SIKLUS SULFUR (S) Part 1

DAUR SULFUR (S)

A. Sulfur (S)

Belerang atau sulfur adalah unsur kimia dalam tabel periodik yang memiliki lambang S dan nomor atom 16. Bentuknya adalah non-metal yang tak berasa. Belerang, dalam bentuk aslinya, adalah sebuah zat padat kristalin kuning. Di alam, belerang dapat ditemukan sebagai unsur murni atau sebagai mineral- mineral sulfida dan sulfat. Ia adalah unsur penting untuk kehidupan dan ditemukan dalam dua asam amino. Penggunaan komersilnya terutama dalam fertilizer namun juga dalam bubuk mesiu, korek api, insektisida dan fungisida (Anonim, 2013).

B. Sumber Sulfur (S)

Sulfur salah satu dari 10 unsur kimia yang diperlukan organisme dalam konsentrasi cukup tinggi (> 10^-4 M). Unsur S diperlukan untuk sintesis asam amin, cystein, cystin, methionin serta penyusun penting vitamin, hormon, dan berbagai koenzim. Menurut Braddy (1984), masukan S pada ekosistem berasal dari 3 sumber utama, yaitu:

Pelapukan mineral : mineral tanah seperti besi, nikel, dan tembaga sulfida dan gipsum (CaSO₄) melapuk dan melepaskan sulfat dan sulfida ke dalam tanah.

Endapan atmosfer : sulfur dioksida dari atmosfer (SO₂) diserap tanah dan vegetasi, dan sulfat (SO₂^-4) aerosol diendapkan melalui pengendapan kering dan basah (Christophersen dan Wright , 1980). Aktifitas manusia mencapai sekitar 50% masukan S ke atmosfer , seperti emisi pembakaran batubara merupakan sumber utama S teroksidasi di atmosfer, yang ssebagai besar dilepaskan dalam bentuk SO₂ (Kennedy, 1986).

Dekomposisi bahan organik: bahan vegetasi didekomposisi oleh mikroorganisme, merubah organik S menjadi bentuk anorganik  atau organik lainnya, tetapi S yang dilepaskan selama dekomposisi bahan organik tidak dapat dikatakan sebagai sumber utama S dalam hal neraca S total karena terkait dengan pemenuhan kebutuhan untuk tanaman (Reuss dan Johnson, 1986)

C. Bentuk Sulfur

Sulfur dapat dikelompokan menjadi 2 kelompok besar, yaitu: Sulfur Organik dan Sulfur Anorganik.

C.1. Sulfur organik

Seperti halnya unsur N, s di dalam tanah sebagian besar berupa S organik, terutama pada bagian lapisan tanah permukaan, bahkan dapat mencapai 90 % total S (Tisadale et al., 1990; Prasad dan Power ,1997) pada tanah kapus. Di dalam tanah, S organik dibedakan menjadi 3 kelompok penting, yaitu (1) S diikat sebagai ester, (2) S terikat langsung dengan atom C, dan (3) s residual.

C.2. Sulfur Anorganik

Pada tanah-tanah berdrainase baik, hampir semua S berada dalam bentuk sulfat dengan kation-kation seperti Ca²⁺, Mg²⁺, K⁺, Na⁺, atau NH₄⁺  di dalam larutan tanah, S sebagai endapan garam sulfat di daerah kering, sulfat terjerap pada mineral lempung tipe 1:1 dan oksida hidrus dari Fe dan Al, dan sulfat yang tereduksi sulfida. S Anorganik dibedakan menjadi 6 kelompok penting, yaitu  (1) sulfat larut, (2) sulfat terjerap, (3) sulfat mengendap, (4) sulfat tereduksi, (5) sulfida, dan (6) sulfur elementer (Munawar, 2011).

D. Peran Sulfur (S)

Tanaman memerlukan S sebanyak unsur P, yakni sekitar 0,1 % sampai 0,5 % yang terdistribusi ke seluruh bagian tanaman (Havlin et al, 2005). Sulfur merupakan penyusun penting semua protein, beberapa hormon tanaman, vitamin (tiamin dan biotin), dan enzim-enzim (proteolitik), glikosida minyak – mustard dan glutasi, dan esensial untuk pembentukan klorofil. Kandungan S pada protein tanaman (sebagai asam amino sistin, metionin, dan sistein) tidak lebih dari 2 %. Salah satu fungsi utama S di dalam pembentukan protein adalah pembentukan ikatan formaldehida (--S-S-S--) antara rantai polipeptida di dalam protein. Iktan tersebut penting di dalam menentukan konfigurasi dan sifat-sifat katalitik atau struktur protein (Havlin et al, 2005). Hormon tanaman yang mengandung S tiamin dan biotin bertindak sebagai zat pengatur tumbuh tanaman juga penting dalam nutrisi hewan. Kekahatan unsur S pada tanaman akan menyebabkan daun menguning (klorosis) pada daun yang muda dan beberapa gejala lain yang menyerupai kekahatan unsur N.

E. Mikrobia yang mempunyai hubungan dengan unsur Sulfur

Mikroorganisme tanah di dalam siklus  S berperan dalam proses oksidasi dan reduksi unsur S. Oksidasi dan reduksi merupakan proses kunci dalam transformasi S karena adanya SO₄^-2 tergantung pada oksidasi. Senyawa S yang termineralisasi dapat ditransformasi menjadi SO₄^-2  atau H₂S oleh mikrobia. Produk umum mineralisasi S adalah hidrogen sulifida. Tahap SO₄^-2  menjadi H₂S dilakukan oleh spesies bakteri  Desulfibrio, Desulfotomaculum, dan Desulfomas pada kondisi anaerob (biasanya jenuh). Reduksi juga terjadi pada “mikroniches” yang anaerob (misalnyasulfida dalam partikel tanah) yang berada dalam sistem aerob yang lebih besar (Jorgenson, 1977). Hidrogen sulfida dapat hilang melalui voltasi, bergabung dengan ion-ion logam untuk membentuk sulfida tidak larut, atau dioksidasi menjadi unsur S. Mikroorganisme pengoksidasi S banyak dijumpai dalam tanah, maka jumlahnya jarang sekali membatasi oksidasi (Janzen dan Bettany, 1987). Organisme pengoksidasi yang bersifat heterotrof seperti Arthrobacter dan Pseudomonas yang mellakukan sebagian besar oksidasi S, memerlukan C organik untuk memenuhi kebutuhan energi dan C nya. Pada kondisi tidak cukup C, mikrobia autotrof termasuk genus Thiobacillus, menjadi lebih pentng. Organisme ini memperoleh energinya dari S anorganik dan memperoleh C dari CO₂.

F. Oksidasi Sulfur

Oksidasi sulfur dilakukan oleh beberapa kelompok bakteri, yang terkenal adalah (a) bakteri sulfur tidak berwarna (Thiobacillus), dan (b) Bakteri sulfur hijau dan ungu.

Thiobacillus

Ada lima spesies Thiobacillus yang penting dalam proses oksidasi sulfur, yaitu: Thiobacillus thioporus, Thiobacillus dentitrificans, Thiobacillus thioxidans, Thiobacillus intermedius, dan Thiobacillus ferroxidans.

Thiobacillus intermedius adalah khemolitotrof fakulatif yang tumbuh pada kisaran pH 3-7. Pertumbuhannya dirangsang oleh S₂O₃^2-, yang berperan sebagai donor elektron, dan stimulasi oleh adanya bahan organik.

Thiobacillus ferroxidans adalah organisme aerob dan mempunyai kisaran pH tumbuh antara 1,5 – 5. Bakteri ini juga dapat mengoksidasi Fe²⁺.

Bakteri sulfur hijau dan ungu

Bakteri sulfur hijau dijumpai pada kondisi anaerob seperti lumpur dan air tidak ada oksigen. Bakteri ini sebagian besar dijumpai dibawah lapisan bakteri sulfur ungu. Bakteri ini bersifat fotolitotrof maupun anaerob, dan mampu menggunakan sulfida atau unsur S sebagai donor elektron. Unsur S yang muncul dari oksidasi H₂S dan diendapkan di luar sel sebelum oksidasi sulfat. Dikenal 4 genera bakteri sulfur hijau, yaitu : Chlorobium, Prostechlorosis, Pelodictyon, dan Clathochloris.

Chromatiacaea  umumnya disebut sebagai bakteri sulfur ungu. Hasil oksidasi hidrogen silfida adalah unsur s yang disimpan dalam sel. Unsur s dioksidasi menjadi asam yang dapat mengendapkan S diluar sel. Bakteri ini mampu menggunakan thiosulfat, dan beberapa dapat menggunakan senyawa organik , seperti asam lemak, sebagai donor hidrogen.

G. Oksidasi Sulfida

Hidrogen sulfida bersifat racun bagi tanaman dan hewan, kecuali hewan ruminansia. Sulfida dapat dioksidasi menjadi unsur S oleh spesies Thiothrix dan  Beggiotoa. Di dalam tanah, mikrobia dominan yang terlibat dalam oksidasi sulfida dan kelompok genus Thiobacillus. Untuk dua reaksi umum di bawah ini, reaksi pertama adalah oksidasi sulfida menjadi sulfur, dan yang kedua adalah oksidasi sulfida menjadi sulfat.

continue in next part 2