-20:1) Rerumputan (12-25:1) Kotoran Sapi (20:1) Kuda (25:1)

26 TEKNIK PENGOMPOSAN Coklat Dekomposisi lambat. Mengikat N tanah jika diaplikasikan belum matang. Hijau Dekomposisi cepat. Dicampur dengan bahan berwarna coklat sangat baik sebagai sumber N.

27 TEKNIK PENGOMPOSAN Jerami Padi Panen padi di Indonesia pada tahun 2006 (Badan Pusat Statistik, 2007). Luas mencapai Ha. Hasil rata-rata 4,62 ton/ha dan total produksi ton. Dihasilkan limbah jerami dua kali lipat berat gabah kering giling (GKG). Jerami padi adalah batang dan daun padi kering yang merupakan sisa-sisa padi setelah dituai. Penanganan limbah jerami padi sebagian besar dibakar dan abunya digunakan untuk pupuk. Hilangnya hara tertentu. Menimbulkan pencemaran terhadap lingkungan sekitarnya.

28 TEKNIK PENGOMPOSAN Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) Pabrik kelapa sawit (PKS) dengan kapasitas produksi 60 ton tandan buah segar (TBS)/jam beroperasi selama 20 jam dengan TBS diolah perhari sebanyak ton Jumlah TKKS yang dihasilkan 220 ton/hari. Jumlah limbah cair pabrik kelapa sawit (LCPKS) 650 m 3 /hari.

29 TEKNIK PENGOMPOSAN FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI PENGOMPOSAN Rasio C/N Ukuran partikel Aerasi Kandungan air Suhu ph

30 TEKNIK PENGOMPOSAN RASIO C/N Kotoran sapi dapat ditambahkan ke bahan kompos untuk mempercepat dekomposisi. Rasio C/N yang efektif untuk proses pengomposan 30:1-40:1. Mikroba memecah senyawa C sebagai sumber energi dan menggunakan N untuk sintesis protein. Pada rasio C/N di antara 30 s/d 40 mikroba mendapatkan cukup C untuk energi dan N untuk sintesis protein. Apabila rasio C/N terlalu tinggi, mikroba akan kekurangan N untuk sintesis protein sehingga dekomposisi berjalan lambat. Tambahkan bahan yang mengandung N: kotoran ternak atau bahan hijauan.

31 TEKNIK PENGOMPOSAN UKURAN PARTIKEL Pencacahan bahan kompos mempercepat dekomposisi. Aktivitas mikroba berada di antara permukaan area dan udara. Permukaan area yang lebih luas akan meningkatkan kontak antara mikroba dengan bahan dan proses dekomposisi akan berjalan lebih cepat. Ukuran partikel juga menentukan besarnya ruang antar bahan (porositas). Peningkatan luas permukaan dilakukan dengan memperkecil ukuran partikel bahan tersebut dengan mencacah bahan kompos, misal jerami dicacah 5-10 cm.

32 TEKNIK PENGOMPOSAN AERASI Pipa berlubang pada bahan kompos memberikan cukup oksigen. Pengomposan yang cepat terjadi dalam kondisi yang cukup oksigen (aerob). Aerasi secara alami akan terjadi pada saat terjadi peningkatan suhu yang menyebabkan udara hangat keluar dan udara yang lebih dingin masuk ke dalam tumpukan kompos. Aerasi ditentukan oleh porositas dan kandungan air bahan (kelembaban). Apabila aerasi terhambat, maka akan terjadi proses anaerob yang akan menghasilkan bau yang tidak sedap. Aerasi dapat ditingkatkan dengan melakukan: Pembalikan bahan kompos. Mengalirkan udara ke dalam tumpukan kompos dengan aerator atau dengan memberikan pipa berlubang.

33 Pipa berlubang pada bahan kompos memberikan cukup oksigen.

34 TEKNIK PENGOMPOSAN KELEMBABAN Kelembaban merupakan salah satu faktor penting dalam pengomposan dalam melarutkan bahan organik sampai ke sel mikroba. Mikrooranisme dapat memanfaatkan bahan organik apabila bahan organik tersebut larut di dalam air. Kelembaban 40-60% optimum untuk metabolisme mikroba. < 40% aktivitas mikroba akan mengalami penurunan drastis. > 60%, hara akan tercuci, volume udara berkurang, akibatnya aktivitas mikroba menurun dan akan terjadi fermentasi anaerobik yang menimbulkan bau tidak sedap.

35 TEKNIK PENGOMPOSAN 30 Suhu optimal pengomposan. TEMPERATUR Panas dihasilkan dari aktivitas mikroba. Hubungan antara peningkatan suhu dengan konsumsi oksigen. Semakin tinggi suhu akan semakin banyak konsumsi oksigen dan akan semakin cepat pula proses dekomposisi. Temperatur antara C menunjukkan aktivitas pengomposan yang cepat. Suhu > 60 C akan membunuh sebagian mikroba dan hanya mikroba thermofilik saja yang akan tetap bertahan hidup. Suhu yang tinggi juga akan membunuh mikroba-mikroba patogen tanaman dan benihbenih gulma.

36 TEKNIK PENGOMPOSAN ph Dinamika ph selama pengomposan. ph optimum untuk proses pengomposan berkisar antara 6,5-7,5. Proses pengomposan menyebabkan perubahan ph. Proses pelepasan asam menyebabkan penurunan ph (pengasaman). Produksi amonia dari senyawa-senyawa yang mengandung nitrogen akan meningkatkan ph pada fasefase awal pengomposan. ph kompos yang sudah matang biasanya mendekati netral.

37 TEKNIK PENGOMPOSAN KONDISI IDEAL PENGOMPOSAN

38 TEKNIK PENGOMPOSAN BERAPA LAMA? Lama waktu pengomposan tergantung kepada: Karakteristik bahan yang dikomposkan. Metode pengomposan yang dipergunakan. Dengan atau tanpa penambahan aktivator pengomposan. Secara alami pengomposan akan berlangsung dalam waktu beberapa minggu sampai 2 tahun hingga kompos benar-benar matang.

39 TEKNIK PENGOMPOSAN ADAKAH CARA MEMPERCEPAT? Strategi untuk mempercepat proses pengomposan dikelompokan menjadi dua: Memanipulasi kondisi/faktor-faktor yang berpengaruh pada proses pengomposan. Menambahkan organisme yang dapat mempercepat proses pengomposan: mikroba pendegradasi bahan organik dan vermikompos (cacing). Strategi mempercepat pengomposan.

40 MEMANIPULASI KONDISI PENGOMPOSAN TEKNIK PENGOMPOSAN Kondisi atau faktor-faktor pengomposan dibuat seoptimal mungkin. Contoh: Rasio C/N yang optimum 25-35:1. Untuk membuat kondisi ini bahan-bahan yang mengandung rasio C/N tinggi dicampur dengan bahan yang mengandung rasio C/N rendah seperti kotoran ternak. Ukuran bahan yang besar-besar dicacah sehingga ukurannya cukup kecil dan ideal untuk proses pengomposan. Bahan yang terlalu kering diberi tambahan air atau bahan yang terlalu basah dikeringkan sebelum proses pengomposan.

41 Berbagai merk dekomposer. MENGGUNAKAN AKTIVATOR PENGOMPOSAN TEKNIK PENGOMPOSAN Organisme yang sudah banyak dimanfaatkan adalah cacing tanah dan mikroorganisme. Proses pengomposan dengan menggunakan cacing disebut vermikompos dan kompos yang dihasilkan dikenal dengan sebutan kascing. Proses pengomposan dengan menggunakan bakteri, aktinomicetes dan fungi. Saat ini dipasaran banyak sekali beredar aktivator-aktivator pengomposan seperti OrgaDec, SuperDec, EM4, Stardec, Starbio dll.

42 TEKNIK PENGOMPOSAN TEKNOLOGI PENGOMPOSAN Pengomposan dengan teknologi rendah (Low Technology) Pengomposan dengan teknologi sedang (Mid Technology) Pengomposan dengan teknologi tinggi (High Technology)

43 TEKNIK PENGOMPOSAN PENGOMPOSAN DENGAN TEKNOLOGI RENDAH Teknologi windrow composting. Teknik pengomposan yang termasuk kelompok ini Windrow Composting. Kompos ditumpuk dalam barisan tumpukan yang disusun sejajar. Tumpukan secara berkala dibolak-balik untuk meningkatkan aerasi, menurunkan suhu apabila suhu terlalu tinggi dan menurunkan kelembaban kompos. Teknik ini sesuai untuk pengomposan skala besar. Lama pengomposan 3-6 bulan.

44 TEKNIK PENGOMPOSAN PENGOMPOSAN DENGAN TEKNOLOGI SEDANG Aerated static pile Gundukan kompos diaerasi statis. Tumpukan/gundukan kompos (seperti windrow system) diberi aerasi dengan menggunakan blower mekanik. Tumpukan kompos ditutup dengan terpal plastik. Teknik ini dapat mempersingkat waktu pengomposan hingga 3 5 minggu. Aerated compost bins Bak/kotak kompos dengan aerasi. Pengomposan dilakukan di dalam bak-bak yang di bawahnya diberi aerasi. Aerasi juga dilakukan dengan menggunakan blower/pompa udara. Seringkali ditambahkan cacing (vermikompos). Lama pengomposan kurang lebih 2 3 minggu dan kompos akan matang dalam waktu 2 bulan.

45 Teknologi Aerated static pile. TEKNIK PENGOMPOSAN

46 Teknologi Aerated compost bins. TEKNIK PENGOMPOSAN

47 TEKNIK PENGOMPOSAN PENGOMPOSAN DENGAN TEKNOLOGI TINGGI Peralatan yang dibuat khusus untuk mempercepat proses pengomposan. Terdapat panel-panel untuk mengatur kondisi pengomposan dan lebih banyak dilakukan secara mekanis. Rotary Drum Composters Dilakukan di dalam drum berputar. Bahan kompos dihaluskan dan dicampur pada saat dimasukkan ke dalam drum. Drum akan berputar untuk mengaduk dan memberi aerasi pada kompos. Box/Tunnel Composting System Dilakukan dalam kotak-kotak/bak skala besar. Bahan kompos akan dihaluskan dan dicampur secara mekanik. Tahap-tahap pengomposan berjalan di dalam beberapa bak/kotak sebelum akhirnya menjadi produk kompos yang telah matang. Sebagian dikontrol dengan menggunakan komputer. Bak pengomposan dibagi menjadi dua zona, zona pertama untuk bahan yang masih mentah dan selanjutnya diaduk secara mekanik dan diberi aerasi. Kompos akan masuk ke bak zona ke dua dan proses pematangan kompos dilanjutkan. Mechanical Compost Bins Sebuah drum khusus dibuat untuk pengomposan limbah rumah tangga.

48 Teknologi Rotary drum composters. TEKNIK PENGOMPOSAN

49 Teknologi Box/tunnel composting system. TEKNIK PENGOMPOSAN

50 Teknologi Mechanical compost bins. TEKNIK PENGOMPOSAN

51 TEKNIK PENGOMPOSAN INDIKATOR KEMATANGAN KOMPOS Dicium/dibaui - Berbau seperti tanah. Warna kompos - Coklat kehitam-hitaman. Penyusutan - Terjadi penyusutan volume/bobot kompos 20 40%. Suhu - Mendekati suhu awal pengomposan. Kandungan air kompos - Kandungan air 55-65%. Tes perkecambahan Contoh kompos diletakkan di dalam pot kecil. Letakkan beberapa benih (3 4 benih). Pada saat yang bersamaan kecambahkan juga beberapa benih di atas kapas basah yang diletakkan di dalam baki dan ditutup dengan kaca/plastik bening. Pada hari ke-5/7 hitung benih yang berkecambah. Bandingkan jumlah kecambah yang tumbuh di dalam kompos dan di atas kapas basah. Kompos yang matang dan stabil ditunjukkan oleh banyaknya benih yang berkecambah. Indikator kompos. kematangan

52 KRITERIA KUALITAS KOMPOS

53 KOMPOS DIPERKAYA TEKNIK PENGOMPOSAN Permasalahan yang sering muncul adalah kebutuhan kompos yang cukup banyak untuk mencukupi seluruh kebutuhan hara tanaman. Dibandingkan dengan pupuk kimia, kebutuhan kompos kali lipat lebih banyak dari pada pupuk kimia. Salah satu solusi adalah memperkaya kompos. Bahan-bahan yang dipergunakan untuk memperkaya kompos antara lain: Pupuk kimia konvensional; untuk meningkatkan kandungan P dipergunakan fosfat alam. Bahan-bahan organik lain yang memiliki kandungan hara tinggi; untuk meningkatkan kandungan N menggunakan biomassa Azolla, untuk meningkatkan kandungan K dipergunakan abu sisa pembakaran bahan organik seperti TKKS. Mikroba-mikroba bermanfaat; Mikroba yang sering ditambahkan adalah: Mikroba penambat nitrogen: Azotobacter sp., Azosprilium sp., Rhizobium sp., dll. Mikroba pelarut P dan K: Aspergillus sp., Aeromonas sp. Mikroba agensia hayati: Metharhizium sp., Trichoderma sp. Mikroba perangsang pertumbuhan tanaman: Trichoderma sp., Pseudomonas sp. dan Azosprilium sp.

54 MANFAAT KOMPOS TEKNIK PENGOMPOSAN Aspek Ekonomi: Menghemat biaya untuk transportasi dan penimbunan limbah. Mengurangi volume/ukuran limbah. Memiliki nilai jual yang lebih tinggi dari pada bahan asalnya. Aspek Lingkungan: Mengurangi polusi udara karena pembakaran limbah. Mengurangi kebutuhan lahan untuk penimbunan. Aspek bagi tanah/tanaman: Meningkatkan kesuburan tanah. Memperbaiki struktur dan karakteristik tanah. Meningkatkan kapasitas jerap air tanah. Meningkatkan aktivitas mikroba tanah. Meningkatkan kualitas hasil panen (rasa, nilai gizi dan jumlah panen). Menyediakan hormon dan vitamin bagi tanaman. Menekan pertumbuhan/serangan penyakit tanaman. Meningkatkan retensi/ketersediaan hara di dalam tanah.

55 KERJASAMA DAN RISET

56 KERJASAMA DAN RISET Pengomposan Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS) menggunakan mikroba lignoselulolitk di Sukamandang, Kalimantan Tengah (Herdiyantoro, 2008). Bahan kompos yang telah dicacah disusun menjadi tumpukan memanjang p = 50 m, l = 3 m dan t = 1-1,5 m dan diberi mikroba lignoselulolitik. Selama proses pengomposan, tumpukan dibalik dengan mesin pembalik dan disiram dengan LCPKS segar --- zero waste. Proses pengomposan yang berjalan dengan baik ditandai dengan terjadinya kenaikan suhu sampai rata-rata mencapai 65 C selama dua minggu pertama. Kompos TKKS sumber K yang utama.

57 KERJASAMA DAN RISET

58 KERJASAMA DAN RISET Evaluation of Vitadegra Decomposer Unpad & PT. Vitafarm Indonesia (Herdiyantoro, 2009).

59 KERJASAMA DAN RISET

60 KERJASAMA DAN RISET

61 KERJASAMA DAN RISET Isolasi mikroba selulolitik pada pengomposan jerami padi di Ciparay, Jabar (Herdiyantoro, 2010).

62 Sampai Jumpa & Selamat Belajar SAVE OUR EARTH