Mikrobiologi dekomposisi berbagai unsur dalam bahan organik

Ketika residu tanaman dan hewan ditambahkan ke tanah, berbagai penyusun bahan organik tanah didekomposisi bersamaan oleh aktivitas mikroorganisme dan karbon dilepaskan sebagai CO2, dan nitrogen sebagai NH4 -> NO3 untuk penggunaan oleh tanaman. Nutrisi lainnya juga diubah menjadi bentuk tanaman yang bisa digunakan. Proses pelepasan nutrisi dari bahan organik ini disebut mineralisasi. Residu tanaman yang tidak larut merupakan bagian humus dan bahan organik tanah yang kompleks. Produk akhir dekomposisi aerobik adalah CO2 dan dekomposisi anaerobik adalah Hidrogen, etil alkohol (CH4), berbagai asam organik dan karbondioksida (CO2). Organisme tanah menggunakan bahan organik sebagai sumber energi dan makanan.

Proses dekomposisi pada awalnya cepat, namun melambat terutama karena pasokan bahan organik mudah habis. Gula, senyawa nitrogen yang larut dalam air, asam amino, lipid, pati dan beberapa hemiselulase terdekomposisi pertama dengan laju cepat, sementara senyawa yang tidak larut seperti selulosa, hemiselulosa, lignin, protein dan lain-lain yang merupakan bagian utama dari bahan organik terdekomposisi. Kemudian perlahan. Dengan demikian, bahan organik yang ditambahkan ke tanah diubah oleh dekomposisi oksidatif menjadi bahan sederhana yang tersedia secara bertahap untuk pertumbuhan tanaman dan residunya diubah menjadi humus.

Mikrobiologi dekomposisi / degradasi beberapa unsur utama (yaitu selulosa, hemiselulosa, lignin, protein dll) residu bahan organik / residu tanaman dibahas secara singkat dalam paragraf berikut ini.

a) Dekomposisi Selulosa: Selulosa adalah karbohidrat paling banyak yang ada pada residu tanaman / bahan organik di alam. Ketika selulosa dikaitkan dengan pentosans (misalnya xylans & mannans), ia mengalami dekomposisi yang cepat, namun bila dikaitkan dengan lignin, laju dekomposisi sangat lambat. Dekomposisi selulosa terjadi dalam dua tahap: (i) pada tahap pertama, rantai panjang selulase dipecah menjadi selobiase dan kemudian menjadi glukosa dengan proses hidrolisis dengan adanya enzim selulase dan selobiase, dan (ii) di bagian kedua glukosa tahap dioksidasi dan dikonversi CO2 dan air (H2O).

Selulase                              Cellobiase
1. Selulosa —————-> Selobiose ——————> Glukosa
Hidrolisis                                  hidrolisis

Oksidasi                                          Oksidasi
2. Glukosa —————> Asam Organik ————–> CO2 + H2O

Produk antara terbentuk / dilepaskan selama hidrolisis enzimatik selulosa (misalnya selobiosa dan glukosa) digunakan oleh organisme pembentuk selulosa atau oleh organisme lain sebagai sumber energi untuk proses biosintesis. Mikroorganisme selulolitik yang bertanggung jawab atas degradasi selulosa melalui ekskresi enzim (selulase & selobiase) adalah jamur, bakteri dan actinomycetes.

b) Dekomposisi Hemiselulosa: Hemiselulosa adalah polisakarida yang dapat larut dalam air dan terdiri dari heksat, pentosa, dan asam uronat dan merupakan konstituen tanaman utama yang kedua hanya dalam jumlah selulosa, dan sumber energi dan nutrisi untuk mikroflora tanah.

Ketika mengalami dekomposisi mikroba, hemiselulosa menurunkan awalnya pada tingkat yang lebih cepat dan pertama kali dihidrolisis menjadi komponen gula dan asam uratat. Hidrolisis ini disebabkan oleh sejumlah enzim hemiselulolitik yang dikenal sebagai “hemiselulases” yang diekskresikan oleh mikroorganisme. Pada hidrolisis hemiselulosa diubah menjadi monosakarida / gula larut (misalnya xilosa, arabinosa, galaktosa dan mannose) yang selanjutnya digabungkan dengan asam organik, alkohol, CO2 dan H2O dan asam uratat dipecah menjadi pentosa dan CO2. Berbagai mikroorganisme termasuk jamur, bakteri dan actinomycetes baik aerob dan anaerobik terlibat dalam dekomposisi hemiselulosa.

c) Dekomposisi Lignin: Lignin adalah penyusun jaringan tanaman ketiga yang paling melimpah, dan menyumbang sekitar 10-30 persen bahan kering dari bahan tanaman dewasa. Kandungan lignin tanaman muda rendah dan berangsur meningkat seiring tumbuhnya tanaman tua. Ini adalah salah satu zat organik yang paling tahan terhadap mikroorganisme yang terdegradasi namun jamur Basidiomycetes tertentu diketahui menurunkan lignin pada tingkat yang lambat. Oksidasi lengkap lignin menghasilkan pembentukan senyawa aromatik seperti syringaldehydes, vanillin dan ferulic acid. Perpecahan akhir dari senyawa aromatik ini menghasilkan asam organik, karbon dioksida, metana dan air.

d) Dekomposisi Protein: Protein adalah zat organik kompleks yang mengandung nitrogen, sulfur, dan kadang-kadang fosfor selain karbon, hidrogen dan oksigen. Selama proses dekomposisi bahan organik, protein dihidrolisis terlebih dahulu ke sejumlah produk antara misalnya. Protease, peptida dan lain-lain secara kolektif dikenal sebagai polipeptida.

Produk antara yang terbentuk kemudian dihidrolisis dan dipecah pada akhirnya menjadi asam amino individual, atau amonia dan amida. Proses hidrolisis protein menjadi asam amino dikenal sebagai “aminisasi atau ammonifikasi”, yang disebabkan oleh enzim tertentu, yang secara kolektif dikenal sebagai enzim “protease” atau “proteolitik” yang disekresikan oleh berbagai mikroorganisme. Asam amino dan amina selanjutnya didekomposisi dan diubah menjadi amonia. Selama ammonifikasi, berbagai asam organik, alkohol, aldehida dll diproduksi yang selanjutnya didekomposisi akhirnya menghasilkan karbon dioksida dan air.

Semua jenis mikroorganisme, termasuk bakteri, jamur, dan aktinomycetes mampu menghasilkan dekomposisi protein. Di tanah asam, jamur bersifat pra-dominan, sedangkan pada bakteri tanah netral dan basa merupakan pengurai protein yang dominan. Silakan baca juga artikel terkait berikut ini: Komposisi Bahan Organik dan Bahan Anorganik di Dalam Tanah.