II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Pengaruh Penggenangan Tanah terhadap Sifat-sifat Tanah
Sifat-sifat fisik, kimia, dan biologi tanah tergenang sangat berbeda dengan sifat-sifat tanah lahan kering. Dalam tanah sawah, oksigen yang semakin
berkurang, pembuatan teras, dan pembentukan gundukanpematang akan mengubah sifat kimia tanahnya dan adanya genangan air di atas permukaan tanah
dapat melindungi tanah dari sebagian kerusakan akibat proses -proses yang memengaruhi produktivitas jangka panjangnya, seperti erosi tanah.
2.1.1. Pengaruh Penggenangan terhadap Sifat Fisikokimia Tanah
Dengan penggenangan, air memenuhi ruang pori tanah, dan udara dalam tanah dikeluarkan. Tiadanya oksigen dalam tanah maka organisme tanah akan
menggunakan sumber penerima elektron lain dari komponen tanah lainnya sebagai pengganti oksigen, dan akibatnya tanah menjadi bersifat reduktif.
Oksigen terlarut dalam air genangan yang berasal dari atmosfer atau dari aktivitas fotosintetik berbagai hidrofit, akan berdifusi ke lapisan tanah permukaan di bawah
air genangan yang bersifat oksidatif. Walaupun lapisan yang lebih dalam dari tanah tergenang tetap tereduksi, lapisan teroksidasi tersebut sering berperan
penting dalam transformasi kimia dan siklus hara yang terjadi dalam tanah tergenang. Pada lapisan tanah teroksidasi yang tipis tersebut, jasad renik
melakukan proses biologi yang bersifat aerobik dan berbagai senyawa mineral berada dalam bentuk teroksidasi seperti SO
4 2-
, NO
3 -
, Fe
3+
dan Mn
4+
, sedangkan pada zona anaerob yang lebih bawah didominasi oleh bentuk-bentuk tereduksi
seperti senyawa fero Fe
2+
dan mangano Mn
2+
, ammonia, dan sulfida S
2-
Mohanty dan Dash, 1982. Karena adanya besi feri Fe
3+
dalam lapisan teroksidasi, tanah sering berwarna coklat atau merah kecoklatan. Sebaliknya
warna sedimen tereduksi yang didominasi oleh besi fero Fe
2+
sering memberikan warna abu kebiruan sampai abu kehijauan karena adanya proses gleisasi. Sebelum
perubahan ini terjadi, organisme telah mereduksi ion nitrat menjadi gas N
2
O dan N
2
, dan mangani Mn
4+
menjadi mangano Mn
2+
Greenland, 1997.
2.1.2. Pengaruh Penggenangan terhadap Sifat Biokimia Tanah
Konsentrasi O
2
di bawah lapisan tanah teroksidasi yang tipis menurun tajam dan mendekati nol. Laju penipisan O
2
ini tergantung pada suhu, ketersediaan bahan organik untuk respirasi jasad renik, dan kadang-kadang pada
kebutuhan O
2
dari reduktan seperti besi fero Gambrell dan Patric k, 1978. Pada kondisi tanpa O
2
jasad renik aerob mati atau menjadi tidak aktif dan jasad renik anaerob fakultatif atau anaerob obligat menjadi aktif dalam zona anaerob.
Organisme-organisme ini menciptakan zona tereduksi dengan sistem potensial redoks campuran yang memengaruhi sifat kimia dan elektrokimia tanah Mitsch
dan Gosselink, 1993. Skema dari profil tanah tergenang ditunjukkan dalam Gambar 1.
Akibat dari penggenangan, potensial redoks dari lapisan tanah yang tereduksi menurun tajam. Potensial redoks Eh, suatu ukuran tekanan elektron
atau ketersediaan elektron dalam larutan, sering digunakan untuk mengkuantifikasi derajat reduksi elektrokimia dari tanah-tanah tergenang.
Oksidasi terjadi tidak hanya selama pengambilan oksigen tetapi juga bila ion hidrogen dilepaskan misalnya : H
2
S S
2-
+ 2H
+
atau, yang lebih umum bila secara kimia memberikan elektron misal: Fe
2+
Fe
3+
+ e
-
. Reduksi adalah proses yang berlawanan yaitu memberikan oksigen, menerima hidrogen
hidrogenasi, atau menerima elektron. Potensial redoks dapat diukur dalam tanah tergenang dan merupakan ukuran kuantitatif dari kecenderungan tanah untuk
mengoksidasi atau mereduksi bahan atau komponen tanah Faulkner dan Richardson, 1989. Tanah yang teraerasi dicirikan dengan potensial redoks +400
milivolt mV atau lebih besar. Bila proses reduksi cukup intens, tanah dapat mempunyai potensial redoks –300 mV. Tingkat oksidasi dan reduksi dari sistem
redoks, seperti oksigen, nitrat, nitrit, mangan, besi, dan sulfur juga berbagai senyawa organik yang mudah terdekomposisi menentukan potensial redoks tanah
Qixiao dan Tianren, 1997. Dalam lapisan tanah tereduksi, untuk menggantikan oksigen yang
diperlukan dalam metabolisme aerob, organisme anaerob menggunakan penerima elektron lain yang lebih lemah. Penerima elektron yang terkuat setelah O
2
adalah nitrat NO
3 -
. Nitrat direduksi menjadi gas N
2
atau N
2
O pada potensial redoks
Kedalaman Tanah cm
NH
3
Permukaan ai
r
1 NH
4
, NH
4
OH, NH
3
aq
2
Permukaan tanah
3 NH
4 +
HNO
2
HNO
3
L L
a a
p p
i i
s s
a a
n n
T T
a a
n n
a a
h h
T T
e e
r r
o o
k k
s s
i i
d d
a a
s s
i i
4
Nitrifikasi
5
pencucian
6 7 HNO
3
HNO
2
HNO N
2
O dan N
2
Denitrifikasi
8
gas volatil
9
L L
a a
p p
i i
s s
a a
n n
T T
a a
n n
a a
h h
T T
e e
r r
e e
d d
u u
k k
s s
i i
10
Gambar 1. Skema dari Lapisan Oksidasi – Reduksi Sumber: Mikkelsen, 1987
+220 mV dan proses ini disebut denitrifikasi. Nitrat bersifat stabil hanya pada lapisan tanah bagian atas, yaitu di bawah genangan air dan tapak-tapak mikro
yang bersifat aerob dalam lapisan anaerob seperti di sekitar perakaran tanaman padi. Daerah di sekitar perakaran padi, kira-kira tiga milimeter tebalnya,
merupakan zona teroksidasi Zhiyu et al., 1990. Kondisi teroksidasi ini terjadi karena adanya transpor oksigen melalui aerenchyma dari tanaman padi ke daerah
dekat permukaan akar. Nitrat tersebut biasanya bergerak ke bawah ke dalam lapisan tereduksi melalui difusi dan aliran massa yang selanjutnya secara biologi
didenitrifikasi menjadi N
2
dan N
2
O Mikkelsen et al., 1995. Apabila O
2
dan NO
3
- habis terpakai, maka potensial redoks turun dan hidroksida Mn
4+
dan Fe
3+
akan direduks i masing-masing menjadi Mn
2+
pada +200 mVdan Fe
2+
pada +120 mV. Bentuk-bentuk tereduksi dari Fe dan Mn ini mempunyai kelarutan yang
lebih besar daripada bentuk teroksidasinya. Akibatnya, ketersediaan Fe dan Mn meningkat di bawah kondisi tergenang. Bila suplai penerima elektron lebih kecil
daripada laju suplai elektron maka kondisi reduksi yang lebih kuat akan terjadi dan potensial redoks turun menjadi sekitar – 150 mV dan selanjutnya sulfat SO
4 2-
direduksi menjadi sulfida S
2-
. Bila SO
4 2-
habis maka jasad renik akan menggunakan energi yang tersimpan dalam senyawa organik dengan mereduksi
H
+
dan H
2
dan bahan organik ddekomposisi secara anaerob menjadi CO
2
, asam- asam organik dan alkohol. Pada kondisi sangat tereduksi dekomposisi bahan
organik menghasilkan CH
4
, biasanya pada nilai Eh di bawah –250 sampai – 300 mV. Tanah cenderung mempertahankan nilai Eh pada selang tertentu sampai
komponen tanah yang teroksidasi habis, misalnya tanah yang direduksi akan cenderung mempertahankan Eh pada sekitar +220 mV selama ada NO
3 -
. Bila NO
3 -
habis, maka Eh turun dan selanjutnya terjadi reduksi penerima elektron yang lebih lemah daripada NO
3 -
. Dengan penggenangan terjadi akumulasi N-NH
4 +
dan hilangnya N-NO
3 -
yang sebelumnya sudah ada dalam tanah. Dalam tanah-tanah tergenang, amonia, amin, merkaptan dan sulfida dihasilkan dari dekomposisi protein. Mineralisasi N
berkorelasi positif dengan persentase C- dan N-organik dalam tanah tetapi berkorelasi negatif dengan nisbah CN Mikkelsen, 1987, nisbah ligninnitrogen
LN Becker et al., 1994, dan nisbah tanninnitrogen TN Clement et al., 1995.
Salah satu akibat penting dari penurunan potensial redoks setelah penggenangan adalah perubahan pH Qixiao dan Tianren, 1997. Reaksi tanah
pH dari sebagian besar tanah-tanah setelah penggenangan cenderung mendekati netral. Dalam sebagian besar proses reduksi yang terjadi dalam tanah, seperti
reduksi oksida -oksida besi, mangan dan sulfat, terjadi konsumsi proton. Tetapi asam-asam organik dan karbon dioksida CO
2
ya ng dihasilkan selama dekomposisi bahan organik dapat memberikan proton ke dalam tanah, yang
menyebabkan penurunan pH. Oleh karena itu, arah dan besarnya perubahan pH tanah selama penggenangan ditentukan oleh jumlah relatif proton yang
dikonsumsi dan dilepaskan. Dalam tanah sawah yang masam, pada awal dekomposisi bahan organik tanah, dengan reduksi oksida-oksida besi dan mangan,
nilai pH meningkat tajam sebagai hasil dari konsumsi proton yang jauh lebih besar daripada pelepasan proton. Tetapi pada tahap dekomposisi bahan organik yang
aktif, pH dapat menurun karena produksi proton yang cepat. Selanjutnya pH tanah meningkat secara perlahan dan sampai pada tingkat tertentu stabil Qixiao
dan Tianren, 1997. Reaksi tanah pH tanah sawah alkalin dikendalikan oleh kesetimbangan kimia dari sistem CaCO
3
-CO
2
dalam tanah-tanah berkapur Ponnamperuma, 1977; Qixiao dan Tianren, 1997, sistem Na
2
CO
3
-CO
2
untuk tanah sodik Ponnamperuma, 1977. Biasanya nilai pH menurun karena adanya
akumulasi CO
2
selama penggenangan. Penurunan pH tanah-tanah alkalin dan peningkatan pH tanah-tanah masam tersebut menguntungkan pertumbuhan
tanaman. Akibat penggenangan, kekuatan ion ionic strength dalam larutan tanah
meningkat, kemudian menurun. Dalam tanah-tanah masam atau agak masam, reduksi feri dan mungkin mangani yang tidak larut menjadi bentuk yang lebih
larut menyebabkan peningkatan kekuatan ion. Dalam tanah netral sampai alkalin, Ca
2+
dan Mg
2+
juga menyebabkan peningkatan kekuatan ion. Bahan organik meningkatkan kelarutan Fe, Ca dan Mg. Jika tanah yang awalnya banyak
mengandung N-NO
3 -
, kekuatan ion dalam tanah dapat berkurang dengan penggenangan karena hilangnya NO
3 -
akibat denitrifikasi Mikkelsen, 1987. Proses reduksi tanah yang terjadi dalam tanah tergenang merupakan proses
biokimia, dan jasad renik bertanggung jawab pada perubahan-perubahan transformasi yang terjadi di dalam tanah. Proses reduksi tidak terjadi pada tanah
yang steril. Tanaman padi juga memengaruhi tingkat reduksi tanah karena adanya sekresi O
2
dari akar-akar tanaman padi.
2.2. Pengaruh Penggenangan terhadap Tanaman Padi
Kategori