3
unsur hara. Oleh karena itu dalam terminologinya senyawa-
senyawa kimia yang berfungsi sebagai substansi inti di dalam
tubuh tanaman diistilahkan sebagai nutrisi tanaman.
Material anorganik yang diperoleh dari udara dan dari dalam tanah yang digunakan sebagai sumber bahan baku oleh tubuh
tanaman disebut mineral unsur hara. Mineral adalah perse-
nyawaan logam maupun non logam yang terlibat dalam proses kimia dan berada dalam bentuk anorganik. Penye-
rapan, penggunaan dan asimilasi senyawa anorganik atau mineral-mineral tersebut oleh tanaman dimanfaatkan untuk
mensintesis bahan ataupun senyawa guna mendukung per- tumbuhan, perkembangan, pembentukan struktur dan kese-
luruhan proses fisiologisnya.
1.2. Unsur Hara Esensial
Pada tahun 1840 Liebig mengemukakan hukum mi- nimum the law of minimum yang menyatakan bahwa pro-
duktivitas tanah ditentukan oleh proporsi mineral yang jum- lahnya minimal. Selanjutnya Julius von Sachs 1860, seo-
rang ahli botani Jerman membuktikan untuk pertama kalinya bahwa tanaman dapat ditanam dari mulai benih sampai fase
4
dewasa dalam larutan yang mengandung unsur hara secara lengkap tanpa menggunakan media tanah. Teknik ini akhir-
nya dikenal dengan nama hidroponik. Dalam perkembangan- nya, pada tahun 1939 Arnon Stout menyatakan bahwa
suatu unsur hara dikategorikan sebagai unsur hara esensial jika:
1. Unsur-unsur tersebut bersifat mendukung pertumbuhan
tanaman untuk bereproduksi secara normal. Jika unsur tersebut tidak ada, maka tanaman tidak dapat memenuhi
kebutuhan siklus pertumbuhannya atau tanaman sama sekali tidak dapat menghasilkan biji.
2. Kebutuhan akan unsur hara tersebut bersifat spesifik dan
tidak dapat digantikan oleh unsur hara lain. Dengan kata lain, kekurangan unsur hara tersebut tidak dapat dipenuhi
oleh unsur hara lain. 3.
Unsur hara tersebut harus terlibat langsung dalam proses metabolisme tanaman.
Sementara itu Epstein 2005 menambahkan bahwa unsur hara esensial adalah bagian dari suatu molekul yang
merupakan komponen inti dalam struktur atau dalam metabo- lisme tanaman. Jika tanaman sangat kekurangan unsur hara
5
akan ditunjukkan oleh pertumbuhan, perkembangan atau re- produksinya yang abnormal terutama jika dibandingkan de-
ngan tanaman yang tidak mengalami kekurangan unsur hara. Sebagai contoh, unsur hara Mg merupakan komponen pe-
nyusun molekul khlorofil dan sangat berperan dalam proses fotosintesis Marschner, 1995. Dalam hal ini untuk fungsi
yang sama, unsur hara Mg tidak dapat digantikan oleh unsur hara lainnya; dimana selain unsur hara juga diperlukan ada-
nya co-factor dalam berbagai bentuk enzim yang terlibat da- lam respirasi seluler dan lintasan metabolik.
Sebanyak enam belas unsur hara mempunyai sifat esensial bagi pertumbuhan dan perkembangan tanaman ting-
kat tinggi. Dengan perkecualian unsur karbon, nitrogen, hi- drogen dan oksigen yang dipasok dari udara, CO
2
dan air, mayoritas unsur hara lainnya berasal dari komponen mineral
yang ada di dalam tanah Gambar 1. Sejalan dengan hal ini, ternyata komponen organik yang ada di dalam tanah meru-
pakan gudang reservoir unsur-unsur hara yang dapat segera tersedia bagi tanaman.
6 Gambar 1. Pasokan unsur hara untuk pertumbuhan tanaman
berasal dari udara dan dari dalam tanah mineral dan komponen organik Sumber: Bergmann, 1995.
Mineral-mineral unsur hara yang tersedia bagi tanam- an dan dapat diserap oleh perakaran tanaman berada dalam
bentuk ion-ion yang terlarut dalam larutan tanah. Pada umumnya sumber-sumber unsur hara yang ada di dalam ta-
nah dapat dibedakan atas:
7
a larutan tanah,
b koloid organik maupun anorganik yang mengadsorp-
sinya, c
bentuk senyawa anorganik yang tidak larut dan, d
bentuk terikat dalam senyawa-senyawa organik, baik dalam residu tanaman maupun hewan atau organisme
hidup lainnya. Faktor-faktor yang memengaruhi penyerapan unsur
hara oleh akar tanaman, terutama sekali berkaitan erat dengan bentuk dan keberadaan unsur tersebut. Di dalam tanah ion-
ion dapat segera tersedia bagi perakaran tanaman atau berada dalam bentuk terikat oleh unsur lain bahkan terikat juga oleh
partikel tanah itu sendiri fraksi liat. Jika reaksi tanah pH terlalu alkalis atau terlalu masam, maka mineral-mineral akan
menjadi tidak tersedia bagi tanaman. Selama masa pertumbuhan dan perkembangannya, ta-
naman akan membutuhkan sejumlah unsur hara esensial. Ber- dasarkan kebutuhannya, unsur hara yang diperlukan tanaman
dalam jumlah besar disebut unsur hara makro yang meliputi: N, P, K, Ca, Mg, dan S; sementara unsur hara yang di-
perlukan tanaman dalam jumlah sedikit disebut unsur hara
8
mikro seperti: Fe, Mn, B, Mo, Cu, Zn, dan Cl Bergmann, 1995.
Mayoritas unsur hara dalam bentuk ionik yang ada di dalam larutan tanah akan diserap oleh akar tanaman baik da-
lam bentuk kation maupun anion Tabel 1.
Tabel 1. Bentuk dan fungsi unsur hara di dalam tanaman Unsur
hara Bentuk yang
diserap Fungsi dalam tanaman
C, H, O
N
S CO
2
HCO
3 -
H
2
O O
2
gas dari atmosfer
ion dari larutan
NO
3 -
, NH
4 +
, N
2
SO
4 2-
, SO
2 -
Komponen senyawa-senyawa organik dan air biomassa;
Sintesis ATP dalam mitokhon- dria dan khloroplas secara
semiosmotik; Akseptor elek- tron dalam proses respirasi;
Komponen ko-enzim A vita- min, sintesis struktur protein
asam amino Cystein Methi- onin, pembentuk khlorofil,
asam nukleat, hormon. Asimilasi dan proses oksidasi-
reduksi.
P
H
2
PO
4 -
HPO
4 2-
Proses fotosintesis, metabolis- me pertumbuhan tanaman, per-
9
B
Si H
2
BO
4 -
silikat dari
larutan tanah kembangan biji dan buah,
transfer sifat-sifat hereditas tanaman;
Komponen asam nukleat, protein fosfolipids, ko-enzim
terlibat dalam proses metabo- lisme gula, esterifikasi alkohol
tanaman, ester-fosfat terlibat dalam pemindahan energi
transportasi gula. Penting untuk pollinasi,
pembentukan dinding sel tanaman kelompok graminae
K,
Na Ca
Mg
Mn Cl
Ion dari larutan:
K
+
Ca
2+
Mg
2+
Mn
2+
Cl
-
Tegaknya tanaman, pembentuk sel, aktivator enzim, berperan
dalam pembentukan per- kembangan akar daun dan
buah, komponen lamela tengah Ca- pektat Mg-pektat;
Mengontrol aktivitas enzim, mengendalikan integritas
membran, dan 2
nd
messenger dari pusat fotosintesis ke mo-
lekul khlorofil, dimana O
2
dilepaskan. Tidak spesifik, menjaga kese-
imbangan potensial air osmo- tik, potensial elektro dan per-
gerakan sel-sel penjaga guard cells, aktivasi protein enzim,
10
keseimbangan kation dengan anion, mengatur respirasi, re-
sistensi terhadap penyakit. Diduga esensial dalam meta-
bolisme karbohidrat, pada beberapa tanaman dapat
disubstitusi oleh unsur K, sangat berperan dalam
tanaman kubis, selery, bit gula, lobak, kailan.
Fe Cu
Zn Mo
Ion khelat dari larutan:
Fe
2+
Fe
3+
Cu
2+
Zn
2+
MoO
4 2-
Dalam bentuk khelat sebagai gugus prostetik, donorakseptor
elektron oksidasireduksi; pembentuk khlorofil, katalisa-
tor proses metabolisme
Co Ni
Co
+
Ni
2+
Dalam jumlah kecil diperlukan untuk fiksasi N oleh tanaman
legum bakteri Rhizobium, esensial untuk pembentukan
vitamin B12 pada tanaman Clover
V
V
2+
Esensial untuk pertumbuhan ganggangalgae hijau. Non
esensial untuk tanaman tingkat tinggi, meskipun dapat me-
ningkatkan pertumbuhan ta-
11
naman padi, asparagus, selada, jagung dan barley. Fungsinya
belum diketahui pasti
unsur hara non esensial, tetapi diperlukan oleh tanaman tertentu saja Sumber: Bennet, 1993.
Pada saat mengabsorbsi unsur-unsur hara esensial da- lam bentuk anion, perakaran tanaman akan melepaskan
anion-anion bikarbonat HCO
3 -
dan hidroksil OH
-
; sedang- kan kation H
+
akan dilepaskan pada saat akar tanaman me- nyerap unsur hara dalam bentuk kation. Akibatnya, ion-ion
yang terikat pada koloid tanah dan diperlukan oleh tanaman akan terlepas dan terlarut di dalam larutan tanah Gambar 2.
a
12
Sistem Transportasi Kation
Bagian luar sel
Bagian dalam sel -70mV
Membran sel
ATP ADP
H H
H
H
+
yang dikeluarkan
K H
K K
K
Kation yang diserap
H
Co-transporter
H S
Transportasi dalam larutan pH neutral
b
Gambar 2a-b. Mekanisme transportasi penyerapan ka- tion ke dalam tubuh tanaman Sumber:
Marschner, 1995.
1.3. Dinamika Unsur C dan N di dalam Tanah