Peningkatan Pertumbuhan Dan Hasil Jagung Dengan Pemberian Pupuk Hayati Berbasis Bakteri Pemacu Pertumbuhan Pada Tanah Asam.
PENINGKATAN PERTUMBUHAN DAN HASIL JAGUNG
DENGAN PEMBERIAN PUPUK HAYATI BERBASIS BAKTERI
PEMACU PERTUMBUHAN PADA TANAH ASAM
GARUDA
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis berjudul Peningkatan
Pertumbuhan dan Hasil Jagung dengan Pemberian Pupuk Hayati Berbasis Bakteri
Pemacu Pertumbuhan pada Tanah Asam adalah benar karya saya dengan arahan
dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada
perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya
yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam
teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Februari 2015
Garuda
NIM G353114011
RINGKASAN
GARUDA. Peningkatan Pertumbuhan dan Hasil Jagung dengan Pemberian Pupuk
Hayati Berbasis Bakteri Pemacu Pertumbuhan pada Tanah Asam. Dibimbing oleh
TRIADIATI dan NISA RACHMANIA MUBARIK.
Tanaman jagung merupakan komoditas strategis untuk pertanian di lahan
kering. Permasalahan umum yang dihadapi petani jagung antara lain kondisi lahan
yang kurang subur. Sebagian besar wilayah Indonesia khususnya Jawa Barat
didominasi oleh lahan marginal berupa tanah ultisol merah kuning dengan tingkat
keasaman tinggi (pH rendah 4.0-4.5), sehingga dikenal sebagai tanah asam.
Pertanian masa depan diharapkan dapat menjadi pertanian organik, yang lebih
mengandalkan bahan-bahan alami dan mengurangi penggunaan bahan sintetik
yang dapat menyebabkan pencemaran lingkungan. Bahan alami seperti kompos
yang dapat berperan sebagai bahan organik tanah, dapat digunakan bersama
dengan agen hayati berupa mikrob yang dikenal dengan pupuk hayati. Pupuk
hayati yang digunakan dalam penelitian ini terdiri atas Bacillus galur DM4,
Pseudomonas galur PD13 dan P3A2, Azotobacter galur 23TC dan 12Aa, dan
Azospirillum galur IDM3 dan BGR2-2 yang memiliki potensi untuk menghasilkan
zat pengatur tumbuh (ZPT), fiksasi nitrogen dan melarutkan fosfat. Penelitian ini
bertujuan untuk meningkatkan pertumbuhan dan hasil jagung yang ditanam pada
tanah asam dengan menggunakan pupuk hayati hasil pengayaan isolat bakteri
penghasil zat pengatur tumbuh.
Penelitian dilakukan berdasarkan metode rancangan acak kelompok (RAK)
satu faktor, dengan tujuh taraf perlakuan. Parameter yang diamati dalam
penelitian ini antara lain: (a) pertumbuhan vegetatif tanaman meliputi: tinggi
tanaman, jumlah daun, diameter batang, bobot basah dan kering tajuk serta bobot
kering akar dan bobot akar mati. Pengamatan terhadap pertumbuhan vegetatif
tanaman dilakukan setiap 7 hari setelah tanaman berumur 14 hari; (b) produksi
tanaman meliputi: panjang, diameter, dan bobot tongkol, serta bobot 100 butir
jagung setelah panen; (c) populasi mikrob pada kompos diperkaya dengan
menggunakan metode cawan hitung pada media selektif. Data hasil pengamatan
berupa pertumbuhan vegetatif dan produksi tanaman dianalisis dengan ANOVA
pada tingkat kepercayaan 95%.
Kombinasi pupuk hayati dan 50% dosis pupuk NPK dapat meningkatkan
secara signifikan tinggi tanaman, jumlah daun dan bobot kering 100 butir jagung
masing-masing 78.3%, 47.3%, 15.2% dibandingkan kontrol. Selain itu, aplikasi
pupuk hayati dapat mereduksi penggunaan pupuk anorganik hingga 50% dan
mampu meningkatkan kesuburan tanah pada musim tanam pertama.
Kata kunci: fiksasi nitrogen, Azospirilum, Azotobacter, zat pengatur tumbuh,
Kualitas tanah
SUMMARY
GARUDA. Corn Growth and Yield Improvement Using Biofertilizer Based
on Plant Growth Promoting Bacteria in Acid Soil. Supervised by TRIADIATI and
NISA RACHMANIA MUBARIK.
Corn is a strategic commodity for dryland farming. The main problem in
corn farming is low soil fertility. Most areas of Indonesia, particularly West Java,
dominated by marginal land which have yellow red podzolic with high levels of
acidity (low pH 4.0-4.5), also known as acid soils. Agriculture in the future, to be
organic farming, which use organic matter and reduce inorganic. Inorganic
material such as chemical fertilizer could cause environmental pollution. Organic
fertilizer such as compost could act as soil organic matter and can be enriched
with by biofertilizers. Biofertilizer was used in this study consisted of Bacillus
strain DM-4, Pseudomonas strain PD13 and P3A2, Azospirillum strain IDM3 and
BGR2-2, and Azotobacter strain 23TC and 12Aa which have the ability to
produce growth regulators, nitrogen fixation and phosphate solubilizer. The study
aimed to improve growth and yield of corn grown on acid soil using biofertilizer
enriched isolate bacteria growth regulators.
The study was conducted based on a randomized block design method
with seven treatments. Parameters observed in this study included: (a) the
vegetative growth of the plant such as: plant height, leaf number, stem diameter,
shoot fresh and dry weight and root dry weight and dead root dry weight. Plant
vegetative growth is observed every 7 days since the plant was 14 days after
planting; (b) plant production included: length, diameter, cob weight, and weight
of 100 grains; (c) microbial population in the compost enriched by using a count
plate method on selective media. Observation data was analyzed by ANOVA at
95% confidence level.
The combination of biofertilizer and a half dose of NPK fertilizer
significantly increase the plant height, the number of leaves, and dry weight of
100 grains up to 78.3, 47.3, and 15.2%, respectively. In addition, the application
of biofertilizer reduced of NPK fertilizer utilization up to 50% in the first season
and could improve soil fertility.
Keywords: nitrogen fixation, Azospirillum, Azotobacter, plant growth regulator,
soil quality
© Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2015
Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan
atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan,
penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau
tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan
IPB
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis ini
dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB
PENINGKATAN PERTUMBUHAN DAN HASIL JAGUNG
DENGAN PEMBERIAN PUPUK HAYATI BERBASIS BAKTERI
PEMACU PERTUMBUHAN PADA TANAH ASAM
GARUDA
Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains
pada
Program Studi Biologi Tumbuhan
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015
Penguji luar komisi pada Sidang Tesis:
Dr. Ir. Aris Tjahjoleksono, DEA
Judul Tesis : Peningkatan Pertumbuhan dan Hasil Jagung dengan Pemberian
Pupuk Hayati Berbasis Bakteri Pemacu Pertumbuhan pada Tanah
Asam
Nama
: Garuda
NIM
: G353114011
Disetujui oleh
Komisi Pembimbing
Dr Triadiati, MSi
Ketua
Dr Nisa Rachmania M., MSi
Anggota
Diketahui oleh
Ketua Program Studi
Biologi Tumbuhan
Dekan Sekolah Pascasarjana
Dr Ir Miftahudin, MSi
Dr Ir Dahrul Syah, MScAgr
Tanggal Ujian: 22 Januari 2015
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah azza wa jalla atas segala
karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih
dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan April 2013 ini ialah pupuk hayati,
dengan judul Peningkatan Petumbuhan dan Hasil Jagung dengan Pemberian
Pupuk Hayati Berbasis Bakteri Pemacu Pertumbuhan pada Tanah Asam.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Ibu Dr Triadiati, M.Si dan Ibu Dr
Nisa Rachmania Mubarik, M.Si selaku pembimbing serta rekan-rekan mahasiswa
di program studi Biologi Tumbuhan. Terima kasih kepada Kementrian Pendidikan
dan Kebudayaan Indonesia yang telah mendanai penelitian ini melalui Bantuan
Operasional Perguruan Tinggi Negeri (BOPTN) tahun 2013 yang diberikan
kepada Ibu Dr Triadiati, M.Si. Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada
ayah, ibu, serta seluruh keluarga, atas segala doa dan kasih sayangnya.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor,
Februari 2015
Garuda
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR LAMPIRAN
vi
1 PENDAHULUAN
Latar Belakang
Tujuan Penelitian
Manfaat Penelitian
1
1
1
2
2 TINJAUAN PUSTAKA
Lahan Marginal
Pengelolaan Lahan Marginal untuk Pertanian
Pupuk Hayati
Zat Pengatur Tumbuh (ZPT)
2
2
2
3
4
3 METODE
Waktu dan Tempat Penelitian
Bahan
Rancangan Penelitian
Pengolahan Lahan dan Penanaman
Analisis Tanah
Analisis Potensi pada Mikrob
Pembuatan Pupuk Hayati dan Pupuk Organik
Pengamatan
Analisis Data
4
4
5
5
5
5
6
7
7
7
4 HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil Seleksi Potensi Mikrob
Hasil Analisis Tanah
Pertumbuhan Vegetatif Jagung
Produksi Jagung
Jumlah Populasi Mikrob
8
8
8
10
14
15
5 SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Saran
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
RIWAYAT HIDUP
16
16
16
16
21
24
DAFTAR TABEL
1 Hasil analisis potensi mikrob yang digunakan dalam penelitian
2 Analisis tanah untuk penanaman jagung di Jasinga sebelum dan
sesudah tanam
3 Bobot basah dan kering tajuk, panjang dan bobot kering akar serta
bobot akar mati jagung yang ditanam di tanah asam Jasinga
4 Panjang, diameter, dan bobot tongkol jagung serta bobot 100 butir
jagung yang ditanam di tanah asam Jasinga
5 Jumlah populasi mikrob selama penanaman jagung pada 4 minggu
setelah tanam (MST) dan 15 MST
8
9
13
14
15
DAFTAR LAMPIRAN
1 Denah petak percobaan
2 Kriteria penilaian sifat kimia tanah
22
23
1 PENDAHULUAN
Latar Belakang
Bahan organik (kompos) sangat penting untuk meningkatkan sifat biologi
tanah dalam rangka menciptakan lingkungan yang baik untuk perakaran tanaman
(Altuhais et al. 2014), seperti yang digunakan pada pertanian lahan kering dengan
kualitas tanah rendah. Sebagian besar wilayah Indonesia khususnya Jawa Barat
didominasi oleh lahan kering berupa tanah podsolik merah kuning dengan tingkat
keasaman tinggi (pH rendah 4.0-4.5), sehingga dikenal sebagai tanah asam.
(Subagyo et al. 2004).
Pemanfaatan bahan organik dan mikrob berguna untuk mengembangkan
pertanian berkelanjutan dan untuk meminimalkan penggunaan bahan kimia
anorganik (Ghorbani et al. 2008). Oleh karena itu, pupuk hayati diperkenalkan
sebagai pupuk alternatif untuk mengurangi pupuk kimia dan dapat menjaga
lingkungan dalam jangka panjang (Mezuan et al. 2004). Aplikasi mikrob dalam
pertanian organik dapat menghasilkan zat pengatur tumbuh (ZPT) yang dapat
meningkatkan ketersediaan dan efisiensi penyerapan unsur hara, menekan mikrob
patogen tanah (Mahfouz dan Sharaf-Eldin 2007) dan meningkatkan
perkembangan sistem perakaran tanaman serta meningkatkan aktivitas mikrob
tanah yang menguntungkan (Wu et al. 2005). Penelitian sebelumnya melaporkan
bahwa kompos diperkaya pupuk hayati yang mengandung Azotobacter sp.13,
Azospirillum sp IDM3, Bacillus sp.TG1, dan Pseudomonas sp. PD13 ditambahkan
dengan 50% pupuk NPK dapat meningkatkan bobot produksi jagung pipilan per
tanaman sebesar 274,6% yang ditanam di lahan Kebun Percobaan Cikabayan,
Bogor (Fadiluddin 2009).
Penerapan kompos diperkaya pupuk hayati berisi empat isolat potensial
yaitu Bacillus galur DM4, Pseudomonas galur PD13, Azospirillum galur IDM3
dan Azotobacter galur 23TC di tanah asam (pH 4.3) Kubu Raya, Kalimantan
Barat belum mampu meningkatkan pertumbuhan dan produksi jagung serta belum
mampu mengurangi kebutuhkan dosis NPK 100% (Suripti 2012). Oleh karena itu,
penerapan pupuk hayati pada tanah asam masih memerlukan penyesuaian dan
peningkatan kualitas dengan meningkatkan jumlah mikrob potensial pada
konsorsium pupuk hayati. Sehingga, perlu dilakukan penelitian lebih lanjut untuk
memperkaya konsorsium pupuk hayati dan mengetahui kemampuannya dalam
meningkatkan pertumbuhan tanaman di tanah asam.
Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk meningkatkan pertumbuhan dan hasil jagung
yang ditanam pada tanah asam dengan menggunakan pupuk hayati hasil
pengayaan isolat bakteri penghasil zat pengatur tumbuh.
2
Manfaat Penelitian
Hasil penelitian ini diharapkan dapat bermanfaat bagi pertanian jagung di
lahan marginal khususnya lahan asam, dapat mengurangi kebutuhan akan pupuk
kimia dan memperkaya konsorsium pupuk hayati yang berkualitas baik, serta
pengembangan dan pemanfaatan pupuk organik di Indonesia.
2 TINJAUAN PUSTAKA
Lahan Marginal
Lahan marginal dapat diartikan sebagai lahan yang memiliki mutu rendah
karena memiliki beberapa faktor pembatas jika digunakan untuk suatu keperluan
tertentu. Tanpa perlakuan yang berarti budidaya pertanian di lahan marginal tidak
akan memberikan keuntungan (Yuwono 2009). Lahan marginal di Indonesia
dijumpai baik pada lahan basah maupun lahan kering. Lahan basah berupa gambut,
lahan sulfat asam dan rawa, sedangkan lahan kering berupa tanah ultisol dan
oxisol (Suprapto 2003).
Ultisol dan oxisol merupakan contoh jenis tanah asam karena terbentuk
proses pelapukan yang intensif berlangsung dalam iklim tropik bersuhu panas
dengan curah hujan yang tinggi. Jenis tanah ini banyak dijumpai di daerah Jawa
terutama Jawa Barat. tanah Ultisol umumnya mempunyai pH rendah yang
menyebabkan kandungan Al, Fe, dan Mn terlarut tinggi sehingga dapat meracuni
tanaman. Jenis tanah ini biasanya miskin unsur hara esensial makro seperti N, P,
K, Ca, dan Mg; unsur hara mikro Zn, Mo, Cu, dan B, serta bahan organik
(Prasetyo dan Suriadikarta 2006).
Pengelolaan Lahan Marginal untuk Pertanian
Salah satu konsep dalam memperbaiki kesuburan tanah yang berwawasan
lingkungan hidup ialah Low External Input Sustainable Agriculture (LEISA).
LEISA adalah Pertanian dengan masukan rendah tetapi mengoptimalkan
pemanfaatan sumberdaya alam (tanah, air, tumbuhan dan hewan), manusia
(tenaga, pengetahuan dan keterampilan) yang tersedia di tempat dan layak secara
ekonomis.
Prinsip dasar LEISA adalah menjamin kondisi tanah yang mendukung
pertumbuhan tanaman, khususnya dengan mengelola bahan organik dan
meningkatkan kehidupan mikrob di dalam tanah (soil regenerator),
mengoptimalkan ketersediaan dan menyeimbangkan aliran unsur hara, khususnya
melalui penambatan nitrogen, pendaur ulangan unsur hara dan pemanfaatan pupuk
luar sebagai pelengkap, meminimalkan kerugian sebagai akibat radiasi matahari,
udara dan air dengan pengelolaan iklim mikro, saling melengkapi dan sinergi
dalam penggunaan sumberdaya genetik yang mencakup penggabungan dalam
sistem pertanian terpadu dengan tingkat keanekaragaman fungisonal tinggi
(Hasanudin 2003).
3
Beberapa aplikasi praktis dari konsep LEISA adalah penggunaan pupuk
organik dan anorganik serta pemberian pupuk hayati. Hasil penelitian Hasanudin
et al. (2007) menunjukkan bahwa pemberian pupuk kandang pada berbagai dosis
mampu menurunkan aluminium-dapat ditukar (Al-dd) sekaligus meningkatkan pH
tanah walaupun peningkatan pH tanah tidak sesignifikan penurunan Al-dd.
Peningkatan pH diikuti dengan peningkatan P tersedia tanah. Pemberian bahan
organik pada tanah asam dapat meningkatkan serapan P dan hasil tanaman jagung
karena setelah bahan organik terdekomposisi akan menghasilkan beberapa unsur
hara seperti N, P, dan K serta menghasilkan asam humat dan fulvat yang
memegang peranan penting dalam pengikatan Fe dan Al yang larut dalam tanah
sehingga ketersediaan P akan meningkat (Hasanudin 2003).
Beberapa mikrob tanah seperti Rhizobium, Azospirillum, Azotobacter,
mikoriza, dan bakteri pelarut fosfat, bila dimanfaatkan secara tepat dalam sistem
pertanian akan membawa pengaruh yang positif baik bagi ketersediaan hara yang
dibutuhkan tanaman, lingkungan edafik, maupun upaya pengendalian beberapa
jenis penyakit, sehingga akan dapat diperoleh pertumbuhan dan produksi tanaman
yang optimal, dan hasil panen maksimal. Hasil penelitian Arimurti et al. (2006)
menunjukkan bahwa perlakuan bakteri pelarut fosfat (BPF) mampu meningkatkan
pertumbuhan tanaman jagung pada tanah asam.
Pupuk Hayati
Pupuk hayati merupakan substansi yang mengandung mikrob hidup, bila
diaplikasikan pada benih, permukaan tanaman atau tanah maka dapat memacu
pertumbuhan tanaman tersebut (Vessey 2003). Mikrob dapat berperan dalam
pertumbuhan tanaman melalui beberapa mekanisme, antara lain: meningkatkan
ketersediaan unsur-unsur hara di dalam tanah dan meningkatkan kemampuan
bersaing dengan patogen akar (Weller et al. 2002). Hal tersebut disebabkan
kemampuan mikrob dalam menghasilkan ZPT (IAA, sitokinin, dan giberelin)
yang dapat meningkatkan pertumbuhan rambut-rambut akar sehingga penyerapan
air dan hara mineral menjadi lebih efisien (Lerner et al. 2006).
Penggunaan pupuk hayati (Azotobacter, Azospirillum, Pseudomonas,
Bacillus, dan Rhizobium) mampu meningkatkan kandungan IAA rata-rata sebesar
73-159 % pada tanaman caisim, jagung, dan kedelai (Wibowo 2007). Inokulasi
bakteri Azospirillum sp. pada tanaman jagung mampu mengurangi kebutuhan
pupuk N sampai pada dosis 100 kg/ha (Kristanto et al. 2002). Selain itu, Suripti
(2012) melaporkan bahwa aplikasi kompos yang diperkaya pupuk hayati
mempengaruhi kandungan klorofil daun jagung serta dapat menurunkan
penggunaan NPK sampai dosis 50% dari rekomendasi. Pupuk hayati dapat
meningkatkan pertumbuhan dan produksi tanaman melalui beberapa cara,
diantaranya dengan penyediaan unsur hara, fiksasi nitrogen dari udara oleh
Azotobacter dan Azospirillum (Isminarni et al. 2007) ataupun melalui mekanisme
pelarutan unsur hara seperti fosfor dan kalium oleh Bacillus dan Pseudomonas
(Han dan Lee 2005) dan mensintesis zat pengatur tumbuh seperti auksin, sitokinin,
dan giberelin (Haefele et al. 2008).
Rhizobakteri merupakan bakteri tanah yang berkoloni di daerah perakaran
tanaman. Rhizobakteri dapat digolongkan ke dalam 3 kelompok, yaitu
rhizobakteri yang menguntungkan, rhizobakteri yang merugikan, dan rhizobakteri
4
yang bersifat netral (Kloepper et al. 2004). Rhizobakteri yang menguntungkan
dikenal sebagai Plant Growth Promoting Rhibacteria (PGPR). PGPR sebagai
pemacu pertumbuhan berperan secara langsung maupun tidak langsung. PGPR
dapat berperan secara langsung dengan cara meningkatkan penyediaan hara serta
menghasilkan hormon pertumbuhan, sedangkan peranannya yang tidak langsung
dengan cara memproduksi senyawa-senyawa metabolit seperti antibiotik serta
menekan pertumbuhan fitopatogen dan serangan mikrob lain (Zhang et al. 1997).
Zat Pengatur Tumbuh (ZPT)
Plant Growth Promoting Rhibacteria (PGPR) berfungsi untuk
meningkatkan pertumbuhan tanaman baik secara langsung maupun tidak langsung.
PGPR dapat menunjukkan beberapa karakteristik untuk mempengaruhi
pertumbuhan tanaman. Sifat yang umum dari PGPR adalah menghasilkan zat
pengatur tumbuh (auksin, giberelin, dan etilen) dan siderofor. Asam indol asetat
(IAA) adalah salah satu auksin aktif secara fisiologi. IAA adalah produk umum
dari metabolisme L-triptofan oleh mikrob (Shahab et al. 2009).
Sitokinin memiliki peran kunci dalam regulasi pertumbuhan dan
perkembangan tanaman. Sitokinin meningkatkan perkecambahan biji,
pembentukan tunas, pelepasan tunas dari dominasi apikal, stimulasi perluasan
daun dan perkembangan reproduksi, dan penghambatan dari penuaan (Timmusk
et al. 1999). Auksin dan sitokinin di dalam jaringan tumbuhan memiliki sifat yang
berlawanan (Bishopp et al. 2011), sehingga perbandingan konsentrasi keduanya
dalam jaringan tumbuhan akan menentukan arah pertumbuhan tanaman.
Perbandingan konsentrasi tinggi auksin terhadap sitokinin menyebabkan
terjadinya dominansi apikal dan inisiasi akar lateral serta pemanjangan akar
(Aloni et al. 2006), namun jika perbandingannya rendah akan memacu
pembentukan cabang lateral (Shimizu-Sato et al. 2009).
Etilen adalah salah satu pengatur tumbuh yang dihasilkan oleh tanaman
tingkat tinggi dan juga oleh mikrob. Etilen memainkan beberapa peran aktif dalam
tumbuhan termasuk perkecambahan, pembentukan akar dan tunas,
perkecambahan biji, dan respon tanaman terhadap stress (Thuler et al. 2003).
Giberelin adalah zat pengatur tumbuh yang berfungsi untuk memacu
perkecambahan, misalnya memecah dormansi dan menstimulasi pemanjangan
tunas. Bukti produksi GA3 oleh PGPR masih jarang, namun Gutierrez-Manero et
al. (2001) memberikan bukti bahwa empat bentuk berbeda dari GA3 diproduksi
oleh Bacillus pumilus dan B. licheniformis (Vessey 2003). Giberelin memiliki
peranan dalam proses fisiologi tanaman salah satunya adalah pembungaan.
3 METODE
Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian dilaksanakan di Lahan Pertanian Jasinga, Kabupaten Bogor dan
Laboratorium Fisiologi Tumbuhan Departemen Biologi, Fakultas MIPA, Institut
Pertanian Bogor yang dimulai dari bulan April sampai dengan Desember 2013.
5
Bahan
Bahan yang digunakan meliputi benih jagung varietas Metro yang biasa
ditanam di tanah asam dan pupuk organik terdiri atas jerami dan pupuk kandang
(1:1 b/b) yang telah dikomposkan. Isolat bakteri yang diuji potensinya adalah
Bacillus (galur HI4, PI4, TK4, dan TG1), Pseudomonas galur P3A2, Azospirillum
(galur KBMN4I dan BGR2-2), dan Azotobacter (galur 12Aa dan 23TB) yang
merupakan koleksi Departemen Biologi dan disimpan di IPB Culture Collection
(IPBCC) FMIPA, IPB. Uji potensi isolat dilakukan untuk mengetahui kemampuan
menghasilkan ZPT, fiksasi nitrogen, dan pelarut fosfat. Pupuk hayati (PH) yang
digunakan terdiri atas 2 jenis konsorsium, yaitu PH 1 berisi 4 jenis isolat bakteri
Bacillus DM3, Pseudomonas PD13, Azospirillum IDM3, dan Azotobacter 23TC.
Konsorsium PH 2 berisi 7 isolat bakteri yang terdiri atas 4 jenis isolat PH 1
ditambah dengan 3 isolat terpilih hasil uji potensi. Komposisi pupuk NPK dosis
100% untuk tanaman jagung yaitu N (urea 100 kg/ha), P (SP-36 200 kg/ha) dan K
(KCl 100 kg/ha).
Rancangan Penelitian
Penelitian dilakukan berdasarkan metode rancangan acak kelompok (RAK)
satu faktor, dengan tujuh taraf perlakuan: (1) kontrol negatif (J0) tanpa pemberian
kompos dan pupuk hayati, (2) kontrol positif (J1) pemberian dosis NPK 100%, (3)
kompos diperkaya 4 isolat (J2), (4) kompos diperkaya 4 isolat + NPK dosis 50%
(J3), (5) kompos diperkaya 7 isolat (J4), (6) kompos diperkaya 7 isolat + NPK
dosis 50% (J5), (7) kompos saja (J6). Setiap taraf diulang sebanyak 3 kali,
sehingga didapatkan 21 unit percobaan. Setiap unit percobaan berupa satu petak
percobaan berukuran 3 m x 3 m.
Pengolahan Lahan dan Penanaman
Benih ditanam secara tugal dengan jarak tanam 70 cm x 40 cm sebanyak 2
benih/lubang. Aplikasi kompos diperkaya pupuk hayati diberikan pada saat
penanaman sebanyak 4,5 kg/plot atau setara dengan 5 ton/ha. Dosis pupuk NPK
100% yang diberikan ialah N, P, dan K masing-masing sebanyak 90, 180, dan 90
g/petak. Sedangkan untuk perlakuan dosis 50% NPK diberikan setengah dari
dosis 100%. Pupuk NPK diberikan sekali pada saat tanam.
Analisis Tanah
Sampel tanah diambil pada lapisan top soil sebelum tanam secara acak di
lokasi penanaman. Selain dilakukan analisis tanah, juga dilakukan analisis tanah
yang diberi kompos diperkaya 4 isolat dan kompos yang diperkaya 7 isolat.
6
Analisis Potensi pada Mikrob
Potensi isolat mikrob yang dianalisis ialah kemampuan penghasil ZPT
(auksin/IAA, giberelin/GA3, zeatin dan kinetin), fiksasi nitrogen, dan pelarut
fosfat. Analisis kemampuan fiksasi nitrogen dilakukan dengan metode Acetilen
Reduction Assay (ARA) (Barbosa et al. 2002) yang dimodifikasi berdasarkan
protokol Laboratorium Mikrobiologi Balai Penelitian Tanah Bogor. Sebanyak 1
ml suspensi kultur dimasukkan ke dalam tabung reaksi, 3 ml dari fase gas ditarik
dengan jarum suntik dan diganti dengan asetilen. Tabung reaksi diinkubasi selama
2 jam pada suhu 30oC dalam inkubator bergoyang. Gas etilen yang terbentuk
diukur dengan Gas Chromatography. Standar produksi etilen dibuat berdasarkan
etilen murni pada berbagai konsentrasi.
Kemampuan isolat untuk melarutkan fosfat dilakukan dengan cara
menumbuhkan isolat pada media Pikovskaya yang mengandung trikalsium fosfat
(Paul dan Sunda Rao 1971). Komposisi media tersebut yaitu 5 g glukosa, 2.5 g
Ca3(PO4)2, 0.1 g NaCl, 0.1 g KCl, 0.05 g MgSO4.7H2O, 1.25 Mg MnSO4.2H2O,
1.25 Mg FeSO4.7H2O, 0.25 g ekstrak khamir, 0.5 g (NH4)2SO4, 7.5 g agar-agar
dalam 500 ml akuades. Isolat digoreskan pada media Pikovskaya. Setelah
diinkubasi pada suhu 28oC selama tiga hari, zona bening yang terdapat di
sekeliling koloni diamati dan diukur indeks pelarutan fosfatnya berdasarkan
rumus (Nautiyal 1999):
Indeks pelarutan fosfat =
�
� � �
�
� �− �
� �
�
� �
�
Analisis produksi ZPT dilakukan menurut Unyayar et al. (1996). Kultur
bakteri Azotobacter dan Azospirillum ditumbuhkan selama 72 jam, sedangkan
bakteri Pseudomonas dan Bacillus selama 24 jam dalam media cair khusus yaitu
Nutrient Broth (NB) untuk Bacillus, Tryptic Soy Broth (TSB) untuk Pseudomonas,
Nitrogen Free-Base (NFB) untuk Azospirillum dan Lacto-Glucose Infusion (LGI)
untuk Azotobacter (Bansal et al. 2005) pada 37oC dan diaduk dengan kecepatan
150 rpm. Sebanyak 5 gr kultur dimasukkan ke dalam corong pemisah lalu
diekstraksi dengan larutan metanol, kloroform, dan 2N ammonium hidroksida
(12:5:3 v/v/v) sebanyak 100 ml dan ditambahkan 22,4 ml air destilata. Kemudian
didiamkan selama 24 jam. Fase air diambil sedangkan fase kloroform dibuang.
Selanjutnya, pH pada fase air diatur menjadi 2,5 dengan menambahkan HCl 7N,
kemudian diekstraksi sebanyak 3 kali dengan 15 ml etilasetat. Ekstrak didiamkan
hingga fase air dan fase etilasetat terpisah. Fase etilasetat diambil dan fase air
dilanjutkan untuk perlakuan berikutnya. Fase etilasetat yang diperoleh diharapkan
mengandung IAA dan GA3. Fase air berikutnya diatur pH nya menjadi 7 dengan
menambahkan 7N NaOH kemudian diekstraksi kembali sebanyak 3 kali dengan
15 ml etilasetat. Perlakuan ini akan menghasilkan kinetin bebas. Ekstrak IAA,
GA3, dan kinetin yang diperoleh selanjutnya dievaporasi. Ekstrak kering yang
diperoleh kemudian ditimbang ± 0,1-0,5 mg dan dilarutkan dalam 10 ml metanol
kemudian diukur menggunakan spektrofotometer UV-VIS pada panjang
gelombang 253 nm untuk GA3, 279,6 nm untuk IAA, 267,8 nm untuk kinetin, dan
268 nm untuk zeatin. Konsentrasi ZPT pada sampel yang diperoleh dihitung
dengan persamaan kurva standar ZPT murni.
7
Hasil pengujian potensi isolat dipilih 3 isolat terbaik yang akan digunakan
untuk memperkaya konsorsium pupuk hayati yang telah digunakan pada
penelitian Suripti (2012) yaitu Bacillus DM3, Pseudomonas PD13, Azospirillum
IDM3, dan Azotobacter 23TC.
Pembuatan Pupuk Hayati dan Pupuk Organik
Mikrob potensial yang terpilih terlebih dahulu diremajakan, kemudian
diinokulasikan ke dalam media cair spesifik untuk masing-masing isolat dan
diinkubasi selama 24 jam untuk Bacillus dan Pseudomonas, 48 jam untuk
Azotobacter dan Azospirillum hingga jumlah selnya mencapai 108 sel/ml.
Sebanyak 2000 ml media yang berisi biakan bakteri disentrifugasi dengan
kecepatan 2851 x g selama 15 menit kemudian disaring menggunakan vacum
filter untuk memisahkan bakteri dengan media sehingga dihasilkan pasta bakteri,
kemudian sebanyak 50 ml pasta bakteri dimasukkan ke dalam 1 kg gambut steril.
Pembuatan pupuk kompos dilakukan dengan penyiapan jerami dan kotoran
sapi (1 : 1 b/b). Jerami dan kotoran sapi tersebut kemudian disusun masingmasing dalam 5 lapisan, kemudian ditutup menggunakan terpal. Pembalikan
dilakukan setiap 10 hari dan pengukuran suhu setiap 3 hari. Setelah 3 minggu
(setengah matang), dilakukan pemisahan sebagian kompos untuk dibuat kompos
yang diperkaya dengan menambahkan pupuk hayati sebanyak 2,5% dari bobot
bahan kompos. Kompos yang tidak ditambah dengan pupuk hayati tetap dibiarkan
hingga matang dan siap panen. Kompos dipanen setelah 1,5 bulan (Suripti 2012).
Pengamatan
Parameter yang diamati dalam penelitian ini antara lain: (a) pertumbuhan
vegetatif tanaman meliputi: tinggi tanaman, jumlah daun, diameter batang, bobot
basah dan kering tajuk serta bobot kering akar dan bobot akar mati. Pengamatan
terhadap pertumbuhan vegetatif tanaman dilakukan setiap 7 hari setelah tanaman
berumur 14 hari; (b) produksi tanaman meliputi: panjang, diameter, dan bobot
tongkol, serta bobot 100 butir jagung kering panen; (c) populasi mikrob pada
kompos diperkaya dengan menggunakan metode cawan hitung pada media
selektif. Penghitungan populasi mikrob dilakukan setiap 7 hari setelah tanaman
berumur 14 hari sampai panen.
Analisis Data
Data hasil pengamatan berupa pertumbuhan vegetatif dan produksi tanaman
dianalisis dengan ANOVA pada tingkat kepercayaan 95%. Data yang
memperlihatkan perbedaan nyata, diuji lanjut dengan Uji Duncan (DMRT).
8
4 HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil Seleksi Potensi Mikrob
Isolat diseleksi berdasarkan kemampuannya dalam fiksasi nitrogen,
produksi ZPT dan pelarutan fosfat. Hasil seleksi isolat terpilih 3 isolat terbaik
berdasarkan nilai tertinggi setiap komponen uji yang dianalisis, yaitu:
Pseudomonas P3A2, Azotobacter 12Aa, dan Azospirillum BGR2-2 (Tabel 1).
Tabel 1 Hasil analisis potensi mikrob yang digunakan dalam penelitian
No
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Jenis Isolat
Bacillus HI 4
Bacillus PI 4
Bacillus TK 4
Bacillus TG 1
Pseudomonas P3A2
Azotobacter 23TB
Azotobacter 12Aa
Azospirillum BGR2-2
Azospirillum KBMN4-1
Fiksasi N
Produksi
etilen
(ppm)
0.296
0.298
0.295
0.297
0.297
0.295
0.299
0.298
0.297
Potensi
Produksi ZPT (ppm)
IAA
GA3
Zeatin
Kinetin
5.63
4.02
3.98
4.71
23.02
30.17
2.31
32.96
5.71
189.50
122.00
120.00
160.50
516.50
116.00
100.00
477.00
237.50
0.98
1.05
0.91
0.98
4.63
6.69
9.60
5.45
0.52
2.26
2.50
2.07
2.25
19.37
18.29
1.65
16.19
1.25
Pelarut P
Indeks
zona
bening
6.85
7.60
7.20
6.77
9.15
8.52
8.30
5.75
8.80
Bakteri yang hidup bebas di sekitar perakaran tanaman seperti Bacillus,
Pseudomonas, Azotobacter, dan Azospirillum dikenal sebagai plant growth
promoting rhizobacteria (PGPR). PGPR mempengaruhi pertumbuhan tanaman
secara langsung melalui fiksasi N, mobilisasi unsur hara, dan produksi zat
pengatur tumbuh (Khalid et al. 2009). Aplikasi Bacillus dan Azotobacter pada
tanaman jagung mampu meningkatkan unsur hara N melalui fiksasi N2 dari udara
dan unsur P melalui pelarutan fosfat terikat (Wu et al. 2005). Lebih lanjut
Aslantas et al. (2007) melaporkan bahwa aplikasi Pseudomonas dan Bacillus pada
tanaman apel terbukti mampu menghasilkan ZPT seperti auksin, geberelin dan
kinetin
Hasil Analisis Tanah
Kondisi tanah sebelum penanaman memiliki kesuburan rendah dengan pH
sangat asam (< 4.5), kandungan C-organik sangat rendah (< 0.1 %), unsur N
rendah (0.1 – 0.2 %), unsur P sangat rendah (< 5 ppm), unsur K rendah (< 0.3
cmol/kg), Ca tinggi (11 – 20 cmol/kg), Mg tinggi (2 – 8 cmol/kg), Kapasitas
Tukar Kation (KTK) sedang (17 – 24 cmol/kg) dan Al sangat rendah (< 10 %)
(Lampiran 2). Kondisi tanah seperti ini disebabkan oleh curah hujan yang tinggi
menyebabkan kation basa tercuci, sehingga kation Al dan H menjadi dominan
dalam tanah yang menyebabkan tanah bereaksi asam. Kejenuhan Al tinggi
menyebabkan P-tersedia tanah menjadi rendah karena terfiksasi oleh Al.
Kandungan C-organik rendah karena kandungan bahan organik sangat sedikit
sehingga tidak dapat menyumbangkan hara (Herviyanti et al. 2012).
9
Kondisi tanah setelah penanaman dengan pemberian kompos yang
diperkaya pupuk hayati menjadi lebih baik. Kesuburan tanah meningkat dengan
peningkatan pH tanah, kandungan C-organik, kandungan unsur hara makro, serta
penurunan kandungan Al tanah (Tabel 2). Peningkatan kualitas tanah disebabkan
penambahan kompos dan pupuk hayati. Kompos merupakan sumber bahan
organik tanah dan sumber C dan N untuk pertumbuhan mikrob. Sumarno et al.
(2009) menyatakan bahwa penambahan bahan organik tanah berperan sebagai
cadangan dan pemasok hara tanaman terutama N, P, K, S, dan hara mikro yang
menyediakan sumber energi bagi kehidupan dan aktivitas mikrob tanah serta
meningkatkan kapasitas penyimpanan air tanah. Mikrob memanfaatkan sumber C
dan N untuk pertumbuhan dan aktivitas metabolismenya. Mikrob dalam pupuk
hayati mampu menghasilkan ZPT, memfiksasi nitrogen dari udara serta mampu
melarutkan fosfat terikat. Pupuk hayati yang mengandung bakteri pelarut fosfat
dapat membebaskan fosfat terikat menjadi fosfat terlarut sehingga tersedia dan
dapat dimanfaatkan oleh tanaman (Fitriatin 2009). Bakteri dalam pupuk hayati
khususnya bakteri fiksasi nitrogen berperan penting dalam siklus nitrogen yang
dapat menyediakan unsur N bagi pertumbuhan tanaman (France et al. 2009).
Bahan organik mampu meningkatkan pH tanah karena asam-asam organik
hasil dekomposisi akan mengikat Al membentuk senyawa kompleks sehingga Al
tidak terhidrolisis lagi. Selain itu, bahan organik yang telah termineralisasi akan
melepaskan mineralnya berupa anion basa sehingga meningkatkan pH tanah
(Suntoro et al. 2001). Lebih lanjut Yuliana (2012) menyatakan bahwa tanah yang
mempunyai pH rendah akan meningkat pH-nya karena pembebasan ion OH- hasil
reduksi mineral bahan organik.
Pemberian PH 2 yang berisi 7 isolat bakteri lebih meningkatkan kesuburan
tanah dibandingkan dengan PH 1 yang berisi 4 isolat bakteri. Nilai pH tanah dan
kandungan hara makro pada pemberian kompos diperkaya 7 isolat lebih tinggi
dari kompos diperkaya 4 isolat (Tabel 2). Hal ini disebabkan jumlah populasi
mikrob pada PH 2 lebih banyak dibandingkan PH 1. Peningkatan jumlah populasi
mikrob meningkatkan laju dekomposisi bahan organik dan pelepasan asam
organik yang memacu peningkatan pH tanah (Suntoro et al. 2001). Ketersediaan
unsur hara dalam tanah dipengaruhi oleh pH tanah. Nilai pH tanah yang optimal
untuk ketersediaan semua unsur hara berkisar 5.0 – 6.0 (Bagayoko et al. 2000).
Tabel 2 Analisis tanah untuk penanaman jagung di Jasinga sebelum dan sesudah
tanam
Parameter
pH
Corg
%
0.97
N
P
(ppm)
0.6
K
Ca
Mg
cmol/kg
12.09
7.75
KTK
Sebelum tanam
4.4
0.14
0.22
24.6
Sesudah tanam
Kompos + 4 isolat 4.9
1.45 0.17 27.6
5.98
28
10.02 27.91
Kompos + 7 isolat 5.5
1.84 0.21 73.9
16.06 23.43
7.25
24.55
Keterrangan: Tanah yang dianalisis untuk penanaman jagung tidak mendapat pupuk NPK
Al3+
(me/100g)
1.14
0.0
0.0
10
Pertumbuhan Vegetatif Jagung
Tinggi tanaman, jumlah daun, dan diameter batang tanaman jagung pada
perlakuan J1, J3, dan J5 tidak berbeda nyata (p>0.05) pada umur 2 – 7 minggu
setelah tanam (MST), namun memperlihatkan perbedaan dengan perlakuan yang
lain (Gambar 1).
Perbedaan tinggi tanaman (Gambar 1a), jumlah daun (Gambar 1b), dan
diameter batang (Gambar 1c) diduga karena unsur nitrogen yang tersedia dalam
tanah pada perlakuan tanpa pupuk hayati rendah (Tabel 2). Hal tersebut berkaitan
dengan jumlah Azotobacter dan Azospirillum sebagai bakteri fiksasi nitrogen
dalam kompos diperkaya sebelum penanaman masih rendah yaitu 2.10 8 sel/ml.
Jumlah bakteri tersebut mengalami peningkatan saat tanaman berumur 4 MST
(Tabel 5). Pemberian pupuk hayati yang mengandung bakteri fiksasi nitrogen
menjadi salah satu penyebab peningkatan unsur hara nitrogen dalam tanah. Selain
mampu memfiksasi nitrogen mikrob dalam pupuk hayati juga mampu mensintesis
ZPT seperti auksin, sitokinin, dan giberelin (Tabel 1) yang juga mempengaruhi
pertumbuhan tanaman yang diamati. Auksin menginduksi protein yang ada di
membran sel untuk memompa ion H+ ke dinding sel sehingga menginisiasi
pemajangan sel. Interaksi auksin dan giberelin menginduksi perkembangan
jaringan pembuluh dan mendorong pembelahan sel pada kambium pembuluh
sehingga mendukung pertumbuhan diameter batang (Taele et al. 2006).
Berdasarkan hasil penelitian yang dilakukan oleh Mahdi et al. (2010), bahwa
Azospirillum mampu mengikat 20-40 kg/ha nitrogen, menghasilkan zat pengatur
tumbuh, serta berasosiasi dengan berbagai tanaman terutama tanaman C4.
Pupuk hayati kombinasi dengan dosis 50% NPK nyata (p
DENGAN PEMBERIAN PUPUK HAYATI BERBASIS BAKTERI
PEMACU PERTUMBUHAN PADA TANAH ASAM
GARUDA
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis berjudul Peningkatan
Pertumbuhan dan Hasil Jagung dengan Pemberian Pupuk Hayati Berbasis Bakteri
Pemacu Pertumbuhan pada Tanah Asam adalah benar karya saya dengan arahan
dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada
perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya
yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam
teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Februari 2015
Garuda
NIM G353114011
RINGKASAN
GARUDA. Peningkatan Pertumbuhan dan Hasil Jagung dengan Pemberian Pupuk
Hayati Berbasis Bakteri Pemacu Pertumbuhan pada Tanah Asam. Dibimbing oleh
TRIADIATI dan NISA RACHMANIA MUBARIK.
Tanaman jagung merupakan komoditas strategis untuk pertanian di lahan
kering. Permasalahan umum yang dihadapi petani jagung antara lain kondisi lahan
yang kurang subur. Sebagian besar wilayah Indonesia khususnya Jawa Barat
didominasi oleh lahan marginal berupa tanah ultisol merah kuning dengan tingkat
keasaman tinggi (pH rendah 4.0-4.5), sehingga dikenal sebagai tanah asam.
Pertanian masa depan diharapkan dapat menjadi pertanian organik, yang lebih
mengandalkan bahan-bahan alami dan mengurangi penggunaan bahan sintetik
yang dapat menyebabkan pencemaran lingkungan. Bahan alami seperti kompos
yang dapat berperan sebagai bahan organik tanah, dapat digunakan bersama
dengan agen hayati berupa mikrob yang dikenal dengan pupuk hayati. Pupuk
hayati yang digunakan dalam penelitian ini terdiri atas Bacillus galur DM4,
Pseudomonas galur PD13 dan P3A2, Azotobacter galur 23TC dan 12Aa, dan
Azospirillum galur IDM3 dan BGR2-2 yang memiliki potensi untuk menghasilkan
zat pengatur tumbuh (ZPT), fiksasi nitrogen dan melarutkan fosfat. Penelitian ini
bertujuan untuk meningkatkan pertumbuhan dan hasil jagung yang ditanam pada
tanah asam dengan menggunakan pupuk hayati hasil pengayaan isolat bakteri
penghasil zat pengatur tumbuh.
Penelitian dilakukan berdasarkan metode rancangan acak kelompok (RAK)
satu faktor, dengan tujuh taraf perlakuan. Parameter yang diamati dalam
penelitian ini antara lain: (a) pertumbuhan vegetatif tanaman meliputi: tinggi
tanaman, jumlah daun, diameter batang, bobot basah dan kering tajuk serta bobot
kering akar dan bobot akar mati. Pengamatan terhadap pertumbuhan vegetatif
tanaman dilakukan setiap 7 hari setelah tanaman berumur 14 hari; (b) produksi
tanaman meliputi: panjang, diameter, dan bobot tongkol, serta bobot 100 butir
jagung setelah panen; (c) populasi mikrob pada kompos diperkaya dengan
menggunakan metode cawan hitung pada media selektif. Data hasil pengamatan
berupa pertumbuhan vegetatif dan produksi tanaman dianalisis dengan ANOVA
pada tingkat kepercayaan 95%.
Kombinasi pupuk hayati dan 50% dosis pupuk NPK dapat meningkatkan
secara signifikan tinggi tanaman, jumlah daun dan bobot kering 100 butir jagung
masing-masing 78.3%, 47.3%, 15.2% dibandingkan kontrol. Selain itu, aplikasi
pupuk hayati dapat mereduksi penggunaan pupuk anorganik hingga 50% dan
mampu meningkatkan kesuburan tanah pada musim tanam pertama.
Kata kunci: fiksasi nitrogen, Azospirilum, Azotobacter, zat pengatur tumbuh,
Kualitas tanah
SUMMARY
GARUDA. Corn Growth and Yield Improvement Using Biofertilizer Based
on Plant Growth Promoting Bacteria in Acid Soil. Supervised by TRIADIATI and
NISA RACHMANIA MUBARIK.
Corn is a strategic commodity for dryland farming. The main problem in
corn farming is low soil fertility. Most areas of Indonesia, particularly West Java,
dominated by marginal land which have yellow red podzolic with high levels of
acidity (low pH 4.0-4.5), also known as acid soils. Agriculture in the future, to be
organic farming, which use organic matter and reduce inorganic. Inorganic
material such as chemical fertilizer could cause environmental pollution. Organic
fertilizer such as compost could act as soil organic matter and can be enriched
with by biofertilizers. Biofertilizer was used in this study consisted of Bacillus
strain DM-4, Pseudomonas strain PD13 and P3A2, Azospirillum strain IDM3 and
BGR2-2, and Azotobacter strain 23TC and 12Aa which have the ability to
produce growth regulators, nitrogen fixation and phosphate solubilizer. The study
aimed to improve growth and yield of corn grown on acid soil using biofertilizer
enriched isolate bacteria growth regulators.
The study was conducted based on a randomized block design method
with seven treatments. Parameters observed in this study included: (a) the
vegetative growth of the plant such as: plant height, leaf number, stem diameter,
shoot fresh and dry weight and root dry weight and dead root dry weight. Plant
vegetative growth is observed every 7 days since the plant was 14 days after
planting; (b) plant production included: length, diameter, cob weight, and weight
of 100 grains; (c) microbial population in the compost enriched by using a count
plate method on selective media. Observation data was analyzed by ANOVA at
95% confidence level.
The combination of biofertilizer and a half dose of NPK fertilizer
significantly increase the plant height, the number of leaves, and dry weight of
100 grains up to 78.3, 47.3, and 15.2%, respectively. In addition, the application
of biofertilizer reduced of NPK fertilizer utilization up to 50% in the first season
and could improve soil fertility.
Keywords: nitrogen fixation, Azospirillum, Azotobacter, plant growth regulator,
soil quality
© Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2015
Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan
atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan,
penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau
tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan
IPB
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis ini
dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB
PENINGKATAN PERTUMBUHAN DAN HASIL JAGUNG
DENGAN PEMBERIAN PUPUK HAYATI BERBASIS BAKTERI
PEMACU PERTUMBUHAN PADA TANAH ASAM
GARUDA
Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains
pada
Program Studi Biologi Tumbuhan
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015
Penguji luar komisi pada Sidang Tesis:
Dr. Ir. Aris Tjahjoleksono, DEA
Judul Tesis : Peningkatan Pertumbuhan dan Hasil Jagung dengan Pemberian
Pupuk Hayati Berbasis Bakteri Pemacu Pertumbuhan pada Tanah
Asam
Nama
: Garuda
NIM
: G353114011
Disetujui oleh
Komisi Pembimbing
Dr Triadiati, MSi
Ketua
Dr Nisa Rachmania M., MSi
Anggota
Diketahui oleh
Ketua Program Studi
Biologi Tumbuhan
Dekan Sekolah Pascasarjana
Dr Ir Miftahudin, MSi
Dr Ir Dahrul Syah, MScAgr
Tanggal Ujian: 22 Januari 2015
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah azza wa jalla atas segala
karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih
dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan April 2013 ini ialah pupuk hayati,
dengan judul Peningkatan Petumbuhan dan Hasil Jagung dengan Pemberian
Pupuk Hayati Berbasis Bakteri Pemacu Pertumbuhan pada Tanah Asam.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Ibu Dr Triadiati, M.Si dan Ibu Dr
Nisa Rachmania Mubarik, M.Si selaku pembimbing serta rekan-rekan mahasiswa
di program studi Biologi Tumbuhan. Terima kasih kepada Kementrian Pendidikan
dan Kebudayaan Indonesia yang telah mendanai penelitian ini melalui Bantuan
Operasional Perguruan Tinggi Negeri (BOPTN) tahun 2013 yang diberikan
kepada Ibu Dr Triadiati, M.Si. Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada
ayah, ibu, serta seluruh keluarga, atas segala doa dan kasih sayangnya.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor,
Februari 2015
Garuda
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR LAMPIRAN
vi
1 PENDAHULUAN
Latar Belakang
Tujuan Penelitian
Manfaat Penelitian
1
1
1
2
2 TINJAUAN PUSTAKA
Lahan Marginal
Pengelolaan Lahan Marginal untuk Pertanian
Pupuk Hayati
Zat Pengatur Tumbuh (ZPT)
2
2
2
3
4
3 METODE
Waktu dan Tempat Penelitian
Bahan
Rancangan Penelitian
Pengolahan Lahan dan Penanaman
Analisis Tanah
Analisis Potensi pada Mikrob
Pembuatan Pupuk Hayati dan Pupuk Organik
Pengamatan
Analisis Data
4
4
5
5
5
5
6
7
7
7
4 HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil Seleksi Potensi Mikrob
Hasil Analisis Tanah
Pertumbuhan Vegetatif Jagung
Produksi Jagung
Jumlah Populasi Mikrob
8
8
8
10
14
15
5 SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Saran
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
RIWAYAT HIDUP
16
16
16
16
21
24
DAFTAR TABEL
1 Hasil analisis potensi mikrob yang digunakan dalam penelitian
2 Analisis tanah untuk penanaman jagung di Jasinga sebelum dan
sesudah tanam
3 Bobot basah dan kering tajuk, panjang dan bobot kering akar serta
bobot akar mati jagung yang ditanam di tanah asam Jasinga
4 Panjang, diameter, dan bobot tongkol jagung serta bobot 100 butir
jagung yang ditanam di tanah asam Jasinga
5 Jumlah populasi mikrob selama penanaman jagung pada 4 minggu
setelah tanam (MST) dan 15 MST
8
9
13
14
15
DAFTAR LAMPIRAN
1 Denah petak percobaan
2 Kriteria penilaian sifat kimia tanah
22
23
1 PENDAHULUAN
Latar Belakang
Bahan organik (kompos) sangat penting untuk meningkatkan sifat biologi
tanah dalam rangka menciptakan lingkungan yang baik untuk perakaran tanaman
(Altuhais et al. 2014), seperti yang digunakan pada pertanian lahan kering dengan
kualitas tanah rendah. Sebagian besar wilayah Indonesia khususnya Jawa Barat
didominasi oleh lahan kering berupa tanah podsolik merah kuning dengan tingkat
keasaman tinggi (pH rendah 4.0-4.5), sehingga dikenal sebagai tanah asam.
(Subagyo et al. 2004).
Pemanfaatan bahan organik dan mikrob berguna untuk mengembangkan
pertanian berkelanjutan dan untuk meminimalkan penggunaan bahan kimia
anorganik (Ghorbani et al. 2008). Oleh karena itu, pupuk hayati diperkenalkan
sebagai pupuk alternatif untuk mengurangi pupuk kimia dan dapat menjaga
lingkungan dalam jangka panjang (Mezuan et al. 2004). Aplikasi mikrob dalam
pertanian organik dapat menghasilkan zat pengatur tumbuh (ZPT) yang dapat
meningkatkan ketersediaan dan efisiensi penyerapan unsur hara, menekan mikrob
patogen tanah (Mahfouz dan Sharaf-Eldin 2007) dan meningkatkan
perkembangan sistem perakaran tanaman serta meningkatkan aktivitas mikrob
tanah yang menguntungkan (Wu et al. 2005). Penelitian sebelumnya melaporkan
bahwa kompos diperkaya pupuk hayati yang mengandung Azotobacter sp.13,
Azospirillum sp IDM3, Bacillus sp.TG1, dan Pseudomonas sp. PD13 ditambahkan
dengan 50% pupuk NPK dapat meningkatkan bobot produksi jagung pipilan per
tanaman sebesar 274,6% yang ditanam di lahan Kebun Percobaan Cikabayan,
Bogor (Fadiluddin 2009).
Penerapan kompos diperkaya pupuk hayati berisi empat isolat potensial
yaitu Bacillus galur DM4, Pseudomonas galur PD13, Azospirillum galur IDM3
dan Azotobacter galur 23TC di tanah asam (pH 4.3) Kubu Raya, Kalimantan
Barat belum mampu meningkatkan pertumbuhan dan produksi jagung serta belum
mampu mengurangi kebutuhkan dosis NPK 100% (Suripti 2012). Oleh karena itu,
penerapan pupuk hayati pada tanah asam masih memerlukan penyesuaian dan
peningkatan kualitas dengan meningkatkan jumlah mikrob potensial pada
konsorsium pupuk hayati. Sehingga, perlu dilakukan penelitian lebih lanjut untuk
memperkaya konsorsium pupuk hayati dan mengetahui kemampuannya dalam
meningkatkan pertumbuhan tanaman di tanah asam.
Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk meningkatkan pertumbuhan dan hasil jagung
yang ditanam pada tanah asam dengan menggunakan pupuk hayati hasil
pengayaan isolat bakteri penghasil zat pengatur tumbuh.
2
Manfaat Penelitian
Hasil penelitian ini diharapkan dapat bermanfaat bagi pertanian jagung di
lahan marginal khususnya lahan asam, dapat mengurangi kebutuhan akan pupuk
kimia dan memperkaya konsorsium pupuk hayati yang berkualitas baik, serta
pengembangan dan pemanfaatan pupuk organik di Indonesia.
2 TINJAUAN PUSTAKA
Lahan Marginal
Lahan marginal dapat diartikan sebagai lahan yang memiliki mutu rendah
karena memiliki beberapa faktor pembatas jika digunakan untuk suatu keperluan
tertentu. Tanpa perlakuan yang berarti budidaya pertanian di lahan marginal tidak
akan memberikan keuntungan (Yuwono 2009). Lahan marginal di Indonesia
dijumpai baik pada lahan basah maupun lahan kering. Lahan basah berupa gambut,
lahan sulfat asam dan rawa, sedangkan lahan kering berupa tanah ultisol dan
oxisol (Suprapto 2003).
Ultisol dan oxisol merupakan contoh jenis tanah asam karena terbentuk
proses pelapukan yang intensif berlangsung dalam iklim tropik bersuhu panas
dengan curah hujan yang tinggi. Jenis tanah ini banyak dijumpai di daerah Jawa
terutama Jawa Barat. tanah Ultisol umumnya mempunyai pH rendah yang
menyebabkan kandungan Al, Fe, dan Mn terlarut tinggi sehingga dapat meracuni
tanaman. Jenis tanah ini biasanya miskin unsur hara esensial makro seperti N, P,
K, Ca, dan Mg; unsur hara mikro Zn, Mo, Cu, dan B, serta bahan organik
(Prasetyo dan Suriadikarta 2006).
Pengelolaan Lahan Marginal untuk Pertanian
Salah satu konsep dalam memperbaiki kesuburan tanah yang berwawasan
lingkungan hidup ialah Low External Input Sustainable Agriculture (LEISA).
LEISA adalah Pertanian dengan masukan rendah tetapi mengoptimalkan
pemanfaatan sumberdaya alam (tanah, air, tumbuhan dan hewan), manusia
(tenaga, pengetahuan dan keterampilan) yang tersedia di tempat dan layak secara
ekonomis.
Prinsip dasar LEISA adalah menjamin kondisi tanah yang mendukung
pertumbuhan tanaman, khususnya dengan mengelola bahan organik dan
meningkatkan kehidupan mikrob di dalam tanah (soil regenerator),
mengoptimalkan ketersediaan dan menyeimbangkan aliran unsur hara, khususnya
melalui penambatan nitrogen, pendaur ulangan unsur hara dan pemanfaatan pupuk
luar sebagai pelengkap, meminimalkan kerugian sebagai akibat radiasi matahari,
udara dan air dengan pengelolaan iklim mikro, saling melengkapi dan sinergi
dalam penggunaan sumberdaya genetik yang mencakup penggabungan dalam
sistem pertanian terpadu dengan tingkat keanekaragaman fungisonal tinggi
(Hasanudin 2003).
3
Beberapa aplikasi praktis dari konsep LEISA adalah penggunaan pupuk
organik dan anorganik serta pemberian pupuk hayati. Hasil penelitian Hasanudin
et al. (2007) menunjukkan bahwa pemberian pupuk kandang pada berbagai dosis
mampu menurunkan aluminium-dapat ditukar (Al-dd) sekaligus meningkatkan pH
tanah walaupun peningkatan pH tanah tidak sesignifikan penurunan Al-dd.
Peningkatan pH diikuti dengan peningkatan P tersedia tanah. Pemberian bahan
organik pada tanah asam dapat meningkatkan serapan P dan hasil tanaman jagung
karena setelah bahan organik terdekomposisi akan menghasilkan beberapa unsur
hara seperti N, P, dan K serta menghasilkan asam humat dan fulvat yang
memegang peranan penting dalam pengikatan Fe dan Al yang larut dalam tanah
sehingga ketersediaan P akan meningkat (Hasanudin 2003).
Beberapa mikrob tanah seperti Rhizobium, Azospirillum, Azotobacter,
mikoriza, dan bakteri pelarut fosfat, bila dimanfaatkan secara tepat dalam sistem
pertanian akan membawa pengaruh yang positif baik bagi ketersediaan hara yang
dibutuhkan tanaman, lingkungan edafik, maupun upaya pengendalian beberapa
jenis penyakit, sehingga akan dapat diperoleh pertumbuhan dan produksi tanaman
yang optimal, dan hasil panen maksimal. Hasil penelitian Arimurti et al. (2006)
menunjukkan bahwa perlakuan bakteri pelarut fosfat (BPF) mampu meningkatkan
pertumbuhan tanaman jagung pada tanah asam.
Pupuk Hayati
Pupuk hayati merupakan substansi yang mengandung mikrob hidup, bila
diaplikasikan pada benih, permukaan tanaman atau tanah maka dapat memacu
pertumbuhan tanaman tersebut (Vessey 2003). Mikrob dapat berperan dalam
pertumbuhan tanaman melalui beberapa mekanisme, antara lain: meningkatkan
ketersediaan unsur-unsur hara di dalam tanah dan meningkatkan kemampuan
bersaing dengan patogen akar (Weller et al. 2002). Hal tersebut disebabkan
kemampuan mikrob dalam menghasilkan ZPT (IAA, sitokinin, dan giberelin)
yang dapat meningkatkan pertumbuhan rambut-rambut akar sehingga penyerapan
air dan hara mineral menjadi lebih efisien (Lerner et al. 2006).
Penggunaan pupuk hayati (Azotobacter, Azospirillum, Pseudomonas,
Bacillus, dan Rhizobium) mampu meningkatkan kandungan IAA rata-rata sebesar
73-159 % pada tanaman caisim, jagung, dan kedelai (Wibowo 2007). Inokulasi
bakteri Azospirillum sp. pada tanaman jagung mampu mengurangi kebutuhan
pupuk N sampai pada dosis 100 kg/ha (Kristanto et al. 2002). Selain itu, Suripti
(2012) melaporkan bahwa aplikasi kompos yang diperkaya pupuk hayati
mempengaruhi kandungan klorofil daun jagung serta dapat menurunkan
penggunaan NPK sampai dosis 50% dari rekomendasi. Pupuk hayati dapat
meningkatkan pertumbuhan dan produksi tanaman melalui beberapa cara,
diantaranya dengan penyediaan unsur hara, fiksasi nitrogen dari udara oleh
Azotobacter dan Azospirillum (Isminarni et al. 2007) ataupun melalui mekanisme
pelarutan unsur hara seperti fosfor dan kalium oleh Bacillus dan Pseudomonas
(Han dan Lee 2005) dan mensintesis zat pengatur tumbuh seperti auksin, sitokinin,
dan giberelin (Haefele et al. 2008).
Rhizobakteri merupakan bakteri tanah yang berkoloni di daerah perakaran
tanaman. Rhizobakteri dapat digolongkan ke dalam 3 kelompok, yaitu
rhizobakteri yang menguntungkan, rhizobakteri yang merugikan, dan rhizobakteri
4
yang bersifat netral (Kloepper et al. 2004). Rhizobakteri yang menguntungkan
dikenal sebagai Plant Growth Promoting Rhibacteria (PGPR). PGPR sebagai
pemacu pertumbuhan berperan secara langsung maupun tidak langsung. PGPR
dapat berperan secara langsung dengan cara meningkatkan penyediaan hara serta
menghasilkan hormon pertumbuhan, sedangkan peranannya yang tidak langsung
dengan cara memproduksi senyawa-senyawa metabolit seperti antibiotik serta
menekan pertumbuhan fitopatogen dan serangan mikrob lain (Zhang et al. 1997).
Zat Pengatur Tumbuh (ZPT)
Plant Growth Promoting Rhibacteria (PGPR) berfungsi untuk
meningkatkan pertumbuhan tanaman baik secara langsung maupun tidak langsung.
PGPR dapat menunjukkan beberapa karakteristik untuk mempengaruhi
pertumbuhan tanaman. Sifat yang umum dari PGPR adalah menghasilkan zat
pengatur tumbuh (auksin, giberelin, dan etilen) dan siderofor. Asam indol asetat
(IAA) adalah salah satu auksin aktif secara fisiologi. IAA adalah produk umum
dari metabolisme L-triptofan oleh mikrob (Shahab et al. 2009).
Sitokinin memiliki peran kunci dalam regulasi pertumbuhan dan
perkembangan tanaman. Sitokinin meningkatkan perkecambahan biji,
pembentukan tunas, pelepasan tunas dari dominasi apikal, stimulasi perluasan
daun dan perkembangan reproduksi, dan penghambatan dari penuaan (Timmusk
et al. 1999). Auksin dan sitokinin di dalam jaringan tumbuhan memiliki sifat yang
berlawanan (Bishopp et al. 2011), sehingga perbandingan konsentrasi keduanya
dalam jaringan tumbuhan akan menentukan arah pertumbuhan tanaman.
Perbandingan konsentrasi tinggi auksin terhadap sitokinin menyebabkan
terjadinya dominansi apikal dan inisiasi akar lateral serta pemanjangan akar
(Aloni et al. 2006), namun jika perbandingannya rendah akan memacu
pembentukan cabang lateral (Shimizu-Sato et al. 2009).
Etilen adalah salah satu pengatur tumbuh yang dihasilkan oleh tanaman
tingkat tinggi dan juga oleh mikrob. Etilen memainkan beberapa peran aktif dalam
tumbuhan termasuk perkecambahan, pembentukan akar dan tunas,
perkecambahan biji, dan respon tanaman terhadap stress (Thuler et al. 2003).
Giberelin adalah zat pengatur tumbuh yang berfungsi untuk memacu
perkecambahan, misalnya memecah dormansi dan menstimulasi pemanjangan
tunas. Bukti produksi GA3 oleh PGPR masih jarang, namun Gutierrez-Manero et
al. (2001) memberikan bukti bahwa empat bentuk berbeda dari GA3 diproduksi
oleh Bacillus pumilus dan B. licheniformis (Vessey 2003). Giberelin memiliki
peranan dalam proses fisiologi tanaman salah satunya adalah pembungaan.
3 METODE
Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian dilaksanakan di Lahan Pertanian Jasinga, Kabupaten Bogor dan
Laboratorium Fisiologi Tumbuhan Departemen Biologi, Fakultas MIPA, Institut
Pertanian Bogor yang dimulai dari bulan April sampai dengan Desember 2013.
5
Bahan
Bahan yang digunakan meliputi benih jagung varietas Metro yang biasa
ditanam di tanah asam dan pupuk organik terdiri atas jerami dan pupuk kandang
(1:1 b/b) yang telah dikomposkan. Isolat bakteri yang diuji potensinya adalah
Bacillus (galur HI4, PI4, TK4, dan TG1), Pseudomonas galur P3A2, Azospirillum
(galur KBMN4I dan BGR2-2), dan Azotobacter (galur 12Aa dan 23TB) yang
merupakan koleksi Departemen Biologi dan disimpan di IPB Culture Collection
(IPBCC) FMIPA, IPB. Uji potensi isolat dilakukan untuk mengetahui kemampuan
menghasilkan ZPT, fiksasi nitrogen, dan pelarut fosfat. Pupuk hayati (PH) yang
digunakan terdiri atas 2 jenis konsorsium, yaitu PH 1 berisi 4 jenis isolat bakteri
Bacillus DM3, Pseudomonas PD13, Azospirillum IDM3, dan Azotobacter 23TC.
Konsorsium PH 2 berisi 7 isolat bakteri yang terdiri atas 4 jenis isolat PH 1
ditambah dengan 3 isolat terpilih hasil uji potensi. Komposisi pupuk NPK dosis
100% untuk tanaman jagung yaitu N (urea 100 kg/ha), P (SP-36 200 kg/ha) dan K
(KCl 100 kg/ha).
Rancangan Penelitian
Penelitian dilakukan berdasarkan metode rancangan acak kelompok (RAK)
satu faktor, dengan tujuh taraf perlakuan: (1) kontrol negatif (J0) tanpa pemberian
kompos dan pupuk hayati, (2) kontrol positif (J1) pemberian dosis NPK 100%, (3)
kompos diperkaya 4 isolat (J2), (4) kompos diperkaya 4 isolat + NPK dosis 50%
(J3), (5) kompos diperkaya 7 isolat (J4), (6) kompos diperkaya 7 isolat + NPK
dosis 50% (J5), (7) kompos saja (J6). Setiap taraf diulang sebanyak 3 kali,
sehingga didapatkan 21 unit percobaan. Setiap unit percobaan berupa satu petak
percobaan berukuran 3 m x 3 m.
Pengolahan Lahan dan Penanaman
Benih ditanam secara tugal dengan jarak tanam 70 cm x 40 cm sebanyak 2
benih/lubang. Aplikasi kompos diperkaya pupuk hayati diberikan pada saat
penanaman sebanyak 4,5 kg/plot atau setara dengan 5 ton/ha. Dosis pupuk NPK
100% yang diberikan ialah N, P, dan K masing-masing sebanyak 90, 180, dan 90
g/petak. Sedangkan untuk perlakuan dosis 50% NPK diberikan setengah dari
dosis 100%. Pupuk NPK diberikan sekali pada saat tanam.
Analisis Tanah
Sampel tanah diambil pada lapisan top soil sebelum tanam secara acak di
lokasi penanaman. Selain dilakukan analisis tanah, juga dilakukan analisis tanah
yang diberi kompos diperkaya 4 isolat dan kompos yang diperkaya 7 isolat.
6
Analisis Potensi pada Mikrob
Potensi isolat mikrob yang dianalisis ialah kemampuan penghasil ZPT
(auksin/IAA, giberelin/GA3, zeatin dan kinetin), fiksasi nitrogen, dan pelarut
fosfat. Analisis kemampuan fiksasi nitrogen dilakukan dengan metode Acetilen
Reduction Assay (ARA) (Barbosa et al. 2002) yang dimodifikasi berdasarkan
protokol Laboratorium Mikrobiologi Balai Penelitian Tanah Bogor. Sebanyak 1
ml suspensi kultur dimasukkan ke dalam tabung reaksi, 3 ml dari fase gas ditarik
dengan jarum suntik dan diganti dengan asetilen. Tabung reaksi diinkubasi selama
2 jam pada suhu 30oC dalam inkubator bergoyang. Gas etilen yang terbentuk
diukur dengan Gas Chromatography. Standar produksi etilen dibuat berdasarkan
etilen murni pada berbagai konsentrasi.
Kemampuan isolat untuk melarutkan fosfat dilakukan dengan cara
menumbuhkan isolat pada media Pikovskaya yang mengandung trikalsium fosfat
(Paul dan Sunda Rao 1971). Komposisi media tersebut yaitu 5 g glukosa, 2.5 g
Ca3(PO4)2, 0.1 g NaCl, 0.1 g KCl, 0.05 g MgSO4.7H2O, 1.25 Mg MnSO4.2H2O,
1.25 Mg FeSO4.7H2O, 0.25 g ekstrak khamir, 0.5 g (NH4)2SO4, 7.5 g agar-agar
dalam 500 ml akuades. Isolat digoreskan pada media Pikovskaya. Setelah
diinkubasi pada suhu 28oC selama tiga hari, zona bening yang terdapat di
sekeliling koloni diamati dan diukur indeks pelarutan fosfatnya berdasarkan
rumus (Nautiyal 1999):
Indeks pelarutan fosfat =
�
� � �
�
� �− �
� �
�
� �
�
Analisis produksi ZPT dilakukan menurut Unyayar et al. (1996). Kultur
bakteri Azotobacter dan Azospirillum ditumbuhkan selama 72 jam, sedangkan
bakteri Pseudomonas dan Bacillus selama 24 jam dalam media cair khusus yaitu
Nutrient Broth (NB) untuk Bacillus, Tryptic Soy Broth (TSB) untuk Pseudomonas,
Nitrogen Free-Base (NFB) untuk Azospirillum dan Lacto-Glucose Infusion (LGI)
untuk Azotobacter (Bansal et al. 2005) pada 37oC dan diaduk dengan kecepatan
150 rpm. Sebanyak 5 gr kultur dimasukkan ke dalam corong pemisah lalu
diekstraksi dengan larutan metanol, kloroform, dan 2N ammonium hidroksida
(12:5:3 v/v/v) sebanyak 100 ml dan ditambahkan 22,4 ml air destilata. Kemudian
didiamkan selama 24 jam. Fase air diambil sedangkan fase kloroform dibuang.
Selanjutnya, pH pada fase air diatur menjadi 2,5 dengan menambahkan HCl 7N,
kemudian diekstraksi sebanyak 3 kali dengan 15 ml etilasetat. Ekstrak didiamkan
hingga fase air dan fase etilasetat terpisah. Fase etilasetat diambil dan fase air
dilanjutkan untuk perlakuan berikutnya. Fase etilasetat yang diperoleh diharapkan
mengandung IAA dan GA3. Fase air berikutnya diatur pH nya menjadi 7 dengan
menambahkan 7N NaOH kemudian diekstraksi kembali sebanyak 3 kali dengan
15 ml etilasetat. Perlakuan ini akan menghasilkan kinetin bebas. Ekstrak IAA,
GA3, dan kinetin yang diperoleh selanjutnya dievaporasi. Ekstrak kering yang
diperoleh kemudian ditimbang ± 0,1-0,5 mg dan dilarutkan dalam 10 ml metanol
kemudian diukur menggunakan spektrofotometer UV-VIS pada panjang
gelombang 253 nm untuk GA3, 279,6 nm untuk IAA, 267,8 nm untuk kinetin, dan
268 nm untuk zeatin. Konsentrasi ZPT pada sampel yang diperoleh dihitung
dengan persamaan kurva standar ZPT murni.
7
Hasil pengujian potensi isolat dipilih 3 isolat terbaik yang akan digunakan
untuk memperkaya konsorsium pupuk hayati yang telah digunakan pada
penelitian Suripti (2012) yaitu Bacillus DM3, Pseudomonas PD13, Azospirillum
IDM3, dan Azotobacter 23TC.
Pembuatan Pupuk Hayati dan Pupuk Organik
Mikrob potensial yang terpilih terlebih dahulu diremajakan, kemudian
diinokulasikan ke dalam media cair spesifik untuk masing-masing isolat dan
diinkubasi selama 24 jam untuk Bacillus dan Pseudomonas, 48 jam untuk
Azotobacter dan Azospirillum hingga jumlah selnya mencapai 108 sel/ml.
Sebanyak 2000 ml media yang berisi biakan bakteri disentrifugasi dengan
kecepatan 2851 x g selama 15 menit kemudian disaring menggunakan vacum
filter untuk memisahkan bakteri dengan media sehingga dihasilkan pasta bakteri,
kemudian sebanyak 50 ml pasta bakteri dimasukkan ke dalam 1 kg gambut steril.
Pembuatan pupuk kompos dilakukan dengan penyiapan jerami dan kotoran
sapi (1 : 1 b/b). Jerami dan kotoran sapi tersebut kemudian disusun masingmasing dalam 5 lapisan, kemudian ditutup menggunakan terpal. Pembalikan
dilakukan setiap 10 hari dan pengukuran suhu setiap 3 hari. Setelah 3 minggu
(setengah matang), dilakukan pemisahan sebagian kompos untuk dibuat kompos
yang diperkaya dengan menambahkan pupuk hayati sebanyak 2,5% dari bobot
bahan kompos. Kompos yang tidak ditambah dengan pupuk hayati tetap dibiarkan
hingga matang dan siap panen. Kompos dipanen setelah 1,5 bulan (Suripti 2012).
Pengamatan
Parameter yang diamati dalam penelitian ini antara lain: (a) pertumbuhan
vegetatif tanaman meliputi: tinggi tanaman, jumlah daun, diameter batang, bobot
basah dan kering tajuk serta bobot kering akar dan bobot akar mati. Pengamatan
terhadap pertumbuhan vegetatif tanaman dilakukan setiap 7 hari setelah tanaman
berumur 14 hari; (b) produksi tanaman meliputi: panjang, diameter, dan bobot
tongkol, serta bobot 100 butir jagung kering panen; (c) populasi mikrob pada
kompos diperkaya dengan menggunakan metode cawan hitung pada media
selektif. Penghitungan populasi mikrob dilakukan setiap 7 hari setelah tanaman
berumur 14 hari sampai panen.
Analisis Data
Data hasil pengamatan berupa pertumbuhan vegetatif dan produksi tanaman
dianalisis dengan ANOVA pada tingkat kepercayaan 95%. Data yang
memperlihatkan perbedaan nyata, diuji lanjut dengan Uji Duncan (DMRT).
8
4 HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil Seleksi Potensi Mikrob
Isolat diseleksi berdasarkan kemampuannya dalam fiksasi nitrogen,
produksi ZPT dan pelarutan fosfat. Hasil seleksi isolat terpilih 3 isolat terbaik
berdasarkan nilai tertinggi setiap komponen uji yang dianalisis, yaitu:
Pseudomonas P3A2, Azotobacter 12Aa, dan Azospirillum BGR2-2 (Tabel 1).
Tabel 1 Hasil analisis potensi mikrob yang digunakan dalam penelitian
No
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Jenis Isolat
Bacillus HI 4
Bacillus PI 4
Bacillus TK 4
Bacillus TG 1
Pseudomonas P3A2
Azotobacter 23TB
Azotobacter 12Aa
Azospirillum BGR2-2
Azospirillum KBMN4-1
Fiksasi N
Produksi
etilen
(ppm)
0.296
0.298
0.295
0.297
0.297
0.295
0.299
0.298
0.297
Potensi
Produksi ZPT (ppm)
IAA
GA3
Zeatin
Kinetin
5.63
4.02
3.98
4.71
23.02
30.17
2.31
32.96
5.71
189.50
122.00
120.00
160.50
516.50
116.00
100.00
477.00
237.50
0.98
1.05
0.91
0.98
4.63
6.69
9.60
5.45
0.52
2.26
2.50
2.07
2.25
19.37
18.29
1.65
16.19
1.25
Pelarut P
Indeks
zona
bening
6.85
7.60
7.20
6.77
9.15
8.52
8.30
5.75
8.80
Bakteri yang hidup bebas di sekitar perakaran tanaman seperti Bacillus,
Pseudomonas, Azotobacter, dan Azospirillum dikenal sebagai plant growth
promoting rhizobacteria (PGPR). PGPR mempengaruhi pertumbuhan tanaman
secara langsung melalui fiksasi N, mobilisasi unsur hara, dan produksi zat
pengatur tumbuh (Khalid et al. 2009). Aplikasi Bacillus dan Azotobacter pada
tanaman jagung mampu meningkatkan unsur hara N melalui fiksasi N2 dari udara
dan unsur P melalui pelarutan fosfat terikat (Wu et al. 2005). Lebih lanjut
Aslantas et al. (2007) melaporkan bahwa aplikasi Pseudomonas dan Bacillus pada
tanaman apel terbukti mampu menghasilkan ZPT seperti auksin, geberelin dan
kinetin
Hasil Analisis Tanah
Kondisi tanah sebelum penanaman memiliki kesuburan rendah dengan pH
sangat asam (< 4.5), kandungan C-organik sangat rendah (< 0.1 %), unsur N
rendah (0.1 – 0.2 %), unsur P sangat rendah (< 5 ppm), unsur K rendah (< 0.3
cmol/kg), Ca tinggi (11 – 20 cmol/kg), Mg tinggi (2 – 8 cmol/kg), Kapasitas
Tukar Kation (KTK) sedang (17 – 24 cmol/kg) dan Al sangat rendah (< 10 %)
(Lampiran 2). Kondisi tanah seperti ini disebabkan oleh curah hujan yang tinggi
menyebabkan kation basa tercuci, sehingga kation Al dan H menjadi dominan
dalam tanah yang menyebabkan tanah bereaksi asam. Kejenuhan Al tinggi
menyebabkan P-tersedia tanah menjadi rendah karena terfiksasi oleh Al.
Kandungan C-organik rendah karena kandungan bahan organik sangat sedikit
sehingga tidak dapat menyumbangkan hara (Herviyanti et al. 2012).
9
Kondisi tanah setelah penanaman dengan pemberian kompos yang
diperkaya pupuk hayati menjadi lebih baik. Kesuburan tanah meningkat dengan
peningkatan pH tanah, kandungan C-organik, kandungan unsur hara makro, serta
penurunan kandungan Al tanah (Tabel 2). Peningkatan kualitas tanah disebabkan
penambahan kompos dan pupuk hayati. Kompos merupakan sumber bahan
organik tanah dan sumber C dan N untuk pertumbuhan mikrob. Sumarno et al.
(2009) menyatakan bahwa penambahan bahan organik tanah berperan sebagai
cadangan dan pemasok hara tanaman terutama N, P, K, S, dan hara mikro yang
menyediakan sumber energi bagi kehidupan dan aktivitas mikrob tanah serta
meningkatkan kapasitas penyimpanan air tanah. Mikrob memanfaatkan sumber C
dan N untuk pertumbuhan dan aktivitas metabolismenya. Mikrob dalam pupuk
hayati mampu menghasilkan ZPT, memfiksasi nitrogen dari udara serta mampu
melarutkan fosfat terikat. Pupuk hayati yang mengandung bakteri pelarut fosfat
dapat membebaskan fosfat terikat menjadi fosfat terlarut sehingga tersedia dan
dapat dimanfaatkan oleh tanaman (Fitriatin 2009). Bakteri dalam pupuk hayati
khususnya bakteri fiksasi nitrogen berperan penting dalam siklus nitrogen yang
dapat menyediakan unsur N bagi pertumbuhan tanaman (France et al. 2009).
Bahan organik mampu meningkatkan pH tanah karena asam-asam organik
hasil dekomposisi akan mengikat Al membentuk senyawa kompleks sehingga Al
tidak terhidrolisis lagi. Selain itu, bahan organik yang telah termineralisasi akan
melepaskan mineralnya berupa anion basa sehingga meningkatkan pH tanah
(Suntoro et al. 2001). Lebih lanjut Yuliana (2012) menyatakan bahwa tanah yang
mempunyai pH rendah akan meningkat pH-nya karena pembebasan ion OH- hasil
reduksi mineral bahan organik.
Pemberian PH 2 yang berisi 7 isolat bakteri lebih meningkatkan kesuburan
tanah dibandingkan dengan PH 1 yang berisi 4 isolat bakteri. Nilai pH tanah dan
kandungan hara makro pada pemberian kompos diperkaya 7 isolat lebih tinggi
dari kompos diperkaya 4 isolat (Tabel 2). Hal ini disebabkan jumlah populasi
mikrob pada PH 2 lebih banyak dibandingkan PH 1. Peningkatan jumlah populasi
mikrob meningkatkan laju dekomposisi bahan organik dan pelepasan asam
organik yang memacu peningkatan pH tanah (Suntoro et al. 2001). Ketersediaan
unsur hara dalam tanah dipengaruhi oleh pH tanah. Nilai pH tanah yang optimal
untuk ketersediaan semua unsur hara berkisar 5.0 – 6.0 (Bagayoko et al. 2000).
Tabel 2 Analisis tanah untuk penanaman jagung di Jasinga sebelum dan sesudah
tanam
Parameter
pH
Corg
%
0.97
N
P
(ppm)
0.6
K
Ca
Mg
cmol/kg
12.09
7.75
KTK
Sebelum tanam
4.4
0.14
0.22
24.6
Sesudah tanam
Kompos + 4 isolat 4.9
1.45 0.17 27.6
5.98
28
10.02 27.91
Kompos + 7 isolat 5.5
1.84 0.21 73.9
16.06 23.43
7.25
24.55
Keterrangan: Tanah yang dianalisis untuk penanaman jagung tidak mendapat pupuk NPK
Al3+
(me/100g)
1.14
0.0
0.0
10
Pertumbuhan Vegetatif Jagung
Tinggi tanaman, jumlah daun, dan diameter batang tanaman jagung pada
perlakuan J1, J3, dan J5 tidak berbeda nyata (p>0.05) pada umur 2 – 7 minggu
setelah tanam (MST), namun memperlihatkan perbedaan dengan perlakuan yang
lain (Gambar 1).
Perbedaan tinggi tanaman (Gambar 1a), jumlah daun (Gambar 1b), dan
diameter batang (Gambar 1c) diduga karena unsur nitrogen yang tersedia dalam
tanah pada perlakuan tanpa pupuk hayati rendah (Tabel 2). Hal tersebut berkaitan
dengan jumlah Azotobacter dan Azospirillum sebagai bakteri fiksasi nitrogen
dalam kompos diperkaya sebelum penanaman masih rendah yaitu 2.10 8 sel/ml.
Jumlah bakteri tersebut mengalami peningkatan saat tanaman berumur 4 MST
(Tabel 5). Pemberian pupuk hayati yang mengandung bakteri fiksasi nitrogen
menjadi salah satu penyebab peningkatan unsur hara nitrogen dalam tanah. Selain
mampu memfiksasi nitrogen mikrob dalam pupuk hayati juga mampu mensintesis
ZPT seperti auksin, sitokinin, dan giberelin (Tabel 1) yang juga mempengaruhi
pertumbuhan tanaman yang diamati. Auksin menginduksi protein yang ada di
membran sel untuk memompa ion H+ ke dinding sel sehingga menginisiasi
pemajangan sel. Interaksi auksin dan giberelin menginduksi perkembangan
jaringan pembuluh dan mendorong pembelahan sel pada kambium pembuluh
sehingga mendukung pertumbuhan diameter batang (Taele et al. 2006).
Berdasarkan hasil penelitian yang dilakukan oleh Mahdi et al. (2010), bahwa
Azospirillum mampu mengikat 20-40 kg/ha nitrogen, menghasilkan zat pengatur
tumbuh, serta berasosiasi dengan berbagai tanaman terutama tanaman C4.
Pupuk hayati kombinasi dengan dosis 50% NPK nyata (p