Bahan Organik Tanah

Bahan Organik Tanah - Pada mulanya, tanah dipandang sebagai lapisan permukaan bumi ( Natural body ) yang berasal dari bebatuan ( natural material ) yang telah menagalami serangkaian pelapukan oleh gaya-gaya alam ( natural force ). Sehingga membentuk regolit ( lapisan betpartikel halu). Konsep ini dikembangkan oleh para geologis pada akhir abad XIX. 

Biologi tanah adalah ilmu yang mempelajari mahluk-mahluk hidup didalam tanah. Karena ada bagian-bagian hidup di dalam tanah, maka tanah itu disebut sebagai “Living System” contohnya akar tanaman dan organisme lainnya di dalam tanah.

Bahan Organik Tanah

Bahan Organik Tanah

a. Dekomposasi Bahan Organik

Karbon didaur secara aktif antara CO2 anorganik dan macam-macam bahan organik penyusun sel hidup. Metabolisme ototrof jasad fotosintetik dan khemolitotrof menghasilkan produksi primer dari perubahan CO2 anorganik menjadi C-organik. Metabolisme respirasi dan fermentasi mikroba heterotrof mengembalikan CO2 anorganik ke atmosfer. Proses perubahan dari C-organik menjadi anorganik pada dasarnya adalah upaya mikroba dan jasad lain untuk memperoleh energi.

Pada proses peruraian bahan organik dalam tanah ditemukan beberapa tahap proses. Hewan-hewan tanah termasuk cacing tanah memegang peranan penting pada penghancuran bahan organik pada tahap awal proses. Bahan organik yang masih segar akan dihancurkan secara fisik atau dipotong-potong sehingga ukurannya menjadi lebih kecil. Perubahan selanjutnya dikerjakan oleh mikroba. Ensim-ensim yang dihasilkan oleh mikroba merubah senyawa organik secara kimia, hal ini ditandai pada bahan organik yang sedang mengalami proses peruraian maka kandungan zat organic yang mudah terurai akan menurun dengan cepat.

Unsur karbon menyusun kurang lebih 45-50 persen dari bobot kering tanaman dan binatang. Apabila bahan tersebut dirombak oleh mikroba, O2 akan digunakan untuk mengoksidasi senyawa organik dan akan dibebaskan CO2. Selama proses peruraian, mikroba akan mengasimilasi sebagian C, N, P, S, dan unsur lain untuk sintesis sel, jumlahnya berkisar antara 10-70 % tergantung kepada sifat-sifat tanah dan jenis-jenis mikroba yang aktif. Setiap 10 bagian C diperlukan 1 bagian N (nisbah C/N=10) untuk membentuk plasma sel. Dengan demikian C-organik yang dibebaskan dalam bentuk CO2 dalam keadaan aerobik hanya 60-80 % dari seluruh kandungan karbon yang ada. Hasil perombakan mikroba proses aerobik meliputi CO2, NH4, NO3, SO4, H2PO4. Pada proses anaerobik dihasilkan asam-asam organik, CH4, CO2, NH3, H2S, dan zat-zat lain yang berupa senyawa tidak teroksidasi sempurna, serta akan terbentuk biomassa tanah yang baru maupun humus sebagai hasil dekomposisi yang relatif stabil. Secara total, reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut:

(CH2O)x + O2 CO2 + H2O + hasil antara + nutrien+ humus +sel + energi

Bahan organik

Hubungan Antara Air, Tanah, Dan Organisme Dalam Dekomposisi Bahan Organik Tanah Untuk hidupnya, manusia perlu berbagai macam tumbuhan untuk berbagai keperluannya, begitu pula hewan bahkan mikroorganisme yang memiliki berbagai fungsi di tubuh manusia. Sementara itu, kebutuhan abiotik pun juga sangat beragam seperti air, mineral, batu, pasir, tanah, udara, dan sebagainya. 

Contoh-contoh tersebut baru menunjukkan hubungan secara langsung. Hubungan secara tidak langsung akan dapat menunjukkan betapa makhluk hidup tidak dapat berdiri sendiri dan saling terkait. Sebagai contoh, mikroorganisme pendekomposisi sampah. Jika mikroorganisme tersebut tidak ada, siklus berbagai unsur di alam akan terhambat, dan akhirnya akan menimbulkan ketidakseimbangan ekosistem. 

Dekomposasi atau pembusukan adalah proses ketika makhluk-makhluk pembusuk seperti jamur dan mikroorganisme mengurai tumbuhan dan hewan yang mati dan mendaur ulang material-material serta nutrisi-nutrisi yang berguna. Seresah yaitu tumpukan dedaunan kering, rerantingan, dan berbagai sisa vegetasi lainnya di atas lantai hutan atau kebun. Serasah yang telah membusuk (mengalami dekomposisi) berubah menjadi humus (bunga tanah), dan akhirnya menjadi tanah. Lapisan serasah juga merupakan dunia kecil di atas tanah, yang menyediakan tempat hidup bagi berbagai makhluk terutama para dekomposer. Berbagai jenis kumbang tanah, lipan, kaki seribu, cacing tanah, kapang dan jamur serta bakteri bekerja keras menguraikan bahan-bahan organik yang menumpuk, sehingga menjadi unsur-unsur yang dapat dimanfaatkan kembali oleh makhluk hidup lainnya.

b. Biomassa Tanah 

Umumnya merujuk pada bahan organik yang berasal dari tumbuhan, baik yang hidup ataupun yang sudah mati (biodegradable waste), yang dapat digunakan sebagai sumber bahan bakar atau untuk kegiatan industri. Sumber energi biomassa dihasilkan oleh tumbuhan hijau dari proses fotosintesa, yang kemudian disimpan dalam bentuk energi kimia berupa ikatan antara karbon, hidrogen, dan oksigen (CxOyHz). Saat ikatan ini dipecah, melalui proses pembakaran misalnya, energi kimia dari biomassa akan dilepaskan dalam bentuk energi panas sebagai bahan bakar. Saat ini, biomassa menjadi sumber cadangan energi yang penting bagi kita, yang diperkirakan berkontribusi sekitar 10–14% dari pasokan energi dunia. Kelebihan utama dari biomassa sebagai sumber energi adalah sifatnya yang terbarukan. Sehingga kita tidak akan menemukan kekhawatiran akan habisnya biomassa, seperti pada minyak mentah atau batu bara. Selama masih ada tumbuhan, selama itu pula kita masih bisa mendapatkan sumber energi.

Pemanfaatan energi biomassa yang sudah banyak ada saat ini adalah dari limbah biomassa. Yakni, sisa-sisa biomassa yang sudah tidak terpakai semisal bagas (bekas tebu kering), tangkai jagung, tangkai padi, dan yang semisalnya. Pencarian dan pengujian jenis tanaman yang secara khusus telah disiapkan untuk ditanam sebagai sumber energi biomassa sudah dilakukan selama beberapa tahun terakhir.

Banyak tanaman yang telah diusulkan untuk kemudian diuji, yang secara umum, tanaman untuk sumber energi biomassa ini harus memiliki beberapa karakteristik berikut:

• Mudah ditanam dengan hasil produksi biomassa kering yang tinggi
• Tidak membutuhkan banyak usaha untuk perawatan (kebutuhan pupuk/air)
• Biaya keseluruhan yang dibutuhkan cukup rendah.
• Tidak memiliki banyak kontaminan.
• Tahan terhadap hama

Karakteristik di atas sangat bergantung kepada kondisi iklim dan tanah di mana tanaman tersebut ditumbuhkan.

Biomassa umumnya mengandung tiga komponen penting; selulosa (40–50%), hemiselulosa (20–30%), lignin (20–25%), dan sejumlah kecil kandungan lainnya. Rasio ini bisa berbeda-beda tergantung jenisnya. Rasio antara selulosa/hemiselulosa dan lignin merupakan salah satu faktor penentu dalam identifikasi kesesuaian jenis tanaman untuk pengolahan selanjutnya sebagai sumber energi. Selulosa adalah polimer glukosa, yang terdiri dari rantai lurus unit monomer (1,4)-D-glukopiranosa (C6), di mana setiap unitnya dihubungkan dalam konfigurasi  pada posisi 1–4, dengan berat molekul sekitar 100.000. Hemiselulosa adalah campuran polisakarida (dari monomer C5 dan C6), terdiri hampir seluruhnya adalah gula seperti glukosa, manose, xilosa, arabinosa dan yang lainnya dengan berat molekul rata-rata sekitar 30.000. Berbeda dengan selulosa, ikatan unit monomer pada hemiselulosa adalah bercabang terikat erat secara acak dan ke permukaan setiap mikrofibril selulosa. Adapun untuk lignin, meski struktur tepatnya belum bisa dipastikan, namun lignin dapat dianggap sebagai grup amorf tiga dimensi yang terdiri dari struktur metoksi fenilpropana. Ada tiga monomer utama yang membentuk struktur lignin (monolignol) adalah: alkohol p-koumaril, koniferil, dan sinapil. Monolignol ini membangun struktur lignin dalam ikatan phenylpropanoids p-hydroxyphenyl (H), guaiacyl (G) dan syringyl (S), yang menyebabkan tingginya berat molekul total lignin.

Para peneliti mengkategorikan biomassa dalam berbagai kelompok, namun secara mudah dapat diklasifikan sebagai berikut:

• Tanaman berkayu (woody plant/lignocellulose)
• Tanaman rerumputan (herbaceous plants/grasses)
• Tanaman air (aquatic plants)
• Pupuk (manure/compost)

Masing-masing kategori memiliki kadar rasio selulosa, hemiselulosa, dan lignin yang berbeda. Saat ini, kategori biomassa tanaman berkayu, rerumputan, dan tanaman air sedang digalakkan untuk dipelajari oleh sebagian besar peneliti dan penyedia teknologi.

Sifat dan Karakteristik Biomassa

Biomassa dapat dikonversi menjadi 3 jenis produk utama:

• Energi panas/listrik
• Bahan bakar transportasi
• Bahan baku kimia.

Pemilihan jenis biomassa untuk dikonversi produk-produk di atas sangat terkait sifat-sifat kimia dan fisika yang dimilikinya (chemical/physical property). Sifat-sifat ini adalah sifat yang melekat pada biomassa, yang menentukan pilihan proses konversi dan teknologi pengolahan selanjutnya.

Sifat-sifat dan karakteristik penting pada biomassa yang perlu diperhatikan adalah sebagai berikut:

• kadar air (intrinsik dan ekstrinsik)
• nilai kalori
• kandungan residu/abu
• kandungan logam alkali
• rasio antara selulosa dan lignin
• kandungan karbon terikat (fixed carbon) dan kandungan zat volatile (volatile matter).