PTT 101, Science of Soils Soil Biology

Soil is alive! Ekologi Tanah, gabungan: Ekologi (orientasi organisma) Ilmu Tanah: klasifikasi, genesis, fisika, kimia, biologi  Overlap ke dua ilmu TANAH : Bahan inorganik (liat, debu, pasir) Bahan organik Hidup (biomas) Mati (nekromas) Air Udara GOOD SOIL, MORE DIVERSITY !

PENDAHULUAN PERAN PENTING BIOLOGI TANAH KESUBURAN TANAH PERTUMBUHAN TANAMAN KELESTARIAN LINGKUNGAN

Biology Soil Fertility Organisms (BIOTA) ~ involve in chemical & physical processes Soil as energy & nutrient source of biota except: Plants & mikrobia photo-autotroph ~ sun light energy source Microbial chemoautotroph ~ inorganic; CO2 from the atmosfer Symbiont ~plant roots ~ fixed N from the air

TANAH SEBAGAI EKOSISTEM BIOTIK FAUNA TANAH FLORA TANAH ABIOTIK PARTIKEL TANAH UDARA TANAH AIR TANAH HABITAT BAGI JASAD HIDUP TANAH DAN TANAMAN

JASAD HIDUP TANAH FAUNA MIKRO MESO MAKRO SEMUT RAYAP CACING TANAH METAZOA ARTROPODA MESO PROTOZOA AMOEBA NEMATODA COLLEMBOLA MAKRO SEMUT RAYAP CACING TANAH

BIOTA pada berbagai kondisi AIR TANAH Uap air 4.7>pF>2.5 KR = 100% Air kapiler Migrasi Collembola Fase 2 Fase 1 2.5>pF>0 KR = 100% Tt = T0 = 100C Air bebas Collembola & kutu

The size of some soil components Diameter, µm Sand particle 2000 - 20 Roots 200 Soil pore >50 Silt Particle 20 - 2 Root hair 10 Bacterium 1 Storage pore 50 – 0.5 Clay particle < 2 Residual pore <0.5 Aluminium atom 5 x 10-5

Animals (Fauna) Macro Micro Largely herbivores & Detrivores Squirells,geopers, woodchucks, mice Insects, springtail, ants, beetles, grubs, etc Millipides, woodlice, mites, slugs, snails, earthworm Largely Predators Moles, insects, ants, beetles, mites, spiders Largely Detrivores, Predators, or Parasites Nematodes Protozoa Rotfers

Plants (Flora) Roots of higher plants Algae Green Blue green Diatoms Bacteria Aerobic Anaerobic Autotrophic Heterotrophic Fungi Mushroom fungi Yeast Molds Actino-mycetes of many kinds

Classification of soil organisms according to body with (Wood, 1989) Grouping Body with Organisms Microflora < 10 µ m Bacteria, fungi Microfauna < 100 µ m Protozoa, nematodes Mesofauna < 2 mm Collembola, acari, enchytaeids, termites Macrofauna <20 mm Millipedes, isopods, insects, molluses, earthworms

Belowground ZOO Herbi - & detritivores Predators ant snail millipede Beetle larva Herbi - & detritivores Predators millipede ant termite earthworm centipede scorpion spider Staphylinid beetle nematoda bacteria fungi Collembola dungbeetle Isopoda algae protozoa snail Belowground ZOO

Komponen Biota Tanah Komponen biota tanah yg hidup bebas : bakteri, fungi, algae dan fauna. Juga virus yg tumbuh hanya di dlm sel hidup organisme lain Virus, terdiri dr molekul DNA dan RNA di dlm selubung protein. Secara metabolik, virus tdk melakukan respirasi atau fungsi biosintesis. Memperbanyak diri hanya di dlm sel-sel inang Menginduksi sel inang hidup utk menghasilkan komponen virus yg diperlukan, virus2 baru keluar dari sel dgn kemampuan menyerang sel baru. Virus dpt menginfeksi baik manusia, hewan, tanaman, mikroba

Soil Bacteria

Mycorrhiza To improve P-uptake by plants: To extend the volume of soil through its mycellium Sollubilising unavailable P

Bakteri Bakteri adl mikroba yg paling dominan di tanah. Bkt tdk memiliki membran inti (prokariot), nukleoplasma tdk terpisah dari sitoplasma. Ddg sel bakt utamanya tersusun dr peptidoglikan dan reproduksi melalui pembelahan biner. Bakteri predominan di tanah adl genus Arthrobacter (40%) (plate count method). Ciri, pleomorfisme, Gram variabel dan motil. Pada awal pertumb. sel G- batang dan kmd sel menjadi G+ batang pendek dan G+ bulat. Sel batang panjang dan bercabang dapat diamati setelah 2 jam inokulasi. Laju pertumb lamban (membentuk koloni kecil pd agar). Kelompok bakteri terbanyak kedua (5-20%) di tanah adl. Streptomyces, Pseudomonas, dan Bacillus. Dari hasil isolasi dr tanah, sekitar 90% aktinomisetes adl genus Streptomyces.

Pada cawan agar, Streptomyces memiliki miselium bercab dan koloni padat. Reproduksi melalui produksi spora aerial dan melalui fragmentasi miselium. Bersifat G+ dan heterotrof oksidatif. Tidak toleran thd tanah dg air melimpah dan kondisi asam, serta kurang toleran thd kekeringan. Penyebab penyakit bopeng kentang. Bbrp isolat mampu menghasilkan antibiotik. Genus Pseudomonas memiliki sel bentuk batang lurus atau bengkok dgn flagella polar. Umumnya aerobik, kecuali species denitrifikan yg menggunakan nitrat sbg akseptor elektron. Kebanyakan species heterotrofik, bbrp kemolitotrofik (Menggunakan H2 atau CO sbg sumber energi). Bbrp species penyebab penyakit tanaman. Bbrp species juga menghasilkan pigmen fluoresens terutama dlm media tanpa besi. Bbrp species diketahui sebagai agensia biokontrol penyakit tanaman, produksi antibiotik dan pendegradasi senyawa xenobiotik.

Anggota genus Bacillus : sel bentuk batang, G+ sampai G-variabel, motil, endospora tahan thd pemanasan. Kebanyakan heterotrof, metabolisme dengan respirasi atau fermentasi atau keduanya. Bbrp species fakultatif kemolitotrofik yi menggunakan H2 sbg sumber energi dlm ketiadaan karbon organik. Species B. polymyxa mampu menambat N2. Bbrp species mampu menghasilkan enzim litik dan antibiotik (klas polipeptida). Bbrp species diketahui sebagai agensia biokontrol utk serangga (B. thuringiensis) dan tanaman (B. subtilis). B. anthracis adl penyebab penyakit anthrak pada binatang. Kisaran toleransi temperatur : -5 sampai 75 oC, thd asam 2 – 8, dan thd garam sampai 25% NaCl.

Bakteri penambat N yang termasuk asimbiotik (asosiatif) : Azotobacter, Azomonas, Beijerenckia, Derxia, Azospirillum dan yang simbiotik : Rhizobium dan Bradhyrhizobium. Umumnya bersifat heterotrof aerobik, kecuali Azospirillum (mikroaerofilik). Berperan penting dalam peningkatan pertumb tanaman, beberapa digunakan sebagai agensia biofertilizer.

Fungi Fungi termasuk mikroba eukariot, heterotrof dan pendekomposisi utama sisa-sisa bahan organik. Beberapa species diketahui sebagai patogen tanaman (Fusarium, Sclerotium, Phytophthora, , Rhizoctonia) dan beberapa juga dikenal sebagai antagonis patogen (Trichoderma, Gliocladium), beberapa mampu menghasilkan antibiotik (Penicillium, Trichoderma)

Key biological functions Biological/functional group Decomposition Residue-borne microorganisms, C-sequestration Microbial biomass (especially fungi), macrofauna building compact structures N-fixation Free and symbiotic N-fixers OM/ nutrients redistribution Roots, mycorrhizas, soil macrofauna Nutrient cycling, mineralization/ immobilization Soil microrganisms, soil microfauna Bioturbation Roots, soil macrofauna Soil aggregation Roots, fungal hyphae, soil macrofauna, soil mesofauna Population control Predators/grazers, parasites, pathogens Key biological functions

Soil microflora (ultimate decomposers) Energy+CO2 input Energy + CO2 loss SOIL FAUNA Detritivores Carnivores (predators, parasites) Primary consumers Secondary consumers Tertiary consumers Soil humus Detritus Feces & dead bodies Microphytic feeders Feces & dead bodies Soil microflora (ultimate decomposers)

Channeling Water

Natural Soil Mixing (Bioturbation) Termites (rayap) Ants (semut) Earthworms, cacing tanah Roots (akar) Soil engineering

Old tree root channel Bioturbation

Kelompok cacing tanah berdasarkan tipe ekologinya

Symbiotic: bacteria and plants (e.g., legumes + rhizobium Sengon Bacteria require plant for growth; plant gains ‘free’ source of available N

NOT all Organisms are usefull for plant growth Nematode