ISOLASI DAN SELEKSI BAKTERI PENITRIFIKASI DARI SAMPEL TANAH DI SEKITAR KANDANG TERNAK DI KABUPATEN BOGOR

Transkripsi

1 1 ISOLASI DAN SELEKSI BAKTERI PENITRIFIKASI DARI SAMPEL TANAH DI SEKITAR KANDANG TERNAK DI KABUPATEN BOGOR YULY RATNA PRATIWI A PROGRAM STUDI MANAJEMEN SUMBERDAYA LAHAN DEPARTEMEN ILMU TANAH DAN SUMBERDAYA LAHAN FAKULTAS PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2011

2 2 RINGKASAN YULY RATNA PRATIWI. Isolasi dan Seleksi Bakteri Penitrifikasi dari Sampel Tanah di Sekitar Kandang Ternak di Kabupaten Bogor. Dibimbing oleh ISWANDI ANAS, RAHAYU WIDYASTUTI, dan ROSMIMIK. Limbah berupa limbah domestik maupun limbah cair industri yang umumnya dibuang ke kawasan perairan. Limbah tersebut mengandung berbagai unsur kimiawi, diantaranya adalah amonium (NH 4 + ). Amonium merupakan senyawa nitrogen yang pada kadar tinggi bersifat racun. Salah satu metode yang digunakan untuk mengatasi akumulasi amonium ini yaitu proses nitrifikasi. Proses ini dilakukan dengan menggunakan bantuan aktivitas bakteri penitrifikasi. Bakteri penitrifikasi yang umum digunakan adalah bakteri penitrifikasi yang berasal dari genus Nitrosomonas sp. dan Nitrobacter sp. Bakteri Genus Nitrosomonas sp. merupakan bakteri yang mampu mengoksidasi amonium menjadi nitrit, sedangkan Nitrobacter sp. mampu mengoksidasi nitrit tersebut menjadi nitrat. Penelitian ini bertujuan untuk melakukan isolasi terhadap bakteri pengoksidasi amonium (Nitrosomonas sp.) dan bakteri pengoksidasi nitrit (Nitrobacter sp.) dengan menggunakan media spesifik untuk masing-masing bakteri, serta melakukan seleksi kemampuan bakteri tersebut dalam menurunkan konsentrasi amonium dan meningkatkan konsentrasi nitrat. Bahan yang digunakan adalah sampel tanah yang berada di sekitar kandang ternak (sapi, kerbau, kambing, dan ayam) sebagai sumber mikroba penitrifikasi dari 14 lokasi di Kabupaten Bogor. Isolasi kedua kelompok bakteri tersebut dilakukan dengan metode enrichment culture dengan menggunakan media spesifik yang dikembangkan oleh Verstraete (1981, dalam Iswandi, 1989) dengan tiga taraf konsentrasi (NH 4 ) 2 SO 4, yaitu 250 ppm, 500 ppm, dan 1000 ppm (NH 4 ) 2 SO 4. Penetapan konsentrasi amonium dan nitrat dilakukan dengan menggunakan Spectrophotometer. Aktivitas bakteri penitrifikasi paling optimum terjadi pada media spesifik dengan taraf konsentrasi 500 ppm (NH 4 ) 2 SO 4 dan pada hari ke-4 setelah inkubasi. Isolat Nitrosomonas yang mampu menurunkan konsentrasi amonium dengan cepat pada konsentrasi tersebut secara berurutan dari yang paling cepat adalah isolat NSsp1, NSkm1, NSkm2, NSkm3, dan NSsp3, sedangkan isolat Nitrobacter yang paling cepat meningkatkan konsentrasi nitrat secara berurutan dari yang paling cepat adalah NBsp1, NBkb1, NBam, NBsp5, dan NBkm4. Isolatisolat tersebut kemudian dipasangkan sehingga diperoleh 25 pasang isolat yang juga ditetapkan kemampuannya dalam menurunkan konsentrasi amonium sekaligus meningkatkan konsentrasi nitrat. Berdasarkan hasil penetapan, diperoleh 5 pasangan isolat yang memiliki kemampuan paling cepat dalam menurunkan konsentrasi amonium dan meningkatkan konsentrasi nitrat adalah pasangan isolat NSsp1-NBsp5, NSsp1-NBkm4, NSkm2-NBkb1, NSkm3-NBkb1, dan NSsp3- NBsp5. Kata Kunci: Nitrifikasi, Bakteri Penitrifikasi, Bakteri Pengoksidasi Amonium, Bakteri Pengoksidasi Nitrit

3 3 SUMMARY YULY RATNA PRATIWI. Isolation and Selection of Nitrifying Bacteria from Soil Samples Around The Animals Hut in Bogor Regency. Under Supervision of ISWANDI ANAS, RAHAYU WIDYASTUTI, and ROSMIMIK. Wastewater such as domestic waste and industrial waste, in generally are dump into the waterbody such as river and lake. These wastewater may contain ammonium (NH 4 + ). Ammonium is nitrogenous compounds that can be toxic at high concentration. One of many methods that can solve the accumulation of ammonium, is the method of nitrification process. Nitrification of ammonium may lower than concetration of ammonium in waste water. This process using of nitrifying bacterial activity. The nitrifying bacteria that commonly reported are Nitrosomonas sp. and Nitrobacter sp. Nitrosomonas sp. are type of bacteria that can oxidize ammonium to nitrite, and Nitrobacter sp. are type of bacteria that can oxidize nitrite to nitrate. The objectives of this research were to isolate ammonium oxidizing bacteria (Nitrosomonas sp.) and nitrite oxidizing bacteria (Nitrobacter sp.), also to evaluate the ability of these bacterial in reducing the ammonium and increased the nitrate concentration. Soil samples around the animals hut (cows, buffaloes, goats, poultry) in 14 locations in Bogor Regency. These bacterial isolated by using enrichment culture method in specific medium which is developed by Verstraete (1981, in Iswandi, 1989) by using three concentration rates of (NH 4 ) 2 SO 4, such as 250 ppm, 500 ppm, and 1000 ppm (NH 4 ) 2 SO 4. Then, ammonium and nitrate concentration measured by using Spectrophotometer. The optimum activity of nitrifying bacterial was found in spesific medium with concentration rate 500 ppm (NH 4 ) 2 SO 4 and 4 th day after incubation. The fastest Nitrosomonas isolates that can reducing ammonium concentration were NSsp1, NSkm1, NSkm2, NSkm3, and NSsp3, and the fastest Nitrobacter isolates that can increasing nitrate were NBsp1, NBkb1, NBam, NBsp5, and NBkm4. These isolates paired, the results got 25 paired of isolates, then also measured the ability in reduced the ammonium and increased the nitrate concentration. The result showed that 5 paired of isolates that had fastest ability in reduced the ammonium and increased the nitrate concentration were NSsp1- NBsp5, NSsp1-NBkm4, NSkm2-NBkb1, NSkm3-NBkb1, dan NSsp3-NBsp5. Keywords : Nitrification, Nitrifying Bacteria, Ammonium Oxidizing Bacteria, Nitrite Oxidizing Bacteria

4 ii ISOLASI DAN SELEKSI BAKTERI PENITRIFIKASI DARI SAMPEL TANAH DI SEKITAR KANDANG TERNAK DI KABUPATEN BOGOR oleh : YULY RATNA PRATIWI A Skripsi Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar SARJANA PERTANIAN pada Fakultas Pertanian, Institut Pertanian Bogor PROGRAM STUDI MANAJEMEN SUMBERDAYA LAHAN DEPARTEMEN ILMU TANAH DAN SUMBERDAYA LAHAN FAKULTAS PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2011

5 iii Judul Skripsi Nama Mahasiswa Nomor Pokok : Isolasi dan Seleksi Bakteri Penitrifikasi dari Sampel Tanah di Sekitar Kandang Ternak di Kabupaten Bogor : Yuly Ratna Pratiwi : A Menyetujui, Ketua Prof. Dr. Ir. Iswandi Anas, M. Sc. NIP Anggota Anggota Dr. Rahayu Widyastuti, M. Sc. Dra. Rosmimik, M. Si. NIP NIP Mengetahui, Ketua Departemen Ilmu Tanah dan Sumberdaya Lahan Dr. Ir. Syaiful Anwar, M. Sc. NIP Tanggal Lulus :

6 iii RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Jakarta pada tanggal 17 Juli Penulis adalah anak ketiga dari tiga bersaudara pasangan Bapak H. Soedaryo dan Ibu Hj. Sumiyati S. Penulis telah menempuh pendidikan dasar di TK Islam Manaratul Ulum Jakarta pada tahun , yang kemudian dilanjutkan di SDN 05 Pagi Lebak Bulus Jakarta Selatan pada tahun , kemudian pindah ke SDN 08 Pagi Ragunan Jakarta Selatan pada tahun 1998 dan lulus pada tahun Pada tahun 2000, penulis melanjutkan pendidikan di SLTPN 41 Jakarta dan lulus pada tahun Ditahun yang sama, penulis melanjutkan pendidikan di SMAN 82 Jakarta dan lulus pada tahun Kemudian penulis diterima sebagai mahasiswi di Institut Pertanian Bogor melalui jalur USMI pada tahun Setelah menyelesaikan Tingkat Pendidikan Bersama (TPB) selama satu tahun di IPB, penulis diterima di Departemen Ilmu Tanah dan Sumberdaya Lahan, Fakultas Pertanian IPB. Penulis pernah aktif di UKM Gentra Kaheman. Selama di Departemen Ilmu Tanah dan Sumberdaya Lahan, Penulis pernah mengikuti beberapa kegiatan kepanitiaan, antara lain panitia Masa Pengenalan Departemen (MPD) tahun 2008, sekretaris Soilidarity 2008, dan sekretaris Seminar Nasional Soil and Palm Oil tahun Selain itu, Penulis pernah menjadi asisten praktikum mata kuliah Biologi Tanah tahun ajaran 2009/2010 dan Bioteknologi Tanah tahun ajaran 2010/2011, masing-masing selama satu semester.

7 iv KATA PENGANTAR Segala puji dan syukur kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan segala nikmat, hidayah, dan karunia-nya sehingga Penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul Isolasi dan Seleksi Bakteri Penitrifikasi dari Sampel Tanah di Sekitar Kandang Ternak di Kabupaten Bogor. Penelitian ini bertujuan untuk memperoleh isolat bakteri penitrifikasi (Nitrosomonas sp. dan Nitrobacter sp.) yang mampu menurunkan konsentrasi amonium sekaligus meningkatkan konsentrasi nitrat paling cepat. Pada kesempatan kali ini, Penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada: 1. Prof. Dr. Ir. Iswandi Anas, M.Sc. selaku dosen pembimbing ketua yang telah memberikan bimbingan, arahan, dan bantuan selama penelitian dan penulisan skripsi. 2. Dr. Rahayu Widyastuti, M.Sc. selaku pembimbing anggota yang telah membimbing dan memberikan saran serta motivasi selama penelitian dan penulisan skripsi. 3. Dra. Rosmimik, M. Si. selaku pembimbing anggota yang telah memberikan bimbingan, arahan, motivasi serta bantuan dana dan bahan selama penelitian dan penulisan skripsi. 4. Dr. Ir. Fahrizal Hazra, M. Sc. selaku dosen penguji yang telah memberikan banyak saran, kritik, dan masukan untuk perbaikan skripsi ini. 5. Kedua orangtua dan seluruh keluarga tercinta atas kasih sayang, doa, kesabaran, pengorbanan dan segala dukungan bagi Penulis selama ini. 6. Ir. A. Kasno, M.Si. dan Ibu Linca beserta staf dari Laboratorium Penelitian dan Uji Tanah, Sindang Barang yang telah memberikan bantuan bahan kimia bagi kelancaran penelitian Penulis. 7. Ir. Mulyono dari Kelompok Ternak Bintang Tani Ciherang, Ibu Asiah dari Cikarawang, staf Fakultas Peternakan IPB, Bapak Gandi, Bapak Aat, Bapak Satam, dan Bapak Acep yang telah memberikan izin dalam pengambilan sampel tanah untuk bahan penelitian. 8. Pihak-pihak lain yang tidak dapat disebutkan satu per satu yang telah membantu dalam pelaksanaan penelitian dan penulisan skripsi.

8 v Penulis menyadari bahwa masih terdapat kekurangan dalam penulisan skripsi ini. Namun, Penulis berharap semoga skripsi ini bermanfaat bagi yang membacanya. Bogor, Januari 2011 Penulis

9 vi DAFTAR ISI DAFTAR ISI..vi DAFTAR TABEL... 1 DAFTAR GAMBAR... 2 I. PENDAHULUAN Latar Belakang Tujuan Penelitian Hipotesis Penelitian... 5 II. TINJAUAN PUSTAKA Nitrifikasi Bakteri Penitrifikasi Bakteri Pengoksidasi Amonium Bakteri Pengoksidasi Nitrit Peranan Bakteri Penitrifikasi dalam Proses Pengolahan Limbah III. BAHAN DAN METODE Waktu dan Tempat Alat dan Bahan Penelitian Metode dan Pelaksanaan Penelitian Isolasi Bakteri Penitrifikasi Seleksi Bakteri Penitrifikasi Berdasarkan Kemampuan Mengoksidasi Amonium dan Menghasilkan Nitrat IV. HASIL DAN PEMBAHASAN Isolasi Bakteri Penitrifikasi Seleksi Nitrosomonas sp. yang Memiliki Kemampuan Tinggi dalam Mengoksidasi Amonium Uji Kemampuan Nitrosomonas dalam Mengoksidasi Amonium pada Konsentrasi 250 ppm (NH 4 ) 2 SO Uji Kemampuan Nitrosomonas dalam Mengoksidasi Amonium pada Konsentrasi 500 ppm (NH 4 ) 2 SO

10 vii Uji Kemampuan Nitrosomonas dalam Mengoksidasi Amonium pada Konsentrasi 1000 ppm (NH 4 ) 2 SO Seleksi Nitrobacter sp. yang Memiliki Kemampuan Tinggi dalam Menghasilkan Nitrat Uji Kemampuan Nitrobacter dalam Menghasilkan Nitrat pada Konsentrasi 250 ppm (NH 4 ) 2 SO Uji Kemampuan Nitrobacter dalam Menghasilkan Nitrat pada Konsentrasi 500 ppm (NH 4 ) 2 SO Uji Kemampuan Nitrobacter dalam Menghasilkan Nitrat pada Konsentrasi 1000 ppm (NH 4 ) 2 SO Pasangan-Pasangan Isolat Nitrosomonas dan Nitrobacter Unggul Konsentrasi Amonium dan Nitrat oleh Gabungan Pasangan Isolat Nitrosomonas dan Nitrobacter Unggul V. KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA... 39

11 1 Nomor DAFTAR TABEL Teks Halaman 1. Media Spesifik untuk Isolasi Nitrosomonas sp Media Spesifik untuk Isolasi Nitrobacter sp Jenis Kandang Ternak, Kode Isolat, dan Lokasi Pengambilan Sumber Isolat Konsentrasi Amonium dan Nitrat Isolat Gabungan Nitrosomonas - Nitrobacter pada Hari Ke-4 dalam Konsentrasi 500 ppm (NH 4 ) 2 SO Lampiran 1. Konsentrasi Amonium dan Nitrat oleh Nitrosomonas dalam 250 ppm (NH 4 ) 2 SO Konsentrasi Amonium dan Nitrat oleh Nitrosomonas dalam 500 ppm (NH 4 ) 2 SO Konsentrasi Amonium dan Nitrat oleh Nitrosomonas dalam 1000 ppm (NH 4 ) 2 SO Konsentrasi Amonium dan Nitrat oleh Nitrobacter dalam 250 ppm (NH 4 ) 2 SO Konsentrasi Amonium dan Nitrat oleh Nitrobacter dalam 500 ppm (NH 4 ) 2 SO Konsentrasi Amonium dan Nitrat oleh Nitrobacter dalam 1000 ppm (NH 4 ) 2 SO Standar Amonium Standar Nitrat Populasi Nitrosomonas sp. dari Beberapa Sumber Isolat Populasi Nitrobacter sp. dari Beberapa Sumber Isolat... 48

12 2 Nomor DAFTAR GAMBAR Teks Halaman 1. Konsentrasi amonium yang dioksidasi oleh Nitrosomonas dalam konsentrasi 250 ppm (NH 4 ) 2 SO 4 oleh isolat: (a) NSsp1, NSkm1, NSm2, NSkb1, NSkm3, NSam, NSkb2; (b) NSsp2, NSsp3, NSsp4, NSsp5, NSkb2, NSsp6, NSkm Konsentrasi amonium yang dioksidasi oleh Nitrosomonas dalam konsentrasi 500 ppm (NH 4 ) 2 SO 4 oleh isolat: (a) NSsp1, NSkm1, NSm2, NSkb1, NSkm3, NSam, NSkb2; (b) NSsp2, NSsp3, NSsp4, NSsp5, NSkb2, NSsp6, NSkm Konsentrasi amonium yang dioksidasi oleh Nitrosomonas dalam konsentrasi 1000 ppm (NH 4 ) 2 SO 4 oleh isolat: (a) NSsp1, NSkm1, NSm2, NSkb1, NSkm3, NSam, NSkb2; (b) NSsp2, NSsp3, NSsp4, NSsp5, NSkb2, NSsp6, NSkm Konsentrasi amonium yang dioksidasi oleh Nitrobacter dalam konsentrasi 250 ppm (NH 4 ) 2 SO 4 oleh isolat: (a) NBsp1, NBkm1, NBm2, NBkb1, NBkm3, NBam, NBkb2; (b) NBsp2, NBsp3, NBsp4, NBsp5, NBkb2, NBsp6, NBkm Konsentrasi amonium yang dioksidasi oleh Nitrobacter dalam konsentrasi 500 ppm (NH 4 ) 2 SO 4 oleh isolat: (a) NBsp1, NBkm1, NBm2, NBkb1, NBkm3, NBam, NBkb2; (b) NBsp2, NBsp3, NBsp4, NBsp5, NBkb2, NBsp6, NBkm Konsentrasi amonium yang dioksidasi oleh Nitrobacter dalam konsentrasi 250 ppm (NH 4 ) 2 SO 4 oleh isolat: (a) NBsp1, NBkm1, NBm2, NBkb1, NBkm3, NBam, NBkb2; (b) NBsp2, NBsp3, NBsp4, NBsp5, NBkb2, NBsp6, NBkm4.33 Lampiran 1. Kurva standar amonium Kurva standar nitrat Lokasi sumber isolat Pengambilan sumber isolat Enrichment culture Nitrosomonas sp Enrichment culture Nitrobacter sp Pengukuran konsentrasi amonium dalam konsentrasi (NH 4 ) 2 SO 4 sebesar: (a) 250 ppm; (b) 500 ppm; (c) 1000 ppm Pengukuran konsentrasi nitrat dalam konsentrasi (NH 4 ) 2 SO 4 sebesar: (a) 250 ppm; (b) 500 ppm; (c) 1000 ppm... 53

13 3 I. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Semakin pesatnya pertumbuhan penduduk di Indonesia merupakan salah satu faktor yang memicu perkembangan industri. Perkembangan sektor industri ini diharapkan mampu meningkatkan kesejahteraan masyarakat. Namun, tidak dapat dipungkiri bahwa pesatnya pertumbuhan penduduk dan perkembangan industri menimbulkan masalah pencemaran akibat limbah yang dihasilkan. Peningkatan populasi penduduk dapat menimbulkan limbah domestik, yaitu limbah hasil kegiatan manusia, seperti limbah rumah tangga, limbah sanitasi, serta limbah pasar. Kegiatan sektor industri menimbulkan limbah industri, yaitu hasil akhir dari kegiatan industri itu sendiri, khususnya berupa limbah cair. Limbah domestik maupun limbah cair industri ini mengandung berbagai unsur kimiawi. Salah satu unsur yang terkandung di dalamnya adalah amonia (NH 3 ). Pada ph rendah, amonia berubah menjadi amonium (NH + 4 ), amonia sendiri berada dalam keadaan tereduksi. Umumnya, limbah-limbah tersebut dikeluarkan ke kawasan perairan, sehingga akan terjadi akumulasi amonium di kawasan ini. Amonium merupakan senyawa nitrogen yang pada kadar tinggi bersifat racun, sehingga dapat menurunkan kualitas air yang merupakan sumber kehidupan bagi makhluk hidup, khususnya biota air. Salah satu metode yang digunakan untuk mengatasi akumulasi amonium yang terkandung di dalam limbah yaitu proses nitrifikasi. Proses nitrifikasi ini dilakukan dengan menggunakan bantuan aktivitas bakteri-bakteri pengoksidasi amonium dan nitrit atau disebut juga bakteri penitrifikasi. Bakteri penitrifikasi yang umum digunakan adalah bakteri penitrifikasi yang berasal dari Genus Nitrosomonas sp. dan Nitrobacter sp. Secara morfologis, Nitrosomonas sp. berbentuk ellipsoid, batang pendek, Gram negatif, bersifat motil atau non motil, dan tumbuh dengan baik pada suhu sekitar 30 o C serta ph Bakteri dari genus Nitrosomonas sp. merupakan bakteri yang mampu mengoksidasi amonium menjadi nitrit. Nitrobacter sp. selnya berbentuk batang pendek, pleomorfik, seringkali berbentuk pears, Gram negatif, dan biasanya non motil. Nitrobacter sp. diketahui mampu mengoksidasi nitrit menjadi nitrat. Habitat kedua genus bakteri ini tersebar pada tanah, air tawar, dan

14 4 air laut (Holt et al., 1994). Dengan demikian, diduga bahwa isolat yang digunakan dalam penelitian ini merupakan isolat Nitrosomonas sp. dan Nitrobacter sp. karena sumber isolat yang digunakan berupa tanah yang berada di sekitar kandang ternak, namun masih diperlukan identifikasi lebih lanjut. Salah satu contoh penggunaan metode nitrifikasi yaitu pada sistem pengolahan limbah cair industri tekstil. Pengolahan dilakukan secara biologis secara nitrifikasi dengan menambahkan kultur bakteri Nitrosomonas sp. dan Nitrobacter sp. ke dalam lumpur aktif (activated sludge). Dari 52 perlakuan, dengan kandungan amoniak awal antara ppm, 30.77% tidak memenuhi baku mutu dan 69.23% dapat mereduksi kandungan amoniak hingga mencapai mencapai baku mutu (< 8 ppm). Pada perlakuan seeding 8% waktu tinggal 12 jam, pada 3 jam pertama terjadi penurunan sebesar 48.82% atau dari ppm menjadi ppm ( 2009). Penghilangan amonium secara biologis melalui proses nitrifikasi merupakan salah satu metode yang dapat dianggap ekonomis dan efisien. Melihat hal tersebut maka dibutuhkan sumber-sumber isolat bakteri penitrifikasi, khususnya Nitrosomonas sp. dan Nitrobacter sp. untuk menanggulangi masalah akumulasi amonium di kawasan perairan ini (Paungfoo et al., 2006). Salah satu sumber isolat bakteri penitrifikasi adalah tanah-tanah di sekitar kandang ternak, seperti sapi, kerbau, kambing, dan ayam. Tanah-tanah di lokasi tersebut diduga memiliki kandungan nitrat yang tinggi karena merupakan salah satu komponen yang terkandung di dalam dari kotoran ternak. Adanya kandungan nitrat dan bahan organik dalam tanah merupakan habitat yang baik bagi bakteri penitrifikasi Tujuan Penelitian 1. Melakukan isolasi dan seleksi terhadap Nitrosomonas dan Nitrobacter dari sampel tanah di sekitar kandang ternak (sapi, kerbau, kambing, dan ayam); 2. Mengukur penurunan konsentrasi amonium akibat aktivitas Nitrosomonas dan peningkatan konsentrasi nitrat akibat aktivitas Nitrobacter pada enrichment culture; 3. Menguji pasangan antara isolat Nitrosomonas dan Nitrobacter yang mampu melakukan nitrifikasi secara efektif.

15 Hipotesis Penelitian 1. Pada tanah di sekitar kandang ternak (sapi, kerbu, kambing, dan ayam) hidup bakteri Nitrosomonas dan Nitrobacter. 2. Nitrosomonas menurunkan konsentrasi amonium dan Nitrobacter meningkatkan konsentrasi nitrat; 3. Pasangan isolat Nitrosomonas dan Nitrobacter mempunyai kemampuan yang berbeda dalam melakukan proses nitrifikasi.

16 6 II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Nitrifikasi Definisi nitrifikasi di dalam tanah secara umum adalah pengubahan nitrogen secara biologis di dalam tanah dari bentuk tereduksi menjadi bentuk yang lebih teroksidasi atau dengan kata lain oksidasi biologis garam amonium dalam tanah menjadi nitrit dan selanjutnya oksidasi nitrit menjadi nitrat (Rao, 1994). Oksidasi amonia ke nitrat dapat diselesaikan dengan 3 bentuk proses, yaitu proses kimiawi (chemical), proses physicochemical, dan proses biologis (biological chemical) yang merupakan proses yang amat penting. Mengenai proses biologis dari amonia menjadi nitrat sesungguhnya berlangsung melalui 2 tingkatan, yang selanjutnya dikenal sebagai proses nitritasi dan nitratasi (Sutedjo et al., 1991). Menurut Spotte (1979), nitrifikasi adalah proses oksidasi amonia menjadi nitrit dan kemudian menjadi nitrat secara biologis oleh bakteri autotrof, umumnya berasal dari genus Nitrosomonas sp. dan Nitrobacter sp. yang merupakan genus yang terpenting dari bakteri autotrof. Bakteri autotrof yang melakukan proses nitrifikasi membutuhkan senyawa anorganik sebagai sumber energi dan karbondioksida sebagai sumber karbon. Nitrifikasi melalui dua tahapan reaksi, yaitu tahap pertama oksidasi amonium menjadi nitrit yang dilakukan oleh mikroba pengoksidasi amonium (Nitrosomonas sp.), pada tahap kedua oksidasi nitrit menjadi nitrat oleh mikroba pengoksidasi nitrit (Nitrobacter sp.). Tahapan reaksi yang dilakukan oleh bakteri adalah sebagai berikut (Spotte, 1979): NH 3 + H 2 O NH OH - + Faktor-faktor yang mempengaruhi proses nitrifikasi adalah jumlah NH 4 Nitrosomonas sp. NH dalam /2 tanah, O populasi mikrob, reaksi tanah, aerasi tanah, NO - 2 kelembaban + 2H + + H 2 O 2 tanah, dan Energi = -66 Kkal mol N temperatur. Amonium Enzim amonia (NH + 4 ) monooksigenase -1 dapat berasal dari proses dekomposisi bahan + organik. Apabila perbandingan C/N dari satu bahan organik tinggi, maka NH 4 yang dihasilkan dari proses Nitrobacter dekomposisi sp. akan sebanding - dengan pertambahan NO - NO /2 O 2 populasi mikroba Penelitian-penelitian yang dilakukan Energi = Universitas -18 Kkal mol Iowa N -1 Enzim nitrit oksidase

17 7 membuktikan bahwa apabila faktor-faktor yang berpengaruh terhadap proses nitrifikasi pada dua tempat yang sama, proses tersebut tetap terhambat jalannya. Ternyata hambatan ini disebabkan oleh populasi mikroba yang berbeda di kedua tempat. Proses nitrifikasi biasanya berlangsung antara ph 5.5 sampai ph 10 dengan ph optimum sekitar 8.5, tetapi juga diketahui bahwa nitrat dapat dihasilkan pada tanah dengan ph 4.5 dan terdapat laporan bahwa proses nitrifikasi terjadi pada padang rumput dengan ph 3.8. Nitrifikasi berlangsung lebih lambat dibandingkan dengan pupuk amonium sebab ada pengaruh NH 3 bebas terhadap kegiatan mikroorganisme (Leiwakabessy et al., 2003). Sedangkan menurut Paul dan Clark (1996); Jenie dan Rahayu (2004), faktor-faktor yang mempengaruhi nitrifikasi antara lain (1) kemasaman, nilai ph maksimum berkisar dari 6.6 sampai 8.0. Tingkat nitrifikasi dalam tanah pertanian di bawah ph 6.0 dan menjadi lebih rendah di bawah 4.5. Nilai ph yang tinggi - menghambat transformasi NO 2 ke NO - 3 ; (2) aerasi, karena O 2 merupakan kebutuhan obligat bagi semua spesies, maka aerasi penting bagi nitrifikasi. Difusi O 2 ke dalam tanah dan untuk aerasi dikendalikan oleh faktor-faktor seperti struktur dan kelembaban tanah; (3) Kelembaban dan temperatur, kelembaban mempengaruhi regim aerasi dalam tanah. Kadar air tanah berpengaruh dalam produksi NO - 3. Kelembaban optimum bervariasi untuk tanah-tanah berbeda, tapi kebanyakan nitrifikasi berlangsung pada kelembaban -0.1 sampai -1 MPa. Reaksi + mineralisasi secara umum menghasilkan NH 4 lebih rendah jika dibandingkan saat kekurangan air atau temperatur rendah; NH + 4 terakumulasi dalam kadar air rendah atau tanah yang beku. Meskipun nitrifikasi berjalan lambat di bawah 5 o C, namun dapat berlangsung pada tanah-tanah yang tertutup salju. Nitrifikasi juga berjalan lambat pada suhu di bawah 40 o C. Suhu optimumnya antara 30 dan 35 o C. Hubungan antara temperatur, kelembaban, aerasi, dan faktor lainnya membuat efek musim. Di daerah beriklim sedang, nitrifikasi terjadi sangat cepat saat musim semi dan gugur, dan paling lambat terjadi saat musim panas dan dingin. Faktor-faktor lain yang mempengaruhi proses nitrifikasi adalah waktu tinggal sel rata-rata (mean cell residence time/mcrt), laju hidraulik, tingkat kompetisi dengan bakteri (nitrifikasi) heterotrof, Rasio AOB/NOB, dan konsentrasi senyawa toksik/penghambat proses nitrifikasi seperti aseton, fenol,

18 8 etilendiamin, kloroform, heksametilendiamin, etanol, seng, tembaga, air raksa, krom, nikel, perak, kobalt, kadmium, dan logam berat lainnya (Magdalena, 2009) Nitrifikasi tidak hanya berperan dalam ketersediaan N, akan tetapi juga berpotensi mencemari air tanah lewat pelindian NO - 3 (nitrat) karena kemampuan - tanah menjerap anion pada umumnya kecil dan mencemari tanah oleh NO 2 yang beracun bagi tumbuhan. Untunglah konversi nitrit ke nitrat berlangsung lebih cepat daripada konversi amonia ke nitrit (Notohadiprawiro, 1999). Nitrifikasi dapat pula menyebabkan kerugian. Amonium merupakan kation, diadsorbsi oleh tanah, dan relatif stasioner. Di sisi lain, nitrat adalah anion yang mobil di dalam larutan tanah. Di bawah kondisi tertentu, khususnya pada - tanah berpasir dengan curah hujan tinggi atau irigasi berlebihan dilakukan, NO 3 akan tercuci dari daerah perakaran. Hal tersebut juga dapat terjadi akibat kehilangan dalam denitrifikasi. Hal ini dapat mengkontaminasi atmosfer. Pencucian kelebihan NO - 3 dari tanah seringkali berakhir dalam air bawah tanah, danau, dan sungai. Hal ini dapat berimplikasi pada: (1) kelebihan pertumbuhan tanaman dan alga (eutrofikasi), (2) masalah kesehatan seperti methemoglobin hewan, (3) terbentuknya nitrosamin yang bersifat karsinogen akibat adanya reaksi dengan senyawa nitrogen lainnya. Gas intermediet hasil nitrifikasi merupakan polutan atmosfer (Paul dan Clark, 1996). Produk samping atau gas intermediet dari reaksi oksidasi amonium dapat berupa gas N 2 O atau dapat juga digunakan sebagai senyawa nitrogen yang terlibat dalam metabolisme bakteri pengoksidasi amonium setelah diasimilasi oleh sel (Tresnawati, 2006). King dan Nedwell (1985) menjelaskan bahwa produksi N 2 O meningkat secara proporsional dengan menurunnya konsentrasi amonium karena proses oksidasi Bakteri Penitrifikasi Bakteri penitrifikasi termasuk ke dalam dua kelompok fisiologi yang berbeda, yang terpenting dari masing-masing kelompok adalah Nitrosomonas yang mengoksidasi amonium menjadi nitrit dan Nitrobacter yang mengoksidasi nitrit menjadi nitrat. Kedua macam bakteri itu berbentuk batang kecil, Gram negatif, tidak membentuk endospora, berflagella polar, dan bersifat aerob obligat

19 9 (Imas et al., 1989). Nitrosomonas dan Nitrobacter lebih menjadi perhatian karena adanya pendapat yang menginginkan agar proses nitrifikasi ini perlu dikendalikan sehubungan dengan efisiensi pemupukan N dan pengendalian pencemaran lingkungan (Iswandi, 1989). Bakteri pengoksidasi amonia tergolong Gram negatif yang memiliki bentuk sel batang (panjang µm), ellipsoid, sferikal, dan spiral. Sel tidak motil dan motil dengan flagella polar sampai subpolar atau peritrik. Semua spesies aktivitasnya berjalan pada kondisi aerobik, temperatur pertumbuhan optimum o C, tidak aktif pada suhu 4 o C dan ph optimum berkisar berkoloni pada media seperti kerikil, pasir, atau media sintetik lain, memerlukan oksigen untuk mengkonversi senyawa anorganik sebagai sumber energinya, dan memerlukan CO 2 sebagai sumber karbon. Rasio reproduksi sangat lambat (waktu generasi jam) (Holt et al., 1994; Magdalena, 2009). Bakteri nitrifikasi tumbuh sangat lambat meskipun pada kondisi optimum. Waktu generasinya bergantung pada ph dan bervariasi dari 100 jam pada ph 6.2 sampai 38 jam pada ph 7.6 bagi Nitrosomonas dan dari 58 jam pada ph 6.2 sampai 21 jam pada ph 6.6 atau lebih bagi Nitrobacter. Waktu generasi ini dihitung dari laju pengubahan nitrogen amonium dan nitrogen nitrit dan dengan anggapan bahwa hubungan antara waktu generasi dan hilangnya substrat di dalam tanah itu seperti yang terjadi pada biakan (Imas et al., 1989). Menurut Alexander (1999), Nitrosomonas dan Nitrobacter tergolong ke dalam bakteri kemoautotrof obligat. Kemoautotrof obligat memerlukan sumber energi yang spesifik, misalnya saja Nitrosomonas membutuhkan amonium sebagai sumber energi dan Nitrobacter memerlukan nitrit. Akan tetapi, menurut laporan, Nitrobacter dapat menggunakan asetat sebagai satu-satunya sumber karbon dan energi, sehingga sebenarnya istilah autotrof fakultatif mungkin lebih sesuai (Imas et al., 1989) Bakteri Pengoksidasi Amonium Bakteri-bakteri yang tergolong ke dalam bakteri pengoksidasi amonium antara lain bakteri yang berasal dari Genus Nitrosomonas. Bakteri yang tergolong ke dalam Genus Nitrosomonas adalah Nitrosomonas aestuarii, Nitrosomonas

20 10 communis, Nitrosomonas europaea, Nitrosomonas eutropha, Nitrosomonas halophila, Nitrosomonas marina, Nitrosomonas nitrosa, Nitrosomonas oligotropha, dan Nitrosomonas ureae. Selain dari Genus Nitrosomonas, bakteri pengoksidasi amonium yang lain berasal dari Genus Nitrosococcus (Nitrosococcus briensis, Nitrosococcus oceani), Genus Nitrosospira (Nitrosospira briensis, Nitrosospira multiformis, Nitrosospira tenuis), Genus Nitrosolobus (Nitrosolobus multiformis), dan Genus Nitrosovibrio (Nitrosovibrio tenius) (Magdalena, 2009). Bakteri-bakteri tersebut menurut Holt et al. (1994) termasuk ke dalam genus bakteri pengoksidasi amonium dan bersifat obligat kemoliautotrof yang membutuhkan energi untuk mengoksidasi amonium atau nitrit menjadi nitrat. Kebutuhan sumber karbon diambil melalui proses fiksasi CO 2. Spesies bakteri pengoksidasi amonium ini terdistribusi mulai dari tanah, laut, danau, sungai, dan sistem pembuangan limbah. Nitrosomonas sp. adalah bakteri aerob khemolitotrof obligat yang memperoleh energi dari oksidasi senyawa amonium dan menggunakan CO 2 sebagai sumber utama karbon di dalam sintesa biomassanya. Secara morfologis, bakteri ini berbentuk batang pendek, kadang-kadang bentuk sel elips, motil dan non motil, terdapat dalam bentuk konsorsium, berpasangan sebagai rantai pendek maupun sendiri. Bakteri ini adalah bakteri Gram negatif dan memiliki sitomembran. Sel tumbuh bebas pada medium dan membentuk matriks tipis. Bakteri ini dapat tumbuh optimum pada temperatur 5-30 o C dan ph optimum , serta hidup pada habitat air laut, air tawar, dan tanah (Holt et al., 1994; Hairiyah dan Handayanto, 2007). Jenis Nitrosococcus sp. bentuk selnya sferik sampai ellipsoidal, Gram negatif, bersifat motil dengan satu atau dua flagella, mampu tumbuh pada suhu sekitar o C dengan ph , dan habitatnya di air tawar atau air laut. Bakteri yang berasal dari Genus Nitrospira sp. bentuk selnya spiral, Gram negatif, mempunyai sitomembran yang tidak merata, kadang-kadang membentuk seperti membran plasma, non motil dan motil dengan menggunakan flagella peritrikus, dan memiliki habitat di air tawar (Holt et al., 1994).

21 Bakteri Pengoksidasi Nitrit Salah satu bakteri yang berperan dalam mengoksidasi nitrit menjadi nitrat berasal dari genus Nitrobacter. Genus Nitrobacter ini terdiri atas Nitrobacter alakticus, Nitrobacter hamburgensis, Nitrobacter vulgaris, dan Nitrobacter winogradsky. Nitrobacter sp. diketahui dapat mengoksidasi nitrit oksida (NO) menjadi nitrat (NO - 3 ), kebutuhan sumber karbon diambil melalui proses fiksasi CO 2. Habitat kelompok bakteri ini tersebar pada air tawar, air laut, serta tanah. Jenis Nitrobacter sp. selnya berbentuk batang pendek, pleomorfik, seringkali berbentuk pears, Gram negatif, dan biasanya non motil (Holt et al., 1994). Selain genus Nitrobacter, genus lain yang mampu mengoksidasi nitrit adalah genus Nitrococcus (Nitrococcus mobilis merupakan satu-satunya spesies yang termasuk Nitrococcus yang dijumpai hanya di perairan laut), genus Nitrospina (Nitrospina gracilis), dan Nitrospira (Magdalena, 2009). Oleh karena Nitrobacter adalah bakteri autotrof maka proses nitrifikasi hanya berlangsung bila ada oksigen. Makin tinggi kadar oksigen makin tinggi pula laju proses nitrifikasi. Pada suasana anaerob proses ini akan terhambat. Pada ph yang terlalu tinggi (ph ) aktivitas bakteri Nitrobacter berkurang - - sehingga terjadi penumpukan NO 2 karena konversi ke NO 3 tertekan. Tetapi - - sebaliknya pada ph 7.0 kecepatan konversi NO 2 ke NO 3 melebihi kecepatan konversi NH + 4 ke NO - 3 (Leiwakabessy et al., 2003). Jenis Nitrospina sp. bentuk selnya batang panjang, Gram negatif, bersifat non motil, memiliki habitat di air laut, dan tumbuh baik pada kondisi lingkungan yang mengandung senyawa organik. Suhu optimum untuk pertumbuhannya berkisar o C dan ph (Holt et al., 1994) Peranan Bakteri Penitrifikasi dalam Proses Pengolahan Limbah Limbah ialah kumpulan air bekas yang telah dipakai oleh suatu masyarakat, yang terdiri dari: (1) limbah domestik (rumah tangga), termasuk kotoran manusia dan air cucian, semua air yang mengalir dari saluran pembuangan perumahan dan kota ke dalam sistem pembuangannya, (2) limbah industri, seperti senyawa yang bersifat asam, minyak, minyak pelumas, sisa-sisa hewan, dan sayur-sayuran yang

22 12 dibuang oleh pabrik, (3) air tanah, air permukaan, yang masuk ke dalam sistem pembuangan (Pelczar and Chan, 2008). Menurut Warlina (2004), dampak yang ditimbulkan oleh limbah yang mencemari kawasan perairan antara lain dampak terhadap kehidupan biota air (terganggunya perkembangan biota laut dan kematian biota laut), dampak terhadap kualitas air tanah, dampak terhadap kesehatan (seperti: Diare, Disentri, Hepatitis A), dan dampak terhadap estetika lingkungan. Salah satu cara yang dapat dilakukan untuk menanggulangi pencemaran akibat limbah yaitu melalui bioremediasi. Bioremediasi merupakan salah satu cara untuk membersihkan senyawa polutan baik kimia maupun organik yang bersifat toksik menjadi bentuk lain yang tidak berbahaya. Prosesnya melibatkan aktivitas mikroba dan sasaran yang akan dicapai dalam proses tersebut adalah menurunkan polutan sampai tingkat konsentrasi yang aman (Alexander, 1999). Dalam hal ini, dilakukan dengan proses nitrifikasi oleh bakteri-bakteri penitrifikasi, khususnya Nitrosomonas sp. dan Nitrobacter sp. Bakteri-bakteri penitrifikasi mulai banyak digunakan untuk mengatasi pencemaran yang disebabkan oleh limbah hasil kegiatan industri, khususnya untuk penanggulangan pencemaran pada kawasan perairan maupun sistem akuakultur. Di Indonesia sendiri, penanggulangan pencemaran oleh limbah cair secara biologis melalui proses nitrifikasi ini semakin berkembang. Salah satu contoh penggunaan bakteri penitrifikasi (nitrifying bacteria) dalam mengatasi pencemaran oleh limbah di Indonesia yaitu pada industri minyak kelapa sawit. Industri minyak kelapa sawit adalah industri hasil pertanian yang selama proses produksinya banyak menghasilkan air buangan yang memiliki kandungan TSS (Total Suspended Solid), COD, BOD, dan amonia cukup tinggi. Pengolahan limbah cair industri minyak kelapa sawit ini dirancang dengan menggunakan bioreaktor pertumbuhan lekat terfluidasi dengan media poliuretan untuk proses degradasi senyawa organik dan amonium yang terkandung dalam limbah cair industri minyak kelapa sawit. Hasil yang diperoleh dari aplikasi bioreaktor ini yaitu efisiensi penurunan konsentrasi COD berkisar antara % dan efisiensi penurunan amonium berkisar antara % (Agustiyani dan Imamuddin, 2000).

23 13 Hasil pengujian lain menunjukkan bahwa aplikasi kultur mikroba N-Sw (kultur mikroba campuran hasil kultivasi dari sludge pengolahan limbah industri minyak kelapa sawit) selama 12 jam reaksi, konsentrasi N-NH 4 mengalami penurunan dari mg/l menjadi mg/l, efisiensi penurunan mencapai 48.82%. Efisiensi penurunan N-NH 4 meningkat menjadi 100% setelah 24 jam reaksi. Laju penurunan amonium mencapai 7.46 N-NH 4 /l/jam/g biomassa. Efisiensi pembentukan nitrit dan nitrat (nitrifikasi) mencapai 89.59% (Agustiyani et al., 2007). Selain dalam pengolahan limbah industri, bakteri penitrifikasi ini juga berperan dalam budidaya perairan, misalnya saja pada budidaya tambak udang di Thailand. Sejak dulu, budidaya perairan, khususnya tambak udang di Thailand memegang peranan utama dalam pertumbuhan ekonomi, seperti juga halnya pada negara-negara di kawasan Aisa Tenggara lainnya. Penelitian mengenai peran bakteri penitrifikasi yang diinokulasikan pada tambak udang ini dilakukan dengan metode molekuler. Metode ini dilakukan dengan identifikasi dan kuantifikasi bakteri penitrifikasi melalui Fluorescence In Situ Hybridization (FISH) menggunakan gen 16S rrna. Hal ini penting dilakukan untuk mengetahui bakteri penitrifikasi mana yang memegang peranan penting dalam budidaya perairan dengan tujuan untuk mengetahui bagaimana cara untuk memanipulasi sistem budidaya tersebut (Paungfoo et al., 2006). Upaya serupa juga dilakukan pada tambak udang Litopenaeus vannamei di Indonesia. Akumulasi amonia dan nitrit pada sistem yang dihasilkan oleh udang dalam sistem statis (batch) dapat menyebabkan kematian pada udang. Penggunaan bakteri nitrifikasi yang terdiri dari AOB (Ammonium Oxidizing Bacteria) dan NOB (Nitrite Oxidizing Bacteria) dapat diterapkan untuk meningkatkan kualitas air dengan mereduksi jumlah amonia dan nitrit. Berdasarkan hasil penelitian Nestiti (2008) ini, diperoleh bahwa inokulasi bakteri nitrifikasi 24 jam sebelum udang dimasukan ke dalam tambak dengan sistem statis dapat mempertahankan kesintasan udang tertinggi hingga 80.67% dengan penurunan konsentrasi amonia dari menjadi 0.01 mg/l. Selain itu, tidak hanya pada sistem statis, baik strain bakteri pengoksidasi amonia maupun bakteri pengoksidasi nitrit ini juga

24 14 dapat diinokulasikan pada biofilter dalam tambak udang Litopenaeus vannamei dengan sistem resirkulasi (Kuhn et al., 2010). Menurut Davis dan Cornwell (1991), nitrifikasi merupakan metode yang terbaik karena alasan-alasan sebagai berikut: (1) efisiensi penyisihannya yang tinggi, (2) reabilitas dan stabilitas prosesnya tinggi, (3) pengontrolan proses yang mudah, (4) kebutuhan lahan yang minim, dan (5) biaya relatif murah.

25 15 III. BAHAN DAN METODE 3.1. Waktu dan Tempat Penelitian dilaksanakan dari bulan April hingga bulan September 2010 di Laboratorium Bioteknologi Tanah serta Laboratorium Kimia dan Kesuburan Tanah, Departemen Ilmu Tanah dan Sumberdaya Lahan, Fakultas Pertanian IPB Alat dan Bahan Penelitian Alat yang digunakan dalam penelitian ini antara lain laminar flow, autoclave, spectrophotometer Spectronic 20-D Bausch and Lomb, oven, timbangan, pipet, tabung reaksi, erlenmeyer, gelas piala, dan alat-alat gelas lainnya. Bahan utama penelitian ini berupa sampel tanah yang berada di sekitar kandang ternak (sapi, kerbau, kambing, dan ayam). Penggunaan sampel tanah tersebut dilakukan di sekitar kandang ternak dengan alasan bahwa tanah di sekitar kandang ternak tersebut mengandung nitrat yang merupakan komponen yang terkandung dalam kotoran ternak. Kandungan nitrat yang tinggi pada sampel tanah tersebut diduga merupakan habitat yang sangat baik bagi populasi bakteri penitrifikasi. Media yang digunakan untuk isolasi adalah media spesifik untuk Nitrosomonas sp. (Tabel 1) dan media spesifik untuk Nitrobacter sp. (Tabel 2). Tahap seleksi dilakukan dengan dilakukan pengukuran konsentrasi amonium dengan bahan yang digunakan berupa larutan Buffer sitrat, Na-Fenolat, dan NaOCl 5%. Bahan yang digunakan untuk mengukur konsentrasi nitrat berupa H 2 SO 4 pekat dan Brusin. Tabel 1. Media Spesifik untuk Isolasi Nitrosomonas sp. (Verstraete, 1981 dalam Iswandi, 1989) Komposisi Jumlah (per liter media) (NH 4 ) 2 SO g KH 2 PO g CaCl 2.2H 2 O 0.04 g MgSO 4.7H 2 O 0.04 g Fe-sitrat 0.5 mg Fenol-red (ph ) 0.5 mg

26 16 Tabel 2. Media Spesifik untuk Isolasi Nitrobacter sp. (Verstraete, 1981 dalam Iswandi, 1989) Komposisi Jumlah (per liter media) KNO g K 2 HPO g NaCl 0.3 g MgSO 4.7H 2 O 0.1 g FeSO 4.7H 2 O 0.03 g CaCO g CaCl g 3.3. Metode dan Pelaksanaan Penelitian Isolasi Bakteri Penitrifikasi Proses isolasi bakteri penitrifikasi dilakukan dengan menggunakan metode Enrichment Culture. Pertama-tama, dilakukan pengambilan sampel tanah pada 14 titik di sekitar kandang sapi, kerbau, kambing, ataupun ayam di beberapa lokasi di sekitar Kabupaten Bogor (Tabel 3). Pengambilan sampel tanah dilakukan secara komposit dengan ukuran ± 100 x 100 cm dan kedalaman 0-20 cm. Sebanyak 14 sampel tanah ini dikeringudarakan untuk selanjutnya dilakukan isolasi, sehingga diperoleh masing-masing 14 isolat bakteri penitrifikasi, yaitu bakteri pengoksidasi amonium ( Nitrosomonas ) dengan kode isolat diawali huruf NS dan bakteri penghasil nitrat ( Nitrobacter ) dengan kode isolat diawali huruf NB dari tiap sampel tanah yang diperoleh tersebut (Tabel 3). Dengan demikian, akan diperoleh masing-masing 14 isolat Nitrosomonas dan Nitrobacter. Tabel 3. Ternak, Kode Isolat, dan Lokasi Pengambilan Tanah Sebagai Sumber Isolat Ternak Kode Isolat Kode Isolat Lokasi Pengambilan Tanah Sebagai Nitrosomonas Nitrobacter Sumber Isolat Sapi NSsp1 NBsp1 Ds. Pabuaran, Cilendek Kambing NSkm1 NBkm1 Ds. Pabuaran, Cilendek Kambing NSkm2 NBkm2 Ds. Bantar Sari, Bantar Kambing Kerbau NSkb1 NBkb1 Ds. Bantar Sari, Bantar Kambing Kambing NSkm3 NBkm3 Ds. Carang Pulang, Cikarawang Ayam NSam NBam Ds. Pabuaran, Cilendek Kerbau NSkb2 NBkb2 Ds. Carang Pulang, Cikarawang Sapi NSsp2 NBsp2 Peternakan Fapet IPB Sapi NSsp3 NBsp3 Ds.Ciherang, Darmaga Sapi NSsp4 NBsp4 Ds. Ciherang, Darmaga Sapi NSsp5 NBsp5 Ds. Babakan Resmi, Bantar Kambing Kerbau NSkb2 NBkb2 Ds. Bantar Sari, Bantar Kambing Sapi NSsp6 NBsp6 Ds. Babakan Resmi, Bantar Kambing Kambing NSkm4 NBkm4 Ds. Babakan Resmi, Bantar Kambing

27 17 Isolasi dengan metode enrichment culture ini dilakukan dengan cara sebanyak 1 g sampel tanah yang telah diperoleh diinokulasikan ke dalam masingmasing 50 ml media spesifik untuk Nitrosomonas sp. (Tabel 1) dan media spesifik untuk Nitrobacter sp. (Tabel 2). Media spesifik tersebut berupa media cair. Kultur cair berisi isolat tersebut dikocok dengan menggunakan shaker dan diinkubasi selama 7-10 hari. Adanya bakteri pengoksidasi amonium diindikasikan dengan terjadinya perubahan warna media dari merah menjadi kuning yang disebabkan perubahan ph media akibat oksidasi amonium menjadi nitrit, sedangkan adanya bakteri penghasil nitrat diindikasikan dengan perubahan warna media dari bening menjadi keruh. Setelah diperoleh masing-masing 14 isolat bakteri penitrifikasi secara spesifik, kemudian masing-masing isolat tersebut dipindahkan ke dalam 50 ml kultur yang baru dengan cara sebanyak 1 ml kultur berisi isolat dimasukkan ke dalam media baru tersebut. Kemudian diinkubasi kembali selama 5-7 hari sambil dikocok dengan menggunakan shaker. Proses pemindahan kultur ke dalam media yang baru ini dilakukan sebanyak 4 kali. Setelah dilakukan pemindahan sebanyak 4 kali ke dalam media yang baru, sebanyak masing-masing 14 isolat bakteri penitrifikasi tersebut disimpan dalam bentuk kultur cair dengan pengocokan secara terus-menerus untuk selanjutnya dilakukan penetapan konsentrasi amonium dan nitrat. Selain dalam bentuk cair, isolat yang diperoleh juga disimpan dalam media spesifik berupa agar miring untuk masing-masing bakteri penitrifikasi. Penyimpanan dengan agar miring ini untuk dijadikan sebagai kultur stok atau kultur persediaan Seleksi Bakteri Penitrifikasi Berdasarkan Kemampuan Mengoksidasi Amonium dan Menghasilkan Nitrat Seleksi kemampuan 14 isolat bakteri penitrifikasi yang telah diperoleh dalam mengoksidasi amonium (NH + 4 ) dan menghasilkan nitrat (NO - 3 ) ini dilakukan terhadap beberapa konsentrasi (NH 4 ) 2 SO 4 yang berbeda di dalam media baru, yaitu 250 ppm, 500 ppm, dan 1000 ppm (NH 4 ) 2 SO 4. Tujuan dilakukannya seleksi dengan variasi konsentrasi (NH 4 ) 2 SO 4 yang berbeda ini agar diketahui konsentrasi yang tepat sehingga dapat meminimalisir penggunaan (NH 4 ) 2 SO 4

28 18 tersebut. Proses seleksi ini dilakukan hanya dengan mengukur konsentrasi amonium dan nitrat, sedangkan konsentrasi nitrit tidak diukur. Hal ini dikarenakan proses oksidasi nitrit berjalan dengan cepat, sehingga yang diukur adalah nitrat. Seleksi dilakukan dengan sebanyak masing-masing 3 ml kultur bakteri penitrifikasi dipindahkan ke dalam 30 ml media baru dengan konsentrasi (NH 4 ) 2 SO 4 yang berbeda-beda tersebut, lalu dikocok. Pengukuran kadar amonium dan nitrat ini dilakukan pada interval waktu tertentu, yaitu pada hari ke-0, ke-4, ke-8, ke-12, dan ke-16. Setiap pengukuran juga dilakukan terhadap blanko. Blanko ini merupakan kultur tanpa isolat, yaitu berisi media spesifik untuk Nitrosomonas dan Nitrobacter dengan variasi (NH 4 ) 2 SO 4 tersebut. Blanko ini dijadikan sebagai faktor koreksi untuk tiap pengukuran dan dapat dijadikan indikator ada tidaknya kontaminasi. Pengukuran kadar amonium dilakukan dengan metode Penetapan Amonium Biru Indofenol. Metode ini dilakukan dengan cara sebanyak 1 ml kultur ditambahkan dengan larutan Buffer Sitrat dan Na-Fenolat masing-masing sebanyak 2 ml, dikocok dan didiamkan selama 10 menit. Setelah itu, ditambahkan dengan larutan NaOCl 5% hingga warna media berubah menjadi biru, lalu dikocok dan didiamkan selama 30 menit. Setelah 30 menit, kadar amonium diukur dengan menggunakan Spectrophotometer pada panjang gelombang 636 nm (Sulaeman et al., 2005). Berbeda dengan amonium, penetapan kadar nitrat (NO + 3 ) dilakukan dengan Metode Brusin. Metode ini dilakukan dengan cara sebanyak 2,5 ml kultur baru ditambahkan dengan 0,25 ml Brusin dan 2,5 ml H 2 SO 4 pekat sehingga warna media berubah menjadi kuning, dikocok dan didiamkan selama 60 menit. Setelah 60 menit, kadar nitrat diukur dengan menggunakan Spectrophotometer pada panjang gelombang 432 nm (Sulaeman et al., 2005). Pengukuran nitrat ini juga dilakukan pada selang waktu seperti halnya pengukuran amonium. Kultur yang mengalami penurunan kadar amonium tercepat dan menghasilkan kadar nitrat tertinggi merupakan kultur yang paling baik. Selanjutnya, dari hasil pengukuran tersebut akan diseleksi isolat bakteri penitrifikasi ( Nitrosomonas ) yang mampu mengoksidasi amonium dengan cepat dan isolat bakteri penitrifikasi ( Nitrobacter ) yang mampu menghasilkan nitrat

29 19 paling tinggi. Berdasarkan hasil seleksi, dipilih 5 isolat terbaik untuk masingmasing bakteri penitrifikasi, baik yang terdapat pada kultur dengan konsentrasi 250 ppm (NH 4 ) 2 SO 4, 500 ppm (NH 4 ) 2 SO 4, maupun 1000 ppm (NH 4 ) 2 SO 4. Selain melakukan seleksi terhadap masing-masing isolat bakteri penitrifikasi dari tiap konsentrasi (NH 4 ) 2 SO 4, dilihat pula konsentrasi (NH 4 ) 2 SO 4 yang mampu dioksidasi secara optimal. Isolat bakteri penitrifikasi terbaik yang berasal dari konsentrasi (NH 4 ) 2 SO 4 yang mampu dioksidasi secara optimal itu selanjutnya akan digabungkan dan dikombinasikan satu dengan lainnya ke dalam satu media baru untuk diukur kemampuannya dalam melakukan nitrifikasi. Penggabungan dan pengkombinasian ini dilakukan dengan cara sebanyak masingmasing 2.5 ml isolat Nitrosomonas dan Nitrobacter yang memiliki kemampuan paling baik dimasukan ke dalam 50 ml media spesifik baru. Hasil dari kombinasi antara 5 isolat dari masing-masing bakteri penitrifikasi tersebut diperoleh 25 pasangan isolat bakteri penitrifikasi. Kemudian, dari tiap pasangan isolat tersebut, dipilih pasangan bakteri penitrifikasi yang mampu menurunkan konsentrasi amonium dengan cepat sekaligus meningkatkan konsentrasi nitrat. Pasangan isolat yang demikian merupakan pasangan isolat bakteri penitrifikasi yang dapat melakukan proses nitrifikasi secara efektif.

30 20 IV. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Isolasi Bakteri Penitrifikasi Sumber isolat yang digunakan dalam penelitian ini berupa sampel tanah yang berada di sekitar kandang ternak dengan jenis ternak berupa sapi, kerbau, kambing dan ayam. Lokasi pengambilan sampel tanah ini berada di 14 daerah yang berada di sekitar Kabupaten Bogor (Tabel 1). Pengambilan sampel tanah dilakukan di sekitar kandang ternak dengan alasan bahwa tanah di sekitar kandang ternak tersebut mengandung nitrat yang berasal dari kotoran ternak. Kotoran ternak tersebut, baik berupa feses ataupun urinnya mengandung nitrogen. Variasi kandungan nitrogen tersebut bergantung pada pakan yang dikonsumsi, tingkat kelarutan protein kasar pakan, serta kemampuan ternak untuk memanfaatkan nitrogen asal pakan (Mathius, 2010). Menurut Holt et al. (1994), pada umumnya bakteri penitrifikasi yang memiliki habitat di tanah berasal dari genus Nitrosomonas dan Nitrobacter. Selain itu, digunakan pula media spesifik untuk masing-masing bakteri tersebut. Sehingga diduga bahwa isolat bakteri penitrifikasi ( Nitrosomonas dan Nitrobacter ) yang diperoleh dari sampel tanah di sekitar kandang ternak ini merupakan bakteri yang berasal dari kedua genus bakteri tersebut. Namun, masih diperlukan karakteristik dan identifikasi lebih lanjut untuk mengetahuinya. Kandungan nitrat yang tinggi pada sampel yang berasal dari tanah di sekitar kandang ternak diduga merupakan habitat yang sangat baik bagi populasi Nitrosomonas sp. dan Nitrobacter sp. Kedua jenis bakteri ini disebut pula sebagai bakteri penitrifikasi (Nitrifying Bacterial). Keberadaan populasi bakteri nitrifikasi di dalam tanah sering dipakai sebagai indikator penting dalam menilai kualitas atau kesehatan tanah karena jumlah jenisnya yang terbatas (Ropel dan Ophel- Keller, 1997 dalam Simanungkalit et al., 2007). Tanah-tanah tersebut selanjutnya diinokulasikan ke dalam media spesifik dalam bentuk cair untuk isolasi Nitrosomonas dan Nitrobacter. Metode isolasi yang digunakan adalah enrichment culture yang diungkapkan pertama kali oleh Winogradsky dan Beijerinck. Metode ini digunakan untuk isolasi dan studi mengenai tipe fisiologi mikrob yang eksis di alam. Penting digunakan dalam skala

31 21 mikro pada seleksi alami. Media kultur berisi komposisi kimia tertentu dinokulasikan dengan populasi mikrob, misalnya dari sejumlah tanah, dan kemudian dilakukan pengujian terhadap mikrob apa yang dominan tumbuh (Stanier et.al, 1976). Enrichment culture ini dilakukan sebanyak 4 kali, tujuannya adalah untuk meminimalisir kandungan bahan organik yang terkandung di dalam sampel tanah sehingga akan mengurangi bakteri heterotrof, mengisolasi mikrob spesifik, serta mengetahui masa produktif dari mikrob. Metode ini menggunakan medium diperkaya, yaitu medium yang ditambahkan zat tertentu yang merupakan nutrisi spesifik untuk jenis mikroba tertentu, sehingga dapat digunakan untuk bakteri yang bersifat kemoheterotrof, kemautotrof, fotosintetik, dan untuk mikrob lain yang bersifat spesifik (Sumarsih, 2008). Kultur isolat yang diperoleh dari 14 sampel tanah yaitu masing-masing sebanyak 14 kultur isolat Nitrosomonas dan Nitrobacter. Setiap isolat tersebut kemudian dipindahkan ke dalam kultur cair dengan konsentrasi yang berbeda-beda, yaitu 250 ppm (NH 4 ) 2 SO 4, 500 ppm (NH 4 ) 2 SO 4, dan 1000 ppm (NH 4 ) 2 SO 4. Hal ini dilakukan untuk mengetahui konsentrasi mana yang menunjukkan aktivitas Nitrosomonas dan Nitrobacter paling optimal dalam menurunkan konsentrasi amonium dan meningkatkan konsentrasi nitrat. Pada tahap seleksi kemampuan tiap isolat ini, hanya dilakukan penetapan terhadap konsentrasi amonium dan nitrat,sedangkan penetapan konsentrasi nitrit tidak dilakukan. Hal ini dikarenakan nitrit yang terbentuk sangat sedikit, hal ini karena nitrit bersifat reaktif, tidak stabil, dan merupakan senyawa peralihan dari oksidasi amonium menjadi nitrat (Tresnawati, 2006). Kemudian, dari masing-masing kultur isolat dengan variasi konsentrasi (NH 4 ) 2 SO 4 tersebut dipilih 5 isolat NitrosomonasI dan Nitrobacter terbaik. Kultur isolat dengan konsentrasi (NH 4 ) 2 SO 4 yang memberikan hasil optimal untuk aktivitas Nitrosomonas maupun Nitrobacter juga dipilih masing-masing sebanyak 5 isolat. Setelah itu, 5 pasang isolat tersebut digabungkan dan dikombinasikan satu sama lain, sehingga diperoleh 25 kombinasi pasangan isolat Nitrosomonas dan Nitrobacter untuk dilakukan pengujian terhadap

32 22 kemampuannya dalam menurunkan konsentrasi amonium dan meningkatkan konsentrasi nitrat Seleksi Nitrosomonas sp. yang Memiliki Kemampuan Tinggi dalam Mengoksidasi Amonium Nitrosomonas merupakan bakteri kemoautotrof yang membutuhkan sumber energi berupa amonium. Pengukuran konsentrasi amonium yang mampu dioksidasi oleh Nitrosomonas dilakukan pada isolat dalam medium yang memiliki konsentrasi (NH 4 ) 2 SO 4 yang berbeda, yaitu 250 ppm, 500 ppm, dan 1000 ppm. Pengukuran konsentrasi amonium ini dilakukan pada hari ke-0, ke-4, ke-8, ke-12, dan ke-16. Pengukuran konsentrasi amonium juga dilakukan terhadap blanko. Blanko ini merupakan faktor koreksi untuk tiap kali pengukuran dan dapat dijadikan indikasi terjadinya kontaminasi. Konsentrasi amonium yang terukur pada hari ke-0 dari tiap isolat lebih rendah dibandingkan blanko, baik isolat dalam medium dengan konsentrasi (NH 4 ) 2 SO 4 sebesar 250 ppm, 500 ppm, maupun 1000 ppm. Hal ini disebabkan tiap isolat telah diinkubasi selama jam, sehingga selama waktu inkubasi tersebut konsentrasi amonium telah mengalami penurunan dan konsentrasinya mulai terukur, serta nilainya lebih rendah dibandingkan dengan blanko Uji Kemampuan Nitrosomonas dalam Mengoksidasi Amonium pada Konsentrasi 250 ppm (NH 4 ) 2 SO 4 Konsentrasi amonium yang terukur pada hari ke-0 berbeda-beda untuk tiap isolat dan nilainya lebih rendah dibandingkan dengan blanko. Besarnya konsentrasi amonium pada tiap interval waktu tersebut dapat dilihat pada Gambar 1. Konsentrasi amonium pada hari ke-0 berkisar antara 15,58-29,40 ppm N- (NH 4 ) 2 SO 4. Isolat yang memiliki konsentrasi amonium tertinggi pada hari ke-0 adalah NSkm3 (29,40 ppm) yang berasal dari tanah di bawah tumpukan kotoran kambing, sedangkan isolat dengan konsentrasi terendah yaitu isolat NSkm4 (15,58 ppm) yang juga berasal dari tanah di bawah tumpukan kotoran kambing. Perbedaan konsentrasi amonium yang mencolok ini menunjukkan bahwa terdapat perbedaan kemampuan isolat Nitrosomonas dalam mengoksidasi amonium meskipun berasal dari sumber yang sama.

33 23 (a) (b) Gambar 1. Konsentrasi amonium yang dioksidasi oleh Nitrosomonas dalam konsentrasi 250 ppm (NH 4 ) 2 SO 4 oleh isolat: (a) NSsp1, NSkm1, NSm2, NSkb1, NSkm3, NSam, NSkb2; (b) NSsp2, NSsp3, NSsp4, NSsp5, NSkb2, NSsp6, NSkm4 Konsentrasi amonium mulai mengalami penurunan pada hari ke-4 dengan kisaran konsentrasi antara 13,07-19,77 ppm N-(NH 4 ) 2 SO 4, sedangkan isolat NSkm4 yang berasal dari sampel tanah di bawah tumpukan kotoran kambing, belum mengalami penurunan konsentrasi bahkan hingga hari ke-8. Konsentrasi amonium terus mengalami penurunan hingga hari ke-8, namun terdapat beberapa isolat yang mengalami peningkatan konsentrasi amonium, diantaranya adalah NSsp5, NSsp6, dan NSkm4. Peningkatan ini dapat saja terjadi karena sedang berada dalam fase di mana terdapat penambahan biomassa lain yang menyumbangkan amonium, sehingga amonium yang terukur pada hari ke-8

34 24 tersebut tidak murni berasal dari isolat Nitrosomonas. Konsentrasi amonium dari tiap sampel menurun hingga hari ke-12 dan secara umum meningkat pada hari ke-16. Peningkatan konsentrasi amonium pada hari ke-16 dapat disebabkan oleh beberapa faktor, diantaranya adalah aerasi (suplai oksigen). Kandungan oksigen yang rendah dapat menghambat oksidasi amonium, sehingga akan terjadi akumulasi amonium. Faktor lainnya adalah temperatur atau suhu karena seperti reaksi kimia pada umumnya, temperatur berpengaruh dalam laju degradasi oleh mikrob. Dalam keadaan lembab dan suhu tanah yang baik terjadi nitrifikasi pada kecepatan yang sangat cepat. Terdapat 2 isolat yang stabil menurunkan konsentrasi amonium sejak hari ke-0 hingga hari ke-16, yaitu isolat NSkm1 yang berasal dari sampel tanah di sekitar kandang kambing dan isolat NSsp2 yang berasal dari tanah di sekitar kandang sapi. Sedangkan isolat NSkm4 tergolong isolat Nitrosomonas yang memiliki kemampuan paling lambat, hal ini dikarenakan isolat ini baru mampu menurunkan konsentrasi amonium pada hari ke-12. Kemampuan isolat-isolat Nitrosomonas dalam mengoksidasi amonium dilihat dari besarnya rata-rata penurunan konsentrasi amonium (Tabel Lampiran 1). Dengan demikian, diperoleh 5 isolat yang memiliki kemampuan terbaik dalam menurunkan konsentrasi amonium. Isolat yang memiliki kemampuan terbaik berdasarkan urutan isolat yang mampu mengoksidasi amonium paling tinggi hingga terendah yaitu isolat NSkm3 (4,40 ppm N-(NH 4 ) 2 SO 4 ), NSsp2 (3,26 ppm N-(NH 4 ) 2 SO 4 ), NSam (2,95 ppm N-(NH 4 ) 2 SO 4 ), NSsp1 (2,94 ppm N-(NH 4 ) 2 SO 4 ), dan NSkb1 (2,83 ppm N-(NH 4 ) 2 SO 4 ). Dan secara umum, berdasarkan Gambar 1, terlihat bahwa masa produktif optimal isolat Nitrosomonas dalam 250 ppm (NH 4 ) 2 SO 4 yaitu pada hari ke-4 hingga hari ke Uji Kemampuan Nitrosomonas dalam Mengoksidasi Amonium pada Konsentrasi 500 ppm (NH 4 ) 2 SO 4 Konsentrasi amonium yang diperoleh dari hasil pengukuran hari ke-0 pada kultur yang diberikan 500 ppm (NH 4 ) 2 SO 4 berkisar antara 38,70-59,64 ppm N- (NH 4 ) 2 SO 4. Hampir seluruh isolat mengalami penurunan konsentrasi amonium pada hari ke-4, kecuali isolat NSkm4 dengan konsentrasi yang masih sama seperti

35 25 pada hari ke-0 seperti halnya yang terjadi dalam konsentrasi 250 ppm (NH 4 ) 2 SO 4. Isolat yang mampu mengoksidasi amonium paling cepat sejak hari ke-0 hingga ke-4 adalah isolat NSsp1 yang berasal dari tanah di sekitar kandang sapi dengan penurunan konsentrasi sebesar 20,94 ppm N-(NH 4 ) 2 SO 4. Pada hari ke-8 semua isolat mengalami penurunan konsentrasi amonium, sedangkan hari ke-12 mengalami peningkatan, kecuali isolat NSkb2 yang masih menurun. Isolat ini merupakan isolat yang berasal dari tanah di sekitar kandang kerbau. Peningkatan tersebut dapat dilihat pada Gambar 2. Berdasarkan gambar tersebut, terlihat bahwa kemampuan optimal isolat Nitrosomonas dalam mengoksidasi amonium terjadi pada hari ke-4 hingga ke-8. Setelah mengalami peningkatan, isolat-isolat tersebut mengalami penurunan konsentrasi pada hari ke-16. Namun, terdapat isolat yang tetap mengalami peningkatan, yaitu isolat NSsp4, NSkb2, dan NSkm4. Ketiga isolat ini diduga telah memasuki fase jenuh, sehingga dengan adanya pengaruh aerasi dan temperatur maka terjadi akumulasi amonium. Isolat yang paling stabil dalam menurunkan konsentrasi nitrat adalah isolat NSkb2, sedangkan isolat NSkm4 merupakan isolat yang kemampuannya paling lambat seperti pada halnya di dalam 250 ppm (NH 4 ) 2 SO 4 karena baru mampu menurunkan konsentrasi amonium pada hari ke-8. (a)

36 26 (b) Gambar 2. Konsentrasi amonium yang dioksidasi oleh Nitrosomonas dalam konsentrasi 500 ppm (NH 4 ) 2 SO 4 oleh isolat: (a) NSsp1, NSkm1, NSkm2, NSkb1, NSkm3, NSam, NSkb2; (b) NSsp2, NSsp3, NSsp4, NSsp5, NSkb2, NSsp6, NSkm4 Terdapat 5 isolat yang mampu menurunkan konsentrasi amonium paling baik berdasarkan Tabel Lampiran 2. Secara berurutan dari isolat yang tercepat yaitu isolat NSsp1 dengan rata-rata penurunan konsentrasi amonium sebesar 8,96 ppm N-(NH 4 ) 2 SO 4 ; isolat NSkm2 dengan rata-rata penurunan konsentrasi 7,64 ppm N-(NH 4 ) 2 SO 4 ; isolat NSsp3 dengan rata-rata penurunan konsentrasi amonium 7,33 ppm N-(NH 4 ) 2 SO 4 ; isolat NSkm1 dengan rata-rata penurunan konsentrasi amonium sebesar 7,01 ppm N-(NH 4 ) 2 SO 4 ; dan isolat NSkm3 dengan rata-rata penurunan konsentrasi sebesar 6,91 ppm N-(NH 4 ) 2 SO Uji Kemampuan Nitrosomonas dalam Mengoksidasi Amonium pada Konsentrasi 1000 ppm (NH 4 ) 2 SO 4 Konsentrasi amonium yang terukur pada hari ke-0 dalam 1000 ppm (NH 4 ) 2 SO 4 berkisar antara 92,47-125,97 ppm N-(NH 4 ) 2 SO 4. Pada hari ke-4 dan ke-8, semua isolat mengalami penurunan konsentrasi amonium, namun terdapat 2 isolat yang tidak mengalami penurunan konsentrasi amonium pada hari ke-4, yaitu isolat Aam yang berasal dari tanah di sekitar kandang ayam dan isolat NSsp3 yang berasal dari tanah di sekitar kandang sapi. Konsentrasi keduanya baru mengalami penurunan pada hari ke-8, sehingga dapat dikatakan memiliki kemampuan yang relatif lambat dibandingkan dengan isolat lainnya. Seperti halnya dalam 500 ppm (NH 4 ) 2 SO 4, konsentrasi amonium dalam 1000 ppm (NH 4 ) 2 SO 4 ini mengalami peningkatan pada hari ke-12 dan menurun kembali di hari ke-16 (Gambar 3).

37 27 Seperti pada variasi konsentrasi (NH 4 ) 2 SO 4 lainnya, diperoleh 5 isolat Nitrosomonas yang memiliki kemampuan mengoksidasi amonium paling baik (Tabel Lampiran 3), yaitu isolat isolat NSkb1 (23,71 ppm N-(NH 4 ) 2 SO 4 ), NSkm2 (21,87 ppm N-(NH 4 )2SO4), NSsp4 (21,19 ppm N-(NH 4 ) 2 SO 4 ), NSsp2 20,36 ppm (N-(NH 4 ) 2 SO 4 ), dan NSkm1 (20,19 ppm N-(NH 4 ) 2 SO 4 ). Isolat yang mengoksidasi amonium paling baik dalam 1000 ppm (NH 4 ) 2 SO 4 adalah isolat NSkb1. (a) (b) Gambar 3. Konsentrasi amonium yang dioksidasi oleh Nitrosomonas dalam konsentrasi 1000 ppm (NH 4 ) 2 SO 4 oleh isolat: (a) NSsp1, NSkm1, NSkm2, NSkb1, NSkm3,NSam, NSkb2; (b) NSsp2, NSsp3, NSsp4, NSsp5, NSkb2, NSsp6, NSkm Seleksi Nitrobacter sp. yang Memiliki Kemampuan Tinggi dalam Menghasilkan Nitrat Nitrobacter merupakan bakteri penitrifikasi yang berperan dalam mengoksidasi nitrit menjadi nitrat. Untuk itu, dilakukan pengukuran konsentrasi

38 28 nitrat yang mampu dihasilkan oleh Nitrobacter. Pengukuran ini dilakukan dengan menggunakan isolat yang berasal dari tanah di sekitar kandang ternak seperti halnya Nitrosomonas dengan variasi konsentrasi (NH 4 ) 2 SO 4 yang sama pula, yaitu 250 ppm, 500 ppm, dan 1000 ppm. Pengukuran konsentrasi nitrat dari tiap isolat pada hari ke-0 memiliki nilai yang bervariasi. Hal tersebut menunjukkan bahwa telah terbentuk nitrat pada awal pengukuran. Terbentuknya nitrat pada hari ke-0 ini disebabkan tiap isolat telah diinkubasi sebelumnya selama jam, sehingga pada saat pengukuran telah terukur konsentrasi nitrat yang terbentuk pada masa inkubasi tersebut dan nilainya lebih tinggi dbandingkan dengan blanko Uji Kemampuan Nitrobacter dalam Menghasilkan Nitrat pada Konsentrasi 250 ppm (NH 4 ) 2 SO 4 Variasi konsentrasi nitrat yang dihasilkan isolat-isolat Nitrobacter dalam konsentrasi 250 ppm (NH 4 ) 2 SO 4 pada hari ke-0 berkisar antara 13,83-115,52 ppm N-NO 3, dimana konsentrasi nitrat tertinggi dihasilkan oleh isolat NBkm3 yang berasal dari tanah di sekitar kandang kambing. Pada hari ke-4, hampir seluruh isolat mengalami peningkatan konsentrasi nitrat, sedangkan pada hari ke-8 terdapat isolat yang mulai mengalami penurunan konsentrasi nitrat, yaitu isolat NBsp1, NBkm2, NBkb2, dan NBkm4. Bahkan untuk isolat NBsp2 dan NBsp4 dimana keduanya berasal dari tanah di sekitar kandang sapi, penurunan konsentrasi nitrat ini berlanjut terus hingga hari ke-16. Hal ini dapat disebabkan antara lain karena kemampuan kedua isolat Nitrobacter tersebut untuk mengoksidasi nitrit telah berkurang. Selain itu juga dapat dikarenakan ph media yang semakin menurun sehingga menekan populasi Nitrobacter. Penurunan nilai ph disebabkan proses nitrifikasi, yaitu pembentukan asam nitrat oleh bakteri nitrifikasi. Asam nitrat merupakan asam kuat, pembentukan asam nitrat akan menyebabkan penurunan nilai ph serta akan mengurangi aktivitas enzim (Cho et al., 2000 dalam Purnamasari, 2008). Konsentrasi nitrat pada hari ke-12 untuk isolat NBkm1, NBkm3, dan NBsp5 mulai menurun. Penurunan konsentrasi nitrat terjadi pada hari ke-16 untuk seluruh isolat Nitrobacter. Penurunan konsentrasi di hari ke-16 dapat disebabkan berkurangnya populasi Nitrobacter serta reduksi nitrat ke nitrit dan amonium dalam proses asimilasi nitrat. Selain itu dapat disebabkan oleh proses

39 29 penggunaan nitrat sebagai sumber oksigen (nitrat sebagai akseptor hidrogen). Dalam proses ini, oksigen digunakan oleh organisme bagi oksidasi senyawasenyawa karbon atau substansi anorganik, seperti misalnya sulfur. Dengan demikian, energi yang diperoleh digunakan untuk mereduksi nitrat ke nitrit, untuk membebaskan gas nitrogen, untuk mengoksidasi nitrogen atau ke amonia (Sutedjo et.al, 1991). (a) (b) Gambar 4. Konsentrasi nitrat yang dihasilkan oleh Nitrobacter dalam konsentrasi 250 ppm (NH 4 ) 2 SO 4 oleh isolat: (a) NBsp1, NBkm1, NBkm2, NBkb1, NBkm3, NBam, NBkb2; (b) NBsp2, NBsp3, NBsp4, NBsp5, NBkb2, NBsp6, NBkm4 Variasi peningkatan konsentrasi nitrat ini dapat dilihat pada Gambar 4. Berdasarkan pengukuran terhadap konsentrasi nitrat dalam 250 ppm (NH 4 ) 2 SO 4 juga diperoleh 5 isolat terbaik yang mampu meningkatkan konsentrasi nitrat

40 30 dalam interval waktu 0-16 hari. Isolat-isolat tersebut yaitu isolat NBkm1, NBkb1, NBsp6, NBkm4, dan NBkm2. Rata-rata peningkatan konsentasi masing-masing sebesar 3,91 ppm N-NO 3, 1,78 ppm N-NO 3, 1,70 ppm N-NO 3, 1,51 ppm N-NO 3, dan 1,07 ppm N-NO 3 (Tabel Lampiran 4) Uji Kemampuan Nitrobacter dalam Menghasilkan Nitrat pada Konsentrasi 500 ppm (NH 4 ) 2 SO 4 Variasi konsentrasi nitrat pada 500 ppm (NH 4 ) 2 SO 4 yang terjadi saat hari ke-0 berkisar antara 20,56 ppm dengan rata-rata peningkatan sebesar 20,56-67,67 ppm N-NO 3. Isolat yang memiliki konsentrasi nitrat terendah yaitu isolat NBkm2, sedangkan isolat NBkm3 merupakan isolat dengan konsentrasi nitrat tertinggi. Kedua isolat tersebut berasal dari sampel tanah yang berada di bawah tumpukan kotoran kambing. Hal ini menunjukkan bahwa kedua isolat tersebut memiliki kemampuan berbeda dalam meningkatkan konsentrasi nitrat meskipun berasal dari sumber yang sama. Berdasarkan Gambar 5, terlihat bahwa secara umum peningkatan konsentrasi nitrat paling optimal yang dihasilkan isolat Nitrobacter dalam 500 ppm (NH 4 ) 2 SO 4 terjadi sejak hari ke-4 hingga hari ke-12. Meskipun terdapat beberapa isolat yang mengalami penurunan pada hari ke-8, namun meningkat kembali di hari ke-12. Sedangkan pada hari ke-16, konsentrasi nitrat semua isolat menurun seperti halnya dalam konsentrasi 250 ppm (NH 4 ) 2 SO 4. Menurut Purnamasari (2008), hal ini dipengaruhi penurunan populasi bakteri, sehingga proses nitrifikasi oleh bakteri nitrifiers tidak optimal. Selain itu, penurunan nitrat juga disebabkan adanya reduksi nitrat yang bersifat asimilatif. Nitrat digunakan mikroorganisme sebagai sumber nitrogen untuk sintesis senyawa N-organik seperti protein, asam nukleat, dan dinding sel mikroba. Isolat-isolat Nitrobacter yang memiliki kemampuan meningkatkan konsentrasi nitrat paling baik dalam 500 ppm (NH 4 ) 2 SO 4 sesuai urutan dari yang tertinggi hingga terendah adalah isolat NBsp5 dengan rata-rata peningkatan sebesar 2,56 ppm N-NO 3 ; isolat NBam dengan rata-rata peningkatan sebesar 1,33 ppm N-NO 3 ; isolat NBsp1 dengan rata-rata peningkatan sebesar 1,29 ppm N-NO 3 ; isolat NBkb1 dengan rata-rata peningkatan sebesar 0,36 ppm N-NO 3 ; dan isolat NBkm4 yaitu sebesar -0,02 ppm N-NO 3 (Tabel Lampiran 5). Nilai negatif

41 31 menunjukkan bahwa terjadi penurunan konsentrasi nitrat pada masa inkubasi tertentu, dalam hal ini isolat NBkm4 mengalami penurunan konsentrasi pada hari ke-8 dan ke-16. (a) (b) Gambar 5. Konsentrasi nitrat yang dihasilkan oleh Nitrobacter dalam konsentrasi 500 ppm (NH 4 ) 2 SO 4 oleh isolat: (a) NBsp1, NBkm1, NBkm2, NBkb1, NBkm3, NBam, NBkb2; (b) NBsp2, NBsp3, NBsp4, NBsp5, NBkb2, NBsp6, NBkm Uji Kemampuan Nitrobacter dalam Menghasilkan Nitrat pada Konsentrasi 1000 ppm (NH 4 ) 2 SO 4 Konsentrasi nitrat dalam 1000 ppm (NH 4 ) 2 SO 4 cenderung menurun pada hari ke-8. Bahkan isolat NBkb2 yang berasal dari tanah di sekitar kandang kerbau, serta isolat NBsp2 dan NBsp4 yang berasal dari tanah di sekitar kandang sapi mengalami penurunan konsentrasi sejak hari ke-8 hingga ke-16. Hal ini dapat

42 32 dikarenakan ketiga isolat tersebut memiliki kemampuan yang rendah dalam mengoksidasi nitrit menjadi nitrat akibat konsentrasi (NH 4 ) 2 SO 4 yang diberikan terlalu tinggi. Selain itu, juga terjadi hal yang sebaliknya, yaitu asimilasi nitrat menjadi amonium. Hal tersebut dapat dilihat pada Tabel Lampiran 7 di mana pada hari ke-8 konsentrasi nitrat isolat NBkb2, NBsp2, dan NBsp4 tersebut menurun, sedangkan amoniumnya meningkat pada hari yang sama. Perubahan konsentrasi nitrat tiap interval waktu dapat dilihat pada Gambar 6. Isolat NBsp5, NBkb2, dan NBsp6 memiliki kemampuan yang relatif stabil karena mampu meningkatkan konsentrasi nitrat sejak hari ke-0 hingga hari ke-12. Sama halnya dengan isolat yang diberikan variasi (NH 4 ) 2 SO 4 lainnya, konsentrasi nitrat yang mampu dihasilkan isolat Nitrobacter pada hari ke-16 dalam 1000 ppm (NH 4 ) 2 SO 4 ini mengalami penurunan. Kemampuan seluruh isolat untuk mengoksidasi nitrit menjadi nitrat dengan konsentrasi (NH 4 ) 2 SO 4 yang tinggi ini sangat tidak optimal. Rata-rata konsentrasi nitrat tiap interval waktu yang dihasilkan cenderung semakin rendah, sehingga secara umum diperoleh rata-rata peningkatan yang bernilai negatif. Namun begitu, dapat diperoleh 5 isolat dengan nilai rata-rata peningkatan konsentrasi tertinggi ataupun penurunan konsentrasi nitrat yang terkecil (Tabel Lampiran 6). Isolat-isolat tersebut antara lain isolat NBsp3 (1,29 ppm N-NO 3 ), NBkm2 (0,69 ppm N-NO 3 ), NBkm4 (-1,55 ppm N- NO 3 ), NBkb1 (-2,11 ppm N-NO 3 ), dan NBsp6 (-2,15 ppm N-NO 3 ). Peningkatan konsentrasi nitrat yang memiliki nilai negatif menunjukkan bahwa terjadi penurunan konsentrasi pada masa inkubasi tertentu. Hal ini sekaligus menunjukkan bahwa kemampuan isolat dalam menghasilkan nitrat pada konsentrasi 1000 ppm (NH 4 ) 2 SO 4 ini tidak dapat optimal karena konsentrasi yang diberikan ini cukup tinggi. Isolat NBkb1 dan NBsp6 menunjukkan rata-rata peningkatan konsentrasi nitrat dengan nilai negatif. Hal ini menunjukkan bahwa kemampuan dari kedua isolat tersebut semakin lama semakin menurun, sehingga hasil pengukuran konsentrasi nitrat tiap interval waktu bukanlah meningkat, namun justru konsentrasi nitrat tersebut semakin menurun. Penurunan kemampuan dari kedua isolat ini dapat dipengaruhi oleh berkurangnya jumlah populasi Nitrobacter.

43 33 (a) (b) Gambar 6. Konsentrasi nitrat yang dihasilkan oleh Nitrobacter dalam konsentrasi 1000 ppm (NH 4 ) 2 SO 4 oleh isolat: (a) NBsp1, NBkm1, NBkm2, NBkb1, NBkm3, NBam, NBkb2; (b) NBsp2, NBsp3, NBsp4, NBsp5, NBkb2, NBsp6, NBkm Pasangan-Pasangan Isolat Nitrosomonas dan Nitrobacter Unggul Berdasarkan hasil yang diperoleh dari tiap pengukuran konsentrasi amonium dan nitrat selama interval waktu hari ke-0 hingga ke-16, dapat dikatakan bahwa terdapat perbedaan kemampuan isolat Nitrosomonas dalam mengoksidasi amonium dan kemampuan isolat Nitrobacter dalam mengoksidasi nitrit menjadi nitrat untuk setiap perlakuan konsentrasi (NH 4 ) 2 SO 4. Dengan demikian dapat diperoleh isolat-isolat unggul yang dapat melakukan nitrifikasi dengan baik dibandingkan isolat lainnya. Dari masing-masing perlakuan tersebut, dipilih 5 isolat terbaik untuk masing-masing Nitrosomonas dan Nitrobacter.

44 34 Hasil penelitian Okabe et al., 1995, dalam Agustiyani et al., 2007, menunjukkan bahwa nitrifikasi sangat lambat dan tidak stabil walaupun jumlah bakteri nitrifikasi tinggi. Hal tersebut disebabkan di dalam sistem biofilm, populasi bakteri heterotropik mengkompetisi bakteri nitrifikasi dalam hal oksigen dan ruang yang menyebabkan terhambatnya proses nitrifikasi. Isolat Nitrosomonas yang paling cepat menurunkan konsentrasi amonium dalam 250 ppm (NH 4 ) 2 SO 4 adalah isolat NSsp1, NSkb1, NSkm3, NSam, serta NSsp2 dan isolat Nitrobacter yang mampu meningkatkan konsentrasi nitrat paling baik adalah isolat NBkm1, NBkb1, NBsp6, NBkm4, dan NBkm2. Dari pasangan tersebut, isolat NSkb1-NBkb1 merupakan pasangan isolat yang mampu mengoksidasi amonium sekaligus menghasilkan nitrat dengan baik. Isolat Nitrosomonas terbaik dalam 500 ppm (NH 4 ) 2 SO 4 adalah isolat NSsp1, NSkm1, NSkm2, NSkm3, dan NSsp3 serta isolat Nitrobacter terbaik adalah NBsp1, NBkb1, NBam, NBsp5, dan NBkm4. Berdasarkan pasangan yang diperoleh, isolat yang mampu melakukan nitrifikasi dengan baik adalah NSsp1- NBsp1. Sedangkan untuk 1000 ppm (NH 4 ) 2 SO 4, isolat terbaik adalah NSkm1, NSkm2, NSkb1, NSsp2, serta NSsp4 untuk Nitrosomonas dan isolat NBkm2, NBkb1, NBsp3, NBsp6, dan NBkm4 untuk Nitrobacter. Berdasarkan pasangan tersebut, pasangan isolat yang dapat melakukan proses nitrifikasi dengan baik adalah pasangan isolat NSkm2-NBkm2 dan NSkb1-NBkb1. Berdasarkan rata-rata penurunan konsentrasi amonium dan peningkatan konsentrasi nitrat, diperoleh bahwa baik isolat Nitrosomonas maupun Nitrobacter mampu melakukan nitrifikasi dengan baik pada pemberian 500 ppm (NH 4 ) 2 SO 4 dalam kulturnya. Hal ini dikarenakan rata-rata penurunan amonium yang terjadi sebesar 0,21 ppm dan rata-rata peningkatan nitrat yang terjadi sebesar 60,90 ppm dibandingkan dengan kultur yang diberikan konsentrasi 250 ppm dan 1000 ppm (NH 4 ) 2 SO 4. Dengan demikian, pasangan isolat Nitrosomonas dan Nitrobacter yang memiliki kemampuan dan viabilitas paling baik yaitu isolat NSsp1, NSkm1, NSkm2, NSkm3, dan NSsp3 untuk Nitrosomonas serta isolat NBsp1, NBkb1, NBam, NBsp5, dan NBkm4 untuk Nitrobacter. Berdasarkan hasil yang telah diperoleh tersebut, dapat dikatakan bahwa setiap isolat Nitrosomonas maupun Nitrobacter memiliki kemampuan yang

45 35 berbeda antara isolat satu dengan isolat lainnya meskipun berasal dari sumber isolat yang sama. Secara umum sumber isolat yang memiliki Nitrosomonas dan Nitrobacter dengan kemampuan nitrifikasi paling optimal yaitu tanah yang berada di sekitar kandang kambing lebih baik dibandingkan dengan isolat yang berasal dari tanah di sekitar kandang kerbau, tanah di sekitar kandang sapi, maupun tanah di sekitar kandang ayam Konsentrasi Amonium dan Nitrat oleh Gabungan Pasangan Isolat Nitrosomonas dan Nitrobacter Unggul Sebanyak masing-masing 5 isolat Nitrosomonas dan Nitrobacter yang telah diperoleh dari hasil seleksi akan dikombinasikan untuk selanjutnya dilakukan pengukuran gabungan konsentrasi amonium dan nitrat. Isolat bakteri penitrifikasi hasil seleksi yang terbaik merupakan isolat-isolat dari media dengan konsentrasi (NH 4 ) 2 SO 4 sebesar 500 ppm. Sebanyak 5 isolat Nitrosomonas terbaik yang mampu menurunkan konsentrasi amonium dengan cepat digabungkan dengan 5 isolat Nitrobacter yang paling cepat dalam meningkatkan konsentrasi nitrat. Penggabungan isolat Nitrosomonas dan Nitrobacter ini dilakukan dengan memasukkan masing-masing sebanyak 2.5 ml kultur masing masing isolat ke dalam 50 ml media baru. Pasangan isolat gabungan ini dilakukan dengan mengkombinasikan satu isolat Nitrosomonas dengan lima isolat Nitrobacter, begitu seterusnya hingga kelima isolat Nitrosomonas tersebut dikombinasikan semua dengan kelima isolat Nitrobacter. Sehingga diperoleh 25 pasang isolat gabungan Nitrosomonas - Nitrobacter. Kemudian, masing-masing pasangan isolat gabungan tersebut diukur konsentrasi amonium dan nitratnya. Pengukuran ini dilakukan pada hari ke-4 karena secara umum aktivitas masing-masing isolat Nitrosomonas - Nitrobacter paling optimum terjadi pada hari ke-4. Hasil dari pengukuran konsentrasi amonium dan nitrat dari tiap pasangan isolat Nitrosomonas - Nitrobacter tersebut dapat dilihat pada Tabel 4. Berdasarkan tabel tersebut, diperoleh masing-masing 10 pasang isolat gabungan Nitrosomonas - Nitrobacter yang mampu mengoksidasi amonium dan meningkatkan nitrat dengan sangat baik. Pasangan isolat yang mampu menurunkan konsentrasi amonium dengan cepat yaitu pasangan isolat NSsp3-

46 36 NBkm4 (8,29 ppm N-(NH 4 ) 2 SO 4 ); NSkm3-NBkm4 (6,45 ppm N-(NH 4 ) 2 SO 4 ); NSsp1-NBkb1 (3,78 ppm N-(NH 4 ) 2 SO 4 ); NSsp1-NBsp1 (3.69 ppm N- (NH 4 ) 2 SO 4 ); NSsp1-NBm4 (3,69 ppm N-(NH 4 ) 2 SO 4 ); NSkm2-NBkm4 (3,69 ppm N-(NH 4 ) 2 SO 4 ); NSsp3-NBsp5 (3,69 ppm N-(NH 4 ) 2 SO 4 ); NSkm3-NBkb1 (3,59 ppm N-(NH 4 ) 2 SO 4 ); NSkm2-NBkb1 (2,76 ppm N-(NH 4 ) 2 SO 4 ); dan NSkm3- NBsp5 (1,84 ppm N-(NH 4 ) 2 SO 4 ). Pasangan isolat yang mampu mengoksidasi amonium terbaik adalah pasangan isolat NSsp3-NBkm4 dan NSkm3-NBkm4. Pasangan isolat yang mampu meningkatkan konsentrasi nitrat terbaik antara lain pasangan isolat NSsp3-NBsp1 (12,82 ppm N-NO 3 ); NSkm2-NBsp1 (11,13 ppm N-NO 3 ); NSkm3-NBsp1 (6,07 ppm N-NO 3 ); NSkm3-NBam (6,07 ppm N-NO 3 ); NSsp3-NBam (4,81 ppm N-NO 3 ); NSsp3-NBsp5 (4,47 ppm N- NO 3 ); NSsp1-NBsp5 (4,39 ppm N-NO 3 ); NSkm2-NBkb1 (4,39 ppm N-NO 3 ); NSsp1-NBkm4 (3,96 ppm N-NO 3 ); dan NSkm3-NBkb1 (3,12 ppm N-NO 3 ). Pasangan isolat yang mampu meningkatkan nitrat dengan konsentrasi tertinggi adalah pasangan isolat NSkm2-NBsp1 dan NSsp3-NBsp1. Selain itu, diperoleh pula 5 pasangan isolat Nitrosomonas dan Nitrobacter yang mampu menurunkan konsentrasi amonium sekaligus meningkatkan konsentrasi nitrat dengan baik (baris yang berwarna abu-abu pada Tabel 4), yaitu pasangan isolat NSsp1-NBsp5, NSsp1-NBkm4, NSkm2-NBkb1, NSkm3-NBkb1, serta isolat NSsp3-NBsp5 (Tabel 4). Pasangan-pasangan isolat tersebut dapat dikatakan sebagai pasangan Nitrosomonas dan Nitrobacter yang mampu melakukan nitrifikasi paling baik, yaitu sampel yang mampu menurunkan konsentrasi amonium paling baik sekaligus meningkatkan konsentrasi nitrat paling baik pula. Berdasarkan Tabel 4, terdapat nilai konsentrasi amonium yang bernilai negatif. Konsentrasi bernilai negatif tersebut menunjukkan bahwa terjadi penurunan konsentrasi amonium dan sebaliknya untuk konsentrasi bernilai positif. Berbeda dengan konsentrasi amonium, pada konsentrasi nitrat diharapkan nilai yang sebaliknya, yaitu konsentrasi yang bernilai positif. Nilai konsentrasi yang positif tersebut menunjukkan terjadinya peningkatan konsentrasi nitrat, sedangkan nilai konsentrasi yang negatif menunjukkan hal yang sebaliknya.

47 37 Tabel 4. Konsentrasi Amonium dan Nitrat Isolat Gabungan Nitrosomonas Nitrobacter pada Hari Ke-4 dalam Konsentrasi 500 ppm (NH 4 ) 2 SO 4 Kode Isolat Penurunan Peningkatan Konsentrasi Konsentrasi Konsentrasi Konsentrasi Amonium Nitrat Amonium Nitrat ppm N-(NH 4 ) 2 SO ppm N-NO Blanko NSsp1-NBsp NSsp1-NBkb NSsp1-NBam NSsp1-NBsp NSsp1-NBkm NSkm1-NBsp NSkm1-NBkb NSkm1-NBam NSkm1-NBsp NSkm1-NBkm NSkm2-NBsp NSkm2-NBkb NSkm2-NBam NSkm2-NBsp NSkm2-NBkm NSkm3-NBsp NSkm3-NBkb NSkm3-NBam NSkm3-NBsp NSkm3-NBkm NSsp3-NBsp NSsp3-NBkb NSsp3-NBam NSsp3-NBsp NSsp3-NBkm

48 38 V. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan Sumber isolat berupa tanah yang berada di sekitar kandang ternak (sapi, kerbau, kambing, dan ayam) memiliki populasi bakteri penitrifikasi, yaitu Nitrosomonas dan Nitrobacter. Aktivitas isolat bakteri penitrifikasi paling optimal terjadi pada media spesifik dengan taraf konsentrasi (NH 4 ) 2 SO 4 sebesar 500 ppm (NH 4 ) 2 SO 4 dan pada waktu inkubasi 4 hari. Isolat bakteri penitrifikasi ( Nitrosomonas dan Nitrobacter ) yang diisolasi memiliki kemampuan berbeda dalam melakukan proses nitrifikasi, yaitu dalam hal menurunkan konsentrasi amonium dan meningkatkan konsentrasi nitrat. Isolat bakteri penitrifikasi yang berasal dari tanah di sekitar kandang kambing merupakan isolat yang memiliki kemampuan melakukan nitrifikasi paling cepat dibandingkan dengan isolat yang berasal dari tanah di sekitar kandang kerbau, tanah di sekitar kandang sapi, maupun tanah di sekitar kandang ayam. Isolat-isolat yang telah diperoleh dari berbagai tanah di sekitar kandang ternak tersebut mampu melakukan proses nitrifikasi dengan baik Saran Perlu dilakukan penelitian lanjutan dengan sampel tanah yang lainnya, sehingga diperoleh kultur stok bakteri penitrifikasi yang memiliki kemampuan baik dalam melakukan proses nitrifikasi, serta karakterisasi dan identifikasi terhadap bakteri penitrifikasi tersebut. Selain itu, perlu juga dilakukan analisis dengan alternatif metode lain yang tidak membutuhkan waktu lama dan bahanbahan yang mudah diperoleh. Perlu juga dilakukan aplikasi terhadap limbah domestik maupun limbah industri, khususnya yang mencemari lingkungan perairan, sehingga dapat diketahui efektivitas dari isolat-isolat bakteri penitrifikasi yang diperoleh dari berbagai tanah di sekitar kandang ternak tersebut.

49 39 DAFTAR PUSTAKA Agustiyani, D. dan I. Hartati Biodegradasi senyawa organik dan amonium dalam limbah cair industri minyak kelapa sawit dengan sistem pertumbuhan mikroorganisma terlekat. Berita Biologi 5 (2): Agustiyani, D., I. Hartati, G. Edi, dan K.D. Latifah Proses nitrifikasi oleh kultur mikroba penitrifikasi N-Sw dan zeolit. Berita Biologi 8 (5): Alexander, M Introduction to Soil Microbiology. 2 nd Edition. John Wiley and Sons. New York. Anonim Reduksi Amoniak Limbah Cair Industri Tekstil dengan Menggunakan Kultur Campuran Bakteri Nitrosomonas sp. dan Nitrobacter sp. [Diakses: 15 Januari 2011]. Davis, M.L. and D.A. Cornwell Introduction to Environmental Engineering. 2 nd Edition. McGraw-Hill. New York. Hairiah, K dan E, Handayanto Biologi Tanah. Adipura. Yogyakarta. Holt, J.G., Noel, R.K., Peter, H.A.S., and Stanley, J.T Bergeys Manual of Determinate Bacteriology. 9 th Edition. Williams and Wilkins. USA. Imas, T., R.S. Hadioetomo, A.W. Gunawan, dan Y. Setiadi Mikobiologi Tanah II. Pusat Antar Universitas Bioteknologi. Institut Pertanian Bogor. Bogor. Iswandi, A Biologi Tanah dalam Praktek Bagian I. Pusat Antar Universitas Bioteknologi. Institut Pertanian Bogor. Bogor. Jenie, B.S.L. dan W.P. Rahayu Penanganan Limbah Industri Pangan. Pusat Antar Universitas Pangan dan Gizi, IPB. Bogor. King, D. and Nedwell, D.B The influence of nitrate concentration upon the end products of nitrate dissimilation by bacteria in anaerobic salt marsh sediment. FEMS Microbiol Ecol 31: Kuhn, D.D., D.D. Drahos, M. Lori, and J.F.Jr. George Evaluation of nitrifying bacteria product to improve nitrification efficacy in recirculating aquaculture systems. Aquaculture Engineering 43 (2010): Leiwakabessy, F.M., U.M. Wahjudin, dan Suwarno Kesuburan Tanah. Jurusan Tanah Fakultas Pertanian IPB. Bogor. Magdalena Kualitas Biologis dan Manipulasi Mikroba: Bakteri Nitrifikasi. AIR_BIOLOGIS_dan_Manipulasi_Bakteri_Nitrifikasi.pdf. [Diakses: 18 Oktober 2010].

50 40 Mathius, W Kotoran Kambing-Domba pun Bisa Bernilai Ekonomis. [Diakses:24 September 2010]. Nestiti, Y Optimasi Pengunaan Isolat Bakteri Nitrifikasi Indigen untuk Pengendalian Kualitas Air pada Kultur Postlarva Udang Putih (Litopenaeus vannamei Boone). http//: Optimasi Pengunaan Isolat Bakteri Nitrifikasi Indigen Untuk Pengendalian Kualitas Air pada Kultur Postlarva Udang Putih (Litopenaeus vannamei Boone)-Yayi-S1.pdf. [Diakses: 18 Oktober 2010]. Notohadiprawiro, T Tanah dan Lingkungan. Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi Departemen Pendidikan dan Kebudayaan. Jakarta. Paul, E.A. and F.E. Clark Soil Microbiology and Biochemistry. 2 nd Edition. Academic Press. USA. Paungfoo, C., P. Poonsuk, C.B. Paul, I. Nugul, and L.B. Linda Nitrifying bacterial communities in an aquaculture wastewater treatment system using Fluorescence In Situ Hybridization (FISH), 16S rrna gene cloning, and phylogeneic analysis. Biotechnology and Bioengineering 97 (4): Pelczar, M.J. and Chan, E.C.S Dasar-Dasar Mikrobiologi. Edisi 2. Terjemahan Hadioetomo, R.S., Imas, T., Tjitrosomo, S.S., dan Angka, S.L. UI Press. Jakarta. Purnamasari, H Aplikasi Teknik Biofilter untuk Penghilangan Gas NH 3 oleh Bakteri Nitrosomonas sp. dengan Menggunakan Bahan Pengisi Kompos, Arang Sekam, dan Serasah di Pabrik Lateks Pekat. [Skripsi]. Fakultas Teknologi Pertanian. Institut Pertanian Bogor. Bogor. Rao, N.S Mikroorganisme Tanah dan Pertumbuhan Tanaman. Edisi 2. Terjemahan Susilo, Herawati. UI Press. Jakarta. Simanungkalit, R.D.M., R. Saraswati, dan H. Edi Metode Analisis Biologi Tanah. Balai Besar Litbang Sumberdaya Lahan Pertanian. Bogor. Spotte, S Fish and Invertebrate Culture. Water Management in Closed System. 2 nd Edition. A Willey Int. Pub. John Willey and Sons. New York. Stanier, R.Y., A.A. Edward, and I. John The Microbial World. 4th Edition. Prentice-Hall, Inc. Englewood Cliffs. New Jersey. Sulaeman, Suparto, dan Eviati Petunjuk Teknis Analisis Kimia Tanah, Tanaman, Air, dan Pupuk. Edisi 2. Hal. 127; Hal Balai Penelitian Tanah. Bogor. Sumarsih Nutrisi dan Medium Kultur Mikroba. [Diakses: 24 September 2010].

51 41 Sutedjo, M.M., A.G. Kartasapoetra, dan S. Sastroatmodjo Mikrobiologi Tanah. Rineka Cipta. Jakarta. Tresnawati, T Aktivitas Bakteri Pengoksidasi Amonium Isolat ASR1 dan ASR2 Asal Tambak Udang pada Sumber Karbon dan Salinitas yang Berbeda. Skripsi. Departemen Biologi Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Institut Pertanian Bogor. Bogor. Warlina, L Pencemaran Air: Sumber, Dampak, dan Penanggulangannya. Pengantar ke Falsafah Sains (PPS702). ipb/08234/lina_warlina.pdf. [Diakses: 15 Januari 2011].

52 L A M P I R A N 42

53 43 Tabel Lampiran 1. Konsentrasi Amonium dan Nitrat oleh Nitrosomonas dalam 250 ppm (NH 4 ) 2 SO 4 Kode Isolat Rata-rata Penurunan Konsentrasi Amonium Hari Ke- Konsentrasi Nitrat Hari Ke- Konsentrasi ppm N-(NH 4 ) 2 SO ppm N-NO Rata-rata Peningkatan Konsentrasi Blanko

54 44 Tabel Lampiran 2. Konsentrasi Amonium dan Nitrat oleh Nitrosomonas dalam 500 ppm (NH 4 ) 2 SO 4 Kode Isolat Rata-rata Penurunan Konsentrasi Amonium Hari Ke- Konsentrasi Nitrat Hari Ke- Konsentrasi ppm N-(NH 4 ) 2 SO ppm N-NO Rata-rata Peningkatan Konsentrasi Blanko

55 45 Tabel Lampiran 3. Konsentrasi Amonium dan Nitrat oleh Nitrosomonas dalam 1000 ppm (NH 4 ) 2 SO 4 Kode Isolat Rata-rata Penurunan Konsentrasi Amonium Hari Ke- Konsentrasi Nitrat Hari Ke- Konsentrasi ppm N-(NH 4 ) 2 SO ppm N-NO Rata-rata Peningkatan Konsentrasi Blanko

56 46 Tabel Lampiran 4. Konsentrasi Amonium dan Nitrat oleh Nitrobacter dalam 250 ppm (NH 4 ) 2 SO 4 Kode Isolat Rata-rata Penurunan Konsentrasi Amonium Hari Ke- Konsentrasi Nitrat Hari Ke- Konsentrasi Rata-rata Peningkatan Konsentrasi ppm N-(NH 4 ) 2 SO ppm N-NO Blanko

57 47 Tabel Lampiran 5. Konsentrasi Amonium dan Nitrat oleh Nitrobacter dalam 500 ppm (NH 4 ) 2 SO 4 Kode Isolat Rata-rata Penurunan Konsentrasi Amonium Hari Ke- Konsentrasi Nitrat Hari Ke- Konsentrasi ppm N-(NH 4 ) 2 SO ppm N-NO Rata-rata Peningkatan Konsentrasi Blanko

58 48 Tabel Lampiran 6. Konsentrasi Amonium dan Nitrat oleh Nitrobacter dalam 1000 ppm (NH 4 ) 2 SO 4 Kode Isolat Rata-rata Penurunan Konsentrasi Amonium Hari Ke- Konsentrasi Nitrat Hari Ke- Konsentrasi ppm N-(NH 4 ) 2 SO ppm N-NO Rata-rata Peningkatan Konsentrasi Blanko

59 49 Tabel Lampiran 7. Standar Amonium Konsentrasi (ppm) Absorbance Gambar Lampiran 1. Kurva standar amonium Tabel Lampiran 8. Standar Nitrat Konsentrasi (ppm) Absorbance

60 50 Gambar Lampiran 2. Kurva standar nitrat Tabel Lampiran 9. Populasi Nitrosomonas sp. dari Beberapa Sampel Tanah Kode Isolat Hasil MPN Populasi Batas Atas Batas Bawah SK (α=95%) sel x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x 10 4 Tabel Lampiran 10. Populasi Nitrobacter sp. dari Beberapa Sampel Tanah Kode Isolat Hasil MPN Populasi Batas Atas Batas Bawah SK (α=95%) sel x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x 10 3

61 51 Sapi Kerbau Kambing Ayam Gambar Lampiran 3. Lokasi pengambilan sumber isolat Komposit (ukuran ±100 x 100 cm; h= 0-20 cm) Gambar Lampiran 4. Pengambilan sumber isolat Inokulasi dalam media spesifik Perubahan warna media Nitrosomonas tumbuh pada media Gambar Lampiran 5. Enrichment culture Nitrosomonas sp. Inokulasi dalam media spesifik Kiri ke kanan: Tidak diinokulasi (bening); Diinokulasi (keruh) Gambar Lampiran 6. Enrichment culture Nitrobacter sp.

62 52 Hari ke-0 Hari ke-4 Hari ke-8 Hari ke-12 Hari ke-16 (a) Hari ke-0 Hari ke-4 Hari ke-8 Hari ke-12 Hari ke-16 (b) Hari ke-0 Hari ke-4 Hari ke-8 Hari ke-12 Hari ke-16 (c) Gambar Lampiran 7. Pengukuran konsentrasi amonium dalam konsentrasi (NH 4 ) 2 SO 4 sebesar: (a) 250 ppm; (b) 500 ppm; (c) 1000 ppm 52

63 53 Hari ke-0 Hari ke-4 Hari ke-8 Hari ke-12 Hari ke-16 (a) Hari ke-0 Hari ke-4 Hari ke-8 Hari ke-12 Hari ke-16 (b) Hari ke-0 Hari ke-4 Hari ke-8 Hari ke-12 Gambar Lampiran 8. Pengukuran konsentrasi nitrat dalam konsentrasi (NH 4 ) 2 SO 4 sebesar : (a) 250 ppm; (b) 500 ppm; (c) 1000 ppm (c) Hari ke-16 53