Studi pengendalian keracunan besi pada padi di lahan pasang surut melalui keragaman genotipe padi dan ameliorasi lahan

STUDI PENGENDALIAN KERACUNAN BESI

PADA PADI DI LAHAN PASANG SURUT

MELALUI KERAGAMAN GENOTIPE PADI

DAN AMELIORASI LAHAN

AIDI NOOR

SEKOLAH PASCASARJANA

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

2012

PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI

Dengan ini saya menyatakan bahwa disertasi yang berjudul “Studi Pengendalian Keracunan Besi pada Padi di Lahan Pasang Surut Melalui

Keragaman Genotipe Padi dan Ameliorasi Lahan” adalah benar merupakan hasil

karya saya sendiri dengan arahan Komisi Pembimbing dan belum pernah diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutif dari karya yang diterbitkan maupun yang tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka.

Bogor, Agustus 2012

Aidi Noor A262080041

ABSTRACT

AIDI NOOR. The Study of Controlling Iron Toxicity on Rice in the Tidal Swamp Land through the Diversity of Rice Genotypes and Land Amelioration. Under direction of MUNIF GHULAMAHDI, ISKANDAR LUBIS, M. AHMAD CHOZIN, AND KHAIRIL ANWAR.

The experiments were conducted in the greenhouse of Bogor Agriculture University, from May to November 2010, and field experiment in the tidal swamp area, Barito Kuala regency, South Kalimantan, from February to November 2011. The objectives of the experiment were 1) to obtain the Fe concentration in the solution that causing iron toxicity symptom with criteria severe, moderate and slightly, 2) to obtain tolerant or rather tolerant (moderate) rice genotypes to Fe toxicity, 3) to study the mechanism of tolerance of rice genotypes to Fe toxicity, 4) to obtain the adaptive Salvinia sp.which have high biomass 5) to study the effect of rice genotypes, land amelioration and its combination to iron toxicity at two location and two cropping season in the tidal swamp land. Result of the first experiment which were conducted in the green house showed that after 4 weeks, iron toxicity symptoms of IR 64 variety can be grouped based on Fe concentration, i.e. slightly (skoring 3) = 52 ppm Fe, moderate (scoring = 5) = 143 ppm Fe and severe (scoring 9) is 325 ppm Fe. Iron toxicity symptoms of four genotypes (TOX4136, Inpara-1, Inpara-2, and Inpara-4) which have been selected at 325 ppm Fe concentration were lower in the field experiment. Inpara-1 and Inpara-4 genotypes more tolerant to Fe toxicity than other genotypes and had higher productivity at two experimental sites. The tolerant genotype retain more Fe on surface roots (plaque Fe) and had a ratio of Fe stems/leaves higher than the sensitive genotype. The ability of tolerant genotypes retain more Fe on the root surface (Fe plaque) indicated the existence of mechanisms of avoidance to iron toxicity in rice. Results of 10 Salvinia sp. accessions eveluation in nutrient solution with 7 ppm Fe concentration obtained 4 Salvinia sp.accessions had faster growth with doubling time of 6.0-8.6 days. Countinous testing of four accession of Salvinia sp.at soil of tidal swamp in a pot obtained one accession of Salvinia sp. from S. Kambat had growth and doubling time faster than other accession. Salvinia sp. accession from S. Kambat grown in the field showed growth and doubling time faster (5.1 days and 5.9 days) than which in the greenhouse at 7 ppm Fe in nutrient solution (7.5 days) and the soil of tidal swamp land in a pot (7.9 days). Land amelioration and tolerant genotypes can be control iron toxicity on rice and increased rice productivity in the tidal swamp area. Salvinia sp. which grown or composted had no different with composted rice straw and farmyard manure. The Belandean site had higher iron toxicity level and lower rice productivity than the Danda Jaya site. Iron toxicity can reduce grain yield in tidal swamp land 15.6-63.9% (scoring 2-7) compared to plant which grow normally (scoring 1). Level of iron toxicity at second cropping season lower than at first cropping season.

Key words : Iron toxicity scoring, iron plaque, iron tolerance mechanism, tidal swamp lands, Salvinia sp.

RINGKASAN

AIDI NOOR. Studi Pengendalian Keracunan Besi pada Padi di Lahan Pasang Surut Melalui Keragaman Genotipe Padi dan Ameliorasi Lahan. Dibimbing oleh MUNIF GHULAMAHDI, ISKANDAR LUBIS, M. AHMAD CHOZIN, DAN KHAIRIL ANWAR.

Lahan pasang surut merupakan salah satu alternatif dalam mengatasi semakin menyusutnya lahan-lahan subur di pulau Jawa akibat konversi lahan. Luas lahan pasang surut di Indonesia diperkirakan sekitar 20.1 juta ha, dan sekitar 9.53 juta ha berpotensi untuk dijadikan sebagai lahan pertanian. Keracunan besi pada padi merupakan salah satu faktor pembatas produksi padi di lahan sawah yang telah dilaporkan terjadi secara luas di beberapa negara Asia seperti China, India, Indonesia, Thailand, Malaysia, dan Philipina. Keracunan besi pada padi dapat menurunkan hasil padi 12-100 %. Penelitian dilaksanakan di rumah kaca Institut Pertanian Bogor bulan Mei- Nopember 2010, dan di lapang bulan Pebruari-Nopember 2011 di lahan pasang surut, kabupaten Barito Kuala, Kalimantan Selatan. Penelitian bertujuan untuk : 1) mendapatkan konsentrasi besi dalam larutan hara yang menyebabkan gejala keracunan besi dengan kriteria ringan, sedang dan berat pada padi, 2) mendapatkan genotipe padi yang toleran atau agak toleran terhadap keracunan Fe dengan produktivitas tinggi, 3) mempelajari mekanisme toleransi genotipe padi terhadap keracunan Fe, 4) mendapatkan Salvinia sp.yang adaptif, cepat tumbuh dan mempunyai biomas yang tinggi, 5) mempelajari pengaruh genotipe padi, ameliorasi lahan dan kombinasinya terhadap keracunan Fe dan produktivitas padi pada dua lokasi dan dua musim tanam berbeda.

Penelitian yang telah dilaksanakan terdiri dari beberapa tahap kegiatan yaitu penelitian di rumah kaca/laboratorium dan lapangan. Penelitian di rumah kaca meliputi : 1) Pengaruh Konsentrasi Besi dalam Larutan Hara terhadap Gejala Keracunan Besi dan Pertumbuhan Tanaman Padi, 2) Evaluasi Toleransi Genotipe Padi terhadap Keracunan Besi pada Dua Level Konsentrasi Besi dalam Larutan Hara, 3) Evaluasi Adaptasi Salvinia sp. terhadap Konsentrasi Fe pada Media Larutan Hara dan Media Tanah Lahan Pasang Surut, 4) Penelitian lapangan : Pengaruh Genotipe Padi dan Ameliorasi Lahan serta Kombinasinya terhadap Keracunan Besi dan Produktivitas padi di Lahan Pasang Surut.

Hasil penelitian percobaan 1 di rumah kaca berdasarkan gejala keracunan besi setelah 4 minggu pada varietas IR. 64 diperoleh konsentrasi dalam larutan hara yang menyebabkan gejala keracunan Fe yang ringan (skor 3) adalah 52 ppm Fe, keracunan Fe sedang (skor = 5) = 143 ppm Fe, keracunan Fe agak berat (skor = 7) = 234 ppm Fe, dan keracunan Fe berat (skor 9) adalah 325 ppm.

Berdasarkan skor gejala keracunan besi umur 4 minggu pada perlakuan cekaman 325 ppm Fe (pH 4.0), diperoleh 5 genotipe dengan skor terendah (agak toleran) yaitu genotipe Inpara-1, Inpara-2, Inpara-4, galur TOX4136-5-1-1-KY-3 dan BP1031F-PN-25-2-4-KN-2. Empat genotipe padi hasil seleksi pada cekaman 325 ppm Fe Inpara-1, Inpara-2, Inpara-4, dan galur TOX4136 (skor 5.0) menunjukkan gejala keracunan Fe yang lebih rendah setelah ditanam di lapang (skor 2.0-4.3). Sedangkan genotipe IR. 64 konsisten menunjukkan gejala keracunan besi yang berat tidak jauh berbeda dengan pengujian di rumah kaca.

viii

Genotipe Inpara-1 dan Inpara-4 tergolong toleran terhadap keracunan Fe dan menghasilkan gabah yang lebih tinggi dari genotipe lainnya pada ke dua lokasi penelitian. Konsentrasi 325 ppm Fe (pH 4.0) dalam larutan hara Yoshida dengan lama cekaman selama 4 minggu dapat digunakan untuk evaluasi (seleksi) genotipe padi toleran terhadap keracunan Fe.

Genotipe padi yang peka menyerap Fe yang lebih banyak dibagian daun dibandingkan genotipe toleran atau agak toleran. Genotipe toleran menahan Fe yang lebih banyak dipermukaan akar (plak Fe) dan mempunyai ratio Fe batang/daun yang lebih tinggi dibandingkan genotipe peka. Adanya kemampuan genotipe yang toleran untuk menahan lebih banyak Fe di permukaan akar (plag Fe) dan ratio Fe batang/daun yang lebih tinggi menunjukkan adanya mekanisme avoidance (penghindaran) terhadap keracunan besi dari tanaman padi.

Hasil eveluasi 10 aksesi Salvinia sp. pada larutan hara dengan konsentrasi 7 ppm Fe dan pH 4.5 diperoleh 4 aksesi Salvinia sp. yang mempunyai pertumbuhan lebih cepat dengan waktu menggandakan 6.0-8.6 hari. Satu aksesi Salvinia sp. (S. Kambat) yang dipilih dari 4 aksesi tersebut setelah dicoba di lapang menunjukkan pertumbuhan dan waktu menggandakan yang lebih cepat (5.1 hari dan 5.9 hari) dibandingkan di rumah kaca pada larutan hara+7 ppm Fe (7.5 hari) dan tanah dari pasang surut dalam pot (7.9 hari). Salvinia sp. mempunyai kemampuan untuk memindahkan (menyerap) Fe dalam larutan. Pada perlakuan 7 ppm Fe dalam media larutan (Hoagland) Salvinia sp. dapat menyerap Fe 19.7-65.6% selama 2 minggu ditumbuhkan.

Genotipe padi toleran dan agak toleran dan ameliorasi lahan dapat mengendalikan keracunan besi dan meningkatkan produktivitas padi di lahan pasang surut. Salvinia sp. ditumbuhkan atau dikomposkan sebagai bahan amelioran tidak berbeda dengan kompos jerami dan pupuk kandang. Ameliorasi lahan menggunakan bahan organik Salvinia sp.ditumbuhkan dan kompos Salvinia sp., jerami padi dan pupuk kandang rata-rata meningkatkan hasil gabah 12-21% di KP. Belandean dan 14-20% di Danda Jaya dibandingkan kontrol tanpa amelioran. Penggunaan genotipe toleran atau agak toleran dapat meningkatkan hasil gabah 11.2-54.7% di KP. Belandean dan 25.4-90.2% di Danda Jaya dibandingkan genotipe peka (IR.64).

Keracunan besi (skor 2-7) dapat mengurangi hasil gabah di lahan pasang surut 15.6-63.9 % dibandingkan tanaman yang tumbuh normal dan tidak menunjukkan gejala keracunan besi (skor 1). Hasil padi dengan pertumbuhan normal tanpa gejala keracunan besi (skor Fe=1) memberikan hasil gabah = 5.66 t/ha, peningkatan skor keracunan besi menjadi 2, 3, 5, dan 7 mengurangi hasil padi berturu-turut menjadi 4.84, 4.08, 2.91, dan 2.07 t/ha. Gejala keracunan besi pada musim tanam I (musim hujan) lebih berat dibandingkan pada musim tanam II (musim kemarau). Perbedaan gejala keracunan besi pada dua musim tanam terutama terlihat jelas pada genotipe padi yang peka seperti IR.64. Pada musim tanam I rata-rata skor keracunan besi IR. 64 adalah 5.53 dan pada musim tanam II 3.47 pada loksi KP. Belandean, sedangkan pada lokasi Danda Jaya musim tanam I rata-rata 4.60 dan pada musim tanam II 2.27.

Kata kunci : Gejalakeracunan besi, plak besi, mekanisme toleransi terhadap Fe, lahan pasang surut, Salvinia sp.

@ Hak cipta milik Institut Pertanian Bogor, tahun 2012

Hak cipta dilindungi Undang-undang

1) Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumber

a. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik atau tujuan suatu masalah.

b. Pengutipan tidak merugikan kepentingan yang wajar bagi Institut Pertanian Bogor.

2) Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis dalam bentuk apapun tanpa izin Institut Pertanian Bogor.

STUDI PENGENDALIAN KERACUNAN BESI

PADA PADI DI LAHAN PASANG SURUT

MELALUI KERAGAMAN GENOTIPE PADI

DAN AMELIORASI LAHAN

AIDI NOOR

Disertasi

sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Doktor

pada Program Studi Agronomi dan Hortikultura

SEKOLAH PASCASARJANA

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

2012

Penguji pada Ujian Tertutup :

1. Dr. Ir. Atang Sutandi, MS.

Dosen Departemen Ilmu Tanah dan Sumberdaya Lahan, Fakultas Pertanian IPB

2. Dr. Ir. Eko Sulistyono, MSi.

Dosen Departemen Agronomi dan Hortikultura, Fakultas Pertanian, IPB

Penguji pada Ujian Terbuka :

1. Prof. (Riset). Dr. Ir. A. Karim Makarim, M.Sc.

Staf Peneliti Pusat Penelitian dan Pengembangan Tanaman Pangan, Bogor.

2. Dr. Ir. Hajrial Aswidinoor, M.Sc.

Judul Penelitian : Studi Pengendalian Keracunan Besi pada Padi di Lahan Pasang Surut Melalui Keragaman Genotipe Padi dan Ameliorasi Lahan

Nama : Aidi Noor

N I M : A262080041

Program Studi : Agronomi dan Hortikultura

Disetujui Komisi Pembimbing

Prof. Dr. Ir. Munif Ghulamahdi, MS. Ketua

Dr. Ir. Iskandar Lubis, MS. Anggota

Prof. Dr. Ir. M. Ahmad Chozin, M.Agr. Anggota

Dr. Ir. Khairil Anwar, MS. Anggota

Diketahui

Ketua Program Studi Agronomi dan Hortikultura

Prof. Dr. Ir. Munif Ghulamahdi, MS.

Dekan Sekolah Pascasarjana IPB

Dr. Ir. Dahrul Syah, M.Sc.Agr.

Tanggal Ujian : 29 Agustus 2012 Tanggal Lulus :

PRAKATA

Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan karuniaNya, sehingga disertasi ini berhasil diselesaikan. Disertasi ini merupakan penulisan hasil penelitian yang telah dilaksanakan sejak bulan Mei tahun 2010 sampai bulan Nopember 2011 dengan judul “ Studi Pengendalian Keracunan Besi pada Padi di Lahan Pasang Surut Melalui Keragaman Genotipe Padi dan Ameliorasi Lahan.”

Disertasi ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat dalam penyelesaian Program Doktor pada Program Studi Agronomi dan Hortikultura, Sekolah Pascasarjana, Institut Pertanian Bogor. Bagian dari disertasi Bab 3 dengan judul “Pengaruh Konsentrasi Besi dalam Larutan Hara terhadap Gejala Keracunan Besi dan Pertumbuhan Tanaman Padi” sedang menunggu proses penerbitan pada Jurnal Agronomi Indonesia (Vol. XL, No.2, 2012)

Dalam penyelesaian penulisan disertasi ini banyak pihak yang telah membantu dan berperan sejak dari penyusunan proposal, penelitian di rumah kaca dan laboratorium, serta kegiatan penelitian di lapang, oleh karena itu penulis mengucapkan terima kasih yang tak terhingga kepada :

1. Prof. Dr. Ir. Munif Ghulamahdi, MS. sebagai Ketua Komisi Pembimbing atas bimbingan, arahan, saran, semangat dan dorongan dalam pelaksanaan penelitian, penulisan disertasi dan penyelesaian studi.

2. Dr. Ir. Iskandar Lubis, MS., Prof. Dr. Ir. M. Ahmad Chozin, M.Agr. dan Dr. Ir. Khairil Anwar, MS. sebagai Anggota Komisi Pembimbing atas bimbingan, arahan, saran, semangat dan dorongan dalam pelaksanaan penelitian, penulisan disertasi dan penyelesaian studi.

3. Dr. Ir. Ahmad Junaedi, MS. sebagai penguji luar komisi dalam ujian kualifikasi lisan.

4. Dr. Ir. Atang Sutandi, MS. sebagai penguji luar komisi dalam ujian kualifikasi lisan dan ujian tertutup.

5. Dr. Ir. Eko Sulistyono, MSi. sebagai penguji luar komisi dalam ujian tertutup. 6. Prof (Riset). Dr. Ir. A. Karim Makarim, M.Sc. dan Dr. Ir. Hajrial Aswidinoor,

M.Sc. sebagai penguji luar komisi dalam ujian terbuka.

7. Dr. Ir. Maya Melati, MSc. yang mewakili program studi dalam ujian prelium lisan, ujian tertutup dan ujian terbuka.

xvi

8. Rektor Institut Pertanian Bogor, Dekan Pascasarjana, Dekan Fak. Pertanian IPB yang telah memberikan kesempatan dan fasilitas selama saya menjalani studi.

9. Pengelola, dosen dan staf administrasi Departemen Agronomi dan Hortikultura, IPB yang telah banyak membantu dalam kegiatan akademik. 10.Bapak Kepala Badan Penelitian dan Pengembangan Pertanian yang telah

memberikan kesempatan untuk belajar dan beasiswa selama studi.

11.Bapak Kepala Balai Pengkajian Teknologi Pertanian Kalimantan Selatan yang telah memberikan izin tugas belajar.

12.Kepala dan staf University Farm Cikabayan dan laboratorium Research Group of Crop Improvement (RGCI), Institut Pertanian Bogor yang telah memberikan izin, dan fasilitas dalam kegiatan penelitian.

13.Kepala Balai Penelitian Pertanian Lahan Rawa Banjarbaru dan Kepala Kebun Percobaan Belandean yang telah memberikan izin dan fasilitas dan staf yang telah membantu dalam kegiatan penelitian di lapang.

14.Sekretariat Badan Litbang Pertanian yang telah memberikan dana untuk penelitian melalui program kerjasama penelitian antara Badan Litbang Pertanian dengan Perguruan Tinggi (KKP3T).

15.Kedua orang tuaku dan keluarga yang telah memberikan dorongan, semangat, bantuan serta doanya.

16.Isteriku Ir. Rina Dirgahayu Ningsih, MSi., anak-anaku M. Arief Rosyadi dan Namira Amalia atas pengertian dan kesabarannya.

Penulis menyadari kalau tulisan ini masih belum sempurna dan masih terdapat kekurangan-kekurangan, namun demikian penulis berharap tulisan ini bermanfaat bagi yang membacanya. Pada akhirnya penulis berharap disertasi ini bermanfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan bidang pertanian khususnya di lahan pasang surut.

Bogor, Agustus 2012

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Banjarmasin pada tanggal 12 Nopember 1962, dari ayah yang bernama Drs. H. Adijani Al-Alabij, SH. dan ibu bernama Hj. Idalia Hafni. Penulis adalah anak pertama dari enam bersaudara.

Penulis menyelesaikan pendidikan S1 bidang Ilmu Tanah di Universitas Lambung Mangkurat Banjarbaru pada tahun 1989, kemudian melanjutkan sekolah Pascasarjana S2 bidang Kesuburan Tanah di Universitas Padjadjaran Bandung dan lulus tahun 2002. Pada tahun 2008 penulis mendapat kesempatan untuk melanjutkan pendidikan Pascasarjana S3 program Studi Agronomi dan Hortikultura di Institut Pertanian Bogor.

Sejak tahun 1991-1996 penulis bekerja sebagai peneliti di Balai Penelitian Pertanian Lahan Rawa (Balittra) di Banjarbaru, Kalimantan Selatan, dan sejak tahun 1996 sampai sekarang bekerja sebagai peneliti di Balai Pengkajian Teknologi Pertanian (BPTP) Kalimantan Selatan, Banjarbaru.

Pada tahun 1991 penulis menikah dengan Ir. Rina Dirgahayu Ningsih, MSi., dan dikaruniai dua orang putera yaitu M. Arief Rosyadi (19 tahun) dan Namira Amalia (17 tahun).

DAFTAR ISI

Halaman

DAFTAR TABEL ……… xxiii

DAFTAR GAMBAR ……….. xxvii

DAFTAR LAMPIRAN……… xxix

BAB I. PENDAHULUAN……… 1

Latar Belakang ……… 1

Rumusan Masalah………. 3

Tujuan Penelitian………. 5

Kerangka Pemikiran……… 5

Hipotesis………. 7

Ruang Lingkup Penelitian……… 7

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA……… 9

Karakteristik Lahan Pasang Surut……… 9

Gejala Keracunan Besi dan Karakter Morfologi dan Fisiologi pada Tanaman Padi……… 10

Peranan dan Mekanisme Genotipe Padi dalam Mengatasi Keracunan Besi 13 Peranan Bahan Organik dalam Ameliorasi Lahan……….. 15

BAB III. PENGARUH KONSENTRASI BESI DALAM LARUTAN HARA TERHADAP GEJALA KERACUNAN BESI DAN PERTUMBUHAN TANAMAN PADI……… 19

Abstrak……… 19

Abstract……… 19

Pendahuluan……… 20

Metode Penelitian……… 21

Hasil dan Pembahasan……… 23

Kesimpulan……… 32

Daftar Pustaka……… 33

BAB. IV. EVALUASI TOLERANSI GENOTIPE PADI TERHADAP KERACUNAN BESI PADA DUA LEVEL KONSENTRASI BESI DALAM LARUTAN HARA……… 35

xx

Halaman

Abstract……….. 35

Pendahuluan……….. 36

Metode Penelitian……….. 37

Hasil dan Pembahasan……… 40

Kesimpulan………. 57

Daftar Pustaka………. 57

BAB. V. EVALUASI ADAPTASI Salvinia sp. TERHADAP KONSENTRASI FE PADA MEDIA LARUTAN HARA DAN MEDIA TANAH LAHAN PASANG SURUT……… 61

Abstrak……… 61

Abstract……… 61

Pendahuluan……… 62

Metode Penelitian……… 63

Hasil dan Pembahasan……… 66

Kesimpulan………. 77

Daftar Pustaka………. 77

BAB. VI. PENGARUH GENOTIPE PADI DAN AMELIORASI LAHAN SERTA KOMBINASINYA TERHADAP KERACUNAN BESI DAN PRODUKTIVITAS PADI DI LAHAN PASANG SURUT ………. 81

Abstrak………. 81

Abstract……… 81

Pendahuluan……… 82

Metode Penelitian……… 84

Hasil dan Pembahasan………. 87

Kesimpulan………. 109

Daftar Pustaka………. 110

BAB. VII. PEMBAHASAN UMUM……… 113

Konsentrasi Fe dalam Tanah dan Larutan Hara yang Menyebabkan Keracunan Fe pada Padi……….. 113

Konsentrasi Besi dalam Jaringan Tanaman yang Menyebabkan Keracunan Besi……… 117

xxi

Halaman

Pertumbuhan Salvinia sp. pada Kondisi Cekaman Fe………. 118

Gejala Keracunan Besi Tanaman Padi pada Dua Musim tanam……. 120

Hubungan antara Keracunan Besi dengan Hasil Gabah……… 124

BAB. VIII. KESIMPULAN DAN SARAN……… 127

Kesimpulan……… 127

Saran……….. 128

DAFTAR PUSTAKA……… 129

DAFTAR TABEL

Halaman 3.1. Skor gejala keracunan besi pada tanaman padi... 23 3.2. Analisis ragam pengaruh konsentrasi Fe (0-600 ppm Fe) dan varietas

padi (IR.64 dan Margasari) terhadap skor keracunan Fe dan kadar Fe

tanaman……… 24

3.3. Analisis ragam pengaruh konsentrasi Fe dan varietas padi terhadap

pertumbuhan tanaman……… 28

3.4. Pengaruh konsentrasi Fe dalam larutan dan varietas padi terhadap

tinggi dan jumlah anakan tanaman……… 29

3.5. Pengaruh konsentrasi Fe dalam larutan dan varietas padi terhadap

bobot kering tajuk (g)……….. 29

3.6. Pengaruh konsentrasi Fe dalam larutan dan varietas padi terhadap

bobot kering dan panjang akar……… 30

3.7. Korelasi antara skor keracunan Fe dengan kadar Fe dan

pertumbuhan tanaman………. 31

4.1. Genotipe padi yang digunakan dalam penelitian……… 38 4.2. Skor gejala keracunan besi pada tanaman padi ... 39 4.3. Analisis ragam pengaruh konsentrasi Fe dalam larutan hara dan

genotipe padi terhadap skor gejala keracunan besi pada tanaman umur

1-4 minggu setelah tanam ……… 40

4.4. Interaksi antara genotipe dan konsentrasi Fe teradap skor gejala keracunan Fe tanaman umur 1 minggu dan 2 minggu……… 42 4.5. Interaksi antara genotipe dan konsentrasi Fe terhadap skor gejala

keracunan Fe tanaman umur 3 minggu dan 4 minggu……… 43 4.6. Konsentrasi Fe pada bagian tanaman 8 genotipe padi pada perlakuan

konsentrasi 325 ppm Fe pada umur tanaman 4 minggu……… 47 4.7. Korelasi antara partisi kadar Fe dalam bagian tanaman dengan skor

gejala keracunan Fe………. ₅₀

4.8. Analisis ragam pengaruh konsentrasi Fe dalam larutan hara dan genotipe padi terhadap pertumbuhan tanaman umur 4 minggu

setelah tanam……… 51

4.9. Jumlah anakan tanaman dan bobot kering tajuk tanaman pada

konsentrasi 143 dan 325 ppm Fe……… 52

4.10. Bobot kering akar dan panjang akar tanaman pada pada konsentrasi

xxiv

Halaman 4.11. Korelasi antara skor keracunan Fe dengan pertumbuhan tanaman padi 55 4.12. Ranking toleransi genotipe padi berdasarkan skor keracunan Fe umur 4

minggu dan jumlah anakan pada perlakuan konsentrasi 143 ppm dan

325 ppm Fe ………. 56

5.1. Lokasi/aksesi pengambilan Salvinia sp. di beberapa tempat di Kalimantan Selatan yang akan digunakan dalam penelitian……… 66 5.2. Bobot basah (g) Salvinia sp. pada beberapa level perlakuan Fe pada

media larutan hara Hoagland setelah ditumbuhkan selama 4

minggu……… 68

5.3. Waktu penggandaan (hari) Salvinia sp. setelah ditumbuhkan selama 4 minggu pada beberapa perlakuan Fe pada media larutan hara Hoagland 69 5.4. Perubahan pH dan Fe dalam larutan hara (Hoagland) yang

ditambahkan 7 dan 14 ppm Fe setelah ditumbuhkan Salvinia sp.

selama 2 minggu……… 69

5.5. Kadar hara empat Salvinia sp. terpilih yang mempunyai biomas tertinggi dan waktu penggandaan lebih cepat pada media air yang

diberi perlakuan 7 ppm Fe……….. 71

5.6. Karakteristik tanah, KP. Blandean, Kabupaten Barito Kuala, Kalimantan Selatan untuk percobaan pot dirumah kaca…………. 72 5.7. Persentase penutupan permukaan Salvinia sp. setelah ditumbuhkan

selama 4 minggu pada media tanah yang berasal dari lahan pasang

surut 73

5.8. Bobot basah Salvinia sp., waktu penggandaan dan kadar Fe dalam jaringan setelah ditumbuhkan selama 4 minggu pada media tanah yang

berasal dari lahan pasang surut……… 73

5.9. pH dan Fe permukaan air dalam pot setelah Salvinia sp. ditumbuhkan selama 4 minggu pada media tanah yang berasal dari lahan pasang

surut……….. 74

6.1. Skor gejala keracunan besi pada tanaman padi... 86 6.2. Karakteristik tanah lokasi penelitian di lahan rawa pasang surut, KP.

Blandean dan Danda Jaya, Kabupaten Barito Kuala, Kalimantan

Selatan……… 88

6.3. Kadar hara bahan amelioran yang digunakan dalam penelitian……… 90 6.4. Analisis ragam pengaruh genotipe padi dan ameliorasi lahan terhadap

gejala keracunan besi pada tanaman umur 2-8 minggu setelah tanam di KP. Belandean dan Danda Jaya, Kalimantan Selatan, MT. I. 2011…. 92 6.5. Gejala keracunan Fe umur 2 dan 4 minggu setelah tanam di KP.

xxv

Halaman 6.6. Gejala keracunan Fe umur 6 dan 8 minggu setelah tanam di KP.

Belandean dan Danda Jaya, Kalimantan Selatan, MT.I. 2011……… 93 6.7. Analisis ragam pengaruh bahan ameliorasi lahan dan genotipe padi

terhadap tinggi dan jumlah anakan tanaman padi di KP. Belandean

dan Danda Jaya, Kalimantan Selatan, MT.I. 2011……… 96 6.8. Tinggi tanaman dan jumlah anakan padi pada fase akhir vegetatif di

Belandean dan Danda Jaya, Kalimantan Selatan, MT.I. 2011……… 97 6.9. Analisis ragam pengaruh ameliorasi lahan dan genotipe padi

terhadap hasil dan komponen hasil padi di KP. Belandean dan Danda

Jaya, Kalimantan Selatan, MT.I. 2011……… 98

6.10. Pengaruh ameliorasi lahan dan genotipe padi terhadap hasil gabah kering (t/ha), jumlah malai/rumpun, dan jumlah gabah isi/malai di KP. Belandean dan Danda Jaya, Kalimantan Selatan, MT.I.

2011……….. 99

6.11. Pengaruh ameliorasi lahan dan genotipe padi terhadap panjang malai (cm) dan gabah hampa (%) di KP. Belandean dan Danda Jaya,

Kalimantan Selatan, MT.I. 2011……… 101

6.12. Analisis ragam pengaruh ameliorasi lahan dan genotipe padi terhadap skor keracunan Fe umur tanaman 2-8 minggu, tinggi tanaman dan jumlah anakan padi di KP. Belandean dan Danda Jaya,

Kalimantan Selatan, MT. II. 2011……… 105

6.13. Gejala keracunan Fe umur 2 dan 4 minggu setelah tanam di KP.

Belandean dan Danda Jaya, Kalimantan Selatan, MT. II. 2011……. 106 6.14. Gejala keracunan Fe umur 6 dan 8 minggu setelah tanam di KP.

Belandean dan Danda Jaya, Kalimantan Selatan, MT. II. 2011……. 107 6.15. Tinggi tanaman dan jumlah anakan padi pada fase akhir vegetatif di

KP. Belandean dan Danda Jaya, Kalimantan Selatan, MT. II.

2011…… 108

7.1. Kualitas air permukaan pada saat Salvinia sp. ditumbuhkan (disebar)

di lokasi penelitian KP. Belandean dan Danda Jaya……… 120 7.2. Skor gejala keracunan besi dan hasil padi berdasarkan persamaan

DAFTAR GAMBAR

Halaman 1.1. Diagram Alur Kegiatan Peneltian... 4 2.1. Hubungan antara skor keracunan Fe dan dengan hasil padi………… 12 2.2. Pengaruh konsentrasi besi terhadap pertumbuhan relatif padi……… 12 3.1. Pelaksanaan kegiatan penelian di tumah kaca : (a) persemaian padi di

bak pasir, (b) bibit padi umur 14 hari yang dipindahkan dalam pot plastik (PVC) dan diaklimatisasi selama 7 hari, (c) tanaman padi yang telah diberi perlakuan Fe dan ditumbuhkan selama 4 minggu……. 22 3.2. Pengaruh konsentrasi Fe dalam larutan terhadap skor keracunan Fe

varietas IR. 64 dan Margasari……… 24

3.3. Hubungan konsentrasi Fe dalam larutan dengan skor keracunan Fe

umur 4 minggu pada varietas IR.64……… 25

3.4. Hubungan konsentrasi Fe dalam larutan dengan skor keracunan Fe

umur 4 minggu pada varietas Margasari……… 26

3.5. Kadar Fe jaringan tanaman padi varietas IR. 64 dan Margasari yang

diberi perlakuan Fe……….. 27

4.1. Perubahan skor keracunan Fe dari rata-rata padi sawah, padi rawa, dan galur harapan genotipe padi pada dua level konsentrasi Fe selama 4

minggu……… 41

4.2. Hubungan antara kadar Fe tajuk 20 genotipe padi dengan skor gejala keracunan Fe yang diberi cekaman Fe 143 ppm dan 325 ppm Fe pada

umur tanaman 4 minggu ………. 44

4.3. Penampilan akar tanaman padi yang menunjukkan plak Fe yang rendah (a), dan akar dengan plak Fe dipermukaan akar yang tinggi (b)…… 46 4.4. Proporsi sebaran kadar Fe bagian atas tanaman dan bagian akar pada 8

genotipe padi yang diberi cekaman 325 ppm Fe pada tanaman umur 4

minggu……….. 48

4.5. Persentase penurunan pertumbuhan tanaman sebagai akibat peningkatan cekaman Fe dari 143 ppm menjadi 325 ppm Fe……… 54 5.1. Percobaan pengujian adaptasi Salvinia sp. terhadap konsentrasi Fe

dalam larutan hara Hoagland pada bak plastik yang diisi larutan

sebanyak 4 liter selama 4 minggu……… 64

5.2. Perubahan penutupan permukaan oleh Salvinia sp. selama 4 minggu pada media larutan hara (Hoagland) pada beberapa level perlakuan Fe 67

xxviii

Halaman 5.3. Kadar Fe Salvinia sp. umur 4 minggu pada dua konsentrasi Fe yang

ditumbuhkan pada media larutan hara Hoagland……… 70 6.1. Perubahan pH dan Fe sebelum tanam (7 hari setelah perlakuan

ameliorasi lahan), pada akhir vegetatif dan setelah panen di KP.

Belandean dan Danda Jaya……….. 91

6.2. Gejala keracunan besi genotipe Inpara-4 dan IR 64 pada saat pertumbuhan vegetatif (kiri) dan genotipe IR 64 dan Inpara-2 pada saat telah keluar malai (kanan), KP. Belandean, MT. I……… 94 6.3. Rata-rata kadar Fe tanaman padi pada perlakuan amelioran dan

genotipe padi pada lokasi KP. Belandean dan Danda Jaya, MT. I.

2011……….. 94

6.4. Rata-rata kadar hara N, P, K tanaman padi pada perlakuan ameliorasi lahan dan genotipe padi pada lokasi KP. Belandean dan Danda Jaya,

MT. I. 2011……… 96

7.1. Gejala keracunan besi 5 genotipe padi di rumah kaca (konsentrasi 325 ppm Fe dalam larutan hara) dan di lahan pasang surut KP.

Belandean dan Danda Jaya (perlakuan kontrol), MT. I ………….. 116

7.2. Hubungan kadar Fe tanaman dengan skor keracunan Fe berdasarkan

data MT. I, KP. Belandean dan Danda Jaya………. 117 7.3. Pertumbuhan Salvinia sp. di lapang di KP. Belandean dan Danda

Jaya setelah ditumbuhkan selama 4 minggu……… 119 7.4. Rata-rata skor keracunan Fe padi umur 8 minggu pada perlakuan

amelioran dan genotipe padi selama dua musim tanam di dua lokasi

penelitian……… 121

7.5. Hubungan antara skor gejala keracunan besi dengan hasil padi di

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman 1. Analisis ragam pengaruh perlakuan varietas dan konsentrasi Fe dalam

larutan hara terhadap skor keracunan Fe 1-4 minggu dan kadar Fe

tanaman……… 133

2. Analisis ragam pengaruh perlakuan varietas dan konsentrasi Fe dalam

larutan hara terhadap pertumbuhan tanaman……… 134 3. Analisis ragam pengaruh perlakuan dua level konsentrasi Fe dalam

larutan hara dan 20 genotipe (varietas) padi terhadap skor gejala

keracunan Fe umur 1-4 minggu……… 136

4. Analisis ragam pengaruh konsentrasi Fe dalam larutan dan aksesi Salvinia terhadap penutupan permukaan Salvinia sp. selama 4 minggu, bobot basah Salvinia sp., bobot kering Salvinia sp., dan waktu

penggandaan 138

5. Analisis ragam pengaruh dua level konsentrasi Fe dalam larutan dan aksesi Salvinia sp. terhadap pH. Fe air, dan kadar Fe jaringan Salvinia

sp……… 140

6. Analisis ragam pentutupan permukaan Salvinia selama 1-4 minggu, bobot basah Salvinia sp., waktu menggandakan, kadar Fe jaringan Salvinia sp., pH air, Fe air pengaruh perlakuan 4 aksesi Salvinia sp.

pada media tanah dari lahan pasang surut ……… 141 7. Analisis ragam pengaruh kombinasi genotipe padi dan bahan

amelioran terhadap skor keracunan Fe umur 2-8 minggu, tinggi tanaman, jumlah anakan, hasil gabah, jumlah malai, panjang malai, jumlah gabah isi per malai, dan persentase gabah hampa, KP.

Belandean, MT. I……….. 143

8. Analisis ragam pengaruh kombinasi genotipe padi dan bahan amelioran terhadap skor keracunan Fe umur 2-8 minggu, tinggi tanaman, jumlah anakan, hasil gabah, jumlah malai, panjang malai, jumlah gabah isi per malai, dan persentase gabah hampa, Danda Jaya,

MT. I……….. 146

9. Analisis ragam pengaruh kombinasi genotipe padi dan residu bahan amelioran terhadap skor keracunan Fe umur 2-8 minggu, tinggi

tanaman, dan jumlah anakan, KP. Belandean, MT. II……… 149 10. Analisis ragam pengaruh kombinasi genotipe padi dan residu bahan

amelioran terhadap skor keracunan Fe umur 2-8 minggu, tinggi

BAB I. PENDAHULUAN Latar Belakang

Padi merupakan komoditas yang penting dan strategis, dimana kebutuhan akan konsumsi beras ini terus meningkat seiring dengan meningkatnya jumlah penduduk, hal ini mengisyaratkan perlunya peningkatan produksi beras di Indonesia. Peningkatan produksi beras di Indonesia menghadapi tantangan semakin berat, karena berkurangnya lahan subur di pulau Jawa akibat konversi lahan ke non pertanian. Lahan pasang surut merupakan salah satu alternatif dalam mengatasi semakin menyusutnya lahan-lahan subur di pulau Jawa akibat konversi lahan. Luas lahan pasang surut di Indonesia diperkirakan sekitar 20.1 juta ha, dan sekitar 9.53 juta ha berpotensi untuk dijadikan sebagai lahan pertanian (Alihamsyah 2004). Walaupun lahan pasang surut mempunyai potensi sebagai sumber produksi padi, namun produktivitas padi di lahan ini masih rendah.

Berdasarkan jangkauan air pasang, lahan pasang surut dibagi berdasarkan tipe luapannya yaitu : 1) tipe luapan A, terluapi air pasang baik pasang besar maupun kecil, 2) tipe luapan B, hanya terluapi air pada pasang besar saja, 3) tipe luapan C, tidak terluapi air pasang tapi kedalaman air tanahnya < 50 cm, 4) tipe luapan D, tidak terluapi air kedalaman air tanahnya > 50 cm. Berdasarkan tipologinya dari 20.1 juta ha lahan pasang surut terdiri dari lahan gambut 10.9 juta ha, kemudian diikuti lahan sulfat masam (6.7 juta ha), lahan potensial (2.1 juta ha) dan lahan salin 0.4 juta ha (Widjaya Adhi 1986; Alihamsyah 2004). Lahan pasang surut sulfat masam merupakan lahan yang mempunyai kendala lebih berat, karena mempunyai lapisan pirit yang apabila teroksidasi mengakibatkan pH tanah yang sangat masam, kandungan unsur meracun Al. Fe dan H2S yang tinggi serta kandungan dan ketersediaan hara yang rendah (Sarwani et al. 1994).

Keracunan besi pada padi merupakan salah satu faktor pembatas produksi padi di lahan sawah yang dapat menurunkan hasil padi 12-100 % (Sahrawat 2000; Sahrawat et al. 2004; Sahrawat 2010). Keracunanbesi merupakan stress fisiologi pada tanaman padi yang umum dijumpai di lahan pasang surut dan merupakan kendala utama dalam produksi padi. Keracunan besi pada padi selain disebabkan tingginya kadar besi di dalam tanah juga dapat disebabkan oleh faktor lingkungan

2

seperti ketidakseimbangan hara, tanah selalu tergenang (Sahrawat et al. 2004) dan penggunaan genotipe padi yang peka seperti varietas IR 64 (Suhartini 2004; Suhartini dan Makarim 2009).

Dalam pertanian berkelanjutan, selain berupaya meningkatkan produktivitas juga berupaya memperbaiki dan menjaga kualitas lahan. Hasil-hasil penelitian menunjukkan bahwa penggunaan genotipe toleran, pemupukan berimbang dan ameliorasi lahan menggunakan bahan organik dan kapur dapat mengatasi keracunan besi dan meningkatkan kualitas lahan dan produktivitas padi. Pengapuran walaupun telah diketahui dapat meningkatkan produktivitas padi dan mengurangi keracunan Fe, namun bahan ini sulit diperoleh di lokasi. Pemanfaatan bahan organik yang banyak terdapat di lokasi untuk ameliorasi lahan merupakan salah satu cara penggunaan input yang lebih murah, ramah lingkungan dan mengurangi penggunaan bahan kimia seperti pupuk anorganik.

Penggunaan genotipe toleran merupakan cara yang lebih murah dan mudah diaplikasikan oleh petani, namun demikian genotipe toleran kadang-kadang tidak selalu mampu beradaptasi secara luas untuk semua kondisi lahan. Penggunaan varietas yang telah dilepas dan direkomendasikan untuk lahan pasang surut yang bermasalah keracunan besi menunjukkan hasil yang beragam dan tidak konsisten baik antar lokasi maupun antar musim. Perbedaan hasil mungkin disebabkan karena sangat beragamnya karakteristik tanah di lahan pasang surut dan beragamnya kemampuan tanaman dalam beradaptasi dengan kadar besi di dalam tanah. Hal ini menunjukkan perlunya penggunaan genotipe padi yang spesifik lokasi dalam meningkatkan produktivitas padi di lahan pasang surut yang bermasalah dengan keracunan besi.

Penggunaan bahan organik selain dapat mengurangi kadar Al/Fe di dalam tanah dengan reaksi pengkelatan asam-asam organik, hasil dekomposisi bahan organik juga memberikan sumbangan hara makro seperti N, P, K dan unsur hara mikro. Hasil penelitian Noor dan Jumberi (1998) menunjukkan pemberian jerami padi dengan dosis 5.0 t/ha di lahan pasang surut bukaan baru Kalimantan Tengah dapat meningkatkan hasil padi varietas IR 64 27% dan varietas Kapuas 58% dibandingkan tanpa bahan organik. Pemberian kompos jerami padi selain dapat

3

meningkatkan hasil padi juga dapat mengurangi kadar besi dan sulfat di lahan pasang surut (Jumberi dan Alihamsyah 2004).

Salah satu sumber bahan organik yang potensial selain jerami padi dan pupuk kandang adalah Salvinia sp. Salvinia sp. merupakan tumbuhan air yang banyak terdapat di lahan rawa, sehingga Salvinia sp. merupakan salah satu alternatif penyediaan bahan organik baik secara ex-situ maupun secara in-situ ditumbuhkan di lahan pertanaman padi. Selain itu Salvinia sp. juga mempunyai tingkat pertumbuhan dan produktivitas biomas yang tinggi sehingga potensial digunakan sebagai sumber pupuk organik (Schneider dan Rubio 1999; Oguin et al. 2002; Oguin et al. 2003).

Penggunaan genotipe padi toleran atau agak toleran yang spesifik lokasi dan ameliorasi lahan menggunakan bahan organik seperti limbah pertanian dan Salvinia sp. diharapkan dapat mengendalikan keracunan Fe dan meningkatkan produktivitas padi di lahan pasang surut.

Rumusan Masalah

Untuk mengatasi keracunan besi dan meningkatkan produktivitas padi di lahan pasang surut bermasalah keracunan besi dapat dilakukan dengan memperbaiki lingkungan tumbuh seperti pemupukan berimbang, ameliorasi lahan, pengaturan air dan menggunakan varietas toleran. Penggunaan bahan amelioran seperti kapur telah diketahui mampu meningkatkan pH tanah dan menekan kelarutan besi dalam tanah, namun demikian untuk memberikan dalam dosis 1-2 t/ha bahan ini sulit dicari di lokasi dan sering tidak tersedia. Pengelolaan air di lahan pasang surut juga telah diketahui dapat memperbaiki kualitas lahan, namun infrastruktur seperti saluran dan pintu-pintu air tidak seluruhnya ada dan berfungsi. Pada musim hujan sering air kelebihan di lahan sawah dan tidak bisa didrainase atau dibuang ke saluran, sehingga lahan yang selalu tergenang ini memicu terjadinya keracunan besi pada tanaman.

Menurut Alihamsyah (2002), strategi yang dapat dilakukan dalam meningkatkan produktivitas padi di lahan pasang surut adalah dengan cara mengintegrasikan antara : (1) perbaikan lingkungan tumbuh tanaman, dan (2) menggunakan genotipe yang toleran. Pemilihan genotipe yang tepat sesuai

4

dengan adaptasi tanaman terhadap cekaman lingkungan merupakan salah satu cara dalam mengatasi keracunan besi. Sebagian petani telah menggunakan limbah panen seperti jerami padi dan pupuk kandang sebagai ameliorasi lahan maupun sebagai pupuk organik. Selain itu di lahan rawa pasang surut ternyata juga banyak terdapat Salvinia sp. di saluran-saluran maupun di lahan pertanaman padi. Salvinia sp. belum banyak dimanfaatkan oleh petani sebagai pupuk organik dan sebagian petani menganggap sebagai gulma. Dalam penelitian ini mencoba menggunakan Salvinia sp. sebagai alternatif bahan untuk ameliorasi lahan selain jerami padi dan pupuk kandang. Langkah-langkah (roadmap) yang dilakukan dalam upaya memecahkan permasalahan dalam mengatasi keracunan besi di lahan pasang surut dapat digambarkan dalam diagram alir kegiatan penelitian berikut (Gambar 1.1).

Gambar 1.1. Diagram Alir Kegiatan Penelitian

STUDI PENGENDALIAN KERACUNAN BESI PADA PADI DI LAHAN PASANG SURUT MELALUI KERAGAMAN GENOTIPE PADI DAN AMELIORASI LAHAN

(1) Pengaruh konsentrasi Fe dalam media larutan hara terhadap gejala keracunan Fe

(3a) Evaluasi Salvinia sp yang adaptif terhadap Fe dalam media larutan hara

(2) Evaluasi toleransi genotipe padi terhadap keracunan Fe dalam larutan hara

(3b) Evaluasi Salvinia sp yang adaptif pada media tanah lahan pasang surut

(4a) Kombinasi genotipe padi dan ameliorasi lahan dalam mengendalikan keracunan Fe di lahan pasang surut (MT. I )

(4b) Kombinasi genotipe padi dan residu ameliorasi dalam mengendalikan keracunan Fe di lahan pasang surut (MT. II)

Perc. Rumah Kaca (2010)

Perc. Lapang di dua lokasi (2011)

5

Tujuan Penelitian

Penelitian bertujuan untuk :

1. Mendapatkan konsentrasi besi dalam larutan hara yang menyebabkan gejala keracunan besi ringan, sedang dan berat pada padi sebagai dasar seleksi padi.

2. Mendapatkan genotipe padi yang toleran terhadap keracunan Fe dengan produktivitas tinggi

3. Mempelajari mekanisme toleransi genotipe padi terhadap keracunan Fe. 4. Mendapatkan Salvinia sp. yang adaptif, cepat tumbuh dengan biomas

tinggi pada media larutan hara dan di lahan pasang surut

5. Mempelajari pengaruh genotipe padi, ameliorasi lahan dan kombinasinya terhadap keracunan besi dan produktivitas padi pada tingkat cekaman Fe dan musim tanam berbeda.

Kerangka Pemikiran

Lahan pasang surut yang luas dengan air yang relatif selalu tersedia sangat potensial sebagai sumber produksi padi, karena sumber air bukan saja dari air hujan tetapi juga dari pasang surutnya air laut. Walaupun demikian, lahan pasang surut di Indonesia dengan luas 20.1 juta ha, sebagian dari lahan tersebut merupakan tanah sulfat masam (6.7 juta ha) dengan produktivitas padi yang masih rendah (Alihamsyah 2004). Keracunan besi merupakan stress fisiologi pada tanaman padi yang umum dijumpai di lahan pasang surut sulfat masam yang disebabkan tingginya kadar besi ferro (Fe2+) di dalam tanah. Keracunan besi mengakibatkan rendahnya produktivitas padi dan dapat menurunkan hasil 12-100% (Sahrawat 2000; Sahrawat et al. 2004; Sahrawat 2010) .

Bentuk besi di dalam tanah dipengaruhi oleh reaksi oksidasi-reduksi. Dalam keadaan tergenang (reduktif) besi berada dalam bentuk Fe+2, sedangkan dalam kondisi oksidatif besi berada dalam bentuk Fe+3, padi menyerap Fe dalam bentuk Fe+2. Keracunan Fe disebabkan tingginya serapan Fe+2 dalam jaringan tanaman padi yang disebabkan tingginya kadar Fe di dalam tanah yang juga berhubungan dengan ketidakseimbangan hara mineral (stres hara) yang

6

mempengaruhi pertumbuhan tanaman. Hasil-hasil penelitian menunjukkan padi yang keracunan Fe mempunyai korelasi dengan rendahnya kadar hara P, K, Ca dan Zn dalam jaringan tanaman padi. Keracunan besi juga disebabkan kondisi lingkungan yang selalu dalam keadaan tergenang (reduktif) dengan drainase jelek mengakibatkan semakin tingginya kadar Fe+2 yang tereduksi dalam tanah (Sahrawat et al. 2004). Keracunan Fe berhubungan juga dengan genotipe tanaman, genotipe padi yang peka menyebabkan semakin parahnya keracunan Fe dan mengakibatkan rendahnya produktivitas padi (Suhartini 2004; Suhartini dan Makarim 2009).

Strategi yang dapat dilakukan dalam mengendalikan keracunan besi dan meningkatkan produktivitas padi di lahan pasang surut : (1) perbaikan lingkungan tumbuh tanaman dengan pemupukan berimbang untuk memperkuat ketahanan genotipe terhadap keracunan Fe, penggunaan bahan amelioran (bahan organik, kapur) dan pengelolaan air untuk mengurangi kadar Fe di dalam tanah, (2) menggunakan genotipe yang toleran terhadap keracunan besi, atau (3) integrasi antara keduanya (Alihamsyah 2002).

Pendekatan dengan perbaikan lingkungan tumbuh untuk menekan kadar Fe dan meningkatkan kadar hara biasanya menggunakan bahan dalam dosis yang tinggi sehingga memerlukan biaya besar. Menggunakan genotipe toleran merupakan cara yang lebih murah dan mudah diaplikasikan oleh petani, namun demikian perakitan genotipe toleran memerlukan waktu yang lama dan biasanya varietas yang dihasilkan tidak selalu mampu beradaptasi secara luas. Varietas yang toleran terhadap stress Fe juga biasanya mempunyai potensi hasil yang tidak terlalu tinggi.

Penggunaan atau pemilihan varietas hendaknya disesuaikan dengan cekaman lingkungan dimana padi akan ditanam. Pada cekaman ringan tidak perlu menggunakan varietas yang toleran, tetapi sebaiknya menggunakan varietas dengan potensi hasil tinggi. Pada lingkungan dengan cekaman sedang, sebaiknya menggunakan varietas dengan potensi tinggi dan agak toleran terhadap keracunan Fe. Pada cekaman berat sebaiknya menggunakan varietas yang toleran, atau agak toleran dengan sedikit perbaikan lingkungan dengan ameliorasi lahan menggunakan bahan organik. Pendekatan yang terintegrasi antara penggunaan

7

genotipe toleran atau agak toleran dan perbaikan lingkungan tumbuh dengan bahan organik merupakan strategi yang dapat dilakukan dalam mengatasi keracunan Fe di lahan pasang surut.

Penerapan penggunaan genotipe padi toleran/agak toleran dan perbaikan lingkungan tumbuh dengan menggunakan ameliorasi lahan dengan bahan organik seperti Salvinia sp. maupun limbah panen diharapkan akan dapat meningkatkan produktivitas padi dan pendapatan petani di lahan pasang surut. Meningkatnya produktivitas di harapkan juga akan mendorong semakin banyak petani yang menanam padi unggul yang berimplikasi akan semakin meningkatnya luas dan intensitas tanam padi di lahan pasang surut. Meningkatnya luas dan intensitas tanam akan meningkatkan produksi padi dan beras di lahan pasang surut yang selama ini dianggap sebagai lahan marginal atau lahan suboptimal.

Hipotesis

Hipotesis yang diajukan dalam penelitian adalah :

1. Konsentrasi besi dalam larutan hara yang berbeda menyebabkan tingkat keracunan besi yang berbeda (ringan, sedang dan berat)

2. Genotipe padi memiliki perbedaan toleransi terhadap tingkat keracunan Fe pada konsentrasi Fe yang berbeda.

3. Mekanisme toleransi antara genotipe padi peka dan toleran terhadap keracunan besi berbeda.

4. Terdapat Salvinia sp. yang adaptif, cepat tumbuh dengan biomas tinggi, pada media larutan hara dan lahan pasang surut.

5. Genotipe padi, ameliorasi lahan dan kombinasinya dapat mengendalikan keracunan besi dan meningkatkan produktivitas padi pada tingkat cekaman Fe dan musim tanam yang berbeda.

Ruang Lingkup Penelitian

Penelitian yang telah dilaksanakan terdiri dari beberapa tahap kegiatan yaitu :

A. Penelitian di Rumah Kaca/Laboratorium

1. Pengaruh Konsentrasi Besi dalam Larutan Hara terhadap Gejala Keracunan Besi dan Pertumbuhan Tanaman Padi.

8

2. Evaluasi Toleransi Genotipe Padi terhadap Keracunan Besi pada Dua Level Konsentrasi Besi dalam Larutan Hara.

3. Evaluasi Adaptasi Salvinia sp. terhadap Konsentrasi Fe pada Media Larutan Hara dan Media Tanah Lahan Pasang Surut

B. Penelitian lapangan

4. Pengaruh Genotipe Padi dan Ameliorasi Lahan serta Kombinasinya terhadap Keracunan Besi dan Produktivitas Padi pada Dua Lokasi dan Musim Tanam Berbeda di Lahan Pasang Surut.

BAB. II. TINJAUAN PUSTAKA Karakteristik Lahan Pasang Surut

Lahan pasang surut adalah lahan yang rejim airnya dipengaruhi oleh pasang surutnya air laut atau sungai. Berdasarkan sifat kimia air pasangnya, lahan pasang surut dibagi menjadi dua zona yaitu zona air pasang surut salin dan pasang surut air tawar (Widjaya Adhi et al. 1992). Berdasarkan jangkauan air pasang, lahan pasang surut dibagi berdasarkan tipe luapannya yaitu : 1) tipe luapan A, terluapi air pasang baik pasang besar maupun kecil, 2) tipe luapan B, hanya terluapi air pada pasang besar saja, 3) tipe luapan C, tidak terluapi air pasang tapi kedalaman air tanahnya < 50 cm, 4) tipe luapan D, tidak terluapi air kedalaman air tanahnya > 50 cm (Widjaya Adhi 1986)

Lahan pasang surut berdasarkan tipologi lahannya, dibagi menurut macam dan tingkat masalah fisiko kimia tanahnya, yaitu 1) lahan potensial, kedalaman lapisan pirit > 50 cm dari permukaan tanah, 2) lahan sulfat masam (sulfat masam potensial dan sulfat masam aktual), bila kedalaman lapisan pirit (FeS2 > 2%) < 50 cm dari permukaan tanah, 3) lahan gambut, mengandung lapisan sisa-sisa tanaman yang sudah lapuk secara alami, 4) lahan salin, dipengaruhi oleh intrusi alir laut selama lebih 3 bulan dalam setahunnya. Berdasarkan tipologinya, lahan gambut merupakan tipe lahan pasang surut yang terluas (10,9 juta ha), kemudian diikuti lahan sulfat masam (6.7 juta ha), lahan potensial ( 2.1 juta ha) dan lahan salin 0.4 juta ha (Widjaya Adhi 1986).

Masalah fisiko-kimia lahan untuk pengembangan tanaman pangan di lahan pasang surut meliputi antara lain genangan air dan kondisi fisik lahan, kemasaman tanah dan asam organik pada lahan gambut tinggi, mengandung zat beracun dan intrusi air garam, kesuburan alami tanah rendah dan keragaman kondisi lahan tinggi (Adimihardja et al. 1998; Sarwani et al. 1994). Dari ketiga tipologi lahan di lahan pasang surut, lahan sulfat masam merupakan lahan yang mempunyai kendala lebih berat, karena mempunyai lapisan pirit yang apabila teroksidasi mengakibatkan pH tanah yang masam sampai sangat masam, mempunyai kandungan unsur meracun Al dan Fe yang tinggi serta kandungan dan ketersediaan

10

hara yang rendah. Pada kondisi tergenang (reduktif) besi ferro biasanya berlebihan pada lahan sulfat masam yang dapat berakibat keracunan besi pada padi.

Reaksi oksidasi pirit menghasilkan besi ferri (Fe+3) dan H+ yang menyebabkan tanah menjadi sangat masam secara sederhana dapat digambarkan sebagai berikut (Dent, 1986).

FeS2 + 15/4 O2 + 7/2 H2O  Fe(OH)3 + 2 SO42- + 4 H+

Dalam keadaan reduktif (tergenang) besi ferri (Fe+3) akan tereduksi menjadi besi ferro (Fe+2) yang dapat diserap oleh tanaman dan dalam jumlah berlebihan dapat meracuni tanaman padi. Reaksi reduksi besi ferri menjadi besi ferro yang biasanya melibatkan bakteri pereduksi dapat digambarkan sebagai beikut (Dent 1986) :

Fe(OH)3 + 3H+ + e− Fe2+ + 3H2O

Gejala Keracunan Besi dan Karakter Morfologi dan Fisiologi pada Tanaman Padi

Keracunan besi pada tanaman disebabkan karena tingginya konsentrasi besi larut dalam tanah. Kebanyakan tanah mineral kaya akan besi, gejala keracunan besi pada jaringan daun yang mengakibatkan pengurangan hasil hanya terjadi pada kondisi lahan tergenang dimana terjadi proses reduksi yang melibatkan mikrobia yang merubah besi tidak larut (Fe+3) menjadi besi larut (Fe+2) (Beckers dan Ash 2005).

Keracunan Fe selain disebabkan tingginya serapan Fe+2 dalam jaringan tanaman padi yang disebabkan tingginya kadar Fe di dalam tanah, juga berhubungan dengan berbagai faktor seperti ketidakseimbangan hara mineral (stres hara) P, K, Ca, Mg dan Zn yang cenderung mengurangi kemampuan oksidasi akar tanaman padi. Keracunan besi juga disebabkan kondisi lingkungan yang selalu tergenang (reduktif) dengan drainase jelek mengakibatkan semakin tingginya kadar Fe+2 hasil reduksi Fe+3 dalam tanah (Sahrawat et al. 2004). Keracunan Fe berhubungan juga dengan genotipe tanaman, penggunaan varietas yang peka seperti IR 64 menyebabkan rendahnya produktivitas padi (Suhartini 2004; Suhartini dan Makarim 2009). Hasil penelitian Noor et al. (2006) menunjukkan varietas IR 64 memberikan hasil padi lebih rendah (58%)

11

dibandingkan varietas Margasari yang lebih toleran di lahan pasang surut Kalimantan Selatan dengan kadar Fe tanah 719 ppm dan pH 3.84.

Dobermann dan Fairhurst (2000) mengemukakan mengenai prinsif terjadinya keracunan Fe pada tanaman : 1) konsentrasi Fe+2 yang tinggi dalam larutan tanah yang disebabkan oleh kondisi reduksi yang kuat dalam tanah dan atau pH yang rendah, 2) status hara yang rendah dan tidak seimbang di dalam tanah, 3) kurangnya oksidasi akar dan rendahnya daya ekslusi Fe+2 oleh akar yang disebabkan defisiensi hara P, Ca, Mg atau K, 4) kurangnya daya oksidasi akar (eksklusi Fe+2) akibat terjadinya akumulasi bahan-bahan yang menghambat respirasi (H2S, FeS, asam organik), 5) aplikasi bahan organik dalam jumlah besar yang belum terdekomposisi, 6) suplai Fe secara terus menerus dari air bawah tanah atau rembesan secara lateral dari tempat yang lebih tinggi

Gejala visual yang khas berhubungan dengan proses keracunan besi, terutama terjadinya akumulasi dari polyphenol teroksidasi yang disebut bronzing atau yellowing pada padi. Karena mobiltas Fe yang rendah dalam tanaman, gejala yang khas dimulai dengan bercak berwarna coklat kemerahan dari ujung daun tua. Bercak berwarna tembaga kemudian meluas ke seluruh daun. Perkembangan gejala selanjutnya ujung daun menjadi kuning-jingga kemudian kering dari bagian atas. Gejala ini terutama berkembang pada organ daun tua dengan transpirasi tinggi (Yamaouchi dan Yoshida 1981). Selanjutnya seluruh daun padi menjadi jingga sampai coklat atau coklat ungu pada keracunan yang berat (Fairhurt dan Witt 2002).

Gejala keracunan besi dapat terjadi pada tahap pertumbuhan yang berbeda dan dapat mempengaruhi padi pada tahap tanaman muda, selama seluruh tahap pertumbuhan vegetatif, dan tahap reproduktif. Dalam kasus keracunan pada tahap pembibitan, perkembangan tanaman padi terhenti, dan pembentukan anakan secara ekstrem terhambat. Keracunan pada tahap vegetatif menyebabkan menurunnya tinggi dan berat kering tanaman. Biomas bagian atas tanaman dapat lebih dipengaruhi oleh kendala keracunan dari pada biomas akar (Fageria et al. 1989). Pembentukan anakan dan jumlah anakan produktif secara drastis menurun. Bila keracunan besi terjadi pada tahap akhir vegetatif, atau pada awal tahap reproduktif, jumlah malai turun, gabah hampa meningkat dan tahap pembungaan

12

dan pematangan menjadi tertunda 20-25 hari (Chema et al. 1990). Hasil-hasil penelitian Audebert (2006), Suhartini dan Makarim (2009) menunjukkan skor keracunan besi berkorelasi negatif dengan hasil padi, sedangkan penelitian Mehbaran et al. (2008) menunjukkan konsentrasi besi di dalam jaringan tanaman berpengaruh terhadap pertumbuhan tanaman padi. Semakin tinggi keracunan besi semakin rendah hasil padi (Gambar 2.1), semakin tinggi kadar Fe dalam jaringan tanaman padi semakin terhambat pertumbuhan tanaman padi (Gambar 2.2).

Keracunan besi pada padi menyebabkan kemampuan oksidasi akar menurun dan permukaan akar menjadi gelap karena pengendapan senyawa Fe (OH)3 (Audebert dan Sahrawat 2000). Gejala keracunan besi beragam diantara genotipe padi, dan umumnya adalah adanya bercak coklat keunguan dari daun yang diikuti dengan pengeringan, akar menjadi sedikit, kasar, pendek dan tumpul (Peng dan Yamauchi 1993).

Gambar 2.1. Hubungan antara skor keracunan Fe dan dengan hasil padi

Sumber : Audebert (2000)

Gambar 2.2. Pengaruh konsentrasi besi terhadap pertumbuhan relatif padi

Sumber : Mehraban et al. (2008)

Keracunan besi pada padi menyebabkan terjadinya perubahan baik karakter morofologi maupun fisiologi tanaman, dimana respon setiap genotipe berbeda-beda tergantung sifat toleransi atau kepekaanya terhadap keracunan besi. Penampilan tanaman keracunan besi berhubungan dengan tingginya serapan Fe+2 oleh akar dan ditransportasikan ke daun melalui aliran trasnspirasi. Kelebihan kadar Fe dalam jaringan tanaman padi menyebabkan terjadinya perubahan beberapa karakter fisiologi seperti kadar protein larut, gula larut, klorofil, ethylene, proline, radikal bebas dan laju fotosintesis. Kelebihan besi menyebabkan produksi radikal bebas yang merusak struktur selular yang tidak dapat balik dan merusak

13

membrane, DNA, dan protein (Arora et al. 2002; Dorlodot et al. 2005). Dalam sel, kelebihan sejumlah besi dapat di sintesis dari komponen-komponen dengan dasar oksigen aktif seperti radikal superoxide, hydroxyl dan H2O2 (Machner 1995). Radikal bebas dapat mempengaruhi kerusakan yang disebabkan oleh keracunan besi (Thongbai dan Goodman 2000), pada waktu yang sama meningkatkan aktivitas phenol oxydase dan akumulasi polyphenol teroksidasi (Yamauchi dan Peng 1993).

Meningkatnya jumlah H2O2 dan phenolica dan menurunnya kandungan klorofil dan protein larut oleh stres oksidatif telah dilaporkan beberapa peneliti (Blokhina et al. 2003; Kuo dan Kao 2004). Keracunan besi pada padi menunjukkan terjadinya akumulasi unsur dalam jaringan tanaman yang diiringi dengan biosintesis ethylene dalam akar, menurunnya pertumbuhan akar dengan drastis dan hilangnya hasil (Yamauchi dan Feng 1995; Becker dan Ash 2005; Dorlodot et al. 2005). Kandungan Fe yang tinggi dalam daun juga berpengaruh negatif terhadap laju fotosintesis, penurunan gejala keracunan besi berkorelasi dengan laju fotosisntesis dan meningkatkan hasil padi (Audebert 2006).

Kadar gula larut dan klorofil dipengaruhi oleh konsentrasi Fe dan kadar hara dalam medium pertumbuhan tanaman, kandungan gula larut dalam tanaman menurun pada konsentrasi Fe diatas 50-100 ppm (Mehraban et al. 2008). Penurunan konsentrasi gula larut total sebagai akibat keracunan Fe > 80% dibandingkan dengan tanaman tanpa keracunan. Kandungan gula larut dalam daun juga dipengaruhi oleh perbedaan kepekaan genotipe padi terhadap keracunan besi keracunan Fe juga dapat menyebabkan terjadinya akumulasi proline dalam daun tanaman padi terutama pada kultivar yang peka, sedangkan pada kultivar toleran tidak terjadi akumulasi proline dalam daun (Majerus, et al. 2007).

Peranan dan Mekanisme Genotipe Padi dalam Mengatasi Keracunan Besi Gejala keracunan besi pada tanaman padi berhubungan dengan tingginya serapan Fe+2 oleh akar dan ditransportasikan ke daun melalui aliran transpirasi. Kadar besi dalam jaringan daun tanaman padi yang tinggi menyebabkan tanaman keracunan besi. Mekanisme keracunan besi dimulai dengan meningkatnya permeabilitas sel-sel akar terhadap ion Fe2+ seiring dengan meningkatnya aktivitas

14

mikroba pereduksi Fe di daerah perakaran tanaman, sehingga penyerapan ion ferro meningkat pesat. Reduksi Fe3+ yang terjadi di daerah perakaran secara terus menerus menyebabkan rusaknya oksidasi Fe sehingga influks Fe2+ tidak terkendali masuk dalam perakaran padi (Makarim dan Supriadi 1989; Makarim et al. 1989). Setelah penyerapan oleh korteks akar, besi Fe 2+ yang mencapai xylem berkurang setelah melalui lintasan simplastik pada pita caspari, meskipun bagian lebih besar ion besi dapat diserap sampai ke xylem secara langsung melalui tonoplas (Tsuchiya et al. 1995).

Audebert (2006) mempelajari mengenai karakteristik morfo-fenologi dan serapan Fe tanaman dari beberapa varietas menunjukkan adanya perbedaan distribusi Fe dalam organ tanaman padi (akar, batang dan daun). Hal ini menunjukkan adanya mekanisme penghindaran (avoidance) secara fisiologi yang spesifik diantara masing-masing varietas. Pada genotipe toleran (CK4), lebih banyak menimbun Fe di batang dan lebih sedikit di daun di bandingkan genotype yang peka. Genotipe yang sangat peka (Tox 3069) tidak mempunyai mekanisme penghambat (barrier) Fe diantara organ yang berbeda dan kandungan Fe lebih tinggi dalam semua organ, hal ini menunjukkan genotype sensitif tidak mempunyai selektivitas Fe diantara organ tanaman. Korelasi antara hasil padi dengan distribusi Fe diantara organ tanaman dapat digunakan sebagai kriteria pemuliaan padi dalam menyeleksi dan memperbaiki genotipe padi.

Kemampuan padi untuk mengatasi Fe eksternal tinggi mungkin adalah hasil dari strategi penghindaran (avoidance) dan atau toleransi jaringan. Avoidance pada padi mungkin berhubungan dengan kemampuan oksidasi Fe+2 menjadi Fe+3 pada permukaan akar, sehingga membentuk endapan jingga yang khas yang dikenal

sebagai “iron plaque” (Asch et al. 2005). Hasil penelitian yang ada menunjukkan

lebih efisiennya genotipe toleran dari pada genotipe peka karena menahan lebih banyak Fe di perakaran tanaman. Konsentrasi besi yang rendah dalam tajuk (shoot) juga diperkirakan adalah mekanisme avoidance, dan mungkin merupakan mekanisme yang bermanfaat dalam memberikan kontribusi pertahanan tanaman seperti yang telah dikemukan oleh Audebert dan Sahrawat (2000).

Menurut Becker dan Ash (2005), tanaman padi mempunyai mekanisme avoidance dan atau toleransi secara morfologi dan fisiologi untuk mengatasi dan

15

bertahan dari kondisi merugikan pada tanah yang mengandung unsur meracun Fe dan jumlah Fe yang besar dalam tanaman. Mekanisme ini adalah penting dalam seleksi genotipe padi adaptif atau toleran. Tiga tipe utama strategi adaptasi yang dapat dibedakan dan terdiri dari strategi includer dan excluder seperti halnya mekanisme avoidance dan tolerance (toleransi). Tanaman memanfaatkan strategi I (eksklusi/avoidance), mengeluarkan Fe atau menahan Fe pada level akar sehingga menghindarkan Fe+2 merusak jaringan tajuk (oksidasi di daerah perakaran dan selektivitas ion pada akar). Dengan strategi II (inklusi/avoidance), Fe+2 diserap ke dalam akar padi, tapi kerusakan jaringan dapat terhindar dengan kompartmentasi (imobilisasi dari Fe aktif dalam tempat pembuangan, seperti daun tua atau jaringan daun yang kurang aktif melakukan fotosintetis) atau mengeluarkan dari symplast (imobilisasi dalam daun apoplas). Strategi III (inklusi/toleransi), tanaman secara nyata mentolerir kadar Fe+2 yang meningkat dalam sel-sel daun, mungkin melalui detoksifikasi enzimatik dalam simplas.

Peranan Bahan Organik dalam Ameliorasi Lahan

Hasil-hasil penelitian menunjukkan pemberian bahan organik baik limbah panen, pupuk kandang dan pupuk hijau berperan dalam memperbaiki kualitas lahan, mengurangi kadar unsur meracun seperti Al dan Fe dalam tanah, dan meningkatkan hasil padi. Hasil penelitian Noor dan Jumberi (1998) menunjukkan pemberian jerami padi dengan dosis 5.0 t/ha di lahan pasang surut Kalimantan Tengah dapat meningkatkan hasil padi varietas IR 64 dari 1.61 t/ha menjadi 2.04 t/ha dan varietas Kapuas dari 2.05 menjadi 3.24 t/ha. Menurut Karama (1990), bahan organik selain sebagai sumber hara juga meningkatkan daya pegang tanah terhadap pupuk yang diberikan dan meningkatkan KTK tanah.

Salah satu sumber bahan organik yang potensial dan penyediaannya dapat dilakukan secara in-situ di lahan sawah adalah Salvinia sp. Salvinia sp. merupakan tanaman pakis air yang mengapung di permukaan air termasuk dalam kelompok divisi Pteridophyta, famili Salviniacea (Saunder dan Fowler 1993). Salvinia sp. merupakan pakis air yang mengapung bebas yang mempunyai kemampuan dalam memindahkan kontaminan seperti logam-logam berat, senyawa organik dan hara anorganik dari lingkungan (Benaroya et al. 2004; Stepniewska et al. 2005; Dhir

16

2009). Selain itu beberapa spesies Salvinia sp. mempunyai beberapa keuntungan karena produktivitasnya yang tinggi dan toleransi yang luas terhadap temperatur (Olguin et al. 2002).

Hasil penelitian Begum et al. (2010) menunjukkan Salvinia sp. mampu menyerap logam-logam berat Fe 88.8% , Cu 67%, dan Ni 40.4% dalam larutan yang masing-masing diberi perlakuan 5.0 ppm Fe, Cu, dan Ni, setelah 10 hari. Salvinia sp. potensial dalam menyerap logam berat dari lingkungan dengan cara mengkompartmentasi sebagai upaya pertahanan sekunder terhadap lingkungan (Olguin et al. 2003). Logam berat yang diserap oleh Salvinia sp. melalui dua cara yaitu secara biologis dan fisik. Logam seperti Cr dan Pb diserap melalui proses fisik seperti penjerapan, pertukaran ion dan pengkelatan, sedangkan proses biologis adalah meliputi penyerapan intrasellular (ditransportasi melalui plasmalemma

kedalam sel) seperti penyerapan logam Cd dari akar ke daun (Sun’e et al. 2007).

Penyerapan logam berat dapat secara langsung melalui kontak daun

dengan larutan melalui kapasitas penjerapan yang terdapat pada daun (Sun’e et al.

2007). Telah diketahui bahwa penyerapan logam berat digerakkan oleh protein transport sekunder melalui saluran protein atau protein pembawa (carrier) yang berikatan dengan H+ dimana potensial membran negatif dalam plasma membran menggerakkan penyerapan kation melalui transporter sekunder. Adanya kelompok karboksilat pada permukaan sel menyediakan tempat untuk mengikat logam (Olguin et al. 2005). Kemampuan biomas Salvinia sp. yang tinggi dalam memindahkan atau mengikat logam ditunjukkan oleh besarnya permukaan spesifik (264 m2 g-1) yang kaya dengan karbohidrat (48.50%), fenolik hidroksil (2.96 mmol g-1), protein (27.6%), lipid 1.52% dan karboksil (0.95 mmol g-1). Protein merupakan atom ligan yang penting dan juga berperan penting dalam penyerapan logam (Sanchez-Galvan et al. 2008).

Biomas Salvinia sp. yang telah mati menunjukkan kemampuan yang tinggi untuk mengikat logam-logam berat. Adanya konsentrasi yang tinggi dari lipid dan karbohidrat pada permukaan tanaman bertindak sebagai kelompok penukar kation lemah yang berkonstribusi untuk penyerapan logam dengan reaksi pertukaran ion. Reaksi pertukaran ion merupakan fungsi utama adanya kelompok karboksil dalam jaringan tanaman. Kelompok karboksil yang ada berhubungan dengan kandungan

17

protein dalam jaringan. Pengikatan logam terjadi dengan kelompok karboksil bebas dalam asam amino glutamat dan aspartat dari rantai protein (Schneider dan Rubio 1999).

Beberapa keuntungan penggunaan Salvinia sp. sebagai spesies yang penting dalam teknologi fitoremediasi meliputi (1) penyebaran geografi Salvinia sp. yang luas di daerah tropik dan subtropik, (2) produktivitas sangat tinggi sekitar 5.8 – 11.4 g berat kering per m2 per hari bila dikulturkan dalam medium Hoagland dan sekitar 20-120 kg per ha per hari di bawah kondisi alami (Schneider dan Rubio 1999), (3) sifat-sifat fisik-kimia seperti luas permukaan tinggi (264 m2 g-1 berat kering) dan kandungan karboksilat tinggi (ligan) (0.95 mmol H+ g-1 biomas), (4) efisiensi untuk memindahkan hara atau polutan dari limbah air, (5) lebih tingginya tingkat pemindahan logam per unit permukaan dan lebih tingginya pengembalian logam setelah perlakuan yang sesuai (Oguin et al. 2005), (6) mudah untuk memanen sebagai daun dan memungkinkan untuk dimanfaatkan dari biomas yang dipanen (Oguin et al. 2003).

Lahan pasang surut umumnya mempunyai kandungan logam Fe dan Al yang tinggi, dimana dalam keadaan tergenang (reduksi) Fe dalam jumlah yang berlebihan dapat meracuni tanaman padi, sedangkan dalam keadaan kering Al berada dalam jumlah yang besar dan berpotensi meracuni tanaman. Penggunaan Salvinia sp. dalam ameliorasi di lahan pasang surut diharapkan dapat mengurangi kadar Fe sehingga dapat mengurangi keracunan Fe. Selain itu penggunaan Salvinia sp. juga berperan sebagai pupuk organik yang dalam proses dekomposisinya akan memberikan unsur hara ke dalam tanah. Hasil penelitian penggunaan Salvinia molesta sebagai pupuk organik yang diberikan dalam bentuk konsentrat pada tanah pasang surut sulfat masam di rumah kaca mampu meningkatkan pertumbuhan dan hasil padi. Aplikasi Salvinia molesta 3.08-7.36 g/6 kg tanah meningkatkan hasil gabah dari 11.1 g/rumpun (kontrol) menjadi 47.00-70.07 g/rumpun (Kaderi 2005).

BAB. III. PENGARUH KONSENTRASI BESI DALAM LARUTAN HARA TERHADAP GEJALA KERACUNAN BESI DAN PERTUMBUHAN TANAMAN PADI

Abstrak

Keracunan besi pada padi merupakan kendala utama dalam produksi padi yang dapat menurunkan hasil padi, yang disebabkan oleh tingginya kadar besi larut dalam tanah. Penelitian bertujuan untuk : 1) mempelajari pengaruh konsentrasi Fe dalam media larutan hara terhadap gejala keracunan besi dan pertumbuhan tanaman, 2) mendapatkan konsentrasi Fe dalam media larutan hara yang mengakibatkan keracunan Fe dengan kriteria berat, sedang dan ringan. Penelitian dilaksanakan di rumah kaca Institut Pertanian Bogor bulan Mei-Juli 2010. Media percobaan menggunakan larutan hara Yoshida. Penelitian merupakan percobaan faktorial dua faktor yaitu : konsentrasi Fe dalam media larutan (kontrol, 50, 100, 200, 400, 600 ppm Fe) dan genotipe padi (IR 64, Margasari). Hasil penelitian menunjukkan semakin tinggi konsentrasi besi dalam larutan hara dan semakin lama waktu cekaman Fe semakin berat gejala keracunan besi pada padi. Keracunan besi menyebabkan terhambatnya pertumbuhan tanaman padi. Kadar besi pada dalam jaringan tanaman varietas IR 64 lebih tinggi dibandingkan varietas Margasari. Konsentrasi Fe dalam larutan yang menyebabkan gejala keracunan Fe pada varietas IR 64 dapat dikelompokkan dengan kriteria ringan (skor 3) = 52 ppm Fe, sedang (skor = 5) = 143 ppm Fe, agak berat (skor = 7) = 234 ppm Fe, dan gejala keracunan Fe berat (skor 9) = 325 ppm Fe.

Kata kunci : Gejala keracunan besi, konsentrasi besi, padi

Abstract

Iron toxicity in rice is a major constraint in rice production which can reduce rice yield that caused by high levels of soluble Fe. The experiment was conducted in a greenhouse, Bogor Agricultural University in May-July 2010. Medium that used in the experiment was Yoshidas nutrient solution. The experiment was arranged in a factorial design with two factors: the Fe concentration in the medium solution (control, 50, 100, 200, 400, 600 ppm Fe) and rice genotypes (IR 64, Margasari). The objectives of experiment were : 1) to study the effect of Fe concentration in the solution to iron toxicity symptoms and plant growth, 2) to obtain the Fe concentration in the solution that causing iron toxicity symptoms with the criteria namely severe, moderate and slightly. The results showed the higher Fe concentration in the solution the higher scoring of iron toxicity symptoms and Fe levels in the plant, and the stunted growth of rice plants. Iron toxicity cause delayed of rice growth. Iron content in plant tissue of IR 64 variety higher than Margasari variety. Iron concentration in the solution cause Fe toxicity symptoms such as slightly (scoring 3) 52 ppm Fe, moderate (scoring = 5) = 143 ppm Fe, rather heavy (scoring = 7) = 234 ppm Fe , and severe (scoring 9) 325 ppm Fe.

20

Pendahuluan

Keracunan besi pada padi sawah merupakan kendala utama dalam produksi padi di daerah tropis dan subtropis yang disebabkan tingginya kadar besi larut dalam tanah. Berdasarkan hasil penelitian Audebert dan Sahrawat (2000), keracunan besi pada tanaman padi yang terserang berat mengakibatkan pertumbuhan sangat jelek, anakan tidak tumbuh sehingga hasil yang didapatkan sangat rendah dan bahkan dapat mengakibatkan kegagalan panen.

Gejala keracunan besi beragam diantara genotipe padi, dan umumnya adalah adanya bercak coklat keunguan dari daun yang diikuti dengan pengeringan. Gejala visual yang khas berhubungan dengan proses keracunan besi, terutama terjadinya akumulasi dari polyphenol teroksidasi yang disebut bronzing atau yellowing pada padi. Karena mobilitas Fe yang rendah dalam tanaman, gejala yang khas dimulai dengan bercak berwarna coklat kemerahan dari ujung daun tua. Bercak berwarna tembaga kemudian meluas keseluruh daun, perkembangan gejala selanjutnya ujung daun menjadi kuning-jingga kemudian kering dari bagian atas (Peng dan Yamauchi 1993).

Gejala keracunan besi pada padi hanya terjadi pada kondisi spesifik yaitu dalam kondisi tergenang. Kondisi reduksi di lahan sawah tergenang memperlihatkan gejala keracunan besi melalui pelarutan semua bentuk Fe menjadi bentuk terlarut (Fe+2) yang melibatkan mikroba pelarut (Beckers dan Ash 2005; Audebert 2006). Jumlah besi ferro yang tinggi di dalam larutan tanah juga dapat mengakibatkan terjadinya ketidak seimbangan hara mineral yang mempengaruhi pertumbuhan tanaman (Audebert 2006).

Hasil-hasil penelitian untuk melihat toleransi tanaman terhadap gejala keracunan besi telah banyak dilakukan pada larutan hara di rumah kaca dengan metode yang berbeda-beda terutama konsentrasi Fe dalam larutan hara dan lamanya tanaman diberi cekaman Fe serta adanya perbedaan genotipe padi yang digunakan.

Dorlodot et al. (2005), menggunakan konsentrasi Fe 125-500 ppm Fe (FeSO4), pH 4.5, lama stres 4 minggu, sedangkan Kpongor (2003) menggunakan konsentrasi Fe 1000-3000 ppm Fe (FeSO ), pH = 5.0, lama stres Fe sampai 4 hari. Hasil penelitian Dorlodot et al. (2005) menunjukkan bahwa konsentrasi 250

21

ppm Fe atau lebih dapat digunakan untuk membedakan toleransi tanaman padi, karena terlihat jelas gejala keracunan Fe (bronzing), penurunan pertumbuhan dan ketahanan tanaman dalam waktu stres selama 4 minggu. Menurut Kpongor (2003), konsentrasi 2000 ppm Fe dalam waktu stres Fe 3 hari dapat digunakan untuk melihat perbedaan varietas toleran dan peka pada media agar+larutan hara.

Berdasarkan hal tersebut diatas untuk mendapatkan konsentrasi besi dalam larutan hara yang dapat membedakan sifat kepekaan atau toleransi terhadap keracunan besi dari gejala yang ditunjukkan tanaman perlu dilakukan dengan menggunakan genotipe padi yang biasa digunakan atau banyak digunakan di Indonesia.

Penelitian ini bertujuan untuk : 1) mempelajari pengaruh konsentrasi Fe dalam media larutan terhadap gejala keracunan besi dan pertumbuhan tanaman, 2) mendapatkan konsentrasi Fe dalam media larutan yang mengakibatkan keracunan Fe dengan kriteria berat, sedang dan ringan.

Metode Penelitian

Penelitian dilaksanakan di rumah kaca University Farm Cikabayan, dan di laboratorium Research Group of Crop Improvement (RGCI), Institut Pertanian Bogor mulai bulan Mei sampai dengan Juli 2010. Media percobaan menggunakan larutan hara Yoshida yang dimodifikasi konsentrasi Fe dan pH dalam larutannya (Dorlodot et al., 2005; Asch et al. 2005). Konsentrasi hara makro dan mikro media larutan yang digunakan adalah sebagai berikut : 40 ppm N (NH4NO3), 10 ppm P (NaH2 PO4·2H2O), 40 ppm K (K2SO4), 40 ppm Ca (CaCl2), 40 ppm Mg (MgSO4·7H2O), 0.5 ppm Mn (MnCl2·4H2O), 0.05 ppm Mo ((NH4)6·Mo7O24·4H2O), 0.2 ppm B (H3BO3), 0.01 ppm Zn (ZnSO4·7H2O), 0.01 ppm Cu (CuSO4·5H2O), 2 ppm Fe (FeSO4. 7H2O).

Untuk mendapatkan kisaran konsentrasi Fe dalam larutan yang menyebabkan gejala keracunan besi yang ringan-sangat berat telah dilakukan penelitian pendahuluan. Padi IR.64 dan Margasari diberi cekaman Fe pada kisaran konsentrasi yang luas (0-1000 ppm Fe). Hasil penelitian setelah 2 minggu diberi cekaman Fe menunjukkan perlakuan konsentrasi Fe > 600 ppm menyebabkan

(lanjutan)

Skor keracunan Fe minggu-8

Sumber Keragaman DB JK JKT Nilai F Nilai P

Ulangan 2 0.67 0.33 0.6 0.5524

Amelioran (A) 4 7.79 1.95 3.52 0.0149*

Galat (a) 8 4.53 0.57 1.02 0.4342

Genotipe (G) 4 84.85 21.21 38.34 <.0001**

A*G 16 7.81 0.49 0.88 0.5921tn

Galat (b) 40 22.13 0.55

Total 74 127.79

KK(%) 25.2

Tinggi tanaman

Sumber Keragaman DB JK JKT Nilai F Nilai P

Ulangan 2 290.92 145.46 3.86 0.0294

Amelioran (A) 4 174.19 43.55 1.15 0.3452tn

Galat (a) 8 406.34 50.79 1.35 0.2494

Genotipe (G) 4 12897.47 3224.37 85.5 <.0001**

A*G 16 324.37 20.27 0.54 0.9097tn

Galat (b) 40 1508.54 37.71

Total 74 15601.83

KK(%) 7.8

Jumlah anakan

Sumber Keragaman DB JK JKT Nilai F Nilai P

Ulangan 2 29.07 14.53 3.84 0.0298

Amelioran (A) 4 42.86 10.71 2.83 0.037*

Galat (a) 8 42.19 5.27 1.39 0.229

Genotipe (G) 4 481.18 120.30 31.79 <.0001**

A*G 16 59.86 3.74 0.99 0.4868tn

Galat (b) 40 151.38 3.78

Total 74 806.55

KK(%) 12.3

Hasil gabah

Sumber Keragaman DB JK JKT Nilai F Nilai P

Ulangan 2 8.77 4.39 8.54 0.0008

Amelioran (A) 4 5.70 1.42 2.77 0.0401*

Galat (a) 8 2.15 0.27 0.52 0.8319

Genotipe (G) 4 82.02 20.50 39.91 <.0001**

A*G 16 4.21 0.26 0.51 0.925

Galat (b) 40 20.55 0.51

Total 74 123.40

(lanjutan)

Jumlah malai/rumpun

Sumber Keragaman DB JK JKT Nilai F Nilai P

Ulangan 2 15.95 7.97 2.49 0.0958

Amelioran (A) 4 48.40 12.10 3.78 0.0107*

Galat (a) 8 32.13 4.02 1.25 0.2945

Genotipe (G) 4 368.26 92.07 28.74 <.0001**

A*G 16 55.48 3.47 1.08 0.4018tn

Galat (b) 40 128.12 3.20

Total 74 648.34

KK (%) 12.7

Panjang malai

Sumber Keragaman DB JK JKT Nilai F Nilai P

Ulangan 2 2.35 1.17 1.24 0.2999

Amelioran (A) 4 2.34 0.58 0.62 0.6516tn

Galat (a) 8 12.26 1.53 1.62 0.1493

Genotipe (G) 4 132.31 33.08 35.01 <.0001**

A*G 16 10.46 0.65 0.69 0.7845tn

Galat (b) 40 37.80 0.94

Total 74 197.51

KK (%) 4.2

Jumlah gabah isi/malai

Sumber Keragaman DB JK JKT Nilai F Nilai P

Ulangan 2 532.10 266.05 1.12 0.3357

Amelioran (A) 4 3525.13 881.28 3.72 0.0116*

Galat (a) 8 2547.13 318.39 1.34 0.2514

Genotipe (G) 4 67925.68 16981.42 71.6 <.0001**

A*G 16 3983.61 248.98 1.05 0.4304tn

Galat (b) 40 9486.89 237.17

Total 74 88000.55

KK (%) 12.2

Persentase gabah hampa

Sumber Keragaman DB JK JKT Nilai F Nilai P

Ulangan 2 102.60 51.30 3.67 0.0344

Amelioran (A) 4 90.13 22.53 1.61 0.1902tn

Galat (a) 8 144.25 18.03 1.29 0.2764

Genotipe (G) 4 1498.18 374.55 26.79 <.0001**

A*G 16 345.50 21.59 1.54 0.1317tn

Galat (b) 40 559.21 13.98

Total 74 2739.87

Lampiran. 9. Analisis ragam pengaruh kombinasi genotipe padi dan residu bahan

amelioran terhadap skor keracunan Fe umur 2-8 minggu, tinggi tanaman,

dan jumlah anakan, KP. Belandean, MT. II.

Skor keracunan Fe minggu-2

Sumber Keragaman DB JK JKT Nilai F Nilai P

Ulangan 2 0.96 0.48 2.88 0.0678

Residu Amelioran (A) 4 0.27 0.07 0.4 0.8075tn

Galat (a) 8 6.37 0.80 4.78 0.0004

Genotipe (G) 4 1.33 0.33 2 0.113tn

A*G 16 2.40 0.15 0.9 0.5743tn

Galat (b) 40 6.67 0.17

Total 74 18.00

KK (%) 25.5

Skor keracunan Fe minggu-4

Sumber Keragaman DB JK JKT Nilai F Nilai P

Ulangan 2 3.92 1.96 8.05 0.0011

Residu Amelioran (A) 4 4.93 1.23 5.07 0.0021**

Galat (a) 8 6.35 0.79 3.26 0.0059

Genotipe (G) 4 9.47 2.37 9.73 <.0001**

A*G 16 3.60 0.23 0.92 0.5494tn

Galat (b) 40 9.73 0.24

Total 74 38.00

KK (%) 24.6

Skor keracunan Fe minggu-6

Sumber Keragaman DB JK JKT Nilai F Nilai P

Ulangan 2 0.03 0.01 0.08 0.9247

Residu Amelioran (A) 4 1.79 0.45 2.63 0.0486*

Galat (a) 8 3.17 0.40 2.33 0.0369

Genotipe (G) 4 12.45 3.11 18.31 <.0001**

A*G 16 2.75 0.17 1.01 0.4668tn

Galat (b) 40 6.80 0.17

Total 74 26.99

KK (%) 17.5

Skor keracunan Fe minggu-8

Sumber Keragaman DB JK JKT Nilai F Nilai P

Ulangan 2 1.39 0.69 2.6 0.0868

Residu Amelioran (A) 4 2.93 0.73 2.75 0.0412*

Galat (a) 8 3.95 0.49 1.85 0.096

Genotipe (G) 4 25.73 6.43 24.12 <.0001**

A*G 16 6.00 0.38 1.41 0.188tn

Galat (b) 40 10.67 0.27

Total 74 50.67

(lanjutan)

Tinggi tanaman

Sumber Keragaman DB JK JKT Nilai F Nilai P

Ulangan 2 1117.12 558.56 17.47 <.0001

Residu Amelioran (A) 4 111.08 27.77 0.87 0.4913tn

Galat (a) 8 332.97 41.62 1.3 0.2706

Genotipe (G) 4 5050.03 1262.51 39.48 <.0001**

A*G 16 718.12 44.88 1.4 0.1893tn

Galat (b) 40 1279.25 31.98

Total 74 8608.57

KK (%) 8

Jumlah anakan/rumpun

Sumber Keragaman DB JK JKT Nilai F Nilai P

Ulangan 2 453.32 226.66 59.22 <.0001

Residu Amelioran (A) 4 58.72 14.68 3.84 0.0099**

Galat (a) 8 42.26 5.28 1.38 0.2346

Genotipe (G) 4 157.49 39.37 10.29 <.0001**

A*G 16 19.02 1.19 0.31 0.9929tn

Galat (b) 40 153.09 3.83

Total 74 883.91

Lampiran. 10. Analisis ragam pengaruh kombinasi genotipe padi dan residu bahan

amelioran terhadap skor keracunan Fe umur 2-8 minggu, tinggi tanaman,

dan jumlah anakan, Danda Jaya, MT. II.

Skor keracunan Fe minggu-2

Sumber Keragaman DB JK JKT Nilai F Nilai P

Ulangan 2 0.32 0.16 1.12 0.3375

Residu Amelioran (A) 4 0.35 0.09 0.6 0.6615tn

Galat (a) 8 0.61 0.08 0.53 0.8231

Genotipe (G) 4 0.88 0.22 1.53 0.2106tn

A*G 16 2.19 0.14 0.95 0.5208tn

Galat (b) 40 5.73 0.14

Total 74 10.08

KK (%) 32.6

Skor keracunan Fe minggu-4

Sumber Keragaman DB JK JKT Nilai F Nilai P

Ulangan 2 0.03 0.01 0.08 0.9261

Residu Amelioran (A) 4 0.72 0.18 1.04 0.3994tn

Galat (a) 8 5.04 0.63 3.63 0.0029

Genotipe (G) 4 2.85 0.71 4.12 0.0069**

A*G 16 2.21 0.14 0.8 0.679tn

Galat (b) 40 6.93 0.17

Total 74 17.79

KK (%) 25.8

Skor keracunan Fe minggu-6

Sumber Keragaman DB JK JKT Nilai F Nilai P

Ulangan 2 0.99 0.49 2.79 0.0732

Residu Amelioran (A) 4 0.35 0.09 0.49 0.7426tn

Galat (a) 8 2.61 0.33 1.85 0.0961

Genotipe (G) 4 3.55 0.89 5.02 0.0023**

A*G 16 2.99 0.19 1.06 0.4243tn

Galat (b) 40 7.07 0.18

Total 74 17.55

KK (%) 24.6

Skor keracunan Fe minggu-8

Sumber Keragaman DB JK JKT Nilai F Nilai P

Ulangan 2 0.35 0.17 0.79 0.4617

Residu Amelioran (A) 4 0.59 0.15 0.67 0.6189tn

Galat (a) 8 0.85 0.11 0.48 0.8596

Genotipe (G) 4 8.85 2.21 10.06 <.0001**

A*G 16 3.55 0.22 1.01 0.4689tn

Galat (b) 40 8.80 0.22

Total 74 22.99

(lanjutan)

Tinggi tanaman

Sumber Keragaman DB JK JKT Nilai F Nilai P

Ulangan 2 96.75 48.38 1.82 0.1744

Residu Amelioran (A) 4 106.31 26.58 1 0.4176tn

Galat (a) 8 326.39 40.80 1.54 0.1747

Genotipe (G) 4 5983.29 1495.82 56.42 <.0001**

A*G 16 380.83 23.80 0.9 0.5766tn

Galat (b) 40 1060.51 26.51

Total 74 7954.09

KK (%)

7.1

Jumlah anakan/rumpun

Sumber Keragaman DB JK JKT Nilai F Nilai P

Ulangan 2 19.22 9.61 1.86 0.169

Residu Amelioran (A) 4 27.46 6.86 1.33 0.2762tn

Galat (a) 8 56.52 7.07 1.37 0.2404

Genotipe (G) 4 392.98 98.25 19.01 <.0001**

A*G 16 44.68 2.79 0.54 0.908tn

Galat (b) 40 206.75 5.17

Total 74 747.62

KK (%) 12.1