Keragaman dan Kelimpahan Bakteri yang Berperan dalam Siklus Nitrogen di Kawasan Hutan Hujan Tropis dan Perkebunan Kelapa Sawit Jambi

Abstract

Perubahan tata guna lahan menjadi perkebunan sawit dapat mengubah dominasi dan aktivitas bakteri tanah. Perubahan komunitas bakteri tanah secara langsung dapat mempengaruhi fungsi ekosistem tanah, terutama siklus karbon dan nitrogen. Nitrogen dapat menjadi pembatas nutrisi dan ketersediaan nitrogen di lingkungan tanah menjadi faktor utama dalam mengendalikan produksi biomassa. Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari kelimpahan dan keragaman dari komunitas bakteri penambat N2, pengoksidasi nitrogen, pereduksi nitrogen, dan amonifikasi berdasarkan gen fungsional di hutan hujan tropis Taman Nasional Bukit Duabelas (TNBD) dan hutan transformasi yaitu lahan perkebunan sawit di Sarolangun Jambi. Pengambilan sampel tanah dilakukan secara random pada tiga titik yang mewakili setiap lahan hutan hujan tropis TNBD dan hutan transformasi perkebunan kelapa sawit yang telah berumur 7-8 tahun. Sampel tanah diambil menggunakan soil sample core pada ke dalaman 0-15 cm dengan ke dalaman 0-5 cm, 5- 10 cm dan 10- 15 cm. Komposit dilakukan terhadap sampel dari masingmasing titik sesuai dengan tingkatan ke dalamannya. Sampel tanah disimpan pada suhu -20 oC sebelum pengujian. Kelimpahan bakteri tanah diukur dengan menggunakan metode Most Probable Number (MPN). Keragaman bakteri dianalisis dengan metode polimerase chain reaction-denaturing gradient gel electrophoresis (PCR-DGGE). Kelimpahan bakteri penambat N2 tertinggi terdapat pada perkebunan sawit ke dalaman 10-15 cm (6.08 Log sel g-1) dan kelimpahan terendah terdapat pada hutan hujan tropis ke dalaman 0-5 cm (3.04 Log sel g-1). Bakteri nitrifikasi dengan kelimpahan tertinggi terdapat pada hutan hujan tropis ke dalaman 0-5cm (7.56 Log sel g-1). Kelimpahan terendah terdapat pada hutan hujan tropis ke dalaman 10-15 cm (3.18 Log sel g-1). Bakteri denitrifikasi memiliki kelimpahan yang semakin meningkat dengan bertambahnya ke dalaman tanah. Kelimpahan tertinggi terdapat pada perkebunan kelapa sawit ke dalaman 10-15 cm (7.66 Log sel g-1) dan kelimpahan terendah terdapat pada ke dalaman 0-5 cm (4.43 Log sel g-1). Bakteri pereduksi NO3 - menjadi NH4 + (DNRA) dapat ditemukan dengan kelimpahan yang semakin meningkat dengan bertambahnya ke dalaman. Kelimpahan tertinggi terdapat pada perkebunan kelapa sawit ke dalaman 10-15 cm (7.66 Log sel g-1) dan kelimpahan terendah ke dalaman 0-5 cm (6.04 Log sel g-1). Kelompok bakteri amonifikasi kelimpahan tertinggi terdapat pada perkebunan kelapa sawit ke dalaman 5-10 cm (5.56 Log sel g-1) dan kelimpahan terendah terdapat pada ke dalaman 0-5 cm (4.18 Log sel g-1). Kelimpahan bakteri tanah yang berperan dalam metabolisme nitrogen di lahan perkebunan sawit di Jambi tertinggi ditemukannya bakteri pereduksi nitrogen, pengoksidasi nitrogen, penambat nitrogen, dan amonifikasi. Keragaman bakteri tanah penambat N2 berdasarkan PCR-DGGE diperoleh 17 pita gen nifH yang berhasil diamplifikasi. Pita tersebut memiliki kesamaan dengan Pelomonas saccharophila yang termasuk ke dalam β proteobacteria, Rhodopseudomonas yang termasuk ke dalam kelompok α proteobacteria, dan uncultured bacteria. Keragaman gen nifH di lahan perkebunan sawit tidak berbeda nyata dengan hutan hujan tropis TNBD. Keragaman tertinggi terdapat di lahan perkebunan sawit. Struktur komunitas bakteri ammonifikasi di sampel tanah hutan hujan tropis lebih bervariasi dibandingkan dengan perkebunan kelapa sawit. Pita yang berhasil diamplifikasi ulang sebanyak 12 pita yang memiliki kesamaan dengan uncultured soil bacteria. Keragaman gen nosZ antara hutan hujan tropis dan perkebunan kelapa sawit tidak berbeda nyata. Sebanyak 5 pita DNA yang berhasil diamplifikasi ulang menunjukkan memiliki sekuen dengan Azospirillum sp, dan uncultured bacteria. Keragaman gen amoA di perkebunan kelapa sawit sedikit lebih tinggi dibandingkan hutan hujan tropis. Persentase ragam bakteri yang berperan dalam siklus N yang dominan dan selalu ada di perkebunan sawit (SA, SB) serta hutan hujan tropis (TC, TD), untuk bakteri penambat N2 berdasarkan gen nifH variasinya tinggi dan relatif beragam. Pada perkebunan kelapa sawit total dominasinya berkisar antara 47-50%. Dominasi pada hutan hujan tropis lebih tinggi berkisar antara 67-78%. OTU dominan yang selalu ada di setiap lokasi adalah no 3 dan 24, artinya pada lahan perkebunan sawit dan hutan hujan tropis sama-sama di dominasi oleh spesies no 3 dan 24. OTU yang berhasil di sekuen yaitu no 1 dan 3. OTU 1 mempunyai kemiripan dengan Uncultured bacterium nifH gene clone Sphag7.58 dan OTU no 3 mempunyai kemiripan dengan Uncultured nitrogen-fixing bacterium clone Vmon31. Bakteri dominan untuk amonifikasi berdasarkan gen ureC relatif seragam baik di hutan hujan tropis maupun di perkebunan kelapa sawit, dominasi yang ada 73-76%. Jika dihubungkan dengan OTU dominan yang berhasil di sekuen ada dua OTU yaitu no 8 dan 10. OTU no 8 mempunyai kemiripan sekuen dengan Uncultured bacterium clone B15-U-39 urea amidohydrolase (ureC) gene, partial cds, dan OTU no 10 mempunyai kemiripan sekuen dengan Uncultured soil bacterium partial ureC gene for urease subunit alpha, clone D15P2U14. Bakteri dominan untuk nitrifikasi berdasarkan gen amoA juga mempunyai variasi yang tinggi, antara perkebunan kelapa sawit dan hutan hujan tropis jauh berbeda. Untuk perkebunan kelapa sawit persentase yang selalu ada itu menguasai 43-47% dan untuk hutan hujan tropis 56-74%. Pertumbuhan bakteri nitrifikasi sangat dipengaruhi oleh kandungan bahan organiknya. Bahan organik adalah salah satu sumber nitrogen di hutan yang merupakan hasil dekomposisi bahan organik yang membentuk NH4 + yang dapat dijadikan sebagai substrat awal proses nitrifikasi. Pada lahan perkebunan dengan pemberian pupuk nitrogen dapat meningkatkan ketersediaan NH4 + yang dapat meningkatkan laju nitrifikasi. Bakteri dominan untuk denitrifikasi berdasarkan gen nosZ mempunyai variasi yang tinggi, diduga sumber karbon dan jenisnya berbeda, sehingga antara sawit (SA dan SB) persentase dominannya berbeda dan antara sawit dan hutan juga berbeda dominansinya. Jika dihubungkan dengan filogenetik, OTU yang dominan yang berhasil di sekuen yaitu no 1 dan no 7. OTU no. 1 mempunyai kemiripan sekuen dengan Azospirillum sp TSO35-2 nosZ gene dan OTU no. 7 mempunyai kemiripan sekuen dengan Uncultured Azospirillum sp. isolate DGGE gel band A1 nitrous oxide reductase (nosZ) gene.