Judul: Struktur Komunitas Arkea, Bakteri, Metanogen, dan Metanotrof di Tanah Sawah serta Hubungannya dengan Emisi CH4
Abstrak: Mikrob memainkan peran penting dalam emisi CH4 di tanah sawah. Sejumlah mikrob berkontribusi dalam proses degradasi dan fermentasi senyawa organik tanah pada rantai respirasi anaerob yang selanjutnya menyediakan substrat bagi mikrob penghasil CH4 (metanogen). Selanjutnya, sebagian CH4 yang dihasilkan akan dioksidasi oleh mikrob pengoksidasi CH4 (metanotrof) sebelum diemisikan ke atmosfer. Emisi CH4 dari lahan sawah mencapai 7-17% dari total emisi CH4 global. Indonesia menjadi salah satu dari lima negara penyumbang CH4 tertinggi dari lahan sawah dan diperkirakan akan terus mengemisikan CH4 seiring pemanfaatan sawah untuk memenuhi permintaan beras. CH4 terdapat di atmosfer dengan konsentrasi tertinggi kedua setelah CO2. Gas ini memiliki potensi pemanasan global sebesar 25 kali lebih tinggi dibandingkan CO2 dan mampu bertahan di atmosfer sekitar 8.4 tahun. Upaya peningkatan produksi beras perlu dilakukan seiring dengan penurunan laju emisi CH4. Salah satu strategi yang dilakukan untuk menurunkan laju emisi CH4 di sawah adalah memanipulasi komunitas metanotrof di daerah perakaran padi dengan aplikasi bakteri metanotrof sebagai pupuk hayati. Pada penelitian ini, padi ditumbuhkan di sawah yang diberi dua perlakuan pupuk, yaitu urea 100% (250 kg ha-1) (B0) dan urea 50% (125 kg ha-1) dengan pupuk hayati (B1). Pupuk hayati yang digunakan pada penelitian ini merupakan kombinasi 4 isolat bakteri metanotrof (Methylocystis rosea BGM1, Methylocystis parvus BGM3, Methylococcus capculatus BGM9, dan Methylobacter sp. SKM14) dan 1 isolat bakteri pereduksi N2O (Ochrobactrum anthropi BL2). Aplikasi urea 50% dengan pupuk hayati (B1) mampu menurunkan laju emisi CH4 dan memacu pertumbuhan padi. Namun, struktur komunitas arkea, bakteri, metanogen, dan metanotrof pada tanah sawah dengan dua perlakuan tersebut belum diketahui. Hubungan antara metanogen dan metanotrof dengan emisi CH4 selama pertumbuhan padi juga belum diinvestigasi. Oleh karena itu, penelitian ini bertujuan menganalisis struktur komunitas arkea dan bakteri di tanah sawah, serta komunitas metanogen dan metanotrof dan kaitannya dengan emisi CH4 selama periode penanaman padi pada perlakuan pupuk urea 100% (B0) dan pupuk urea 50% dengan pupuk hayati (B1). Struktur komunitas mikrob pada 0, 36, dan 69 hari setelah tanam (HST) dianalisis dengan amplicon sequencing menggunakan teknik next generation sequencing (NGS). Analisis struktur komunitas arkea dan bakteri pada tanah di sekitar perakaran padi dilakukan dengan menggunakan gen 16S rRNA. Selanjutnya, kelompok metanogen dan metanotrof diinvestigasi berdasarkan hasil analisis gen 16S rRNA tersebut. Selain itu, komunitas metanogen dan metanotrof pada 36 HST masing-masing dianalisis menggunakan gen fungsional, yaitu gen mcrA dan pmoA. Uji korelasi dilakukan untuk mengetahui hubungan antara rasio metanogen:metanotrof dan laju emisi CH4 pada fase vegetatif dan generatif padi. Komunitas arkea dan bakteri mengalami perubahan selama pertumbuhan padi. Suksesi dan dinamika populasi arkea dideteksi pada setiap perlakuan sejak 0 HST (sebelum aplikasi pupuk) hingga 69 HST (fase generatif padi). Selama periode tersebut, komunitas arkea di dua perlakuan didominasi oleh filum Crenarcaeota (71.6-77.2%). Komunitas bakteri juga mengalami perubahan selama pertumbuhan padi, baik pada B0 maupun B1. Proteobacteria mendominasi komunitas bakteri di dua perlakuan tersebut dengan kelimpahan relatif sebesar 21-23.3%. Meskipun dominansi arkea dan bakteri tidak berbeda antarperlakuan, struktur komunitas arkea dan bakteri masing-masing terbagi atas 2 klaster menurut perlakuan pemupukan. Hal ini menunjukkan bahwa komunitas arkea dan bakteri lebih dipengaruhi oleh perlakuan pemupukan dibandingkan fase pertumbuhan tanaman. Berdasarkan gen
Keyword: soil microbiome, CH4 mitigation, rice plants, biofertilizer, tropical soil