4
II. TINJAUAN PUSTAKA A. Karakteristik Abu Vulkanik Kelud Gunung Kelud memiliki bentuk strato dan diklasifikasikan sebagai gunung api aktif tipe A bersifat freato magmatik sampai magmatik. Interaksi antara batuan andesit dengan air yang bersifat asam diduga menghasilkan sumber ion yang terdiri atas Na, K, Ca, Mg, Fe, Al termasuk unsur-unsur jejak seperti Zn, Li, As, Rb, Cr, Pb, Ti,Ni, Cu, Ce, dan Be (Kadarsetia et al. 2006). Apabila terjadi erupsi, maka erupsi Gunung Kelud bersifat eksplosif. Berdasarkan petrografisnya, batuan vulkanik Kelud dapat diklasifikasikan sebagai batuan calc-alkaline dan berkembang dari K basalt medium ke K andesit medium (SiO2 = 49% hingga 61%). Oleh karena itu, material hasil erupsi Gunung Kelud diduga mengandung banyak unsur hara kalsium yang dapat memberi manfaat positif bagi bidang pertanian (Brotopuspito dan Wahyudi 2007). Abu vulkanik Kelud itu lebih halus ukurannya dibanding abu vulkanik Merapi. Abu vulkanik Kelud memiliki partikel halus seperti lempung atau klei dengan diameter di bawah 0.002 milimeter. Abu yang ukurannya lebih halus ini lebih mudah untuk mengikat air. Waktu yang dibutuhkan untuk pengolahannya menjadi pupuk tanaman, dan bahan untuk memperbaiki sifat tanahpun akan lebih singkat. Abu vulkanik Kelud ini memiliki kelebihan bisa memperbaiki sifat tanah dan mengikat air sehingga lebih lembap atau bisa meningkatkan daya adhesi tanah. Abu vulkanik Kelud bisa dimanfaatkan untuk menyuburkan tanah dan pertanian karena mengandung unsur-unsur amelioran tanah seperti Fe (besi), Mn (mangan), Si (silikat), Al (aluminium), Ca (kalsium), K (kalium), dan P (fosfor) (Budiyanto 2014). Kandungan unsur yang paling umum pada abu vulkanik adalah sulfat, klorida, natrium, kalsium, kalium, magnesium, dan fluorid. Ada juga unsur lain, seperti seng, kadmium, dan timah tapi dalam konsentrasi yang lebih rendah (Dinas Kesehatan Bantul 2014). Karakteristik abu vulkanik yang terdapat pada gunung berapi memiliki kandungan P dalam abu vulkan berkisar antara rendah sampai tinggi (8-232 ppm P2O5). KTK (1.77-7.10 me/100g) dan kandungan Mg
4
5
(0.13-2.40 me/100g), yang tergolong rendah, namun kadar Ca cukup tinggi (2.1315.47 me/100g). Sulfur (2-160 ppm), kandungan logam berat Fe (13-57 ppm), Mn (1.5-6.8 ppm), Pb (0.1-0.5 ppm) dan Cd cukup rendah (0.01-0.03 ppm) (Sudaryo dan Sucipto 2009). Penambahan abu vulkanik Kelud dan pupuk kandang meningkatkan ketersediaan dan serapan magnesium oleh jagung dan kadar klorofil daun jagung. Pengaruh interaksi keduanya terhadap variabel yang diamati tidak nyata. Hal ini menunjukkan bahwa abu vulkanik dan pupuk kandang memberikan pengaruh yang berbeda dalam meningkatkan ketersediaan dan serapan magnesium serta kadar klorofil. Ada hubungan antara ketersediaan magnesium dan kadar klorofil daun jagung (Suntoro et al. 2014) Peran teknologi dan hasil-hasil penelitian yang telah dilakukan terhadap lahan pertanian terkait erupsi Gunung Sinabung telah banyak dilakukan. Hasil penelitian terkiat pemberian abu vulkanik Sinabung dan pupuk kandang ayam pada tanaman kedelai menunjukkan bahwa keberadaan abu vulkanik Sinabung berpengaruh nyata terhadap diameter batang, jumlah polong isi, jumlah biji per tanaman, produksi tanaman, dan bobot 100 biji. Pupuk kandang ayam yang ditambahkan bersama dengan abu vulkanik memberikan pengaruh nyata terhadap diameter batang, jumlah polong berisi, jumlah biji per tanaman, bobot biji pertanaman, produksi tanaman dan bobot 100 biji. Interaksi abu vulkanik Sinabung berpengaruh nyata terhadap diameter batang, jumlah polong isi, jumlah biji per tanaman, produksi tanaman, dan bobot 100 biji (Marko et al. 2015). Abu vulkanik Merapi memiliki tekstur yang didominasi partikel pasir sebesar 70% dan memiliki pH H2O sebesar 7.6 dengan besarnya KTK yaitu 10.57 cmol/kg. Kandungan unsur Ca pada abu vulaknik Merapi tinggi yaitu sebesar 442 mg/kg dan unsur Mg sebesar 152 mg/kg. Menurut penelitian tentang pengaruh kombinasi abu vulkanik Merapi, pupuk organik dan tanah mineral terhadap tanaman jagung maka hasil penelitian menunjukkan bahwa berbagai kombinasi media tanam yang terdiri dari abu vulkanik Merapi, pupuk kandang sapi dan tanah mineral memberikan pengaruh yang nyata terhadap kandungan C-organik, asam
6
humat-fulfat,
bobot
isi
dan
bobot
kering
puus
tanaman
jagung
(Nurlaeny et al. 2012). B. Pupuk Kandang Pupuk kandang sebagai salah satu pupuk organik mengandung unsur hara yang cukup lengkap yang meliputi nitrogen (N), fosfor (P) dan kalium (K) yang merupakan unsur hara makro primer dan unsur hara makro sekunder seperti kalsium (Ca), magnesium (Mg) dan sulfur (S). Selain itu, pupuk kandang juga mengandung unsur hara mikro dan juga mengandung bakteri simbion yang berasal dari saluran pencernaan hewan. Penambahan pupuk organik dapat menambah tersedianya unsur hara bagi tanaman untuk diserap dari dalam tanah. Pupuk kandang membawa pengaruh positif terhadap perbaikan sifat fisik, kimia dan biologis tanah (Priyono dan Sarwono 2015). Penambahan bahan organik yang berasal dari kotoran hewan, selain menambah bahan organik tanah juga memberikan kontribusi terhadap ketersediaan hara serta mengefiensienkan penggunaan pupuk anorganik. Bahan organik dari jenis kotoran hewan (pupuk kandang) umumnya mudah terurai karena C/N rasio yang rendah. Selain itu, penggunaan bahan organik (pupuk kandang) secara ekonomis murah, mudah diperoleh dan tanpa pendekatan teknologi
yang
tinggi
sehingga
relatif
mudah
dijangkau
oleh
petani
(Rachman et al. 2008). Kadar unsur hara pupuk kandang sapi setelah dikomposkan meningkat dibandingkan dengan pupuk kandang sapi yang masih segar. Pupuk kandang sapi yang masih segar memiliki kadar N sebesar 0.5%; P sebesar 0.3%; K sebesar 0.5%; Ca sebesar 0.3%; dan Mg sebesar 0.1%. Pupuk kandang sapi yang telah dikomposkan memiliki kadar N, P, K, Ca, Mg masing-masing 2%; 1.5%; 2.2%; 2.9%; dan 0.7% (Hartatik dan Widowati 2010). Penambahan pupuk kandang sapi 15 ton per hektar menghasilkan pertumbuhan vegetatif dan komponen produksi kedelai yang tinggi. Aplikasi pupuk kandang sapi nyata meningkatkan kandungan hara kalium daun dan serapan total hara nitrogen dan kalium tanaman (P<0.05). Penambahan pupuk kandang sapi meningkatkan jumlah polong per tanaman dan bobot kering
7
brangkasan panen per tanaman masing-masing hingga 26.7 dan 57.9% dibandingkan tanpa pupuk (P<0.01). Penambahan pupuk kandang sapi menghasilkan pertumbuhan dan serapan hara tanaman kedelai yang lebih baik dibandingkan tanpa pupuk (Sudarsono et al. 2013). Penggunaan pupuk organik menunjukkan pengaruh yang nyata terhadap penurunan berat isi dan peningkatan porositas tanah. Namun, penggunaan pupuk organik tidak memberikan pengaruh nyata
terhadap kemantapan agregat.
Perbaikan sifat fisik tanah akibat penambahan pupuk organik berpengaruh nyata terhadap perakaran tanaman. Selain itu, bakteri yang terdapat dalam pupuk organik mampu bersimbiosis dengan sistem perakaran tanaman khususnya membantu proses tersedianya dan proses penyerapan unsur hara oleh tanaman (Prasetyo et al. 2014). Pemberian pupuk kandang sapi pada pertanaman jagung manis berpengaruh nyata terhadap peningkatan kualitas tanah meliputi; pH tanah, Corganik, KTK, P-total tanah dan ketersediaan kalium. Hasil terbaik diperoleh dengan pemberian pupuk kandang sapi sebesar 15 ton/ha. Pemberian pupuk kandang sapi pada tanaman jagung manis juga berpengaruh nyata terhadap berat kering tanaman, berat tongkol per tanaman dan berat tongkol per hektar tanaman jagung manis dimana hasil terbaik diperoleh dengan pemberian pupuk kandang sapi dengan dosis 10 ton/ha (Ariyanto 2011). C. Karakteristik Tanah Alfisol pH tanah Alfisol tergolong rendah yaitu < 5.0 dimana pengaruh kemasaman lebih dominan. Kehadiran molekul karbonat bebas yang utamanya adalah kalsium dan magnesium akan mempertahankan pH dalam kisaran 7.l5-8.0 yang mana berada di atas kelarutan sebagian besar mineral-mineral primer (Lopulisa 2004). Bahan organik yang terdapat pada permukaan tanah Alfisol akan tercampur dengan bahan-bahan mineral dengan bantuan cacing atau hewan-hewan lain pada kedalaman 2-10 cm, sehingga terbentuk lapisan mull (horizon A1). Jenis tanah Alfisol memiliki lapisan solum tanah yang cukup tebal yaitu antara 90-200 cm, tetapi tanah ini memiliki batas antar horizon tidak begitu jelas. Tanah Alfisol memiliki warna tanah coklat sampai merah. Tanah ini memiliki tekstur yang
8
bervariasi dari loam sampai klei, dengan struktur gumpal bersudut. Kandungan unsur hara tanaman seperti N, P, K dan Ca umumnya rendah dan reaksi tanahnya (pH) sangat tinggi (Sarief 1985). Tanah Alfisol merupakan salah satu jenis tanah yang sering dimanfaatkan dalam budidaya pertanian komoditas serealia. Permasalahan pada tanah Alfisol yaitu jika pengolahannya dilakukan secara intensif dapat menimbulkan penurunan bahan organik pada lapisan atas tanah dan sifat fisik tanah (Agungkiswantoro et al. 2013). Lebih lanjut Tan (2000) mengemukakan bahwa tanah-tanah Alfisol yang telah mengalami erosi, kurang menguntungkan bagi pertumbuhan tanaman. Hal ini disebabkan horison argilik akan terekspos ke luar menjadi lapisan atas, lapisan ini dapat menghambat pertumbuhan tanaman, terutama pertumbuhan akar. Lahan kering tanah Alfisol sangat potensial untuk pengembangan budidaya tanaman kacang tanah. Tanah Alfisol mempunyai keunggulan yaitu sifat fisika yang relatif bagus, tetapi tanah Alfisol umumnya miskin hara tanaman baik yang makro maupun mikro dan hanya kaya akan hara Ca dan Mg. Produksi kacang tanah di tanah Alfisol rata-rata masih dibawah 1 ton polong kering/ha, sedangkan potensinya dapat mencapai lebih dari 4 ton/ha.
Rendahnya hasil
diduga sebagai akibat rendahnya kadar humus dalam tanah, miskin hara N, P, K, S dan hara mikro serta terlalu tingginya kadar Ca dalam tanah. Hara K merupakan hara yang paling banyak diserap tanaman kacang tanah setelah hara N. Tanaman kacang tanah agar memperoleh hasil yang optimal salah satu syarat yang harus dipenuhi adalah adanya keseimbangan antara K : Ca : Mg dalam tanah (Ispiandi dan Abdul 2004). Tanah Alfisol memiliki tingkat kemasaman yang tergolong tinggi, kapasitas penyanggaan pH lemah, kandungan Al-dd dan kejenuhan Al tinggi, KTK rendah, kahat unsur hara N, K, Ca, Mg dan P (Ismangil 2005). Kemasaman yang tinggi, kekahatan kation basa dan KTK yang rendah tersebut merupakan pembatas utama bagi pengelolaan tanah Alfisol. Permasalahan tanah merah terletak pada ketersediaan unsur hara yang relatif rendah dan keracunan Al dan Mn (Tan 2000).
9
Tanah-tanah Alfisol di Jawa Tengah dan Jawa Timur memiliki pH tanah bereaksi dari masam hingga netral dengan kandungan C-organik yang rendah, Ptersedia dari rendah hingga sedang, K-dd dari rendah hingga tinggi, Ca-dd dari sedang hingga sangat tinggi, Mg-dd dari sedang hingga tinggi. KTK tanah ini bervariasi mulai dari sedang hingga sangat tinggi dan unsur mikro seperti Fe dan Zn yang tinggi (Wijanarko et al. 2007). Pengelolaan tanah mineral masam seperti tanah Alfisol sangat ditentukan oleh jumlah bahan organik. Oleh karena itu, fokus utamanya adalah menjaga kadar bahan organik dalam tanah dan sedapat mungkin berusaha untuk meningkatkan jumlahnya dengan pemberian ekstrak organik (Darman 2008). D. Peran Kalsium pada Tanaman Kalsium (Ca) memiliki diameter ion 9.9 x 10-9. Pergerakan ion Ca pada permukaan akar tanaman yaitu melalui aliran massa, melalui jalur transpirasi oleh intersepsi akar atau melalui jalur difusi. Ketersediaan Ca pada tanaman dipengaruhi oleh sifat kimia maupun fisika tanah. Kalsium (Ca) memiliki mobilitas yang tergolong rendah dalam organ tanaman, sehingga konsentrasi kritis dapat sangat beragam dengan kondisi yang menghasilkan defisiensi dan tidak begitu mempunyai hubungan dengan kebutuhan fungsional (Basuki 2007). Kalsium tersedia dalam tanah memiliki range < 25 mg.kg-1 sampai >5000 g.kg-1. Konsentrasi kalsium tersedia yang rendah biasanya terdapat pada tanah-tanah yang mempunyai KTK rendah, pH rendah dan pada tanah daerah lembab (humid). Kalsium diserap tanaman sebagai ion Ca2+ dari larutan tanah. Keseimbangan secara cepat terjadi antara kalsium tersedia dan larutan Ca2+. Faktor-faktor yang mempengaruhi ketersediaan Ca bagi tanaman dipengaruhi oleh persentasi kejenuhan Ca pada koloid tanah, pasokan Ca total, kosentrasi ion H, konsentrasi Ca dalam larutan tanah dan adanya ion-ion beracun seperti Al dan Mn (Kamprath dan Foy 1997). Unsur kalsium diperlukan oleh tanaman dalam jumlah yang relatif banyak. Kalsium banyak terdapat dalam daun tanaman dan sering mengendap dalam bentuk kristal kalsium oksalat. Presentase kalsium dalam sel terdapat pada dinding sel (apoplast). Pada tanaman dikotil yang memiliki kapasitas pertukaran
10
kation tinggi dan terutama pada waktu kandungan Ca2+ rendah, maka lebih dari 50% dari Ca2+ terdapat dalam bentuk pektat. Umur tanaman itu sendiri berpengaruh terhadap kandungan kalsium. Makin tua umur tanaman, makin tinggi kandungan Ca yang terdapat pada organ tanaman tersebut. Biji tanaman memiliki kandungan Ca yang relatif lebih rendah dibandingkan dengan Ca yang terkandung pada akar tanaman (Rosmarkam dan Yuwono 2002). Kalsium memiliki peranan yang erat dalam pertumbuhan apikal dan pembentukan bunga. Selain itu, kalsium juga memiliki fungsi dalam pembelahan sel, pengaturan permeabilitas sel serta pengaturan turgiditas sel bersama dengan unsur K, perkecambahan biji, perkembangan benang sari dan perkembangan bintil akar serta membantu menetralkan asam- asam organik yang bersifat meracuni. Peranan lain unsur
kalsium bagi tanaman adalah sebagai pembawa (charge
carrier) dalam reaksi reduksi-oksidasi (redoks), merupakan bagian dari komponen semua dinding sel (struktur dan permeabilitas sel). Hal ini juga meliputi pemanjangan dan pembelahan sel khususnya akar, sebagai regulator ion dalam translokasi karbohidrat melalui pengaruhnya pada sel dan dinding sel serta kalsium merupakan bagian dari senyawa struktur tertentu seperti kalsium oksalat, kalsium pektat, dan lain-lain (Bennet 1993). Kandungan Ca tersedia tanah yang rendah dan pH tanah yang masam akan menyebabkan kandungan Ca jaringan tanaman kacang tanah tidak berbeda nyata terhadap pemberian perlakuan pengolahan tanah, pupuk kandang kambing dan pupuk N (Sarsini 2008). Kosentrasi Ca jaringan yang rendah disebabkan karena pH disekitar perakaran yang tinggi dan konsentrasi Ca sekitar perakaran tinggi (Zhang et al. 2015). Tingginya pH dan konsentrasi Ca di zona akar secara signifikan juga akaan mengurangi pertumbuhan, fotosintesis, laju transpirasi dan kadar klorofil tanaman. Tanah yang memiliki pH tinggi atau basa cenderung memiliki kadar Ca tanah yang tinggi demikian juga sebaliknya. Kandungan Ca jaringan dipengaruhi oleh kandungan Ca tersedia tanah dimana kandungan Ca tersedia tanah rendah akan menyebabkan Ca jaringan tanaman yang rendah (Rosmarkam dan Yuwono 2002).
11
Konsentrasi Ca2+ dapat menurun akibat adanya pengendapan asam sehingga dapat memperngaruhi hasil panen secara langsung (Berker dan Pilbeam 2007). Pada fase pembentukan dan pengisian biji, tanaman kacang tanah memerlukan air dan kalsium (Ca). Tanaman yang mengalami kahat air dan Ca pada fase tersebut akan menghasilkan sedikit polong isi dengan biji keriput (Kasno 2010). Defisiensi unsur Ca menyebabkan terhambatnya pertumbuhan sistem perakaran, selain akar berkurang jumlahnya fugsi akar dalam menyerap air dan mineral pun menjadi terhambat. Kalsium merupakan unsur yang bersifat mobil, pengambilan dan transport terjadi secara pasif. Ca banyak terserap pada tempat-tempat pertukaran ruang bebas yang memungkinkan menjadi faktor pembatas dalam pengiriman Ca ke organ tanaman lain (Gardner et al. 1985). E. Tanaman Kacang Tanah Kacang tanah (Arachis hypogaea L) merupakan tanaman tingkat tinggi sehingga masuk dalam kingdom Plantae. Selajutnya memiliki super devisi Spermathophyta (menghasilkan biji) dengan divisi Magnoliophyta (tumbuhan berbunga). Termasuk dalam tanaman yang bijinya berkeping dua sehingga masuk ke dalam kelas Magnoliopsida. Tanaman kacang tanah termasuk kedalam ordo Fabales dari keluarga Fabaceae (suku polong-polongan) (Pajow et al. 2006). Sebagian besar produksi tanaman kacang tanah di dunia tumbuh sebagian besar di bawah kondisi tadah hujan di mana curah hujan yang tidak diperkirakan dan tidak cukup atau kekeringan serius mempengaruhi produksi tanaman kacang tanah (Dinh et al. 2014). Tanaman kacang tanah mengalami 2 fase pertumbuhan yaitu fase vegetatif dan fase reproduktif. Fase vegetatif terutama terjadi pada perkembangan akar, daun dan batang baru. Fase vegetatif pada tanaman kacang tanah dimulai sejak perkecambahan hingga awal pembungaan, yang berkisar antara 26 hingga 31 hari setelah tanam, dan selebihnya adalah fase reproduktif. Fase vegetatif tersebut dibagi menjadi 3 stadia, yaitu perkecambahan, pembukaan kotiledon, dan perkembangan daun bertangkai empat (tetrafoliate). Daun tanaman kacang tanah muncul dari buku pada batang utama atau cabang (Trustinah 1993). Fase reproduktif terjadi pada pembentukan dan perkembangan kuncup- kuncup bunga,
12
buah dan biji atau pada pembesaran dan pendewasaan strutur penyimpanan makanan, akar -akar dan batang (Suketi 2010). Penandaan fase reproduktif didasarkan atas adanya bunga, buah dan biji. Menurut Boote (1982), fase reproduktif tanaman kacang tanah menjadi delapan stadia, yaitu mulai berbunga (R1) pada 27- 37 hari setelah tanam (HST), pembentukan ginofor (R2) pada 3236 HST, pembentukan polong (R3) pada 40- 45 HST, polong penuh/maksimum (R4) pada 44- 52 HST, pembentukan biji (R5) pada 52- 57 HST, biji penuh (R6) pada 60- 68 HST, biji mulai masak (R7) pada 68- 75 HST, dan masak panen (R8) pada 80-100 HST. Sifat kimiawi tanah yang sangat berpengaruh terhadap pertumbuhan dari tanaman kacang tanah adalah ketersediaan P, Cadd, dan Kdd (Wijanarko et al. 2012). Tanaman kacang tanah menghendaki persyaratan tumbuh sebagai berikut: kedalaman efektif solum tanah > 75 cm, konsisten gembur/ lembab, tekstur pasir berlumpur sampai liat. pH tanah berkisar antara 4.0-8.5 dan optimum 6.0-8.0 (Pajow et al. 2006). Pada tanah yang memiliki pH rendah yaitu kisaran pH 4.15−5.1 dan tergolong masam, namun memiliki kejenuhan Al berkisar dari rendah hingga tinggi galur kacang tanah masih dapat tumbuh dengan baik, namun hasil polong berbeda pada setiap lokasi dan musim (Kasno dan Trusinah 2012). Curah hujan yang sesuai untuk tanaman kacang tanah antara 800-1.300 mm/tahun. Temperatur yang sesuai bagi pertumbuhan tanaman kacang tanah sekitar 280–320C. Bila suhu dibawah 100C menyebabkan pertumbuhan tanaman sedikit terhambat, bahkan jadi kerdil dikarenakan pertumbuhan bunga yang kurang sempurna. Kelembaban udara untuk tanaman kacang tanah berkisar antara 65-75%. Penyinaran sinar matahari secara penuh amat dibutuhkan bagi tanaman kacang tanah, terutama kesuburan daun dan perkembangan besarnya kacang (BAPPENAS 2000). Tanaman kacang tanah dengan penambahan pupuk kandang 10 ton/ha meningkatkan status kesuburan tanah sehingga dapat dijadikan alternatif rehabilitasi lahan secara vegetatif pada lahan kering terkena erupsi Merapi. Tanaman kacang tanah yang dipupuk kandang 10 ton/ha tumbuh baik dan menghasilkan biomass 6.52 ton/ha dan produktivitas 0.7 ton/ha, lebih baik
13
dibandingkan dengan perlakuan tanpa pupuk kandang yang hanya menghasilkan 0.5 ton/ha (Srihartanto et al. 2012). Jarak tanam secara umum memberikan pengaruh yang nyata terhadap pertumbuhan vegetatif tanaman kacang tanah seperti tinggi tanaman dan jumlah cabang serta berpengaruh nyata terhadap peubah produksi. Dosis kotoran ayam juga berpengaruh nyata terhadap pertumbuhan vegetatif dan produksi tanaman kacang tanah. Pada dosis 7.5 ton/ha, kotoran ayam memberikan pengaruh yang nyata terhadap tinggi tanaman, jumlah cabang, jumlah daun, bobot polong bernas per tanaman dan bobot biji per tanaman (Ali 2004).
