Dr.sc.agr. N. NURLAENY, Ir.,MS BAHAN ORGANIK TANAH DAN DINAMIKA KETERSEDIAAN UNSUR HARA TANAMAN

Dr.sc.agr. N. NURLAENY, Ir.,MS

BAHAN ORGANIK TANAH DAN DINAMIKA KETERSEDIAAN UNSUR HARA TANAMAN

Dr.sc.agr. N. Nurlaeny, Ir., MS meraih gelar sarjana dari Fakultas Pertanian Universitas Padjadjaran pada tahun 1980 dan mengikuti pendidikan S-2 (19811983) dalam bidang kajian utama Kesuburan Tanah dan Nutrisi Tanaman pada Program Pascasarjana Fakultas Pertanian Universitas Padjadjaran. Tahun 1990 - 1995 mengikuti pendidikan S-3 dalam bidang kajian utama Plant Nutrition and Soil Science di Universität Hohenheim – Stuttgart, Jerman. Saat ini bekerja sebagai staf pengajar pada program studi Agroteknologi, Fakultas Pertanian Universitas Padjadjaran dengan mengampu mata kuliah Sistem Pertanian Berkelanjutan I, Teknologi Media Tanam, Dasar Teknologi Produksi Tanaman, Mikrobiologi Rhizosfir serta mata kuliah Pengelolaan Tanah Berkelanjutan. Pada tahun 2000 - 2001 mengikuti program Post-Doc di Research Institute for Soil, Water and Environment, University of Siegen, Jerman. Sejak tahun 2008 sampai sekarang aktif sebagai editor pelaksana pada jurnal ilmiah Bionatura. Selain menulis karya ilmiah dalam bentuk Bahan Ajar untuk mahasiswa S-1 dan S-2, juga menulis beberapa artikel hasil penelitian yang telah dimuat dalam berbagai jurnal terakreditasi baik nasional maupun internasional.

Dr.sc.agr. N. NURLAENY, Ir., MS.


Hak Cipta dilindungi Undang-Undang

Dilarang keras memerbanyak, memfotokopi sebagian atau seluruh isi buku ini dalam bentuk apapun serta memerjualbelikan tanpa izin tertulis penerbit Hak Cipta © 2015 ada pada penulis Hak Penerbitan ada pada Penerbit Unpad Press, Bandung

Judul Buku

: Bahan Organik Tanah dan Dinamika Ketersediaan Unsur Hara Tanaman

Penulis

: Dr.sc.agr. N. Nurlaeny, Ir., MS.

Editor

: Prof. Dr. T. Simarmata, Ir., MS.

Penerbit

: Unpad Press LPPM Unpad, Jl. Raya Bandung-Sumedang Km 21, Jatinangor 45363 Telp.: 022 -84288812; Fax: 022- 84288896 e-mail: [email protected]

Cetakan

: Juni 2015

ISBN

: 978-602-0810-40-9

Anggota Ikatan Penerbit Indonesia (IKAPI) Perpustakaan Nasional RI: Katalog Dalam Terbitan (KDT) Nurlaeny, N. Bahan Organik Tanah dan Dinamika Ketersediaan Unsur Hara Tanaman – N. Nurlaeny/Bandung/224 halaman Unpad Press

PRAKATA Eksistensi berbagai bentuk kehidupan di muka bumi ini sangat ditentukan oleh produktivitas tanah pada berbagai ekosistem. Diketahui bahwa, tanah bertindak sebagai media bagi pertumbuhan berbagai jenis tanaman dan memasok berbagai unsur hara yang diperlukan tanaman. Status unsur hara yang terkandung dalam ekosistem tanah ternyata tidak hanya menentukan pertumbuhan tanaman saja, tetapi juga akan membatasi produktivitas konsumen dalam bentuk organisme hidup yang bervariasi, yang kemudian akan melanjutkannya lagi dalam suatu siklus rantai makanan. Mekanisme transformasi dan translokasi unsur hara di dalam tanah selalu akan melibatkan sejumlah proses. Adanya penelusuran mengenai berbagai pengaruh bahan organik di dalam tanah terhadap proses transformasi Carbon dan Nitrogen serta unsur hara lainnya merupakan hal yang sangat mendasar dalam memahami proses-proses yang mendukung pertumbuhan tanaman. Sejalan dengan hal tersebut, proses mineralisasi-immobilisasi, stabilisasi produk-produk mikroba dan hubungan antara peran biomassa sebagai katalisator dibandingkan dengan perannya sebagai sumber-lumbung unsur hara (source-sink) juga merupakan parameter penentu dinamika ketersediaan unsur hara di dalam tanah. i

Dalam siklus yang alami berbagai perubahan secara kontinu akan memengaruhi keseimbangan antara proses akumulasi dan dekomposisi residu organik di dalam tanah. Oleh karenanya, dinamika unsur-unsur Carbon (C), Nitrogen (N), Kalium (K), Sulfur (S) dan Fosfat (P) di dalam tanah dapat diekspresikan dalam jumlah dan laju pengembalian residu tanaman. Secara alami pula unsur hara yang ada di dalam tanah akan berubah secara dinamis, antara lain akibat pencucian (leaching), aliran permukaan (runoff), erosi atau melalui penguapan (volatilisasi) dan denitrifikasi. Penulis sangat mengharapkan buku ini dapat bermanfaat sebagai rujukan terutama dalam pemahaman mengenai bahan organik yang merupakan kunci kehidupan di dalam tanah dan hubungannya dengan dinamika ketersediaan unsur hara makro dan mikro bagi tanaman. Untuk segala keterbatasan dan kekurangan yang masih ditemukan dalam buku ini, penulis berharap adanya kritik dan saran dari pembaca sehingga isi buku ini dapat disempurnakan sebagaimana mestinya.

Jatinangor, Juni 2015 Dr.sc.agr. N. Nurlaeny, Ir.,MS.

ii

DAFTAR ISI Prakata ..............................................................................

i

Daftar Isi ............................................................................

ii

Daftar Tabel .......................................................................

iii

Daftar Gambar ...................................................................

iv

I.

II.

III.

PENDAHULUAN .............................................

1

1.1. Tanah dan Unsur Hara Tanaman ..................

1

1.2. Unsur Hara Esensial ......................................

3

1.3. Dinamika Unsur Carbon (C) dan Nitrogen (N) di dalam Tanah .......................................

12

BAHAN ORGANIK TANAH ...........................

18

2.1. Komposisi dan Sifat-sifat Bahan Organik Tanah ..............................................

18

2.2. Fraksi Bahan Organik Tanah ........................

25

2.2.1. Fraksi bahan organik aktif .................

31

2.2.2. Fraksi bahan organik stabil ...............

32

KANDUNGAN BAHAN ORGANIK DI DALAM TANAH ..........................................

36 iii

IV.

iv

3.1. Siklus Carbon (C) ......................................

36

3.2. Faktor-Faktor yang Memengaruhi Kandungan Bahan Organik di dalam Tanah ................................................

40

3.3. Sumber-sumber Bahan Organik Tanah ...........................................................

54

DEKOMPOSISI DAN DISTRIBUSI BAHAN ORGANIK DI DALAM TANAH ...............................................................

58

4.1. Laju Dekomposisi Bahan Organik dalam Hubungannya dengan Mikroba Tanah .........

58

4.2. Laju Dekomposisi Bahan Organik dalam Hubungannya dengan Faktor Lingkungan ...................................................

70

4.2.1.Hidrolisis:Pemecahan Protein ……….

71

4.2.2. Asidifikasi: Perubahan Serin menjadi Asam Asetat ……………………..….

72

4.2.3. Pembentukan Gas Bio: Perubahan Asam Asetat menjadi Metana ……….

73

4.3. Distribusi Bahan Organik di dalam Tanah ............................................................

85

4.3.1. Senyawa Non Humik ........................ 4.3.1.1. Karbohidrat .........................

88 90

V.

4.3.1.2. Lipid .................................... 4.3.1.3. Asam Amino ...................... 4.3.1.4. Asam Muramik …………..

96 97 98

4.3.2. Senyawa Humik ...............................

98

4.3.3. Pembentukan Senyawa Humik ..........

109

4.3.3.1. Teori Modifikasi Lignin ........

111

4.3.3.2. Teori Polifenol ......................

115

4.3.3.3. Teori Kondensasi GulaAmina ....................................

119

4.4. Distribusi Senyawa Humik di dalam Tanah .............................................................

121

4.4.1. Asam Humat ....................................

122

4.4.2. Asam Fulvat .......................................

127

4.4.3. Nisbah Asam Humat : Asam Fulvat .................................................

130

4.4.4. Humin ................................................

133

4.4.5. Humik .................................................

135

PENGARUH BAHAN ORGANIK TERHADAP SIFAT-SIFAT TANAH ..............

138

v

VI.

vi

5.1. Pengaruh Bahan Organik terhadap Sifat Biologis Tanah ....................................

140

5.2. Pengaruh Bahan Organik terhadap Sifat Fisik Tanah ..........................................

144

5.3. Pengaruh Bahan Organik terhadap Sifat Kimia Tanah ........................................

148

5.4. Pengaruh Bahan Organik terhadap Sifat Fisiko-Kimia Tanah .............................

158

5.4.1. Gaya van der Waals' s ........................

161

5.4.2. Pengikatan oleh perantara/ jembatan kation ..................................

162

5.4.3. Ikatan Hidrogen .................................

164

5.4.4. Adsorpsi melalui asosiasi dengan Fe dan Al-hidroksida .........................

165

5.4.5. Adsorpsi pada lapisan ruang antar kisi dalam mineral liat ............

167

BAHAN ORGANIK TANAH DAN DINAMIKA KETERSEDIAAN UNSUR HARA TANAMAN ..........................................

168

6.1. Peran Bahan Organik Tanah sebagai Penyedia Unsur Hara Tanaman ....................

168

6.2. Pengaruh Bahan Organik terhadap Pertumbuhan dan Perkembangan Tanaman ........................................................

178

6.3. Bahan Organik sebagai Bahan Pelengkap Pupuk ............................................................

192

DAFTAR PUSTAKA .........................................

198

I n d e k s ……………………………………….

212

vii

DAFTAR TABEL 1

Bentuk dan fungsi unsur hara di dalam tanaman …….

8

2

Bentuk, ukuran serta fungsi bahan organik di dalam tanah ……………………………………..

22

Perbandingan komposisi senyawa organik dalam jaringan tanaman dewasa dan dalam bahan organik tanah ……………………………..

24

Berbagai mikroba tanah yang terlibat dalam proses dekomposisi bahan organik ………………

68

Kontribusi senyawa gula secara individual terhadap komponen bahan organik tanah ……….

93

3

4

5

viii

DAFTAR GAMBAR Pasokan unsur hara untuk pertumbuhan tanaman berasal dari udara dan dari dalam tanah (mineral dan komponen organik) ………………………………

6

Mekanisme transportasi penyerapan kation ke dalam tubuh tanaman …………………………….

12

Struktur kimia senyawa-senyawa organik (asam Oksalat dan asam Fitat) ……………………….

14

Humus dan lapisan humus yang telah bercampur dengan partikel tanah ……………………………….

20

Akumulasi dan perubahan bentuk bahan organik di dalam tanah ……………………………

29

Komposisi biomassa tanaman dan biomassa mikroba di dalam tanah …………………………….

35

Siklus C merupakan proses transformasi senyawa organik maupun anorganik …………………………

37

Proses degradasi bahan organik oleh mikroba di dalam tanah ………………………………………….

58

Proses dekomposisi pada serasah tanaman Pinus spp ………………………………………………

64

10

Stuktur kimia molekul lignin ………………………..

83

11

Rumus bangun molekul selulosa …………………….

84

12

Distribusi bahan organik di dalam tanah ……………

87

1

2 3

4

5 6 7

8

9

ix

13 14 15

16

17

18 19

Komposisi senyawa non-Humik di dalam Tanah …………………………………………………

89

Berbagai senyawa Humik penyusun humus yang terdapat di dalam tanah ……………………………..

100

Senyawa Humik terdiri dari komponen fenol, quinon, catechol dan senyawa gula ………………….

104

Kompleks mineral liat dan humus merupakan sumber muatan negatif terbesar di dalam tanah ……….

106

Kapasitas mineral liat dalam menjerap dan melepaskan kation unsur hara …………………………….

107

Tahap-tahap pembentukan senyawa Humik di dalam tanah …………………………………………..

110

Lignin dengan bentuk struktur cincin dan enam rantai C ……………………………………………….

111

20a Pembentukan senyawa Humik menurut teori Lignin …………………………………………………

113

20b Pembentukan senyawa Humik menurut teori

21

22

23 x

senyawa Quinon …………………………………….

114

Pembentukan senyawa Humik menurut teori Polifenol ……………………………………………..

118

Pembentukan senyawa Humik menurut teori Kondensasi Gula-Amina ………………………………….

120

Struktur asam Humat yang terdiri dari gugus -OH

24 25 26

27

28 29

30

fenolat bebas dan terikat, struktur Quinon, O dan N ………………………………………………..

124

Struktur asam Fulvat yang mempunyai gugus aromatik serta gugus alifatik …………………………

129

Distribusi fraksi-fraksi utama senyawa Humik dalam berbagai jenis tanah …………………………..

132

Struktur molekul Humik yang menggambarkan adanya gugus fenolik OH bebas dan yang terikat, quinon, O dan N …………………………….

136

Hubungan antara bahan organik dengan kesuburan tanah ……………………………………..

139

Proses khelasi oleh asam Sitrat terhadap logam berat alumunium (Al) yang bersifat toksik ……………

152

Senyawa-senyawa organik yang mempunyai berat molekul rendah (asam Sitrat, asam Tartrat, asam Gluconat dan Glycine)…………………………

172

Asam Humat terbentuk pada akhir proses dekomposisi lanjut; berwarna hitam atau coklat

kehitaman ………………………………………

194

xi

Resensi: Bahan Organik Tanah dan Dinamika Ketersediaan Unsur Hara Tanaman

Dr.sc.agr. N. NURLAENY, Ir.,MS


    

Penulis : Dr.sc.agr. N. Nurlaeny, Ir.,MS. Editor : Prof. Dr. T. Simarmata,Ir.,MS. Penerbit : Unpad Press, 2015. Cetakan : I Halaman : 224 hal.

Eksistensi berbagai bentuk kehidupan di muka bumi ini sangat ditentukan oleh produktivitas tanah pada berbagai ekosistem. Diketahui bahwa, tanah bertindak sebagai media bagi pertumbuhan berbagai jenis tanaman dan memasok berbagai unsur hara yang

diperlukan tanaman. Status unsur hara yang terkandung dalam ekosistem tanah ternyata tidak hanya menentukan pertumbuhan tanaman saja, tetapi juga akan membatasi produktivitas konsumen dalam bentuk organisme hidup yang bervariasi, yang kemudian akan melanjutkannya lagi dalam suatu siklus rantai makanan. Mekanisme transformasi dan translokasi unsur hara di dalam tanah selalu akan melibatkan sejumlah proses. Adanya penelusuran mengenai berbagai pengaruh bahan organik di dalam tanah terhadap proses transformasi Carbon dan Nitrogen serta unsur hara lainnya merupakan hal yang sangat mendasar dalam memahami proses-proses yang mendukung pertumbuhan tanaman. Sejalan dengan hal tersebut, proses mineralisasi-immobilisasi, stabilisasi produk-produk mikroba dan hubungan antara peran biomassa sebagai katalisator dibandingkan dengan perannya sebagai sumber-lumbung (source-sink) unsur hara juga merupakan parameter penentu dinamika ketersediaan unsur hara di dalam tanah. Dalam siklus yang alami berbagai perubahan secara kontinu akan memengaruhi keseimbangan antara proses akumulasi dan dekomposisi residu organik di dalam tanah. Oleh karenanya, dinamika unsur-unsur Carbon (C), Nitrogen (N), Kalium (K), Sulfur (S) dan Fosfat (P) di dalam tanah dapat diekspresikan dalam jumlah dan laju pengembalian residu tanaman. Secara alami pula unsur hara yang ada di dalam tanah akan berubah secara dinamis, antara lain akibat pencucian (leaching), aliran permukaan (run-off), erosi atau melalui penguapan (volatilisasi) dan denitrifikasi Dalam Bab I dibahas mengenai konsep tanah, unsur hara, pengertian unsur hara esensial dan prinsip-prinsip mengenai dinamika unsur C dan N di dalam tanah. Dalam Bab II dibahas mengenai komposisi dan sifat-sifat bahan organik tanah disertai dengan fraksi-fraksi yang aktif dan yang stabil. Selanjutnya Bab III menjelaskan tentang siklus C, kandungan bahan organik tanah dan faktor-faktor yang memengaruhinya, serta uraian tentang sumbersumber bahan organik yang ada di dalam tanah. Laju dekomposisi bahan organik dalam hubungannya dengan mikroba tanah dan faktor lingkungan di sekitarnya, diikuti dengan distribusi bahan organik di dalam tanah dijelaskan dalam Bab IV terutama mengenai proses pembentukan senyawa Humik dan nonHumik. Oleh karena itu bagaimana pengaruh bahan organik terhadap sifat-sifat fisik, kimia dan biologis tanah seta konsekuensinya terhadap dinamika ketersediaan unsur hara bagi tanaman diuraikan secara rinci dalam Bab V dan VI. Sumber : Perpustakaan CISRAL UNPAD

Bab I. PENDAHULUAN 1.1. Tanah dan Unsur Hara Tanaman Produktivitas berbagai ekosistem di muka bumi ini sangat dipengaruhi oleh faktor tanah, karena tanah sangat vital dalam mendukung eksistensi berbagai bentuk kehidupan di muka bumi. Sebagai ilustrasi, tanah bertindak sebagai media bagi pertumbuhan berbagai jenis tanaman dan memasoknya dengan berbagai unsur hara yang diperlukannya. Status unsur hara yang terkandung dalam ekosistem tanah tidak hanya akan membatasi pertumbuhan tanaman, tetapi juga akan membatasi produktivitas konsumen dalam bentuk organisme hidup yang bervariasi dan akan meneruskannya lagi dalam siklus rantai makanan yang tak putus (kontinu). Tanah tersusun dari komponen biotik dan abiotik; merupakan tubuh alam yang terdiri dari fraksi mineral (pasir, debu dan liat) yang bercampur dengan komponen bahan organik. Tanah mempunyai sistem pendaur ulang bagi unsur hara dan limbah organik, berperan sebagai habitat bagi mikroba dengan kerapatan populasi mencapai

±

2.6 x1013 m-2,

pengatur (regulator) kualitas air, pengubah komposisi atmos1

Bahan Organik Tanah dan Dinamika

fir sehingga menjadi media yang ideal bagi pertumbuhan berbagai jenis tanaman. Adanya proses respirasi yang dilakukan oleh mikroba heterotropik menyebabkan adanya pengembalian unsur C (karbon) dari bahan organik ke atmosfir. Tanah mampu mengonversi bahan organik yang telah mati menjadi berbagai bentuk unsur hara yang memungkinkannya menjadi tersedia kembali bagi pertumbuhan tanaman. Pertumbuhan didefinisikan sebagai suatu proses perubahan ukuran sel, organ-organ atau keseluruhan bagian suatu organisme yang tidak balik (irreversible change). Dalam proses ini termasuk juga peningkatan jumlah sel tanpa merubah volume ataupun beratnya. Secara umum, pertumbuhan tanaman merupakan peningkatan sejumlah komponen tumbuh (protoplasma) yang menyebabkan peningkatan ukuran sel dan akhirnya terjadi pembelahan sel. Peningkatan protoplasma berlangsung pada saat air, CO2 dan garamgaram anorganik dirubah menjadi komponen-komponen tumbuh. Senyawa-senyawa kimia tertentu yang dipasok dan diserap serta diperlukan untuk pertumbuhan dan proses metabolisme mahluk hidup didefinisikan sebagai nutrisi atau 2


unsur hara. Oleh karena itu dalam terminologinya senyawasenyawa kimia yang berfungsi sebagai substansi inti di dalam tubuh tanaman diistilahkan sebagai nutrisi tanaman. Material anorganik yang diperoleh dari udara dan dari dalam tanah yang digunakan sebagai sumber bahan baku oleh tubuh tanaman disebut mineral unsur hara. Mineral adalah persenyawaan logam maupun non logam yang terlibat dalam proses kimia dan berada dalam bentuk anorganik. Penyerapan, penggunaan dan asimilasi senyawa anorganik atau mineral-mineral tersebut oleh tanaman dimanfaatkan untuk mensintesis bahan ataupun senyawa guna mendukung pertumbuhan, perkembangan, pembentukan struktur dan keseluruhan proses fisiologisnya.

1.2. Unsur Hara Esensial Pada tahun 1840 Liebig mengemukakan hukum minimum (the law of minimum) yang menyatakan bahwa produktivitas tanah ditentukan oleh proporsi mineral yang jumlahnya minimal. Selanjutnya Julius von Sachs (1860), seorang ahli botani Jerman membuktikan untuk pertama kalinya bahwa tanaman dapat ditanam dari mulai benih sampai fase 3


dewasa dalam larutan yang mengandung unsur hara secara lengkap tanpa menggunakan media tanah. Teknik ini akhirnya dikenal dengan nama hidroponik. Dalam perkembangannya, pada tahun 1939 Arnon & Stout menyatakan bahwa suatu unsur hara dikategorikan sebagai unsur hara esensial jika: 1. Unsur-unsur tersebut bersifat mendukung pertumbuhan tanaman untuk bereproduksi secara normal. Jika unsur tersebut tidak ada, maka tanaman tidak dapat memenuhi kebutuhan siklus pertumbuhannya atau tanaman sama sekali tidak dapat menghasilkan biji. 2. Kebutuhan akan unsur hara tersebut bersifat spesifik dan tidak dapat digantikan oleh unsur hara lain. Dengan kata lain, kekurangan unsur hara tersebut tidak dapat dipenuhi oleh unsur hara lain. 3. Unsur hara tersebut harus terlibat langsung dalam proses metabolisme tanaman. Sementara itu Epstein (2005) menambahkan bahwa unsur hara esensial adalah bagian dari suatu molekul yang merupakan komponen inti dalam struktur atau dalam metabolisme tanaman. Jika tanaman sangat kekurangan unsur hara 4


akan ditunjukkan oleh pertumbuhan, perkembangan atau reproduksinya yang abnormal terutama jika dibandingkan dengan tanaman yang tidak mengalami kekurangan unsur hara. Sebagai contoh, unsur hara Mg merupakan komponen penyusun molekul khlorofil dan sangat berperan dalam proses fotosintesis (Marschner, 1995). Dalam hal ini untuk fungsi yang sama, unsur hara Mg tidak dapat digantikan oleh unsur hara lainnya; dimana selain unsur hara juga diperlukan adanya co-factor dalam berbagai bentuk enzim yang terlibat dalam respirasi seluler dan lintasan metabolik. Sebanyak enam belas unsur hara mempunyai sifat esensial bagi pertumbuhan dan perkembangan tanaman tingkat tinggi. Dengan perkecualian unsur karbon, nitrogen, hidrogen dan oksigen yang dipasok dari udara, CO2 dan air, mayoritas unsur hara lainnya berasal dari komponen mineral yang ada di dalam tanah (Gambar 1). Sejalan dengan hal ini, ternyata komponen organik yang ada di dalam tanah merupakan gudang (reservoir) unsur-unsur hara yang dapat segera tersedia bagi tanaman.

5


Gambar 1. Pasokan unsur hara untuk pertumbuhan tanaman berasal dari udara dan dari dalam tanah (mineral dan komponen organik) (Sumber: Bergmann, 1995).

Mineral-mineral unsur hara yang tersedia bagi tanaman dan dapat diserap oleh perakaran tanaman berada dalam bentuk ion-ion yang terlarut dalam larutan tanah. Pada umumnya sumber-sumber unsur hara yang ada di dalam tanah dapat dibedakan atas: 6


a) larutan tanah, b) koloid organik maupun anorganik yang mengadsorpsinya, c) bentuk senyawa anorganik yang tidak larut dan, d) bentuk terikat dalam senyawa-senyawa organik, baik dalam residu tanaman maupun hewan atau organisme hidup lainnya. Faktor-faktor yang memengaruhi penyerapan unsur hara oleh akar tanaman, terutama sekali berkaitan erat dengan bentuk dan keberadaan unsur tersebut. Di dalam tanah ionion dapat segera tersedia bagi perakaran tanaman atau berada dalam bentuk terikat oleh unsur lain bahkan terikat juga oleh partikel tanah itu sendiri (fraksi liat). Jika reaksi tanah (pH) terlalu alkalis atau terlalu masam, maka mineral-mineral akan menjadi tidak tersedia bagi tanaman. Selama masa pertumbuhan dan perkembangannya, tanaman akan membutuhkan sejumlah unsur hara esensial. Berdasarkan kebutuhannya, unsur hara yang diperlukan tanaman dalam jumlah besar disebut unsur hara makro yang meliputi: N, P, K, Ca, Mg, dan S; sementara unsur hara yang diperlukan tanaman dalam jumlah sedikit disebut unsur hara 7


mikro seperti: Fe, Mn, B, Mo, Cu, Zn, dan Cl (Bergmann, 1995). Mayoritas unsur hara dalam bentuk ionik yang ada di dalam larutan tanah akan diserap oleh akar tanaman baik dalam bentuk kation maupun anion (Tabel 1).

Tabel 1. Bentuk dan fungsi unsur hara di dalam tanaman Unsur hara C, H, O

Bentuk yang diserap

Fungsi dalam tanaman

CO2(HCO3-) H2O O2 gas dari atmosfer  ion dari larutan

Komponen senyawa-senyawa organik dan air (biomassa); Sintesis ATP dalam mitokhondria dan khloroplas secara semiosmotik; Akseptor elektron dalam proses respirasi;

   



NO3-, NH4+, N2



SO42-, SO2-

N

S

P 8



H2PO4HPO4 2-

Komponen ko-enzim A & vitamin, sintesis & struktur protein asam amino Cystein & Methionin, pembentuk khlorofil, asam nukleat, hormon. Asimilasi dan proses oksidasireduksi. Proses fotosintesis, metabolisme pertumbuhan tanaman, per-


B

*Si

K,

*Na Ca

Mg

Mn Cl

kembangan biji dan buah, transfer sifat-sifat hereditas tanaman; Komponen asam nukleat,  H2BO4protein fosfolipids, ko-enzim terlibat dalam proses metabolisme gula, esterifikasi alkohol tanaman, ester-fosfat terlibat dalam pemindahan energi/ transportasi gula.  silikat dari Penting untuk pollinasi, larutan tanah pembentukan dinding sel tanaman kelompok graminae  Ion dari Tegaknya tanaman, pembentuk larutan: sel, aktivator enzim, berperan + dalam pembentukan & per K kembangan akar daun dan buah, komponen lamela tengah (Ca- pektat) (Mg-pektat);  Mengontrol aktivitas enzim,  mengendalikan integritas Ca2+ membran, dan 2nd messenger  dari pusat fotosintesis ke mo 2+ lekul khlorofil, dimana O2 Mg dilepaskan. 

Mn2+

 Cl-

Tidak spesifik, menjaga keseimbangan potensial air (osmotik), potensial elektro dan pergerakan sel-sel penjaga (guard cells), aktivasi protein enzim, 9


keseimbangan kation dengan anion, mengatur respirasi, resistensi terhadap penyakit. Diduga esensial dalam metabolisme karbohidrat, pada beberapa tanaman dapat disubstitusi oleh unsur K, sangat berperan dalam tanaman kubis, selery, bit gula, lobak, kailan.  Ion / khelat dari larutan: Fe

 Fe2+ Fe3+

Cu

 Cu2+

Zn

Zn2+

Mo

 MoO42-

* Co * Ni

 Co+  Ni2+

*V

10





V2+

Dalam bentuk khelat sebagai gugus prostetik, donor/akseptor elektron (oksidasi/reduksi); pembentuk khlorofil, katalisator proses metabolisme

Dalam jumlah kecil diperlukan untuk fiksasi N oleh tanaman legum & bakteri Rhizobium, esensial untuk pembentukan vitamin B12 pada tanaman Clover Esensial untuk pertumbuhan ganggang/algae hijau. Non esensial untuk tanaman tingkat tinggi, meskipun dapat meningkatkan pertumbuhan ta-


naman padi, asparagus, selada, jagung dan barley. Fungsinya belum diketahui pasti * unsur hara non esensial, tetapi diperlukan oleh tanaman tertentu saja (Sumber: Bennet, 1993).

Pada saat mengabsorbsi unsur-unsur hara esensial dalam bentuk anion, perakaran tanaman akan melepaskan anion-anion bikarbonat (HCO3-) dan hidroksil (OH-); sedangkan kation H+ akan dilepaskan pada saat akar tanaman menyerap unsur hara dalam bentuk kation. Akibatnya, ion-ion yang terikat pada koloid tanah dan diperlukan oleh tanaman akan terlepas dan terlarut di dalam larutan tanah (Gambar 2).

(a) 11


Sistem Transportasi Kation Bagian luar sel

H

K

H

H

S

H Membran sel

H ATP

ADP

K

K

Co-transporter

Transportasi dalam larutan pH neutral

K H H+ yang dikeluarkan

Kation yang diserap Bagian dalam sel -70mV

(b) Gambar 2a-b. Mekanisme transportasi penyerapan kation ke dalam tubuh tanaman (Sumber: Marschner, 1995).

1.3. Dinamika Unsur C dan N di dalam Tanah Selama masa pertumbuhannya, tanaman memfiksasi CO2 untuk proses fotosintesisnya dan sebanyak 10 – 25% dari C yang difiksasi tersebut akan dikembalikan lagi ke dalam tanah melalui perakaran tanaman dalam bentuk eksudat akar. Oleh karena itu dinamika unsur-unsur C, N, S, P dan unsur hara lainnya di dalam tanah dapat diekspresikan dalam jumlah dan laju pengembalian residu tanaman, terutama da12


lam bentuk komponen C dan N yang terlarut, bentuk selulosa, hemiselulosa dan lignin (Morgan, 2003). Senyawa organik dalam bentuk eksudat yang dikeluarkan oleh perakaran tanaman secara pasif akan berdifusi ke area di sekitar perakaran (rhizosfir). Komposisi dan fungsi eksudat akar dari berbagai jenis tanaman sangat bervariasi. Eksudat akar yang paling banyak dijumpai dalam rhizosfir selain berbentuk C-organik yang dapat larut (dissolvable organic carbon, DOC) juga berbentuk senyawa organik yang mempunyai berat molekul rendah seperti asam-asam Fitat, Malat, Oksalat, Suksinat, Tartrat, Asetat, Butirat dan Sitrat (Gambar 3). Asam Oksalat dan asam Fitat merupakan asamasam organik yang banyak terdapat dalam eksudat akar tanaman Pteris vitatta dan N. exaltata, sedangkan asam Asetat dan asam Suksinat banyak dijumpai pada rhizosfir tanaman gandum (Triticum turgidum). Senyawa-senyawa organik tersebut mempunyai kemampuan untuk menurunkan pH tanah dan membentuk ion kompleks, sehingga keberadaan logam berat dalam bentuk ion diubah menjadi bentuk yang lebih dapat diabsorbsi oleh akar tanaman (Poole & Conover. 1992). 13


Gambar 3. Struktur kimia senyawa-senyawa organik (asam Oksalat dan asam Fitat) yang mempunyai berat molekul rendah (Sumber: http://upload.wikimedia.org).

Komponen-komponen organik yang ada di dalam tanah inilah yang mempunyai pengaruh sangat besar terhadap perkembangan, tingkat kesuburan dan kelembaban tanah. Oleh karena itu, bahan organik tanah yang merupakan kunci kehidupan di dalam tanah sangat menentukan sifat fisik, kimia maupun biologi tanah tersebut. Berlawanan dengan senyawa organik yang mempunyai berat molekul rendah, eksudat akar dalam bentuk Corganik yang dapat larut (DOC) secara tidak langsung memengaruhi akumulasi ion-ion logam di dalam tubuh tanaman melalui mekanisme rangsangan terhadap pertumbuhan 14


mikroba pada area rhizosfir. Ketersediaan C-organik merupakan faktor pembatas terhadap populasi dan keanekaragaman mikroba pada area rhizosfir. Akibatnya, eksudat akar dalam bentuk C-organik yang dapat larut (karbohidrat, protein dan berbagai enzim) yang didistribusikan secara pasif di sepanjang gradient konsentrasi menyebabkan keanekaragaman mikroba pada area rhizosfir lebih tinggi daripada dalam zone tanah non-rhizosfir (Römheld & Marschner, 1991). Adanya perubahan-perubahan akibat penggunaan lahan, cara-cara pengolahan tanah, jenis vegetasi dan faktorfaktor lainnya menyebabkan terjadinya respon bahan organik tanah yang sangat cepat terhadap berbagai proses perubahan tersebut (Post & Kwon 2000; Leifield & Knabner 2005; Yoo et al., 2006). Diketahui bahwa transformasi dan translokasi unsur hara di dalam tanah selalu melibatkan sejumlah proses. Dengan demikian adanya penelusuran mengenai pengaruhpengaruh ketersediaan C di dalam tanah terhadap proses transformasi C, N, S dan P merupakan hal yang sangat mendasar. Titik tolak penelusuran secara berurutan mutlak dimulai dari cara-cara pengelolaan lanskap sampai ke pem15


bentukan lapisan pedogenik, agregasi partikel tanah, sifatsifat permukaan liat-sesquioksida, pengaruh mikoriza pada rhizosfir, kandungan berbagai enzim dan pengaruh-pengaruh mikroba tanah lainnya terhadap pemisahan horizon tanah. Paralel dengan hal tersebut, proses mineralisasi-imobilisasi, stabilisasi produk-produk mikroba dan hubungan antara peran biomassa sebagai katalisator dibandingkan dengan perannya sebagai sumber-lumbung unsur hara (source-sink) juga merupakan parameter-parameter yang menentukan. Adanya oksigen, air, mineral serta residu tanaman dan hewan yang sedang atau telah mengalami proses dekomposisi, maka di dalam tanah akan berlangsung berbagai proses perubahan secara kontinu dan dalam siklus yang alami. Oleh karenanya, secara alami pula beberapa unsur hara yang ada di dalam tanah akan hilang melalui proses pencucian (leaching), oleh aliran permukaan (run-off), erosi atau melalui penguapan (volatilisasi) dan denitrifikasi. Kehilangan unsur hara terbesar terutama terjadi pada saat tanaman dipanen yang tidak diikuti dengan pengembalian residunya kembali ke dalam tanah. Keseimbangan antara proses akumulasi dan dekomposisi residu organik yang ada di dalam tanah selain ditentukan 16


oleh aktivitas mikroba tanah juga sangat dikendalikan oleh faktor-faktor lingkungan lainnya.

17

Dr.sc.agr. N. NURLAENY, Ir.,MS BAHAN ORGANIK TANAH DAN DINAMIKA KETERSEDIAAN UNSUR HARA TANAMAN

Recommend Documents