geocities.com/adilinux/iwax/

Tanaman dan Biologikal Filter

oleh diana walstad
diterjemahkan dari site aquabotanic.com

Tanaman lebih dari sekedar hiasan di akuarium; dapat juga untuk menjaga kondisi ikan tetap baik. Senyawa nitrogen - biasanya Ammonia dan Nitrit- sesunguhnya beracun untuk ikan. Hobist untuk beberapa tahun sangat tergantung pada proses nitrifikasi (dikenal sbg filter biologis) untuk mengubah senyawa beracun ini menjadi nitrat yang tidak berbahaya. Hobist dan (bahkan) penjual tanaman air mengabaikan nitrogen yang dipakai oleh tanaman air atau berasumsi (sayang-nya salah) bahwa tanaman air hanya memakai nitrat.

Tanaman air memilih ammonium (NH4) dibanding nitrat (NO3)

Banyak tanaman darat seperti buncis dan tomat tumbuh bagus dengan nitrat dari pada ammonium [ref 5]. Oleh karena-nya, beberapa hobist berasumsi bahwa hal tersebut akan sama dengan tanaman air yang memakai dan tumbuh bagus dengan nitrat. Tetapi, percobaan membuktikan sebaliknya

Ilmuwan dari seluruh dunia telah mempelajari penggunaan nitrogen pada tanaman air dgn berbagai variasi percobaan. Saya (Diana w.) bisa menemukan laporan percobaan dari 33 tanaman air yang berbeda. Hanya 4 dari 33 spesies yang mengacu pada nitrat (tabel 1)

Table 1. Nitrogen Preference of Tested Species.
Referensi selengkapnya untuk percobaan ini ada pada daftar yang lain [10]
Ammonium Nitrate:
Agrostis canina
Callitriche hamulata
Ceratophyllum demersum
Drepanocladus fluitans
Eichhornia crassipes
Elodea densa
Elodea nuttallii
Fontinalis antipyretica
Hydrocotyle umbellata
Juncus bulbosus
Jungermannia vulcanicola
Lemna gibba
Lemna minor
Marchantia polymorpha
Myriophyllum spicatum
Pistia stratiotes
Ranunculus fluitans
Salvinia molesta
Scapania undulata
Sphagnum cuspidatum
Sphagnum fallax
Sphagnum flexuosum
Sphagnum fuscum
Sphagnum magellanicum
Sphagnum papillosum
Sphagnum pulchrum
Sphagnum rubellum
Spirodela oligorrhiza
Zostera marina
Echinodorus ranunculoides
Littorella uniflora
Lobelia dortmanna
Luronium natans

Walaupun demikian, ke-4 spesies ini berasal dari lingkungan kurang nutrisi-nya, yang tidak biasa untuk tanaman air. Lebih lanjut, kelompok tanaman yang mengacu ke ammonium lebih besar.
Contoh, duckweed Lemna gibba menghilangkan 50% dari ammonium di campuran nutrisi dalam waktu 5 jam, walaupun nutrisi tersebut berisi nitrat ratusan kali lipat bila dibandingkan dengan ammonium [8].
Elodea nuttallii, diletakkan di campuran ammonium dan nitrat, menghilangkan 75% dari total ammonium dalam waktu 16 jam dengan tidak menyetuh sedikitpun nitrat (gambar 1). Hanya ketika tidak ada ammonium, tanaman mulai memakai nitrat.
Sama halnya, ketika giant duckweed Spirodela oligorrhiza tumbuh di campuran ammonium dan nitrat, ammonium cepat sekali di ambil dan nitrat di abaikan (gambar 2). Karena tanaman pada percobaan ini tumbuh di lingkungan steril, maka hilangnya ammonium tidak disebabkan oleh proses nitrifikasi. Penelitian juga menunjukkan bahwa tanaman tumbuh dengan cepat selama percobaan, hal ini menunjukan bahwa pemakaian ammonium bukan sekedar experimental lagi, tetapi itu mungkin disertai peningkatan biomass tanaman dan kebutuhan akan nitrogen (konsentrasi unsur N di tanaman berkisar 0.6% ~ 4.3% dari berat kering) [Ref 3].

Tabel 2.
Waktu yang dibutuhkan selada air untuk mengambil nitrat di banding ammonium [6].

Penyelidikan meletakkan tanaman di wadah dengan cairan nutrisi yang berisi penambahan nitrat murni atau ammonium murni.
Waktu yang dibutuhkan untuk menghilangkan N berdasarkan asumsi bahwa 1 gram tanaman kering perliter dan cairan secara konstan di kendalikan. (mg/l = miligram per liter)
Nitrogen in the Nutrient Solution Nitrate Uptake Ammonium Uptake
0.025 mg/l 18 hours 3.9 hours
0.05 18 4.1
0.1 19 4.2
0.2 19 4.2
0.4 20 4.2
0.8 21 4.2
1.6 25 4.2
3.2 31 4.3
6.4 44 4.3
13 71 4.3
26 123 4.3

Tabel 2 menunjukkan seberapa cepat nitrat dan ammonium dihilangkan dari air oleh selada air (water lettuce - Pistia stratiotes). Tanaman yang diletakkan di campuran dengan isi 0.025 mg/l nitrat membutuhkan 18 jam untuk menghilangkannya. Tetapi, tanaman yang sama bila diletakkan di campuran ammonium membutuhkan hanya 3,9 jam untuk menghabiskan ammonium. Ketika penelitian menambahkan konsentrasi nitrogen, terjadi perbedaan besar. Untuk 13 mg/l nitrat, menghabiskan waktu 71 jam (hampir 3 hari), tetapi untuk ammonium membutuhkan waktu hanya 4 jam.

Pada tanaman air, penggunaan nitrat membutuhkan usaha yang lebih dari pada ammonium. Contoh, selada air sangat lambat mengambil nitrat pada saat gelap [Ref 6], dimana kecepatan ammonium sama cepatnya saat terang atau gelap. Hal ini menyimpulkan pengambilan nitrat membutuhkan banyak energi dari pada ammonium. Lebih jauh, pengambilan nitrat sering harus dipancing sebelum dapat ukur. Sebagai contoh, pemakaian nitrat secara maksimum pada selada air tidak terjadi sampai tanaman pada nitrat murni untuk 24 jam (adanya ammonium akan mencegah pengambilan nitrat).

Ammonium sesungguhnya mencegah pemakaian dan assimilasi nitrat pada berbagai organisme seperti tanaman, alga dan jamur [4]. Contoh, alga tidak memakai nitrat jika konsentrasi ammonium lebih dari 0.02 mg/l [ref 1].
Pada duckweed, nitrat yang di pakai ditandakan dengan penambahan ammonium di cairan nutrisi [9]. Tapi proses pencegahan ini biasanya bersifat terbalik, karena tanaman akan memulai memakai nitrat satu atau dua hari sesudah ammonium habis. Dapat di hipotesakan bahwa kemampuan ammonium menghalangi pemakaian nitrat, melindungi tanaman dari pamakaian nitrat, yang dapat menghabiskan energi tanaman (lihat 'Aquatic Plants versus Biological Filtration' dibawah)

Nitrit (NO2) yang dipakai tanaman

Sesungguhnya tanaman bisa mempergunakan nitrit sebagai sumber N, hal mendasar yang dipertanyakan oleh para hobis adalah, apakah tanaman air menghilangkan nitrit sebelum nitrat yang tidak beracun? Saya (Diana W.) tidak menemukan bukti yang cukup dari literatur yang bisa menunjukkan hal itu.
Bagaimanapun juga, reduksi kimia dari nitrit menjadi ammonium membutuhkan energi yang lebih sedikit dari pada nitrat ke ammonium. Tanaman harus merubah baik nitrit dan nitrat menjadi ammonium sebelum bisa dipergunakan menjadi sumber protein. Karenanya, tidak mengejutkan ketika Spirodela oligorrhiza yang tumbuh di media yang berisi nitrit dan nitrat, memilih menghabiskan nitrit (gambar 3).

Tanaman air memilih daun untuk mengambil ammonium

Jika tanaman air memilih mengambil ammonium lewat akar ditanah dari pada daun di air, maka kemampuan menghilangkan ammonium akan dipertanyakan. Untungnya untuk para hobist, tanaman air lebih memilih mempergunakan daun dibandingkan pengambilan dari tanah [10].
Contoh di percobaan ruang terpisah dengan rumput laut Zostera marina, ketika ammonium ditambahkan ke ruang daun/batang, aktifitas akar berkurang hingga 77%. Tetapi pada saat ammonium ditambahkan ditempat akar, aktifitas daun tidak berkurang. (percobaan di ruang kedap terpisah, tanaman tumbuh dengan akar dibagian bawah ruang kedap dan daun dibagian atas)

Percobaan dengan tanaman lain juga mendukung hal diatas. Bahkan seagrass Amphibolis antarctica dapat mengambil ammonium 5 hingga 38 kali lebih cepat lewat daun daripada akar. Dan Myriophyllum spicatum yang ditanam dimedia yang subur dapat tumbuh dengan baik tanpa adanya ammonium diair, ketika ammonium ditambahkan di air (0.1mg/l N), tanaman kelihatan mengambil lebih unsur N dari air dari pada media tanam.

Beberapa tanaman air (Juncus bulbosus, Sphagnum flexuosum, Agrostis canina, dan Drepanocladus fluitans) mengambil 71 hingga 82% ammonium lewat daun; sementara akar hanya berfungsi sedikit.

Hobist yang menggunakan pupuk tablet mungkin perlu mempertimbangkan tentang perilaku tanaman yang memakai daun daripada akar untuk menyerap ammonium. Di kolam dan akuarium, tanaman harus bisa memenuhi kebutuhan N dari ammonium yang dihasilkan ikan.
Lebih lanjut, nitrogen yang ditambahkan di media tanam bisa berakibat merusak. Ammonium bisa beracun bagi akar. Bahkan nitrat dari pupuk tablet juga bisa menjadi masalah. Hal ini dikarenakan bakteri di media tanam dengan cepat mengubah nitrat menjadi nitrit yang beracun [10].

Tanaman air vs. Filter Biologis

Tanaman, alga dan semua organisme photositesis menggunakan nitrogen dari ammonium -bukan nitrat- untuk menghasilkan protein. Jika tanaman mengambil nitrat, maka harus dirubah menjadi ammonium yang dikenal dengan proses "nitrate reduction"

proses nitrate reduction ditanaman merupakan kebalikan dari proses bakteri nitrifikasi. Bakteri nitrifikasi memperoleh energi untuk kehidupan dengan mengubah oksida ammonium menjadi nitrat, total energi yang dihasilkan dari 2 langkah nitrifiksai sebesar 84 kcal/mol.
Keseluruhan reaksinya adalah :

NH4+  +  2 O2  »  NO3-  +  H2O  +  2 H+

Secara teori tanaman harus menghabiskan energi yang hampir sama besar (83 kcal/mol) untuk merubah nitrat kembali menjadi ammonium. Proses 2 langkahnya

NO3-  +  H2O  +  2 H+  »  NH4+  +  2 O2

Energi yang dibutuhkan untuk nitrate reduction sebanding dengan 23,4% energi yang dihasilkan pembakaran glukosa [5]. Karenanya jika bakteri merubah ammonium menjadi nitrat, maka tanaman akan memaksa (dengan energi) merubah nitrat menjadi ammonium kembali. Ini menerangkan mengapa beberapa tanaman air (misal water hyacinth, Salivinia molesta, hornwort, dan Elodea nuttallii) tumbuh lebih baik di ammonium atau campuran ammonium/nitrat dibanding dipaksa tumbuh pada nitrat murni [10]. Hobist sering menyalahartikan siklus nitrogen dengan mengira bakteri mengubah ammonium menjadi nitrat, lalu tanaman mengambil nitrat. Sebenarnya, baik tanaman dan bakteri berebut ammonium. Hanya jika kondisi terpaksa baru tanaman mengambil nitrat. Karenanya tidak mengherankan nitrat akan terakumulasi di kolam dan akuarium tanaman.

Filter yang dilengkapi kemampuan proses nitrifikasi penting mecegah ikan dari keracunan ammonium pada akuarium tanpa tanaman. Akan tetapi akuarium tanaman merupakan hal yang berbeda. Pada kenyataanya tanaman memperluas permukaan untuk bakteri nitrifikasi. Area tanaman di pada habitat alami (sungai, danau dsb) menunjukkan peningkatan exponensial jumlah koloni bakteri [11]. Anda bisa yakin bahwa setiap permukaan daun dan batang yang ada di akuarium dilapisi oleh lapisan bakteri nitrifikasi.

Saya (diana) terkejut, pada akurium tanaman hanya sedemikian kecil filter biologi yang dibutuhkan. Ketika saya selesai mengurangi filter biologi dengan mengurangi media filter dari filter cannister, ikan tetap hidup dengan sehat. Akhirnya satu tahun berikutnya saya putuskan untuk melepas cannister dan hanya mempergunakan pompa internal yang murah untuk sirkulasi air. Ikan tidal merasa berbeda, karena sesungguhnya akuarium tanaman itulah filternya.

Tanaman air lebih dari sekedar hiasan akuarium. Bisa juga dipergunakan untuk menghilangkan ammonium. Bahkan dalam hitungan jam (gambar 1, tabel 2). Ketika menset-up aquarium dengan tanaman, tidak perlu menunggu 8 minggu untuk menghidar new tank syndrome. (bakteri nitrifikasi membutuhkan beberapa minggu sebelum ada dengan sendirinya di akuarium baru dan membuat filter biologi berfungsi penuh). Karenanya, saya (Diana W.) ketika men-setup akuarium baru dengan tanaman, langsung memasukkan ikan pada hari yang sama.

Kesimpulannya, ada banyak bukti dari beberapa percobaan yang menunjukkan bahwa tanaman cendrung memakai ammonium dari pada nitrat untuk sumber N. Bahkan pada nitrat yang berlimpah, tanaman akan menunggu 24 jam untuk ammonium. Tanaman juga meningkatkan pengurangan kadar ammonium dengan meningkatkan jumlah koloni bakteri nitrifikasi. Saya harap ini dapat menjelaskan sangat berharganya tanaman air dalam hal kesehatan ikan

Gambar 1

Gambar 2

Gambar 3

[Much of this article was excerpted from Ecology of the Planted Aquarium by Diana Walstad. The book is readily available from Internet book sellers such as Amazon.com.]

REFERENCES

01. Dortch Q. 1990
The interaction between ammonium and nitrate uptake in phytoplankton. Mar. Ecol. Prog. Ser. 61:183-201.
02. Ferguson AR and Bollard EG. 1969
Nitrogen metabolism of Spirodela oligorrhiza 1. Utilization of ammonium, nitrate and nitrite. Planta 88: 344-352.
03. Gerloff GC. 1975
Nutritional Ecology of Nuisance Aquatic Plants. National Environmental Research Center (Corvallis OR), 78 pp.
04. Guerrero MG, Vega MJ, and Losada M. 1981
The assimilatory nitrate-reducing system and its regulation. Annu. Rev. Plant Physiol. 32: 169-204.
05. Hageman RH. 1980
Effect of form of nitrogen on plant growth. In: Meisinger JJ, Randall GW, and Vitosh ML (eds). Nitrification Inhibitors- Potentials and Limitations. Am. Soc. of Agronomy (Madison WI), pp. 47-62.
06. Nelson SG, Smith BD, and Best BR. 1980
Nitrogen uptake by tropical freshwater macrophytes. Technical Report by Water Resources Research Center of Guam Univ. Agana. (Available from National Technical Information Service, Springfield VA 22161 as PB80-194228).
07. Ozimek T, Gulati RD, and van Donk E. 1990
Can macrophytes be useful in biomanipulation of lakes: The Lake Zwemlust example. Hydrobiologia 200: 399-407.
08. Porath D and Pollock J. 1982
Ammonia stripping by duckweed and its feasibility in circulating aquaculture. Aquat. Bot. 13: 125-131.
09. Ullrich WR, Larsson M, Larsson CM, Lesch S, and Novacky A. 1984
Ammonium uptake in Lemna gibba G 1, related membrane potential changes, and inhibition of anion uptake. Physiol. Plant. 61: 369-376.
10. Walstad, D. 2003
Ecology of the Planted Aquarium (2nd Ed). Echinodorus Publishing (Chapel Hill, NC), 194 pp.
11. Wetzel, RG. 2001
Limnology. Lake and River Ecosystems. Third Edition. Academic Press (NY), p. 588.

Ask Ms. Walstad questions about any of this material in the forum she moderates, Aqua Botanic's All Wet Thumb "El Natural" forum, HERE

Hosted by www.Geocities.ws

1