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

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 (1981-

1983) 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.

BAHAN ORGANIK TANAH


UNSUR HARA TANAMAN

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

i

PRAKATA

Eksistensi berbagai bentuk kehidupan di muka bumi ini sa-

ngat ditentukan oleh produktivitas tanah pada berbagai ekosistem.

Diketahui bahwa, tanah bertindak sebagai media bagi pertum-

buhan berbagai jenis tanaman dan memasok berbagai unsur hara

yang diperlukan tanaman. Status unsur hara yang terkandung

dalam ekosistem tanah ternyata tidak hanya menentukan per-

tumbuhan 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 da-

lam tanah selalu akan melibatkan sejumlah proses. Adanya pene-

lusuran mengenai berbagai pengaruh bahan organik di dalam ta-

nah terhadap proses transformasi Carbon dan Nitrogen serta unsur

hara lainnya merupakan hal yang sangat mendasar dalam

memahami proses-proses yang mendukung pertumbuhan tanam-

an. Sejalan dengan hal tersebut, proses mineralisasi-immobilisasi,

stabilisasi produk-produk mikroba dan hubungan antara peran bio-

massa sebagai katalisator dibandingkan dengan perannya sebagai

sumber-lumbung unsur hara (source-sink) juga merupakan para-

meter penentu dinamika ketersediaan unsur hara di dalam tanah.

ii

Dalam siklus yang alami berbagai perubahan secara konti-

nu akan memengaruhi keseimbangan antara proses akumulasi dan

dekomposisi residu organik di dalam tanah. Oleh karenanya, dina-

mika 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.

Penulis sangat mengharapkan buku ini dapat bermanfaat

sebagai rujukan terutama dalam pemahaman mengenai bahan

organik yang merupakan kunci kehidupan di dalam tanah dan hu-

bungannya 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.

iii

DAFTAR ISI

Prakata .............................................................................. i

Daftar Isi ............................................................................ ii

Daftar Tabel ....................................................................... iii

Daftar Gambar ................................................................... iv

I. 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

II. 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

III. KANDUNGAN BAHAN ORGANIK

DI DALAM TANAH ..........................................

36

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

IV. 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 ……….

4.2.2. Asidifikasi: Perubahan Serin menjadi

Asam Asetat ……………………..….

4.2.3. Pembentukan Gas Bio: Perubahan

Asam Asetat menjadi Metana ……….

71

72

73

4.3. Distribusi Bahan Organik di dalam

Tanah ............................................................

85

4.3.1. Senyawa Non Humik ........................ 88

4.3.1.1. Karbohidrat ......................... 90

v

4.3.1.2. Lipid .................................... 96

4.3.1.3. Asam Amino ......................

4.3.1.4. Asam Muramik …………..

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 Gula-

Amina ....................................

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

V. PENGARUH BAHAN ORGANIK

TERHADAP SIFAT-SIFAT TANAH ..............

138

vi

5.1. Pengaruh Bahan Organik terhadap

Sifat Biologis Tanah ....................................

140


Sifat Fisik Tanah ..........................................

144


Sifat Kimia Tanah ........................................

148


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

VI. BAHAN ORGANIK TANAH DAN

DINAMIKA KETERSEDIAAN UNSUR

HARA TANAMAN ..........................................

168

6.1. Peran Bahan Organik Tanah sebagai

Penyedia Unsur Hara Tanaman ....................

168

vii


Pertumbuhan dan Perkembangan

Tanaman ........................................................

178

6.3. Bahan Organik sebagai Bahan Pelengkap

Pupuk ............................................................

192

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

I n d e k s ……………………………………….

198

212

viii

DAFTAR TABEL

1 Bentuk dan fungsi unsur hara di dalam tanaman …….

8

2 Bentuk, ukuran serta fungsi bahan organik di

dalam tanah ……………………………………..

22

3 Perbandingan komposisi senyawa organik

dalam jaringan tanaman dewasa dan dalam

bahan organik tanah ……………………………..

24

4 Berbagai mikroba tanah yang terlibat dalam

proses dekomposisi bahan organik ………………

68

5 Kontribusi senyawa gula secara individual

terhadap komponen bahan organik tanah ……….

93

ix

DAFTAR GAMBAR

1 Pasokan unsur hara untuk pertumbuhan tanaman

berasal dari udara dan dari dalam tanah (mineral

dan komponen organik) ………………………………

6

2 Mekanisme transportasi penyerapan kation

ke dalam tubuh tanaman …………………………….

12

3 Struktur kimia senyawa-senyawa organik

(asam Oksalat dan asam Fitat) ……………………….

14

4 Humus dan lapisan humus yang telah bercampur

dengan partikel tanah ……………………………….

20

5 Akumulasi dan perubahan bentuk bahan

organik di dalam tanah ……………………………

29

6 Komposisi biomassa tanaman dan biomassa

mikroba di dalam tanah …………………………….

35

7 Siklus C merupakan proses transformasi senyawa

organik maupun anorganik …………………………

37

8 Proses degradasi bahan organik oleh mikroba di

dalam tanah ………………………………………….

58

9 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

x

13 Komposisi senyawa non-Humik di dalam

Tanah …………………………………………………

89

14 Berbagai senyawa Humik penyusun humus yang

terdapat di dalam tanah ……………………………..

100

15 Senyawa Humik terdiri dari komponen fenol,

quinon, catechol dan senyawa gula ………………….

104

16 Kompleks mineral liat dan humus merupakan

sumber muatan negatif terbesar di dalam tanah ……….

106

17 Kapasitas mineral liat dalam menjerap dan mele-

paskan kation unsur hara …………………………….

107

18 Tahap-tahap pembentukan senyawa Humik di

dalam tanah …………………………………………..

110

19 Lignin dengan bentuk struktur cincin dan enam

rantai C ……………………………………………….

111

20a Pembentukan senyawa Humik menurut teori

Lignin …………………………………………………

113

20b Pembentukan senyawa Humik menurut teori

senyawa Quinon …………………………………….

114

21 Pembentukan senyawa Humik menurut teori

Polifenol ……………………………………………..

118

22 Pembentukan senyawa Humik menurut teori Kon-

densasi Gula-Amina ………………………………….

120

23 Struktur asam Humat yang terdiri dari gugus -OH

xi

fenolat bebas dan terikat, struktur Quinon,

O dan N ………………………………………………..

124

24 Struktur asam Fulvat yang mempunyai gugus

aromatik serta gugus alifatik …………………………

129

25 Distribusi fraksi-fraksi utama senyawa Humik

dalam berbagai jenis tanah …………………………..

132

26 Struktur molekul Humik yang menggambarkan

adanya gugus fenolik OH bebas dan yang

terikat, quinon, O dan N …………………………….

136

27 Hubungan antara bahan organik dengan

kesuburan tanah ……………………………………..

139

28 Proses khelasi oleh asam Sitrat terhadap logam

berat alumunium (Al) yang bersifat toksik ……………

152

29 Senyawa-senyawa organik yang mempunyai

berat molekul rendah (asam Sitrat, asam Tartrat,

asam Gluconat dan Glycine)…………………………

172

30

Asam Humat terbentuk pada akhir proses de-

komposisi lanjut; berwarna hitam atau coklat

kehitaman ………………………………………

194

Resensi: Bahan Organik Tanah dan Dinamika Ketersediaan Unsur Hara

Tanaman

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

BAHAN ORGANIK TANAH


UNSUR HARA TANAMAN

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

http://pustaka.unpad.ac.id/archives/category/resensi/

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 sumber-

sumber 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 non-

Humik. 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

http://agroekologis.blogspot.com/2013/04/konsepsi-pertanian-berkelanjutan.html

1

Bab I.

PENDAHULUAN

1.1. Tanah dan Unsur Hara Tanaman

Produktivitas berbagai ekosistem di muka bumi ini sa-

ngat 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; me-

rupakan tubuh alam yang terdiri dari fraksi mineral (pasir, de-

bu dan liat) yang bercampur dengan komponen bahan orga-

nik. 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 atmos-

Bahan Organik Tanah dan Dinamika

2

fir sehingga menjadi media yang ideal bagi pertumbuhan ber-

bagai jenis tanaman. Adanya proses respirasi yang dilakukan

oleh mikroba heterotropik menyebabkan adanya pengemba-

lian 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 per-

ubahan ukuran sel, organ-organ atau keseluruhan bagian

suatu organisme yang tidak balik (irreversible change). Da-

lam proses ini termasuk juga peningkatan jumlah sel tanpa

merubah volume ataupun beratnya. Secara umum, pertum-

buhan tanaman merupakan peningkatan sejumlah komponen

tumbuh (protoplasma) yang menyebabkan peningkatan ukur-

an sel dan akhirnya terjadi pembelahan sel. Peningkatan

protoplasma berlangsung pada saat air, CO2 dan garam-

garam anorganik dirubah menjadi komponen-komponen

tumbuh.

Senyawa-senyawa kimia tertentu yang dipasok dan

diserap serta diperlukan untuk pertumbuhan dan proses meta-

bolisme mahluk hidup didefinisikan sebagai nutrisi atau


3

unsur hara. Oleh karena itu dalam terminologinya senyawa-

senyawa 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 perse-

nyawaan logam maupun non logam yang terlibat dalam

proses kimia dan berada dalam bentuk anorganik. Penye-

rapan, penggunaan dan asimilasi senyawa anorganik atau

mineral-mineral tersebut oleh tanaman dimanfaatkan untuk

mensintesis bahan ataupun senyawa guna mendukung per-

tumbuhan, perkembangan, pembentukan struktur dan kese-

luruhan proses fisiologisnya.

1.2. Unsur Hara Esensial

Pada tahun 1840 Liebig mengemukakan hukum mi-

nimum (the law of minimum) yang menyatakan bahwa pro-

duktivitas tanah ditentukan oleh proporsi mineral yang jum-

lahnya minimal. Selanjutnya Julius von Sachs (1860), seo-

rang ahli botani Jerman membuktikan untuk pertama kalinya

bahwa tanaman dapat ditanam dari mulai benih sampai fase


4

dewasa dalam larutan yang mengandung unsur hara secara

lengkap tanpa menggunakan media tanah. Teknik ini akhir-

nya dikenal dengan nama hidroponik. Dalam perkembangan-

nya, 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 metabo-

lisme tanaman. Jika tanaman sangat kekurangan unsur hara


5

akan ditunjukkan oleh pertumbuhan, perkembangan atau re-

produksinya yang abnormal terutama jika dibandingkan de-

ngan tanaman yang tidak mengalami kekurangan unsur hara.

Sebagai contoh, unsur hara Mg merupakan komponen pe-

nyusun 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 ada-

nya co-factor dalam berbagai bentuk enzim yang terlibat da-

lam respirasi seluler dan lintasan metabolik.

Sebanyak enam belas unsur hara mempunyai sifat

esensial bagi pertumbuhan dan perkembangan tanaman ting-

kat tinggi. Dengan perkecualian unsur karbon, nitrogen, hi-

drogen 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 meru-

pakan gudang (reservoir) unsur-unsur hara yang dapat segera

tersedia bagi tanaman.


6

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 tanam-

an 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 ta-

nah dapat dibedakan atas:


7

a) larutan tanah,

b) koloid organik maupun anorganik yang mengadsorp-

sinya,

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 ion-

ion 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, ta-

naman akan membutuhkan sejumlah unsur hara esensial. Ber-

dasarkan 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 di-

perlukan tanaman dalam jumlah sedikit disebut unsur hara


8

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 da-

lam bentuk kation maupun anion (Tabel 1).

Tabel 1. Bentuk dan fungsi unsur hara di dalam tanaman

Unsur

hara

Bentuk yang

diserap

Fungsi dalam tanaman

C, H, O

N

S

CO2(HCO3-)

H2O

O2

gas dari

atmosfer

ion dari

larutan

NO3

-,

NH4+, N2

SO42-

, SO2-

Komponen senyawa-senyawa

organik dan air (biomassa);

Sintesis ATP dalam mitokhon-

dria dan khloroplas secara

semiosmotik; Akseptor elek-

tron dalam proses respirasi;

Komponen ko-enzim A & vita-

min, sintesis & struktur protein

asam amino Cystein & Methi-

onin, pembentuk khlorofil,

asam nukleat, hormon.

Asimilasi dan proses oksidasi-

reduksi.

P

H2PO4-

HPO4 2-

Proses fotosintesis, metabolis-

me pertumbuhan tanaman, per-


9

B

*Si

H2BO4-

silikat dari

larutan tanah

kembangan biji dan buah,

transfer sifat-sifat hereditas

tanaman;

Komponen asam nukleat,

protein fosfolipids, ko-enzim

terlibat dalam proses metabo-

lisme gula, esterifikasi alkohol

tanaman, ester-fosfat terlibat

dalam pemindahan energi/

transportasi gula.

Penting untuk pollinasi,

pembentukan dinding sel

tanaman kelompok graminae

K,

*Na

Ca

Mg

Mn

Cl

Ion dari

larutan:

K+

Ca2+

Mg2+

Mn2+

Cl-

Tegaknya tanaman, pembentuk

sel, aktivator enzim, berperan

dalam pembentukan & per-

kembangan akar daun dan

buah, komponen lamela tengah

(Ca- pektat) (Mg-pektat);

Mengontrol aktivitas enzim,

mengendalikan integritas

membran, dan 2nd

messenger

dari pusat fotosintesis ke mo-

lekul khlorofil, dimana O2

dilepaskan.

Tidak spesifik, menjaga kese-

imbangan potensial air (osmo-

tik), potensial elektro dan per-

gerakan sel-sel penjaga (guard

cells), aktivasi protein enzim,


10

keseimbangan kation dengan

anion, mengatur respirasi, re-

sistensi terhadap penyakit.

Diduga esensial dalam meta-

bolisme karbohidrat, pada

beberapa tanaman dapat

disubstitusi oleh unsur K,

sangat berperan dalam

tanaman kubis, selery, bit gula,

lobak, kailan.

Fe

Cu

Zn

Mo

Ion / khelat

dari larutan:

Fe2+

Fe3+

Cu2+

Zn2+

MoO42-

Dalam bentuk khelat sebagai

gugus prostetik, donor/akseptor

elektron (oksidasi/reduksi);

pembentuk khlorofil, katalisa-

tor proses metabolisme

* Co

* Ni

Co+

Ni2+

Dalam jumlah kecil diperlukan

untuk fiksasi N oleh tanaman

legum & bakteri Rhizobium,

esensial untuk pembentukan

vitamin B12 pada tanaman

Clover

* V

V2+

Esensial untuk pertumbuhan

ganggang/algae hijau. Non

esensial untuk tanaman tingkat

tinggi, meskipun dapat me-

ningkatkan pertumbuhan ta-


11

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 da-

lam bentuk anion, perakaran tanaman akan melepaskan

anion-anion bikarbonat (HCO3-) dan hidroksil (OH

-); sedang-

kan kation H+

akan dilepaskan pada saat akar tanaman me-

nyerap 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)


12

Sistem Transportasi KationBagian luar sel

Bagian dalam sel-70mV

Membran sel

ATP ADP

H

H

H

H+ yangdikeluarkan

KH

K

K K

Kation yang diserap

H

Co-transporter

HS

Transportasi dalamlarutan pH neutral

(b) Gambar 2a-b. Mekanisme transportasi penyerapan ka-

tion 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 da-

lam 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 da-


13

lam bentuk komponen C dan N yang terlarut, bentuk selulosa,

hemiselulosa dan lignin (Morgan, 2003).

Senyawa organik dalam bentuk eksudat yang dike-

luarkan 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 asam-

asam organik yang banyak terdapat dalam eksudat akar

tanaman Pteris vitatta dan N. exaltata, sedangkan asam Ase-

tat dan asam Suksinat banyak dijumpai pada rhizosfir tanam-

an gandum (Triticum turgidum).

Senyawa-senyawa organik tersebut mempunyai ke-

mampuan 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).


14

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 perkem-

bangan, tingkat kesuburan dan kelembaban tanah. Oleh ka-

rena itu, bahan organik tanah yang merupakan kunci kehidup-

an di dalam tanah sangat menentukan sifat fisik, kimia mau-

pun biologi tanah tersebut.

Berlawanan dengan senyawa organik yang mempu-

nyai berat molekul rendah, eksudat akar dalam bentuk C-

organik yang dapat larut (DOC) secara tidak langsung me-

mengaruhi akumulasi ion-ion logam di dalam tubuh tanaman

melalui mekanisme rangsangan terhadap pertumbuhan


15

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 kon-

sentrasi menyebabkan keanekaragaman mikroba pada area

rhizosfir lebih tinggi daripada dalam zone tanah non-rhizosfir

(Römheld & Marschner, 1991).

Adanya perubahan-perubahan akibat penggunaan la-

han, cara-cara pengolahan tanah, jenis vegetasi dan faktor-

faktor 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 pengaruh-

pengaruh 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 pem-


16

bentukan lapisan pedogenik, agregasi partikel tanah, sifat-

sifat 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 pe-

ran biomassa sebagai katalisator dibandingkan dengan pe-

rannya sebagai sumber-lumbung unsur hara (source-sink) ju-

ga merupakan parameter-parameter yang menentukan.

Adanya oksigen, air, mineral serta residu tanaman dan

hewan yang sedang atau telah mengalami proses dekompo-

sisi, 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 penguap-

an (volatilisasi) dan denitrifikasi. Kehilangan unsur hara ter-

besar terutama terjadi pada saat tanaman dipanen yang tidak

diikuti dengan pengembalian residunya kembali ke dalam ta-

nah. Keseimbangan antara proses akumulasi dan dekompo-

sisi residu organik yang ada di dalam tanah selain ditentukan


17

oleh aktivitas mikroba tanah juga sangat dikendalikan oleh

faktor-faktor lingkungan lainnya.

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

Documents

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