PENGANTAR ILMU PERTANIAN (IPB 107), SKS =2(2-0)
TOPIK : DAUR HARA KEHIDUPAN TIK : Setelah mengikuti kuliah ini, anda akan dapat menjelaskan Daur Hara Kehidupan.
1. PELESTARIAN KEHIDUPAN PERLU KESETIMBANGAN Keperluan makanan semua bentuk makhluk hidup ada dalam kesetimbangan fotosintesis Energi surya
Tumbuhan
Makhluk hidup lain
Fotosintat = hasil fotosintesis Zat-zat anorganik dlm tanah, air, uara diserap tumbuhan sbg penyusun molekul organik, terbentuklah makanan manusia dan pakan hewan Zat-zat organik yg tdk digunakan akan tersimpan lama, misalnya kayu pd tumbuhan dan gas bumi dlm perut bumi Bakteri pembusuk mengurai kembali zat-zat organik mjd air, karbondioksida, amoniak dan garam mineral
2. TUGAS PERTANIAN BAGI MANUSIA Sistem biologi : Suatu aliran energi dan zat hara yang kontinyu melalui suatu jaring-jaring berbagai daur atau siklus yang saling berkaitan. Tugas pertanian : Menyalurkan arus sistem biologi melalui jalur-jalur yang menguntungkan bagi satu species tunggal, yaitu manusia Berbagai masyarakat tumbuhan diganti dengan varietasvarietas yang dibudidayakan (kultivar=cultifated variety) Hasil pertanian budidaya : udang tambak, madu lebah, hutan jati buatan
3. SASARAN TEKNOLOGI DALAM PEMBANGUNAN • Tujuan teknologi pertanian : Menyalurkan arus zat hara yang lewat melalui daur pangan untuk sebesar-besarnya kepentingan rakyat • Ciri utama pertanian modern : Keberhasilan meningkatkan kepentingan pangan melalui percepatan arus zat hara melalui arus itu • Pertanian modern dicapai dg cara usaha mempercepat pengembalian zat hara dari tumbuhan dan hewan ke dalam tanah shg diserap kembali oleh tumbuhan baru • Usaha mempercepat pemulihan unsur hara : pengolahan tanah, pengawetan tanah, pengairan lahan kering pengeringan lahan terendam dan pasang surut • Tercakup dalam ilmu tanah, pengolahan tanah, teknik tanah dan air
4. PERIMBANGAN PEMANFAATAN ENERGI SURYA DI BUMI
Bumi menyerap sebagian besar energi surya, namun sebagian kecil untuk keperluan kehidupan 60% dipantulkan ke angkasa, sisanya diserap atmosfer, laut, daratan, diradiasikan sebagai panas Dlm tumbuhan, sinar surya diserap oleh pigmen klorofil yang mampu menyerap cahaya merah dan biru Pigmen lain : karoten, mampu menyerap warna merah
Energi
fotosintesis
Tumbuhan
Karbohidrat
+
CO2
+
H 2O
• Energi yg dihasilkan digunakan utk proses oksidasi (bernafas) • Bernafas : cara makhluk hidup mendapatkan energi • Karbon hasil fotosintesis = karbon terikat • Fungsi karbon terikat : metabolisme tumbuhan • Sisa karbon terikat disimpan sbg polisakarida • Selulose : polisakarida terlazim dikandung oleh tumbuhan
▪ Selulose : bahan organik berbentuk serat pembentuk kekekaran batang dan daun tumbuhan ▪ Polisakarida lain yg berfungsi sbg cadangan energi adalah amilum (pati), tersimpan dlm umbi, rhizoma, umbi batang, kormus ▪ Selulose dan pati merupakan asupan energi bagi hewan ▪ Perbedaan keperluan hara hewan & tumbuhan : - Hara tumbuhan
unsur-unsur kimia
Perlu unsur makro N, Ca, P, Mg, K, S, Fe, Mn, Zn, molibden, bor Tidak perlu asam amino dan vitamin
- Hara hewan
senyawa organik
Perlu nitrogen dalam bentuk asam amino, kecuali ruminansia (pemamah biak) • Unsur makro yg diperlukan : Ca, P, Mg, K, Na, Cl, S • Ruminansia dpt memanfaatkan jasad renik dlm rumennya sbg penghasil asam amino dan vitamin • Hewan bukan ruminansia memerlukan vitamin A, D, E, K, asam askorbat, tiamin, riboflavin, niasin, vitamin B6, asam pantotenat, vitamin B-12 • Unsur mikro yang dibutuhkan : semua unsur pembentuk hemoglobin, mangan, seng, selenium
• Hewan dan tumbuhan memerlukan karbon, hidrogen dan oksigen. Hewan : dlm bentuk karbodioksida, oksigen, air Tumbuhan : dlm bentuk polisakarida Faktor penyebab meningkatnya suhu bumi : • Karbondioksida sisa pernafasan • Limbah lain sbg efek teknologi • Pembangunan • Populasi tumbuhan hijau berkurang
5. APA YANG DIPERLUKAN TUMBUHAN UNTUK PERTUMBUHANNYA ? • Tumbuhan hanya perlu unsur hara utk pertumbuhannya, dlm bentuk karbondioksida, oksigen dan air • Karbondioksida dan oksigen tersedia tanpa batas di bumi • Air, sering dijadikan faktor pembatas pertumbuhan sehingga perlu usaha pengairan, bahkan hujan buatan utk meningkatkan hasil pertanian • Pertumbuhan tanaman tergantung pada kemampuan tanah menyerap da menyeian unsur hara yang diperlukan • Derajat keasaman (pH) tanah
6. APAKAH TANAH ITU ? • Tanah terbentuk dari pelapukan dan penghancuran batuan di permukaan bumi, dlm bentuk mineral kristal dan amorf • Proses pembentukan tanah dipengaruhi lingkungan fisik dan biologi • Lapisan penyusun tanah : horizon • Susunan horizon tanah : - Serasah : top soil (pucuk tanah) - Batuan empuk - Butir organik mineral - Butir-butir halus (subsolum)
- Batuan induk
Fungsi tanah : Õ Sumber penyedia unsur hara Persentase lebih halus (%)
Õ Tempat peralihan bentuk zat dalam daur makanan Bagian-bagian anorganik tanah : • Fraksi liat • Fraksi debu • Fraksi pasir • Fraksi kerikil
Liat
Diameter partikel (mm) Debu Pasir
Bagian organik tanah disebut HUMUS, tersusun dari koloid yg mudah menyerap zat hara.
Gravel
PARTIKEL TANAH
Ukuran partikel tanah: halus Klasifikasi partikel tanah:
kasar
Tekstur tanah : Õ Tanah liat : Õ Tanah liat berpasir Õ Tanah lempung Õ Tanah lempung berpasir Õ Tanah berpasir : bersifat sarang Tanah yg subur berstruktur remah, yaitu tersusun atas koloid yg direkat oleh bahan organik hasil buangan jasad renik Ukuran koloid berkaitan dg kemampuan menyerap ion Pemupukan dg zat anorganik : cara utk mengubah kesetimbangan ion utk kepentingan peresapan zat hara
KLASIFIKASI TANAH (TEKSTUR)
Berdasarkan distribusi ukuran partikel tanah dan plastisitas Menggunakan: Segi-tiga tekstur Æ untuk pertanian 1. 2.
International Society of Soil Science (ISSS) US Department of Agriculture (USDA)
100
0
90
10
80
20
70
30 1
60
50 Z%
40
60
20 10
40
Y% 50
30
5 6 0 100 90
7
2 3
10
8
80
70
60
40
30
20
10
20 30 1
60
100
10 0
60 6
3
70
5
80
9
8
12
10 11
100 90
50 Z%
2
4
20
0
40
Y% 50
80 90
10
70
30
80
USDA: 1: clay 2: silty clay 3: silty clay loam 4: sandy clay 5: sandy clay loam 6: clay loam 7: silt 8: silt loam 9: loam 10: sand 11: loamy sand 12: sandy loam
0
80
40
12 50 X%
100 90
70
11
9
4
ISSS: 1: heavy clay 2: sandy clay 3: sandy clay loam 4: sandy loam 5: loamy sand 6: sand 7: light clay 8: clay loam 9: loam 10: silty clay 11: silty clay loam 12: silt loam
70
7 60
50 X%
40
30
Contoh: Leuwikopo : Pasir (x) 25%, Liat (y) 62%, Debu (z) 13%
20
10
90 0
100
DAUR HARA KEHIDUPAN 2
Unsur Hara • Unsur hara adalah bagian dari tanah yang diperlukan oleh tanah untuk pertumbuhannya • Unsur hara esensial adalah unsur hara yang sangat diperlukan bagi tanaman, fungsinya tidak dapat digantikan oleh unsur lain Æ apabila jumlahnya tidak cukup tanaman tidak dapat tumbuh dengan normal
Unsur hara esensial Unsur hara esensial Æ 17 ¾ unsur makro: C, H, O, N, P, K, Ca, Mg dan S (diperlukan dalam jumlah besar) ¾ unsur mikro: Fe, Mn, B, Mo, Cu, Zn, Cl dan Co (diperlukan dalam jumlah sangat kecil, apabila berlebihan akan menjadi racun)
HUKUM MINIMUM JUSTUS VON LIEBIG ª Abad 19 Justus Von Liebig, ahli kimia Jerman mengemukakan HUKUM MINIMUM KESUBURAN TANAH ª Daya kemampuan menghasilkan tanah ~ kemampuan tahang kayu memuat suatu cairan
ª Abad 19 Justus Von Liebig, ahli kimia Jerman mengemukakan HUKUM MINIMUM KESUBURAN TANAH ª Daya kemampuan menghasilkan tanah ~ kemampuan tahang kayu memuat suatu cairan ª Tanah yg ideal mempunyai unsur hara yang seimbang shg kemampuan produksinya maksimum ª Jika tanah kekurangan satu jenis unsur hara tertentu, kemampuan produksi tidak maksimum ª Daya menghasilkan suatu lahan tertentu ditentukan oleh unsur hara yang terendah kadarnya di dalam tanah tsb ª Pemupukan
upaya meningkatkan kadar unsur hara
ª Kelemahan : Tidak memperhitungkan interaksi antara berbagai unsur hara yg menyebabkan hasilnya akan melonjak jika unsur hara tersedia dlm nisbah tertentu
Keseimbangan unsur hara • Agar tanaman dapat tumbuh dengan baik perlu adanya keseimbangan jumlah unsur hara dalam tanah sesuai dengan kebutuhan tanaman
Akibat ketidakseimbangan: 1. kelebihan Cu atau sulfat akan menghambat penyerapan Mo 2. kelebihan Zn, Mn dan Cu dapat menyebabkan defisiensi Fe 3. kebanyakan P dapat menyebabkan kekurangan Zn, Fe dan Cu 4. kelebihan N menyebabkan kekurangan Cu 5. kelebihan N dan K mempersulit penyerapan Mn 6. kelebihan kapur menghambat penyerapan B 7. kelebihan Fe, Cu dan Zn mengurangi penyerapan Mn
DAUR KARBON • Karbon diambil dari gas CO2 oleh tumbuhan utk fotosintesis • CO2 juga dihasilkan oleh tumbuhan dan hewan sbg hasil pernafasan • Daur karbon melibatkan dua proses yang bersaingan, fotosintesis dan pernafasan • Fotosintesis : CO2 + H2O
C6H12O6 + O2
• Energi dari karbohidrat digunakan utk pernafasan Pernafasan : C6H12O6 + O2
CO2 + H2O + energi
• Walau energi hasil fotosintesis berlebih, jika pengembalian dlm bentuk CO2 terlalu cepat dpt menyebabkan kerusakan bumi
Gambar 1 (Daur Karbon)
DAUR NITROGEN Nitrogen merupakan unsur hara pembatas dlm hukum Justun Von Liebig Nitrogen menjadi penyusun utama protein, diperlukan oleh tumbuhan dan hewan dlm jumlah besar Sejumlah besar nitrogen hilang akibat tanah mengalami pembasuhan oleh gerak aliran air dan kegiatan jasad renik Atmosfer mengandung 80% nitrogen bebas Nitrogen dibutuhkan tumbuhan dalam bentuk terikat (dlm bentuk senyawa dengan unsur lain) Fiksasi nitrogen : pembentukan nitrogen dlm bentuk terikat, terjadi di dlm tanah oleh bakteri Jenis bakteri pengikat nitrogen terefisien bersifat simbiotik, dpt mengikat protein jika bekerjasama dg akar tumbuhan polong dan rumpun tropik
¾ Dalam tanah, nitrogen terdapat dalam bahan organik tanah di berbagai tahap pembusukan, namun blm dpt dimanfaatkan tumbuhan ¾ Nitrogen dimanfaatkan tumbuhan dlm bentuk ion amonium (NH4+) atau ion nitrat (NO3+) ¾ Tahapan penguraian asam amino mjd nitrogen anorganik : - NH4+ dibebaskan dari asam amino, diubah jadi NO2- NO2- segera diubah oleh tumbuhan hijau mjd NO3+, Bakteri penghasil ion nitrit dan nitrat bersifat ototrof dan aerob (perlu oksigen), shg kehidupannya dipengaruhi oleh aerasi tanah, suhu dan kandungan air dlm tanah - Proses pemanenan menyebabkan nitrogen terikat hilang, diambil oleh bakteri pengubah nitrat menjadi nitrogen - Proses perubahan nitrit mjd nitrogen bersifat an aerob (hanya berlangsung dlm kondisi tanpa oksigen)
Gambar 2 (Daur Nitrogen)
® Nitrat sangat mudah larut dlm tanah sehingga cepat hilang krn proses pembusukan ® Taraf ketersediaan nitrogen dlm tanah tergantung pada banyaknya bahan organik, populasi jasad renik, tingkat pembasuhan ® Dlm keadaan alami terjadi keseimbangan antara laju pertumbuhan dan gaya-gaya yg menentukan penyediaan nitrogen dlm tanah ® Pemanenan menyebabkan terkurasnya nitrogen krn pengambilan bahan organik dan erosi ® Hal ini menyebabkan pertanian intensif sangat tergantung pada tambahan pupuk nitrogen ® Awalnya nitrogen berasal dari sumber organik, terutama guano (kotoran burung) ® Saat ini nitrogen dibuat menurut proses Haber-Bosch : nitrogen + hidrogen amoniak
UNSUR HARA LAIN • Unsur hara lain yg penting bagi tumbuhan selain nitrogen adalah fosfor, kalium, kalsium, magnesium, belerang • Fosfor terdapat dlm asam nukleat berperan mengangkut energi, diperlukan dlm jumlah kecil dlm bentuk superfosfat • Fosfor lebih tahan pembasuhan, ketersediaannya tergantung pd pH tanah • Kalium diperlukan dlm jumlah agak banyak, tersedia sbg ion dapat-tukar teresap pd permukaan koloid tanah • Humus kaya kalium, tetapi dlm bentuk yg tdk dapat dimanfaatkan langsung sehingga perlu pemupukan • Pupuk Kalium yg dibutuhkan dlm bentuk Kalium Khloride
