Aplikasi Unsur Hara Nano Silika dan Silika Alami untuk meningkatkan Pertumbuhan,

Perkembangan dan Ketahanan pada Tanaman

Sulis Dyah Candra Ngatimun

Judi Suharsono

Penerbit LPPM UPM

MONO

GRAF

APLIKASI NANO SILIKA

PADA TANAMAN

APLIKASI NANO SILIKA

PADA TANAMAN

APLIKASI NANO SILIKA

PADA TANAMAN

Sulis Dyah Candra Ngatimun

Judi Suharsono

Penerbit LPPM UPM Probolinggo 2019

APLIKASI NANO SILIKA PADA TANAMAN

Aplikasi Unsur Hara Nano Silika dan Silika Alami untuk meningkatkan Pertumbuhan, Perkembangan dan Ketahanan pada Tanaman Penulis: Sulis Dyah Candra Ngatimun Judi Suharsono 2020 Diterbitkan oleh: Penerbit LPPM UPM Jl Yos Sudarso Dringu Probolinggo Telp./ Fax : 0335 422715 Email: lppm@upm.ac.id Cetakan Pertama, Desember 2019 Ukuran/ Jumlah hal.: 15,5 x 23 cm/ 50 hal.

ISBN : XX-XXXX-01

Hak cipta dilindungi oleh Undang-Undang. Dilarang mengutip, menerjemahkan, memfotokopi, atau memperbanyak sebagian atau seluruh isi buku ini tanpa izin tertulis dari penerbit. Nomor pencatatan 0001686866 Desember 2019 pada Menteri Hukum dan Hak Asasi Manusia Direktur Jenderal Kekayaan Intelektual.

UCAPAN TERIMA KASIH

(ACKNOWLEDGEMENT) Ucapan terima kasih utamanya ditujukan kepada pihak

Kementrian Riset Teknologi Pendidikan Tinggi yang telah

memberikan Hibah Ipteks bagi Masyarakat dari Dana Riset dan

Pengabdian Masyarakat Tahun Anggaran 2019; serta pihak

Universitas Panca Marga yang telah memfasilitasi pelaksanaan

pengabdian masyarakat melalui koordinasi dari segenap

pengurus Lembaga Penelitian dan Pengabdian Masyarakat

Universitas Panca Marga Probolinggo.

iv

KATA PENGANTAR

Puji Syukur, Alhamdulillah atas segala nikmat dan karunia Allah

SWT yang telah memberikan segala karunia, rahmat dan

kesempatan hingga penyusunan buku ini dapat diselesaikan

dengan baik. Buku monograf berjudul "Aplikasi NanoSilika

pada Tanaman " ini merupakan salah satu bentuk luaran dari

pelaksanaan program Hibah Penelitian Dosen Pemula dari

Dana Riset dan Pengabdian Masyarakat Kementrian Riset

Teknologi Pendidikan Tinggi Tahun Anggaran 2019.

Diharapkan dengan beredarnya buku dengan tema

pelaksanaan pengabdian masyarakat bidang pertanian ini,

maka dapat menjadi kontribusi positif untuk masyarakat awam,

pelajar dan mahasiswa. Diharapkan pula keberadaan buku ini

dapat membantu meningkatkan pemahaman dan tingkat

adopsi teknologi dalam pemanfaatan unusr hara beneficial

Silika untuk tanaman.

Dalam penyusunan buku edisi cetakan pertama ini, kami

menyadari bahwa masih terdapat banyak kekurangan yang

dapat dijumpai, sehingga kami harapkan masukan dan kritik

pembaca. Semoga buku ini dapat memberi manfaat ilmu bagi

para pembaca sekalian.

v

DAFTAR ISI

UCAPAN TERIMA KASIH ................................. iv

KATA PENGANTAR ............................................ v

DAFTAR ISI ......................................................... vi

DAFTAR GAMBAR ........................................... vii

DAFTAR TABEL .............................................. viii

I. UNSUR HARA BENEFICIAL SILIKA .............. 1

II. PEMANFAATAN SILIKA ................................ 9

III. METODOLOGI PERCOBAAN SILIKA........ 16

IV. TINJAUAN PUSTAKA ................................. 19

MEKANISME KERJA UNSUR SILIKA .......... 19

VI. PEMBAHASAN ............................................. 38

VII. SIMPULAN .................................................. 47

DAFTAR PUSTAKA ........................................... 48

vi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1. Fraksi Silika dalam Tanah 1

Gambar 2. Siklus Si dalam tanah 2

Gambar 3. Pemanfaatan Silika pada berbagai bidang 8

DAFTAR TABEL Tabel 1. Berbagai sumber Silika di tanah dan larutan 3

Tabel 2. Takaran Si total dan terlarut 3

Tabel 3. Kandungan Si total dan tersedia di dalam tanah 8

I. UNSUR HARA BENEFICIAL SILIKA

Indonesia adalah salah satu negara agraria yang menghasilkan

padi dengan jumlah yang melimpah. Indonesia memiliki

sawah seluas 12,84 juta hektar yang menghasilkan padi

sebanyak 65,75 juta ton. Limbah sekam padi yang dihasilkan

sebanyak 8,2 sampai 10,9 ton. Potensi limbah yang besar ini

hanya sedikit yang baru dioptimalkan[1]. Menurut penelitian

yang dilakukan oleh Arif Rahman tahun 2017, ternyata sekam

padi secara umum mengandung silika yang tinggi yaitu 93,46

%[2]. Oleh karena itu, abu sekam padi dapat dimanfaatkan

sebagai sumber silika pada pembuatan bahan berbasis silika.

Gambar 1. Fraksi Silika dalam Tanah (Tubaña, 2015)

Gambar 2. Siklus Si dalam tanah (Panah hijau mewakili

transformasi atau proses yang meningkatkan konsentrasi

silikon dalam larutan tanah. Panah kuning mewakili

transformasi atau proses yang mengurangi konsentrasi silikon

dalam larutan tanah. Panah merah mewakili proses yang

mengakibatkan hilangnya silikon dari sistem tanah atau

produksi stabil, tanaman tidak tersedia bentuk silikon. Panah

biru merupakan proses transformasi silikon menjadi

kumpulan silika yang menyumbangkan elemen ini ke dalam

larutan tanah) (Tubaña, 2015).

Tabel 1. Berbagai sumber Silika di tanah dan larutan nutrisi

(Meena et. al., 2014)

Tabel 2. Takaran Si total dan terlarut pada beberapa sumber

Si (Tubaña and Heckman, 2015)

Silikon (Si) banyak terkandung pada tanaman graminae,

seperti padi, jagung, dan tebu, terutama di permukaan daun,

batang, dan gabah (padi). Tanaman kahat Si menyebabkan

ketiga organ tanaman di atas kurang terlindungi oleh lapisan

silikat yang kuat, akibatnya: (1) daun tanaman lemah terkulai,

tidak efektif menangkap sinar matahari, sehingga

produktivitas tanaman rendah/tidak optimal; (2) penguapan

air dari permukaan daun dan batang tanaman dipercepat,

sehingga tanaman mudah layu atau peka terhadap kekeringan;

(3) daun dan batang menjadi peka terhadap serangan penyakit

dan hama; (4) tanaman mudah rebah; dan (5) kualitas gabah

(padi) berkurang karena mudah terkena hama dan penyakit.

Akibatnya, hasil optimal tanaman tidak tercapai, kestabilan

hasil rendah (fluktuatif) dan mutu produk rendah. Penggunaan

kembali Si yang dahulu selalu diperhatikan pada budi daya

padi, baik di luar negeri maupun di dalam negeri, hampir dapat

dipastikan akan meningkatkan produktivitas, kestabilan dan

kualitas hasil padi. Memopulerkan kembali penggunaan

pupuk silikat pada tanaman padi saat ini sangat tepat, seiring

dengan kebijakan pemerintah untuk meningkatkan produksi

padi nasional sebesar 5%, dimana pemanfaatan lahan-lahan

suboptimal, lahan-lahan endemik hama dan penyakit, serta

lahan optimal dengan penggunaan pupuk N dosis tinggi

semakin meluas dan intensif. Lahan-lahan tersebut

memerlukan tambahan silikat.

Silikon tidak termasuk hara esensial tanaman pada umumnya,

dikarenakan fungsinya secara fisiologis belum diketahui.

Menurut definisi, unsur kimia mineral dapat dikatakan hara

esensial bagi pertumbuhan dan perkembangan tanaman

apabila (1) unsur tersebut terlibat atau berfungsi

dalammetabolisme tanaman; dan (2) tanaman tidak dapat

melengkapi daur hidupnya bila tanpa unsur tersebut (Tisdale

et al. 1993).Namun demikian,manfaat unsur Si pada tanaman-

tanaman graminea, terutama padi dan tebu cukup penting dan

telah diketahui sejak lama. Si diperlukan untukmenjadikan

tanamanmemiliki bentuk daun yang tegak (tidak terkulai),

sehingga daun efektif menangkap radiasi surya dan efisien

dalam penggunaan hara N yang menentukan tinggi/

rendahnya hasil tanaman. Tanaman cukup Si memiliki daun

yang terlapisi silikat dengan baik, menjadikannya lebih tahan

terhadap serangan berbagai penyakit yang diakibatkan oleh

fungimaupun bakteri seperti blas, HDB. Dengan Si, batang

tanaman menjadi lebih kuat dan kekar, sehingga lebih tahan

terhadap serangan penggerek batang, wereng coklat, dan

tanaman menjadi tidak mudah rebah. Si juga menyebabkan

perakaran tanaman lebih kuat, intensif, dan menaikkan root

oxidizing power, yaitu kemampuan akar mengoksidasi

lingkungannya seperti ion fero (Fe2+)menjadi feri (Fe3+)

sehingga pada lahan yang banyak besinya, tanaman

tidak/sedikitmengalami keracunan besi atau lebih tahan;

demikian pulaMn2+ yang biasanya dalamjumlah banyak

meracuni tanaman menjadi berkurang karena teroksidasi

menjadi Mn4+. Tanaman yang kekurangan Si banyak

kehilangan air dari tanaman (transpirasinya tinggi), karena

permukaan daunnya kurang terlindungi silikat, sehingga

tanamanmudah kekeringan. Pemberian Simenyebabkan

tanaman lebih tahan kekeringan.

Kandungan silika dari sekam padi dapat diperoleh melalui

proses ekstraksi. Proses ekstraksi silika dari sekam padi dapat

dilakukan dengan metode refluks. Proses mengesktrak

kandungan silika dari sekam padi dimulai dengan

membersihkan sekam padi dengan air bersih lalu di keringkan

menggunakan cahaya matahari untuk menghilangkan unsur

pengotor dan tanah liat. Silika yang telah bersih tersebut

kemudian dipanaskan selama 4 jam pada suhu 750oC agar

menjadi abu sekam padi. Selanjutnya, sebanyak 10 gram abu

sekam padi dicampur dengan 60 ml larutan NaOH (Natrium

Hidroksida) dengan konsentrasi 4 N kemudian dipanaskan

selama 1 jam pada suhu 80oC sambil diaduk. Setelah dingin

kemudian disaring sehingga menghasilkan natrium silikat.

Natrium silikat yang dihasilkan kemudian dicampur denggan

larutan HCL 4 N lalu campuran disaring kembali[3] . Hasil

yang diperoleh dari proses tersebut adalah silika murni yang

apabila dipasarkan memiliki harga yang tinggi.

Untuk tanah-tanah sawah, berdasarkan kriteria status Si

tersedia, nilai di bawah 600 mg/kg tergolong rendah

sedangkan nilai di bawah 300 mg/kg sudah tergolong defisit

bagi tanaman. Penurunan ketersediaan Si pada tanah-tanah

sawah disebabkan oleh pengurasan Si terus menerus tanpa

usaha pengembaliannya ke dalam tanah. Apalagi satu-satunya

sumber bahan organik yang mengandung Si tinggi dan paling

mudah diakses petani yaitu jerami biasanya dibakar oleh

petani, yang menyebabkan hilangnya sebagian Si. Metode

penentuan kadar Si: metode ekstraksinya yaitu: 1) Inkubasi

dengan acetic acid (Incu AA), 2) Inkubasi dengan distilled

water (Incu DW), 3) Inkubasi dengan acetate buffer (Ac

Buffer), 4) Ekstraksi dengan citric acid (Citric Acid), dan 5)

Ekstraksi dengan distilled water (DW). Kebutuhan Unsur hara

Si Tanaman Padi: untuk setiap 5 t/ha hasil padi, dibutuhkan

sebanyak: 230-470 kg Si/ha, 75-120 kg N/ha, 20-25 kg P/ha,

dan 23-257 kg K/ha.

Tabel 3. Kandungan Si total dan tersedia di dalam tanah pada

beberapa lahan di Jawa Barat (Husnain. 2009)

Penentuan Kandungan Si pada Tanaman dapat dilakukan

dengan Diperlukan banyak detil pengamatan: keragaman jenis

tanah dan ketersediaan Si, serapan Si tanaman padi dan

tanaman lain, serta korelasi antara kebutuhan tanaman dengan

ketersediaan Si dalam tanah. Diperlukan data kandungan Si

tanaman pada lokasi sampling tanah secara detil dan dalam

jumlah sampel yang representatif. Pengembalian Si terutama

dari jerami pada lahan sawah intensifikasi sangat diperlukan

untuk menjaga sustainabilitas produksi tanaman padi.

Inkubasi dan ekstraksi tanah untuk penetapan Si tersedia pada

tanah dan tanaman padi dilakukan di laboratorium Soil and

Ecological Engineering, Shimane University, Jepang.

Kandungan Si pada tanah dan tanaman di dalam tanah diukur

dengan ICPS-2000, Shimadzu.

Tabel 4. Kandungan Si di dalam daun bendera tanaman padi

dan ketersediaan Si pada beberapa tanah sawah di

DAS Citarum

II. PEMANFAATAN SILIKA

Kebutuhan pangan, khususnya beras, terusmeningkat sejalan

dengan meningkatnya jumlah penduduk, sedangkan usaha

diversifikasi pangan berjalan sangat lambat. Peningkatan

produksi padi nasional tetap menjadi prioritas pemerintah,

karena beras selain sebagai makanan pokok penduduk

Indonesia, juga sebagai barang ekonomi, sosial, dan politik.

Oleh karena itu, perluasan areal panen dan peningkatan

produktivitas padi menjadi suatu keharusan gunamemenuhi

kebutuhan di atas.

Dalam upaya perluasan areal tanampadi, lahan-lahan

suboptimal seperti lahan kering, lahan sawah tadah hujan dan

lahan rawa pasang surut (termasuk lahan gambut) dengan

berbagai kendala biotik (hama dan penyakit) serta abiotik

(kekeringan dan kesuburan rendah) akan turut dimanfaatkan

guna mencukupi kebutuhan produksi nasional. Pada lahan-

lahan semacam ini, tanaman padi perlu memiliki kandungan

silikat yang cukup agar tanaman terlindung dari serangan

hama dan penyakit, serta pertumbuhan tanaman yang tegar.

Padahal pada tanah-tanah tersebut, terutama pada lahan

gambut, kandungan silikatnya termasuk rendah. Demikian

pula pada lahan sawah beririgasi, di daerah endemik hama dan

penyakit, yang menggunakan pupuk N dosis tinggi

kadangkala terjadi ledakan hama dan penyakit yang berakibat

pada penurunan hasil. Pengaruh negatif dari pemberian pupuk

N tinggi adalahmelemahnya jaringan tanaman (succulent),

sehingga tanaman lebih peka terhadap serangan hama dan

penyakit. Hal ini akan berdampak terhadap penurunan tingkat

produktivitas, penurunan pendapatan, kerugian dan ketidak-

pastian produksi. Kejadian ini dikhawatirkan akan semakin

meluas dan semakin parah, apabila tidak ada upaya perbaikan

dalamsistemproduksi padi. Saran perbaikan tersebut adalah

mengangkat kembali peran dan penggunaan silikat pada

tanaman padi guna meningkatkan produktivitas danmenjaga

kestabilan hasil yang sudah tinggi. Pengaruh positif silikon

pada tanaman padi ini telah banyak dilaporkan di berbagai

negara sepertiAmerika Serikat, Jepang,Cina,

KoreaSelatan,Taiwan, India, Sri langka, Brazil dan Kolombia.

Silikon (Si) merupakan salah satu unsur kimia kedua

terbanyak di kerak bumi (lithosphere) yaitu 27,6%dan diserap

oleh hampir semua tanaman dalam bentuk asam monosilikat

(monosilicic acid) atau Si(OH)4. Tanaman serealia dan

rumput-rumputan mengandung 0,2-2,0% Si, sedangkan

dikotiledon mengandung sepersepuluhnya. Tanaman tertentu

bahkan dapat mengandung 10% Si.Adanya fungsi Si dalam

akar menyebabkan tanaman seperti sorgum menjadi toleran

terhadap kekeringan.

Silikon terdapat dalam struktur dinding sel. Rumput-

rumputan, sedges (rumput rawa), nettles, dan horsetails

mengakumulasi Si dalam daunnya 2-20%. Silikon berfungsi

memperkuat dinding jaringan epidermis dan jaringan

pembuluh,mengurangi kekurangan air, danmenghambat

infeksi jamur.

Meskipun peran Si dalam metabolisme pertumbuhan tanaman

belum diketahui, namun pada tanaman tebu diketahui adanya

komplek enzim-Si yang berperan sebagai protektor dan

regulator dalam proses fotosintesis dan kegiatan enzim.

Silikon dapatmenekan aktivitas enzim invertase dalamtebu,

sehingga produksi sukrosameningkat. Pengurangan aktivitas

enzimfosfatase menyebabkan peningkatan penyediaan

prekursor berenergi tinggi esensial

yang dibutuhkan untuk pertumbuhan tanaman tebu dan

produksi gula yang optimal.

Manfaat Si yang sudah diketahui antara lain (1) dapat

mengurangi pengaruh keracunan Mn, Fe, dan Al yang sering

terjadi pada tanah-tanah masam dan tanah-tanah berdrainase

buruk; (2) mencegah akumulasi Mn pada daun tebu yang

berupa spot-spot hitam; (3)menguatkan batang sehingga

tanaman tahan rebah; (4) meningkatkan ketersediaan hara P

dalam tanah; (5) mengurangi transpirasi; dan (6) pada

ketimun, pemberian Si dapat meningkatkan hasil,mengurangi

penyakit embun tepung (powdery mildew) danmeningkatkan

kesehatan tanaman secara umum.

Partikel Silika dengan ukuran sangat kecil (nanometer)

memiliki karakterisitik yang khas sehingga dapat

meningkatkan potensi efisiensi aplikasinya. Gambar 1.

menunjukkan potensi aplikasi nanosilika yang selama ini

hanya dimanfaatkan pada berbagai bidang industri.

Gambar 3. Pemanfaatan Silika pada berbagai bidang selain

pertanian

Selain itu jika ditinjau dari segi nilai ekonomi, silika bisa

menjadi salah satu proyek yang menguntungkan. Sebagai

gambaran, harga 1 kg pasir silika adalah Rp. 500. Namun,

apabila ditingkatkan kadar kemurnian silikanya maka

harganya menjadi Rp. 150.000/kg. Akan tetapi, apabila silika

tersebut dipasarkan dalam bentuk nanopartikel silika, harga

akan mencapai Rp 3.000.000/kg

Indonesia yang mayoritas penduduknya adalah petani

seharusnya dapat memanfaatkan potensi ini demi peningkatan

ekonomi petani. Hal tersebut, akan membuat petani menjadi

lambang kemakmuran bagi Indonesia.

Terkait dengan perilaku petani yang masih didominasi dalam

menggunakan pestisida kimia, sangat dipengaruhi oleh: (1)

persepsi petani terhadap risiko, semakin tinggi persepsi petani

terhadap risiko maka semakin tinggi kuantitas pestisida kimia

yang digunakan, (2) persepsi petani tentang ketahanan

kultivar terhadap OPT, semakin rendah ketahanan suatu

kultivar semakin tinggi kuantitas pestisida kimia yang

digunakan, serta (3) pengetahuan petani tentang bahaya

pestisida, semakin rendah pengetahuan petani semakin tinggi

kuantitas pestisida yang digunakan (Ameriana, 2008). Maka

sangat disarankan untuk mengurangi penggunaan pestisida

dalam produksi padi untuk menerapkan teknologi pertanian

yang ramah lingkungan (Suswati, 2006).

Tabel 4. Penurunan Serangan OPT Akibat Pemberian Si

Sumber: Meena et. al. (2014)

Tabel 5. Silicon based induced resistance (Atta et.al., 2019)

III. METODOLOGI PERCOBAAN SILIKA

Penelitian ini bertujuan untuk menyelidiki secara

eksperimental pentingnya silika dalam mendukung

pertumbuhan dan hasil tanaman padi baik secara agronomis

dan ekonomis, serta berdasarkan pada penampilan

mikroanalisis dan konten elemen mikro.

Parameter pengamatan pada penelitian ini Pengamatan

dilakukan dengan interval 14 hari sekali dengan mengamati

pada bagian: tinggi tanaman (cm), jumlah daun per rumpun,

jumlah anakan per rumpun, tingkat prosentase serangan hama

(Penggerek Batang dan Wereng), jumlah malai per rumpun,

jumlah biji per malai, bobot per 1000 butir gabah (gram), dan

hasil gabah per hektar (ton). Sementara untuk mengetahui

aspek sosial ekonomi pertaniannya, dilakukan pula analisis

usahatani yang mencakup biaya produksi tanaman padi

dengan menggunakan teknologi ini.

Penelitian ini disusun dalam adalah dengan menggunakan

Rancangan Petak Terbagi Faktorial yang diulang tiga kali

dengan menggunakan uji lanjut BNT 5%. Sebagai petak

utamanya adalah Silika Alami dengan taraf: A0 (kontrol), A1

(Silika Jerami), A2 (Silika Sekam), A3 (Silika Arang Jerami),

A4 (Silika Arang Sekam). Sebagai Anak petaknya adalah

perlakuan Nano Silikon (N) terdiri dari 4 taraf yaitu: N1

(frekuensi pemberian 1x), N2 (frekuensi pemberian 2x), N3

(frekuensi pemberian 3x), N4 (frekuensi pemberian 4x).

Pengumpulan data secara kuantitatif dilaksanakan dengan

mengamati tanaman sampel pada Parameter pengamatan pada

penelitian ini. Pengamatan dilakukan dengan interval 14 hari

sekali pada tanaman padi yang telah diperlakukan secara

faktorial pada aplikasi macam jenis Si alami dan frekuensi

nano Si.

Data hasil pengamatan di lapang kemudian diolah dengan

Split Plot Design/Sidik Ragam Rancangan Petak Terbagi

berdasarkan model Yijk = μ + k + αi + ik + βj + (αβ)ij + εijk

Yijk = Nilai hasil pengamatan pada unit percobaan

dalam blok ke-k yang memperoleh taraf ke-

i dari faktor Silikon Alami dan taraf ke-j dari

faktor frekuensi pemupukan Silikon.

μ = Nilai rata-rata tengah yang sebenarnya

(rata-rata populasi)

k = Efek aditif dari kelompok blok ke-k

αi = Efek aditif dari taraf ke-i faktor Silikon

Alami

ik = pengaruh galat yang muncul pada taraf ke-i

faktor A (Silikon Alami) dalam kelompok

ke-k (galat petak utama = galat a)

βj = pengaruh aditif dari taraf ke-j faktor B

(Nano Silika)

(αβ)ij = Pengaruh interaksi taraf ke-i faktor A

(Silikon Alami) dan taraf ke-j faktor B

(Nano Silika)

εijk = Efek galat pada kelompok ke-k yang

memperoleh taraf ke-i faktor A dan taraf ke-

j faktor B (Galat Anak Petak = galat b).

Kemudian untuk mengetahui apakah perlakuan tersebut

berpengaruh atau tidak secara nyata, maka dilakukan Uji F.

Jika dari analisa didapatkan perbedaan pengaruh yang nyata

maka untuk membedakan pengaruh dilakukan pengolahan

data dengan Uji Beda Nyata Terkecil pada taraf 5%.

Selanjutnya untuk bidang manajemen pertanian, maka

Analisa Usahatani padi dihitung dengan rumus: Pd = TR –

TC (Keterangan: Pd = Pendapatan Usahatani; TR = Total

Penerimaan; TC = Total Biaya).

Pada mikroanalisis dan konten elemen mikro, dilaksanakan

analisa SEM-EDX dan XRF advanced material laboratory

analysis.

IV. TINJAUAN PUSTAKA

MEKANISME KERJA UNSUR SILIKA

Gambar 7. Sintesis manfaat Si untuk tanaman di bawah

berbagai tekanan lingkungan; mekanisme mekanis

disebabkan oleh keberadaan phytoliths (Guntzer, 2012).

Gambar 8. Microphotographs of phytoliths dari tanah yang

diolah; Jenis phytolith adalah: 1 Bilobate, 2 Clavate, 3 dan 4

Trapeziform polylobate short cell, 5 Cylindric elongate, 6

Parallepipedal bulliform cell, 7 Elongate echinate long cell, 8

Rondel (Guntzer, 2012).

Gambar 9. Efektivitas Si pada pengendalian OPT Padi

Gambar Mekanisme Induksi Ketahanan Si terhadap serangan

dari Hama dan Patogen pada Tanaman

Gambar Peran silikon (Si) pada interaksi tanaman-patogen.

(Wang et. al., 2017).

Sebagaimana tertera pada gambar di atas, bahwa Respons

pertahanan tanaman yang dimediasi diklasifikasikan sebagai

mekanisme fisik, biokimia, dan molekuler.Dimana

mekanisme fisik yang terlibat dalam penguatan dinding sel

dan deposisi papilla, mekanisme biokimia dikaitkan dengan

mengaktifkan enzim yang berhubungan dengan pertahanan,

merangsang produksi senyawa antimikroba serta mengatur

jaringan jalur sinyal yang kompleks, dan mekanisme

molekuler terutama mengandung regulasi gen dan protein

terkait untuk tanggapan pertahanan (Wang et. al., 2017).

Gambar 10. Transporter Silikon.

Pada gambar di atas, menunjukkan bahwa penyerapan umum

Si pada tanaman padi dari akar hingga pucuk. Dari sel

epidermis akar, asam silikat diangkut melalui sel eksodermis

oleh Lsi1 pasif dan transporter Lsi2 Si aktif. Dalam

aerenchyma silicic acid bergerak secara apoplastik hingga

mencapai endodermis tempat transporter Lsi1 dan Lsi2

memuat asam silicic dalam sel-sel kortikal. Transporter yang

tidak terdefinisi memuat asam silikat dalam xilem. Melalui

asam silikat xilem tiba di tunas, di mana transporter Lsi6

menurunkan asam silikat ke dalam sel parenkim xilem.

Protein yang tidak terdefinisi mengangkut asam silikat ke

dalam sel daun tempat ia dipolimerisasi baik sebagai silika

dalam sel atau sebagai lapisan silika subkutikuler di luar sel.

Diadaptasi dari Ma dan Yamaji (2006); Ma et al. (2011)

Tabel 6. Mekanisme Resistensi Tanaman akibat Si (Housari,

2018)

Tabel 7. Mekanisme Si dalam Melawan Stess Biotik dan

Abiotik (Zargar, 2019)

Tabel 8. Enzim terkait ketahanan oleh Silikon

Penerapan silikon pada pertanian padi berkelanjutan, terkait

program PBB Sustainability Development Goals adalah:

1. Tidak ada kemiskinan (1) - petani kemungkinan akan

kehilangan hasil karena kapasitas yang lebih tinggi untuk

mengatasi cekaman biotik/ abiotik untuk pertumbuhan

dan produksi tanaman.

2. Nol kelaparan (2) - petani dapat menyajikan lebih banyak

makanan kepada masyarakat, mencegah kehilangan

panen akibat serangan hama dan patogen

3. Kesehatan dan kesejahteraan yang baik (3) - tanaman

dengan silikon akan memiliki kualitas kesehatan yang

lebih tinggi karena kadar residu pestisida yang jauh lebih

rendah dalam makanan

4. Air bersih dan sanitasi (6) - sumber air utama berasal dari

sungai yang tercemar bahan kimia dari pertanian, dengan

residu kimia yang lebih rendah akan lebih baik untuk air

yang lebih bersih.

5. Konsumsi dan produksi yang bertanggung jawab (12) -

tanaman yang lebih sehat akan menjadi bentuk produksi

pangan yang bertanggung jawab

6. Aksi iklim (13) – Aplikasi silikon pada padi mendukung

skenario mitigasi perubahan iklim

7. Kehidupan di bawah air (14) - dengan ekosistem

pertanian yang lebih sehat dan residu pestisida yang lebih

rendah, kehidupan di bawah air akan lebih sehat dan

berlimpah ragam populasinya.

VI. PEMBAHASAN

A. Analisa Usahatani Penanaman Padi dengan Aplikasi

Silika

Pertimbangan mengenai penggunaan teknologi silika, dengan

asumsi penggunaan penambahan silika sebagai nutrisi

beneficial bagi tanaman,yang dapat mengurangi cekaman

tanaman terhadap stress lingkungan dan membantu resistensi

tanaman terhadap OPT, namun sampai saat ini penggunaan di

lapang masih sangat terbatas; dapat didukung dari perhitungan

usahatani pelaksanaan pertanian silika di lahan padi

sebagaimana tertera pada Tabel 1 berikut ini

Tabel 1. Rata-rata penggunaan input usahatani padi sistem

silika dan konvensional per ha

No Komponen input

Pertanian Silika Petani Konvensional

Volume Harga (Rp)

Nilai (Rp) Volume Harga (Rp)

Nilai (Rp)

I BIAYA

1 Bibit

25 9.000

225.000

25

9.000

225.000

2 Pupuk

Urea (kg)

290

1.900

550.487

290

1.900

550.487

SP 26 (kg)

50

2.100

104.307

50

2.100

104.307

Phonska (kg)

227

2.350

533.027

227

2.350

533.027

ZA

66 1.450

96.019

66

1.450

96.019

Kompos

199 800

158.944

3 Pestisida

4

125.000

500.000

16

125.000

2.000.000

4 Silika organic

7

68.000

476.000

5 TKLK

Mengolah lahan

2

80.000

160.000

2

80.000

160.000

Mencacah tanah

4

80.000

320.000

4

80.000

320.000

Menanam

8

80.000

640.000

8

80.000

640.000

Memupuk

4

80.000

320.000

4

80.000

320.000

Mencabut gulma

4

80.000

320.000

4

80.000

320.000

Mengendalikan OPT

2

80.000

160.000

16

80.000

1.280.000

Aplikasi Si

6

80.000

480.000

Panen

10 80.000

800.000

10

80.000

800.000

Mengeringkan gabah

2

80.000

160.000

2

80.000

160.000

6 Peralatan

Hand Sprayer

1

650.000

650.000

1

650.000

650.000

Sewa Traktor

1

350.000

350.000

1

350.000

350.000

Penyusutan 1

58.500

58.500 1

58.500

58.500

Pajak 1

477.778

477.778 1

589.884

589.884

Total Biaya

7.540.062

9.157.224

II PENDAPATAN

Hasil Panen

2.676

6.500

17.394.000

2.676

6.500

17.394.000

III KEUNTUNGAN

9.853.938

8.236.776

BEP Volume Produksi

1.160,01 1.408,80

BEP Harga Produksi

2.817,66 3.421,98

B/C Ratio

2,31 1,90

ROI 130,69% 111,17%

Dari Tabel 1 di atas dapat diketahui bahwa nilai keuntungan kotor

dari usahatani silika adalah sebesar sekitar Rp 9.853.900

sementara pada pertanian konvensional sebesar Rp 8.236.800.

Selanjutnya untuk menentukan kelayakan pelaksanaan usahatani

padi dengan aplikasi silika, maka dilakukan penghitungan

ekonominya:

1. Analisa Biaya Produksi BEP Volume Produksi, dengan rumus:

𝐵𝐸𝑃 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑘𝑠𝑖 = 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑏𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑘𝑠𝑖

𝐻𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑑𝑖 𝑡𝑖𝑛𝑔𝑘𝑎𝑡 𝑝𝑒𝑡𝑎𝑛𝑖

Dari hasil perhitungan menunjukkan bahwa pada saat

diperoleh produksi padi yang mampu dicapai sebanyak

1.160,01 kg pada sistem silika, atau 1.408,80 kg pada

sistem konvensional, maka usahatani padi tersebut pada

kondisi impas, yaitu tidak menghasilkan untung tetapi juga

merugi.

2. Analisa Biaya Produksi BEP Harga Produksi, dengan rumus:

𝐵𝐸𝑃 𝐻𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑘𝑠𝑖 = 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑘𝑠𝑖

𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑘𝑠𝑖

Hal ini menunjukkan bahwa pada saat harga padi di tingkat petani

yang mencapai Rp 2.817,66 pada sistem silika, atau Rp 3.421,98

pada sistem konvensional, maka usaha tani padi tersebut tidak

mengalami keuntungan, tetapi tidak pula mengalami kerugian.

3. B/C Ratio, dengan rumus:

𝐵 𝐶⁄ 𝑅𝑎𝑡𝑖𝑜 = 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑃𝑒𝑛𝑑𝑎𝑝𝑎𝑡𝑎𝑛

𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑘𝑠𝑖

Nilai B/C ratio sebesar 2,31 pada sistem silika, atau 1,90

pada sistem konvensional menunjukkan bahwa dari

pengeluaran biaya sebesar Rp. 7.540.062 akan diperoleh

penerimaan 2,31 kali dari biaya yang dikeluarkan pada

sistem silika, dan dari pengeluaran biaya sebesar Rp.

9.157.224 akan diperoleh penerimaan 1,90 kali dari biaya

yang dikeluarkan pada sistem konvensional.

4. Return Of Investment, dengan rumus:

𝑅𝑂𝐼 = 𝐾𝑒𝑢𝑛𝑡𝑢𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑈𝑠𝑎ℎ𝑎𝑡𝑎𝑛𝑖

𝑀𝑜𝑑𝑎𝑙 𝑈𝑠𝑎ℎ𝑎𝑡𝑎𝑛𝑖𝑥 100%

Nilai ROI sebesar 130,69% pada sistem silika dan 111,17% pada

sistem konvensional menunjukkan bahwa pada setiap pengeluaran

modal usahatani sebesar Rp 100 maka akan diperoleh keuntungan

sebesar sebesar Rp 13.069 pada sistem silika dan Rp 11.117 pada

sistem konvensional.

B Hasil Analisa Mikroskop Elektron dan X-Ray pada gabah

padi (Analisis SEM-EDX dan XRF)

Hasil analisis SEM-EDX dari sekam padi menunjukkan perbedaan

fisik dalam penampilan permukaan seperti logam dari lapisan

permukaan sekam padi, yang menunjukkan peningkatan

intensitasnya, pada aplikasi Nano-Silika yang lebih sering (3x dan

4x). Analisis XRF menunjukkan ketersediaan Si, P, K, Ca, Mn, Fe,

Ni, Cu, Zn, Eu, dan Re dari semua perlakuan, dan menunjukkan

perbedaan puncak masing-masing elemen. Satu-satunya hasil

menonjol yang muncul dari data XRF adalah bahwa keberadaan

unsur Ytterbium (Yb), yang dikenal sebagai Elemen Tanah

Langka (Rare Earth Elements) pada frekuensi aplikasi Nano-silika

yang lebih tinggi (sebagaimana yang tertera pada Tabel 2). Hasil

ini mendukung penelitian sebelumnya yang telah menunjukkan

hubungan antara Si dan Yb, yang keduanya ditemukan saling

berhubungan dan menguntungkan bagi pertumbuhan dan

produktivitas tanaman (Wyttenbach, 1998)1.

Tabel 2. Konsentrasi Komponen Nutrisi dari Frekuensi Nano

Silikon yang berbeda (%) berdasarkan Analisa XRF Si P K Ca Mn Fe Ni Cu Zn Eu Re Yb

N1 77,90 3,30 11,10 5,27 0,62 0,50 0,13 0,27 0,10 0,50 0,30 0,00

N2 71,60 2,40 19,90 3,79 0,46 0,31 0,12 0,25 0,06 0,40 0,40 0,00

N3 71,40 3,70 16,60 5,44 0,50 0,56 0,10 0,31 0,09 0,50 0,40 0,43

N4 73,70 3,40 15,10 5,60 0,15 0,22 0,43 0,08 0,25 0,40 0,30 0,30

M

ag

N1

N1 =

Frekuensi

Nano Silika

1x

N2

N2 =

Frekuensi

Nano Silika

2x

N3

N3 =

Frekuensi

Nano Silika

3x

N4

N4 =

Frekuensi

Nano Silika

4x

50

x

35

0x

1.0

00

x

Gambar 1. Hasil analisa SEM-EDX pada gabah tanaman padi

N1

N1 =

Frekuensi

Nano Silika

1x

N2

N2 =

Frekuensi

Nano Silika

2x

N3

N3 =

Frekuensi

Nano Silika

3x

N4

N4 =

Frekuensi

Nano Silika 4x

Gambar 2. Hasil analisa XRF pada gabah tanaman padi

Hasil Pengamatan Analisa Split Plot terhadap Beberapa Parameter

Tanaman

1. Parameter Vegetatif

Pada pengamatan pertumbuhan yaitu Parameter Tinggi Tanaman,

Jumlah Daun dan Jumlah Malai maupun intensitas serangan pada

aplikasi pemberian silika alami dan frekuensi nano-silikon,

berdasarkan analisa varians tidak menunjukkan perbedaan nyata

maupun interaksi antar faktor.

Gambar 3. Pengamatan Faktor Tunggal Parameter Tinggi

Tanaman pada Aplikasi Silika

2. Parameter Generatif

Pada parameter generatif, yaitu pengamatan parameter berat basah

tanaman (panen) pada aplikasi silika juga tidak menunjukkan

pengaruh nyata maupun interaksi antar perlakuan.

0

100

200

300

400

500

600

700

T T 1 T T 2 T T 3 T T 4

TINGGI TANAMAN

A1 A2 A3 A4

V1 V2 V3 V4

Gambar 4. Pengamatan Faktor Tunggal Parameter Berat Basah

Tanaman pada Aplikasi Silika

Pada hasil pengamatan analisa split plot terhadap beberapa

parameter tanaman tidak menunjukkan perbedaan nyata maupun

interaksi. Penyebabnya antara lain kemungkinan adalah: tidak ada

tanaman lain sejenis pada radius lebih dari 10 km2 di wilayah

tersebut, sehingga serangan hama terkonsentrasi di lahan

percobaan, terutama dari jenis hama burung pipit, belalang, walang

sangit; sementara konsentrasi awal pengendalian ketahanan adalah

terhadap serangan Penyakit Blas (Pyricularia oryzae Cav.)yang

ternyata penyebab utamanya adalah diabaikannya sanitasi lahan

berupa gulma oleh sebagian besar petani di wilayah tersebut.

Sehingga berikutnya disarankan bagi petani dalam penanganan

pengendalian serangan stem blast tersebut, dilakukan pengendalian

terpadu yang berkesinambungan antara budidaya yang dengan

pengendalian OPT yang lebih ramah lingkungan. Salah satunya

adalah dengan penggunaan silika yang dapat mengurangi

penggunaan pestisida dan meningkatkan keuntungan usahatani

tanaman padi.

Dari beberapa hambatan di lapang tersebut, peneliti belum mampu

memberi bukti pendukung bagi pernyataan Husnain dkk. (2012)2,

53,67

69,2264,42

50,00 49,08

67,67 68,50

46,08

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

A1 A2 A3 A4 V1 V2 V3 V4

Berat Basah Tanaman

yang menyatakan bahwa sebagian besar lahan memiliki kandungan

Si tersedia tanah yang rendah, sementara dengan pemberian nano-

silika 160 kg hingga 200 kg ha-1 dapat meningkatkan hasil padi

secara nyata; dimana pemberian nano-silika dapat pula disetarakan

dengan aplikasi kompos jerami dan abu sekam pada lahan sawah.

Selanjutnya Yohana dkk. (2013)3, menyatakan bahwa aplikasi

nano-silika dapat memberi pengaruh yang nyata dalam

meningkatkan pH tanah, serapan Si tanaman, jumlah anakan

maksimum dan bobot kering gabah. Dari hasil riset yang lain, yang

dilakukan oleh Ningsari (2017)4, pemberian silikon dari bahan abu

sekam pada tanaman padi berpengaruh secara signifikan pada tinggi

tanaman, sudut daun, jumlah anakan produktif. Serta pernyataan

menurut Sabatini dkk. (2017)5, bahwa dengan perlakuan nano

silikon memberikan peningkatan pada parameter tinggi tanaman

dan jumlah anakan padi. Perlakuan nano silikon 10ml.L-1

memberikan pengaruh yang terbaik, sementara pola pertumbuhan

tinggi tanaman cenderung meningkat hingga umur 40 Hari Setelah

Tanam.

VII. SIMPULAN

Hasil pengamatan parameter pertumbuhan dan hasil pada

tanaman secara umum menunjukkan perbedaan yang berbeda

tidak nyata, namun pada pengaruh tunggal frekuensi

pemberian 3x memberikan hasil yang terbaik pada semua

pengamatan. Hasil analisis tanaman berdasar SEM-EDX dari

sekam padi menunjukkan perbedaan fisik dalam penampilan

permukaan seperti logam dari lapisan permukaan sekam padi,

yang menunjukkan peningkatan intensitas pada aplikasi yang

lebih sering. Analisis XRF menunjukkan ketersediaan Si, P,

K, Ca, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, Eu, dan Re dari semua perlakuan,

dan menunjukkan perbedaan puncak.

Penemuan yang sangat penting adalah keberadaan Ytterbium

(Yb), yang dikenal sebagai Elemen Bumi Langka (REE) pada

frekuensi aplikasi Nano-silika yang lebih tinggi. Hasil ini

mendukung penelitian sebelumnya yang telah menunjukkan

hubungan antara Si dan Yb, yang keduanya ditemukan saling

berhubungan dan menguntungkan bagi pertumbuhan dan

produktivitas tanaman. Dari pertimbangan ekonomi maupun

ekologi, manfaat yang dapat diperoleh dari penggunaan

pertanian silika akan memberikan keuntungan yang lebih

besar dibandingkan dengan metode konvensional.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Al Housari, Fadi and Maria Greger. 2018. Silicon and

Mechanisms of Plant Resistance to Insect Pests April

2018Plants 7(2):33 DOI: 10.3390/plants7020033

[2] Ameriana, M. 2008. Perilaku Petani Sayuran dalam

Menggunakan Pestisida Kimia. J. Hort. 18(1):95-106,

2008

[3] Atta, B., Rizwan, M., Sabir, A.M, Gogi, M.D, & Ayub, M.

(2019). Silicon mediated induced resistance in plants for

the management of agricultural insect pests: A review.

World Journal of Biology and Biotechnology, 4(1), 19-28.

DOI: https:/doi.org/10.33865/wjb.004.01.0192

[4] Guntzer, Keller, Meunier. 2012. Benefits of plant silicon

for crops: a review. Agronomy for Sustainable

Development, Springer Verlag/EDP Sciences/INRA,

2012, 32 (1), pp.201-213. 10.1007/s13593-011-0039-

8.hal-00930510

[5] Hanani, dkk. 2017. The effect of Various Acids on

Properties of Microcrystalline Cellulose (MCC) Extracted

from Rice Husk (RH). MATEC Web of Conferences, 47,

pp. 05013-p.1-p.6.

[6] Husnain. 2009. Ketersediaan Silika (Si) Pada Tanah

Sawah Dan Metode Penetapan Si Tersedia Di Dalam

Tanah Serta Perbandingan Beberapa Metode

Ekstraksinya. Balai Penelitian Tanah, Bogor.

[7] Meena, V. D., M. L. Dotaniya, Vassanda Coumar, S.

Rajendiran, Ajay, S. Kundu, A. Subba Rao. 2014. A Case

for Silicon Fertilization to Improve Crop Yields in

Tropical Soils. Proc. Natl. Acad. Sci., India, Sect. B Biol.

Sci. (July–Sept 2014) 84(3):505–518 DOI

10.1007/s40011-013-0270-y

[8] Rahman, Arif. 2018. Pembuatan Nanosilika Gel Dari Abu

Sekam Padi. UIN Alauddin Makassar : Makassar.

[9] Rahmi, Nur Lulu. 2017. Optimasi Metode Absorbsi

Menggunakan Silika Sekam Padi Untuk Analisa

Senyawaa Polisilkik Aromatik Hidrokarbon (PAH).

Universitas Lampung : Lampung. 2017

[10] Suswati, Enny, Nur K. Agustin And Joko Mariyono. 2006.

Adverse Health Impacts Of Pesticide Use On Indonesian

Rice Production: An Economic Analysis. Jurnal SOCA

(SOcial-economiC of Agriculture) Vol. 6, No. 2 Juli 2006.

e-ISSN Nomor 2615-6628.

[11] Tubaña, B.S., and J.R. Heckman. 2015. Silicon in Soils

and Plants. Silicon and Plant Diseases. Springer

International Publishing Switzerland 2015 7 F.A.

Rodrigues, L.E. Datnoff (eds.) DOI 10.1007/978-3-319-

22930-0_2

[12] Wahyudi, dkk. 2011. Penyiapan Nano Partikel Silika dari

Mineral Silikat secara Mekanis. Laporan Akhir Puslitbang

Teknologi Mineral dan Batubara Badan Litbang Energi

dan Sumber Daya Mineral. Kementrian Energi dan

Sumber Daya Mineral

[13] Zargar, Sajad Majeed, Reetika Mahajan, Javaid A.

Bhat,Muslima Nazir, Rupesh Deshmukh. 2019. Role of

silicon in plant stress tolerance: opportunities to achieve a

sustainable cropping system 3 Biotech (2019) 9:73

https://doi.org/10.1007/s13205-019-1613-z

Buku Monograf APLIKASI NANOSILIKA PADA

TANAMAN - Aplikasi Unsur Hara Nano Silika dan Silika

Alami untuk meningkatkan Pertumbuhan,

Perkembangan dan Ketahanan pada Tanaman

Sulis Dyah Candra, S.P., M.P. dosen tersertifikasi di

Fakultas Pertanian Universitas Panca Marga dengan

bidang keahlian Sustainable Agriculture.

Drs. Ngatimun, M.M. dosen tersertifikasi di Fakultas

Ekonomi Universitas Panca Marga dengan bidang

keahlian Manajemen Sumberdaya Manusia dan

praktisi lapang di bidang pertanian.

Buku ini merupakan salah satu bentuk luaran

pelaksanaan Hibah DRPM Kemenristekdikti Skema

Penelitian Dosen Pemula TA 2019, yang ditujukan bagi

pembaca berbasis pengetahuan pertanian tingkat

madya mengenai teknologi nano dalam pemanfaatan

bidang pertanian.

Penerbit LPPM

Jl Yos Sudarso 107

Dringu Probolinggo

Telp./ Fax: 0335 422715

Email: lppm@upm.ac.id