Pengaruh Aplikasi Bakteri Metanotrof dan Pereduksi N2O terhadap Emisi CH4 dan N2O, Pertumbuhan Padi, serta Komunitas Bakteri di Lahan Sawah

Abstract

Peningkatan konsentrasi gas rumah kaca (GRK) di atmosfer menyebabkan peningkatan dampak pemanasan global. Metana (CH4) dan dinitrogen monoksida (N2O) merupakan gas rumah kaca penting di atmosfer. Konsentrasi CH4 dan N2O masing-masing menempati urutan terbesar kedua dan ketiga setelah karbon dioksida (CO2). CH4 dan N2O berkontribusi terhadap pemanasan global sebesar 25 dan 298 kali lebih tinggi daripada CO2. Salah satu sumber emisi CH4 dan N2O yang disebabkan oleh aktivitas manusia adalah lahan sawah. Salah satu upaya dalam menurunkan emisi CH4 dan N2O di lahan sawah adalah aplikasi bakteri pengoksidasi CH4 dan pereduksi N2O. Bakteri metanotrof mampu mengoksidasi CH4 dan beberapa jenis bakteri tersebut memiliki kemampuan menambat nitrogen di atmosfer, sehingga dapat dimanfaatkan sebagai agen penyuplai nitrogen untuk pertumbuhan tanaman padi. Aplikasi bakteri metanotrof dan pereduksi N2O diduga berdampak pada komunitas bakteri di lahan sawah. Komunitas bakteri di lingkungan dapat dikaji melalui pendekatan metagenom. Polimerase chain reaction - denaturating gradient gel electrophoresis (PCR-DGGE) merupakan salah satu metode metagenom yang memisahkan fragmen DNA berukuran sama dengan sekuens nukleotida yang berbeda. Penelitian ini bertujuan menguji efektivitas bakteri metanotrof dan pereduksi N2O dalam menurunkan emisi CH4 dan N2O, memacu pertumbuhan tanaman padi, serta menganalisis pengaruhnya terhadap komunitas bakteri di lahan sawah. Penelitian ini dilakukan melalui beberapa tahapan yang meliputi persiapan kultur bakteri, analisis sifat fisik dan kimia tanah, pengolahan lahan sawah dan persiapan benih padi, uji efektivitas bakteri, pengukuran pertumbuhan dan hasil panen tanaman padi, pengukuran emisi CH4 dan N2O, pengambilan sampel tanah dan ekstraksi DNA, amplifikasi fragmen gen 16S rRNA, DGGE, analisis profil DGGE, elusi DNA dan re-PCR, serta analisis sekuens DNA. Padi ditanam dalam 2 perlakuan, yaitu pupuk urea 100% tanpa bakteri (B0) dan pupuk urea 50% dengan bakteri (B1). Setiap perlakuan dilakukan pada 5 petak terpisah dengan luas masing-masing ±300 m2. B0 merupakan perlakuan kontrol yang diberikan pupuk urea sebanyak 243 kg ha-1 tanpa aplikasi bakteri. Sementara itu, perlakuan pupuk urea 50% dengan bakteri (B1) dilakukan dengan pemberian pupuk urea sebanyak 107 kg ha-1 dan bakteri metanotrof (Methylocystis rosea BGM1, Methylocystis parvus BGM3, Methylococcus capculatus BGM9, dan Methylobacter sp. SKM14) serta pereduksi N2O (Ochrobactrum anthropi BL2). Teknik penanaman padi dilakukan sesuai dengan kebiasaan petani di Kabupaten Tegal, Jawa Tengah. Pertumbuhan dan hasil panen tanaman padi diamati pada 36, 69, dan 106 hari setelah tanam (HST). Tanaman padi yang diberi pupuk urea 50% dengan bakteri (B1) memiliki pertumbuhan dan hasil panen yang lebih tinggi dibandingkan pupuk urea 100% tanpa bakteri (B0) (P<0.05). Aplikasi bakteri metanotrof dan pereduksi N2O mampu menurunkan persentase bulir hampa sebesar 13.04% dan meningkatkan produktivitas padi hingga 50.08%. Pengukuran emisi CH4 dan N2O dilakukan di setiap perlakuan pada fase vegetatif dan generatif padi. Hasil menunjukkan terdapat perbedaan emisi CH4 dan N2O antarperlakuan. Aplikasi bakteri metanotrof dan pereduksi N2O menyebabkan penurunan emisi CH4 pada fase vegetatif dan generatif padi masing-masing sebesar 10.22 dan 5.51 mg CH4m-2 hari-1. Sementara itu, N2O juga mengalami penyerapan di lahan sawah yang diberi bakteri hingga 0.57 mg N2O m-2 hari-1 pada fase vegetatif dan 0.27 mg N2O m-2 hari-1 pada fase generatif padi. Struktur komunitas bakteri di lahan sawah pada setiap perlakuan diamati pada 0 (sebelum aplikasi bakteri), 36 (fase vegetatif padi), 69 (fase generatif padi), dan 106 HST (pematangan bulir). Jumlah dan kelimpahan relatif OTU mengalami fluktuasi selama masa pertumbuhan padi. Secara umum, keragaman bakteri di perlakuan pupuk urea 100% tanpa bakteri (B0) (23-29 OTU) lebih tinggi dibandingkan perlakuan pupuk urea 50% dengan bakteri (B1) (15-28 OTU). Perbedaan jumlah OTU terjadi pada 36 HST, yaitu hanya terdapat 15 OTU pada perlakuan B0 (36B0), sedangkan terdapat 29 OTU pada perlakuan B1 (36B1). Meskipun demikian, terjadinya penurunan jumlah OTU pada 36 HST (36B1) diiringi dengan peningkatan kelimpahan relatif OTU yang ada. Bakteri metanotrof tipe II (OTU 17) dan Methylocystis sp. (OTU 18) yang dominan di perlakuan pupuk urea 50% dengan bakteri pada 36 HST (36B1) menunjukkan bahwa bakteri inokulan diduga kuat mampu beradaptasi di sawah, serta aktif berkontribusi dalam oksidasi CH4 dan fiksasi N2. Analisis sekuens DNA menunjukkan bahwa 23 pita DGGE dari semua perlakuan memiliki kemiripan dengan uncultured bacteria. Populasi bakteri yang ada di lahan sawah selama fase vegetatif dan generatif padi termasuk ke dalam 5 filum, yaitu Proteobacteria (Alphaproteobacteria dan Deltaproteobacteria), Actinobacteria, Nitrospirae, Firmicutes, dan Acidobacteria. Alphaproteobacteria menjadi kelompok yang dominan di lahan sawah tersebut. Analisis pengelompokan (clustering analysis) menunjukkan bahwa struktur komunitas bakteri sebelum aplikasi bakteri di antara 2 perlakuan (0B0 dan 0B1) memiliki kemiripan yang tinggi dengan indeks similaritas 0.90. Hasil menunjukkan bahwa aplikasi bakteri metanotrof dan pereduksi N2O berdampak sementara terhadap komunitas bakteri di tanah sawah, yaitu pada 36 HST. Selanjutnya, komunitas bakteri pada 69 dan 106 HST relatif tidak berbeda antarperlakuan.