Mata Kuliah : Mikrobiologi Tanah

DAUR BIOGEOKIMIA : DAUR SULFUR

Anggota

FAKULTAS BIOLOGI

UNIVERSITAS GADJAH MADA

YOGYAKARTA

2013

BAB I

PENDAHULUAN

A.    Latar Belakang

Ekologi biasanya didefinisikan sebagai ilmu tentang interaksi antara

organisme - organisme dan lingkungannya. Berbagai ekosistem dihubungkan satu sama

lain oleh proses-proses biologi, kimia, dan fisika.Masukan dan buangan energi, gas,

bahan kimia anorganik dan organik dapat melewati batasan ekosistem melalui perantara

faktor meteorologi seperti angin dan presipitasi, faktor geologi seperti air mengalir dan

daya tarik dan faktor biologi seperti gerakan hewan. Jadi, keseluruhan bumi itu sendiri

adalah ekosistem, dimana tidak ada bagian yang terisolir dari bagian yang lain.

Ekosistem keseluruhannya biasanya disebut sebagai biosfer.

Biosfer terdiri dari semua organisme hidup dan lingkungan biosfer membentuk

“shell” (kulit), relatif tipis di sekeliling bumi, berjarak hanya beberapa mil di atas dan di

bawah permukaan air laut. Kecuali energi, biosfer sudah bisa mencukupi dirinya sendiri,

semua persyaratan hidup yang lain seperti air, oksigen, dan hara dipenuhi oleh

pemakaian dan daur ulang bahan yang telah ada dalam sistem tersebut.

Materi yang menyusun tubuh organisme berasal dari bumi. Materi yang berupa

unsur-unsur terdapat dalam senyawa kimia yang merupakan materi dasar makhluk

hidup dan tak hidup. Siklus biogeokimia atau siklus organikanorganik adalah siklus

unsur atau senyawa kimia yang mengalir dari komponen abiotik ke biotik dan kembali

lagi ke komponen abiotik. Siklus unsur-unsur tersebut tidak hanya melalui organisme,

tetapi juga melibatkan reaksi-reaksi kimia dalam lingkungan abiotik.

Semua yang ada di bumi ini baik mahluk hidup maupun benda mati tersusun oleh

materi. Materi ini tersusun atas unsure-unsur kimia antara lain karbon (C), Oksigen (O),

Nitrogen (N), Hidrogen (H), dan Fosfor (P). Unsur-unsur kimia tersebut atau yang

umum disebut materi dimanfaatkan produsen untuk membentuk bahan organik dengan

bantuan matahari atau energi yang berasal dari reaksi kimia. Bahan organik yang

dihasilkan merupakan sumber energi bagi organisme. Proses makan dan dimakan pada

rantai makanan menngakibatkan aliran materi dari mata rantai yang satu ke mata rantai

yang lain. Walaupun mahluk hidup dalam satu rantai makanan mati, aliran materi akan

tetap berlangsung terus. Karena mahluk yang mati tersebut diurai oleh dekomposer yang

akhirnya akan masuk lagi ke rantai makanan berikutnya. Demikian interaksi ini terjadi

secara terus menerus sehingga membentuk suatu aliran energi dan daur materi.

Mahluk hidup, terutama tumbuhan ikut mendapat pengaruh yang cukup signifikan dari

suplai hara dan energi. Di alam, semua elemen-elemen kimiawi dapat masuk dan keluar

dari sistem untuk menjadi mata rantai siklus yang lebih luas dan bersifat global. Namun

demikian ada suatu kecenderungan sejumlah elemen beredar secara terus menerus

dalam ekosistem dan menciptakan suatu siklus internal. Siklus ini dikenal sebagai siklus

biogeokimia karena prosesnya menyangkut perpindahan komponen bukan jasad (geo),

ke komponen jasad (bio) dan kebalikannya. Siklus biogeokimia pada akhirnya

cenderung mempunyai mekanisme umpan-balik yang dapat mengatur sendiri (self

regulating) yang menjaga siklus itu dalam keseimbangan.

B.     Rumusan Masalah

1.      Apa yang dimaksud daur biogeokimia?

2.      Apa fungsi daur biogeokimia dalam suatu ekosistem?

3.      Bagaimana proses terjadinya siklus sulfur?

4.      Bagaimana proses terbentuknya hujan asam terkait dengan siklus sulfur?

C.    Tujuan

1.      Untuk mengetahui pengertian daur biogeokimia dan bagaiman siklusnya dalam

kehidupan.

2.     Untuk mengetahui fungsi dari daur bioigeokimia.

3.     Untuk mengetahui siklus sulfur dalam suatu ekosistem.

4.      Untuk mengetahu proses terbentuknya hujan asam terkait dengan siklus sulfur.

5.     Sebagai bahan diskusi dalam mata kuliah Biologi.

BAB II

PEMBAHASAN

A.    Pengertian Daur Biogeokimia

Tanah dibutuhkan oleh tumbuhan untuk keberlangsungan hidupnya.

Selain sebagai tempat untuk menancapkan akar, tanah juga merupakan tempat

tumbuhan untuk memperoleh unsur hara seperti: Karbon (C), Hidrogen (H),

Oksigen (O), Nitrogen (N), Fosfor (P), Kalium(K), Kalsium (Ca), Magnesium

(Mg), Belerang (S), Besi (Fe), Mangan(Mn), Boron (B), Mo, Tembaga (Cu),

Seng (Zn) dan Klor (Cl).

Berdasarkan jumlah yang dibutuhkan tumbuhan, unsur hara dapat

dikelompokkan menjadi dua kelompok, yaitu:

1. Unsur Hara Mikro

Unsur hara mikro adalah unsur hara yang dibutuhkan oleh tanamandalam

jumlah yang sedikit (< 500 ppm). Unsur hara mikro diperlukan tanaman

kurang dari 10 mmol per berat kering tanaman. Unsur

haramikro meliputi Besi (Fe), Mangan (Mn), Boron (B), Molibdium(Mo),

Tembaga (Cu), Seng (Zn) dan Klor (Cl).

2. Unsur Hara Makro

Unsur hara makro adalah unsur hara yang dibutuhkan tanaman dalam jumlah

banyak (> 500 ppm) kekurangan unsur hara makro dapat menimbulkan gejala

defisiensi pada tanaman, tidak bisa digantikan oleh unsur hara makro lain.

Unsur hara makro diperlukan tanaman >10 mmol per berat kering tanaman.

Unsur hara makro meliputi Nitrogen (N), Fosfat (P), Kalium (K), Kalsium

(Ca), Magnesium (Mg), dan Sulfur (S).

Karena kebutuhannya tergolong dalam jumlah yang besar itu maka,

unsur-unsur seperti karbon, nitrogen, fosfor, belerang, hidrogen, dan oksigen

adalah beberapa di antara unsur yang penting bagi kehidupan. Unsur-unsur

tersebut diperlukan oleh makhluk hidup dalam jumlah yang banyak, sedangkan

unsur yang lain hanya dibutuhkan dalam jumlah yang sedikit. Meskipun setiap

saat unsur-unsur yang ada tersebut dimanfaatkan oleh organisme, keberadaan

unsur-unsur tersebut tetap ada. Hal tersebut dikarenakan, adanya daur unsure-

unsur tersebut sehingga ketika organisme-organisme tersebut mati, unsur-unsur

penyusun senyawa organik tadi oleh pengurai akan dikembalikan ke alam, baik

dalam tanah maupun ke udara. Jadi, dalam proses tersebut melibatkan makhluk

hidup, tanah, dan reaksi-reaksi kimia di dalamnya.

Siklus biogeokimia atau siklus organik-anorganik adalah siklus unsur

atau senyawa kimia yang mengalir dari komponen abiotik ke biotik dan kembali

lagi ke komponen abiotik. Siklus unsur-unsur tersebut tidak hanya melalui

organisme, tetapi juga melibatkan reaksi-reaksi kimia dalam lingkungan abiotik

sehingga disebut siklus biogeokimia.

Daur biogeokimia terjadi sejak munculnya makhluk hidup pertama kali

di bumi. Daur biogeokimia mendukung proses berlangsungnya kehidupan.

Makhluk hidup dapat memperoleh zat dari lingkungannya, melakukan

pertukaran zat, serta membuang zat-zat yang tidak berguna ke lingkungannya.

Jika daur ini terhenti, proses kehidupan juga berhenti. Jadi, kelancaran daur

biogeokimia penting bagi kelangsungan hidup makhluk hidup.

B.     Fungsi Daur Biogeokimia

Fungsi Daur Biogeokimia adalah sebagai siklus materi yang

mengembalikan semua unsur-unsur kimia yang sudah terpakai oleh semua yang

ada di Bumi baik komponen biotik maupun komponen abiotik, sehingga unsur

maupun energy yang telah terpakai oleh komponen biotik dan abiotik dapat

digunakan kembali. Dengan adanya daur biogeokimia, unsur-unsur kimia yang

penting bagi keberlangsungan hidup makhluk hidup tetap ada di Bumi untuk

terus dimanfaatkan oleh makhluk hidup dalam suatu siklus. Jika daur ini

terhenti, maka proses kehidupan juga berhenti, karena itu kelancaran daur

biogeokimia sangat penting bagi keberlangsungan hidup organisme di Bumi.

C.     Daur Sulfur

Belerang atau sulfur adalah unsur kimia dalam tabel periodik yang

memiliki lambang S dan nomor atom 16. Bentuknya adalah non-metal yang tak

berasa dan tak berbau. Belerang, dalam bentuk aslinya, merupakan sebuah zat

padat kristalin kuning. Di alam, belerang dapat ditemukan sebagai unsur murni

atau sebagai mineral-mineral sulfide dan sulfate.

Secara ringkas, fungsi belerang pada tanaman adalah sebagai berikut

(Anonim,2004) :

1.      Bahan makanan utama untuk memproduksi protein

2.      Membentuk dan mengaktifkan enzim proteolytic dan vitamin

3.      Membantu pembentukan klorofil

4.      Memperbaiki pertumbuhan akar dan produksi bibit

5.      Mempercepat perkembangan akar

6.      Membantu pertumbuhan tanaman

7.      Sintesis asam amino: Cystine, Cysteine, Methionine

8.      Meningkatkan daya tahan tanaman terhadap temperature rendah (dingin)

Belerang (sulfur) merupakan unsur penyusun protein. Tumbuhan mendapatkan

belerang dari dalam tanah dalam bentuk sulfat (SO4). Di dalam tubuh tumbuhan

belerang dari dalam tanah digunakan sebagai penyusun protein. Hewan dan

manusia mendapatkan belerang dengan jalan memakan tumbuhan. Jika tumbuhan

dan hewan mati, jasad renik akan menguraikannya lagi menjadi gas  atau

menjadi  mineral dan unsure terikat lainnya .

Secara alami, belerang terkandung di dalam tanah dalam bentuk mineral

tanah. Beberapa gunung berapi, misalnya Gunung Arjuno di Jawa Timur,

mengeluarkan belerang yang kemudian ditambang menjadi batangan belerang.

Selain itu, belerang di udara juga berasal dari sisa pembakaran minyak bumi dan

batu bara, dalam bentuk SO2 . Gas-gas yang banyak dihasilkan oleh asap kendaraan

bermotor dan pabrik jika bereaksi dengan uap air hujan, gas tersebut berubah

menjadi sulfat, yang jatuh di tanah, sungai, atau lautan. Selanjutnya, sulfat tersebut

dapat dimanfaatkan oleh tumbuhan atau algae air.

Ketika gas sulfur dioksida yang berada di udara berikatan dengan oksigen

dan air, akan membentuk asam sulfat yang ketika jatuh ke tanah akan menjadi

bentuk ion-ion sulfat (SO4- ). Kemudian ion-ion sulfat tadi akan diserap oleh

tumbuhan untuk menyusun protein dalam tubuhnya. Ketika manusia atau hewan

memakan tumbuhan, maka akan terjadi perpindahan unsur belerang dari tumbuhan

ke tubuh hewan atau manusia. Ketika hewan atau tumbuhan mati, jasadnya akan

diuraikan oleh bakteri dan jamur pengurai dan menghasilkan bau busuk, yaitu gas

hidrogen sulfida (H2S) yang akan dilepas ke udara dan sebagian tetap ada di dalam

tanah. Gas hidrogen sulfida yang ada di udara akan bersenyawa dengan oksigen

membentuk sulfur dioksida (SO2 ), dan yang di tanah oleh bakteri tanah akan

diubah menjadi ion sulfat (SO4- ) sedangkan senyawa sulfur dioksida (SO2 ) nanti

akan diserap kembali oleh tumbuhan.

Perpindahan sulfat terjadi melalui proses rantai makanan, lalu semua

mahluk hidup yang mati akan diuraikan komponen organiknya oleh bakteri.

Beberapa jenis bakteri terlibat dalam daur sulfur, antara lain Desulfomaculum dan

Desulfibrio yang akan mereduksi sulfat (SO4 ) menjadi sulfida dalam bentuk

hidrogen sulfida (H2S). Kemudian H2S digunakan bakteri fotoautotrof anaerob

seperti Chromatium dan melepaskan sulfur dan oksigen. Serta oksidasi sulfur

menjadi sulfat oleh bakteri kemolitotrof seperti Thiobacillus.

Sedangkan dalam daur belerang mikroorganisme yang berperan dalam

proses biotransformasi adalah sebagai berikut:

1. H2S           S        SO4 ; bakteri sulfur tak berwarna, hijau dan ungu

2. SO4 → H2S (reduksi sulfat anaerobik) : bakteri desulfovibrio.

3. H2S → SO4 (Pengokaidasi sulfide aerobik); bakteri thiobacilli

4. S organik →SO4 + H2S, masing-masing mikroorganisme heterotrofik aerobik

dan aerobik.

D.    Hujan Asam

Selain beberapa proses tadi, manusia juga berperan dalam siklus sulfur.

Hasil pembakaran pabrik membawa sulfur ke atmosfir. Kemudian bila hujan

terjadi, turunlah hujan asam yang membawa H2SO4 kembali ke tanah. Hal ini

dapat menyebabkan perusakan batuan juga tanaman.

Hujan asam diartikan sebagai segala macam hujan dengan pH di bawah

5,6. Hujan asam disebabkan oleh adanya belerang (sulfur) yang merupakan

pengotor dalam bahan bakar fosil serta nitrogen di udara yang bereaksi dengan

oksigen membentuk sulfur dioksida dan nitrogen oksida. Zat-zat ini berdifusi ke

atmosfer dan bereaksi dengan air untuk membentuk asam sulfat dan asam nitrat

yang mudah larut sehingga jatuh bersama air hujan. Air hujan yang asam

tersebut akan meningkatkan kadar keasaman tanah dan air permukaan yang

terbukti berbahaya bagi kehidupan ikan dan tanaman

(wikipedia.org/wiki/Hujan_asam).

Secara alami hujan asam dapat terjadi akibat semburan dari gunung

berapi dan dari proses biologis di tanah, rawa, dan laut. Akan tetapi, mayoritas

hujan asam disebabkan oleh aktivitas manusia seperti industri, pembangkit

tenaga listrik, kendaraan bermotor dan pabrik pengolahan pertanian (terutama

amonia). Gas-gas yang dihasilkan oleh proses ini dapat terbawa angin hingga

ratusan kilometer di atmosfer sebelum berubah menjadi asam dan terdeposit ke

tanah.

Hujan asam dapat terbentuk dari proses reaksi gas yang mengandung

sulfat. Sulfat dioksida (SO2) yang bereaksi dengan Oksigen (O2) dengan bantuan

dari sinar ultraviolet yang berasal dari sinar matahari.

Gambar 1. Siklus sulfur di alam

Gambar 2. Bakteri Desulvofibrio

BAB III

PENUTUP

Berdasarkan uraian di atas maka dapat ditarik beberapa kesimpulan:

a) Siklus biogeokimia adalah aliran ion ataupun molekul dari nutrien yang

dipindahkan dari lingkungan ke organisme (komponen hidup) dan

dikembalikan lagi ke komponen tak hidup (abiotik). Siklus tersebut tidak

hanya melalui organisme, tetapi jugs melibatkan reaksi-reaksi kimia dalam

lingkungan abiotik sehingga disebut siklus biogeokimia.

b) Salah satu siklus kimia yang penting adalah siklus sulfur. Adanya siklus

sulfur membuat ketersediaan sulfur di bumi tetap terjaga. Siklus sulfur

terjadi dalam suatu rantai makanan, yang dimulai dari tumbuhan. Di dalam

tubuh tumbuhan belerang dari dalam tanah digunakan sebagai penyusun

protein. Hewan dan manusia mendapatkan belerang dengan jalan

memakan tumbuhan. Jika tumbuhan dan hewan mati, jasad renik akan

menguraikannya lagi menjadi gas  atau menjadi  dan , yang mengandung

unsur sulfur.

c) Keseimbangan siklus ini perlu dijaga. Jika aktivitas manusia tidak

memperhatikan lingkungan, keseimbangan unsur dalam siklus akan

terganggu sehingga proporsi komponen yang seharusnya menjadi bergeser.

Akibat ketidakseimbangan tersebut, terjadi berbagai masalah yang

dampaknya tidak hanya berpengaruh terhadap manusia, tetapi juga

terhadap lingkungan hidup, seperti terjadinya hujan asamyang disebabkan

oleh belerang (sulfur) yang merupakan pengotor dalam bahan bakar fosil

sertanitrogen di udara yang bereaksi dengan oksigen membentuk sulfur

dioksida dan nitrogen oksida. Penggunaan bahan bakar fosil yang terlalu

banyak melepaskan sulfur yang berlebih ke atmosfir yang kemudian akan

bereaksi dengan gas-gas di atmosfir dan uap air, kemudian turun sebagai

hujan asam yang bersifat merusak. Oleh karena itu pemahaman mengenai

keseimbangan siklus biogeokimia diperlukan untuk membuat suatu

rancangan manajemen lingkungan yang baik, termasuk lingkungan

industri.

DAFTAR PUSTAKA

Syamsuri, Istamar, dkk. Biologi Untuk SMA Kelas X Semester 2. 2007. Malang:

Erlangga.

McDougall, R., J. Robson, D. Paterson, and W. Tee. 1997. Bacteremia caused by a

recently described novel Desulfovibrio species. Journal of Clinical

Microbiology. 35:1805-1808.

Madigan, M., Martinko, J., and Parker J. 2000. Brock Biology of Microorganisms.

Prentice-Hall. Upper Saddle River, NJ. 498-502 pp.

Holt, J. G., N. R. Krieg, P. H. A. Sneath, J. T. Staley, and S. T. Williams. 1994.

Bergey's Manual of Systematic Bacteriology. Williams and Wilkins. Baltimore,

Maryland. 235-242 pp.