Pengaruh Pemupukan Nitrogen Dan Aplikasi Rhizobium Terhadap Efisiensi Serapan Nitrogen, Pertumbuhan Dan Hasil Tiga Varietas Kedelai
TINJAUAN PUSTAKA
Botani Kedelai
Kedelai merupakan tanaman asli Daratan Cina dan telah dibudidayakan
oleh manusia sejak 2500 SM. Sejalan dengan makin berkembangnya perdagangan
antarnegara yang terjadi pada awal abad ke-19, menyebabkan tanaman kedalai
juga ikut tersebar ke berbagai negara tujuan perdagangan tersebut, yaitu Jepang,
Korea, Indonesia, India, Australia, dan Amerika. Kedelai mulai dikenal di
Indonesia sejak abad ke-16. Awal mula penyebaran dan pembudidayaan kedelai
yaitu di Pulau Jawa, kemudian berkembang ke Bali, Nusa Tenggara, dan pulaupulau lainnya. Pada awalnya, kedelai dikenal dengan beberapa nama botani, yaitu
Glycine soja dan Soja max. Namun pada tahun 1948 telah disepakati bahwa nama
botani yang dapat diterima dalam istilah ilmiah, yaitu Glycine max (L.) Merill
(Adisarwanto, 2005).
Kedelai (Glycine max (L.) Merr.) merupakan anggota dari famili
Leguminosae, subfamili Papilionideae, dan termasuk ke dalam genus Glycine L.
(Johnson dan Bernard, 1963). Bibit kedelai berkecambah dengan tipe
perkecambahan epigeal dengan kotiledon tebal dan berdaging, berwarna kuning
atau hijau. Tanaman ini biasanya tegak dan merupakan herba tahunan yang lebat
dengan tinggi mencapai dua meter dan dalam beberapa kondisi agak merambat.
Sistem perakaran tunggang bercabang dengan panjang akar mencapai dua meter
(Adisarwanto, 2005).
Bunga kedelai termasuk bunga sempurna, artinya dalam satu bunga
terdapat alat kelamin jantan dan betina. Bunga dapat melakukan penyerbukan
7
sendiri, yaitu kepala putik diserbuki oleh tepung sari dari bunga yang sama.
Penyerbukan terjadi sebelum bunga mekar sehingga disebut penyerbukan
kleistogami (penyerbukan tertutup). Karena cara penyerbukannya tertutup,
kemungkinan terjadinya persilangan alami kurang dari 0,5%. Akibatnya suatu
varietas dapat dipertahankan kemurniannya hingga bertahun-tahun (Sumarno
1983).
Syarat Tumbuh
Tanaman kedelai dapat tumbuh pada kondisi suhu yang beragam. Suhu
tanah yang optimal dalam proses perkecambahan yaitu 30 oC. Bila tumbuh pada
suhu tanah yang rendah (30 oC),
banyak biji yang mati akibat respirasi air dari dalam biji yang terlalu cepat.
Disamping itu suhu tanah, suhu lingkungan juga berpengaruh terhadap
perkembangan tanaman kedelai. Bila suhu lingkungan sekitar 40 oC pada masa
tanaman berbunga, bunga tersebut akan rontok sehingga jumlah polong dan biji
kedelai yang terbentuk menjadi berkurang. Suhu yang terlalu rendah (10 oC),
seperti pada daerah subtropik, dapat menghambat proses pembungaan dan
pembentukan polong kedelai. Suhu lingkungan optimal untuk pembentukan bunga
yaitu 24 – 25 oC (Adisarwanto, 2005).
Pada umumnya kedelai menghendaki tanah yang berstruktur remah
dengan keasaman sedang (pH 5-7). Nilai pH ideal bagi pertumbuhan kedelai 6.06.8. Apabila pH diatas 7.0 kedelai mengalami klorosis sehingga tanaman menjadi
kerdil dan daunnya menguning. Sementara pada pH di bawah 5.0 kedelai
8
mengalami keracunan Al, Fe, dan Mn, sehingga pertumbuhannya terganggu
(Baharsjah, 1992).
Varietas Kedelai
Varitas unggul kedelai mempunyai keunggulan tertentu dibanding dengan
varietas lokal, keunggulan dapat berupa hasil yang lebih tinggi, batang lebih
pendek (genjah) lebih tahan terhadap hama/penyakit dan lain-lain. Kedelai yang
unggul untuk suatu daerah belum tentu unggul didaerah lain tergantung pada
topografi, iklim dan cara tanam (Litbang Deptan, 2004).
Tingkat hasil suatu tanaman ditentukan oleh interaksi faktor genetis
varietas unggul dengan lingkungan tumbuhnya seperti kesuburan tanah,
ketersediaan air, dan pengelolaan tanaman. Tingkat hasil varietas unggul yang
tercantum dalam deskripsi umumnya berupa angka rata-rata dari hasil yang
terendah dan tertinggi pada beberapa lokasi dan musim. Potensi hasil varietas
unggul dapat saja lebih tinggi atau lebih rendah pada lokasi tertentu dengan
penggunaan masukan dan pengelolaan tertentu pula (Gani, 2000)
Varietas kedelai toleran lahan kering masam yaitu Tanggamus, Nanti,
Sibayak, Seulawah dan Ratai dengan ukuran biji varietas yang dilepas tergolong
berbiji kecil dan sedang. Ukuran biji varietas yang dilepas kecil karena kedelai
toleran lahan kering masam umumnya berbiji kecil sampai sedang. Sedangkan
varietas yang memiliki produksi biji yang besar yaitu varietas Anjasmoro,
Argomulyo, Burangrang, Sibayak, Seulawah, Panderman, Ijen, Tanggamus,
Sinabung dan Kaba (Litbang Deptan, 2004).
9
Varietas atau klon introduksi perlu diuji adaptabilitasnya pada suatu
lingkungan untuk mendapatkan genotip unggul pada lingkungan tersebut. Pada
umumnya suatu daerah memiliki kondisi lingkungan yang berbeda terhadap
genotip. Respon genotip terhadap faktor lingkungan ini biasanya terlihat dalam
penampilan fenotipe dari tanaman bersangkutan (Darliah et. al, 2001)
Nitrogen
Nitrogen merupakan unsur hara esensial yang terdapat dalam jaringan
tumbuhan. Nitrogen merupakan penyusun dari banyak senyawa esensial bagi
tumbuhan, misalnya asam amino. Hal ini karena setiap molekul protein tersusun
dari asam-asam amino dan setiap enzim adalah protein, maka nitrogen juga
merupakan unsur penyusun protein dan enzim. Selain itu nitrogen juga
terkandung dalam klorofil, hormon sitokinin, dan auksin (Marschner 1995).
Ada dua bentuk utama ion nitrogen yang diserap dari tanah yaitu nitrat
(NO3-) dan ammonium (NH4+). Nitrogen terdapat dalam banyak senyawa penting
sehingga tidak mengherankan jika pertumbuhan akan lambat tanpa nitrogen.
Tumbuhan yang mengandung cukup nitrogen untuk pertumbuhan saja akan
menunjukkan gejala kekahatan yaitu klorosis yang biasa terjadi pada daun tua
(Salisbury dan Ross, 1995)
Pupuk nitrogen yang biasa digunakan adalah urea yang berbentuk butiran
kecil dan berwarna putih. Pupuk urea mudah dilarutkan dalam air sehingga sesuai
jika diaplikasikan melalui daun. Kelebihan pupuk daun adalah penyerapan
haranya lebih cepat dibandingkan melalui akar di tanah sehingga lebih cepat
menumbuhkan tunas. Hal ini bisa terjadi karena daun memiliki stomata yang
mampu membuka dan menutup tergantung pada tekanan turgornya. Stomata akan
10
membuka jika tekanan turgor meningkat, dan sebaliknya stomata akan menutup
jika tekanan turgor menurun. Salah satu faktor yang mempengaruhi tekanan turgor
adalah terik matahari dan angin. Pada saat daun mengalami penguapan, tekanan
turgor menurun dan stomata menutup. Pada saat daun mendapatkan semprotan air,
tekanan turgor akan meningkat dan stomata membuka untuk menyerap cairan. Hal
ini sangat bermanfaat bagi penyerapan hara jika hara diberikan dalam bentuk
cairan yang disemprotkan ke daun tanaman. Manfaat pupuk daun lainnya adalah
dosisnya rendah dengan aplikasi yang kontinu (Jones, 1982).
Pembungaan dan pembentukan biji terlambat pada beberapa tanaman
pertanian karena kelebihan nitrogen. Adapun gejala yang seringkali ditemui pada
beberapa tanaman yang kekurangan hara nitrogen yaitu tumbuhan berwarna hijau
muda, dedaunan yang terletak lebih bawah berwarna kuning, mengering, sampai
berwarna coklat terang, tangkai pendek dan pipih bila kekahatan unsur terjadi
pada taraf pertumbuhan lanjut (Salisbury dan Ross 1995).
Kadar gas nitrogen di atmosfir bumi sekitar 79% dari volumenya.
Walaupun jumlahnya sangat besar tetapi belum dapat dimanfaatkan oleh tanaman
tingkat tinggi, kecuali telah menjadi bentuk yang tersedia. Nitrogen diserap oleh
tanaman dalam bentuk ion nitrat (NO3) dan ion ammonium (NH4). Sebagian besar
nitrogen diserap dalam bentuk ion nitrat karena ion tersebut bermuatan negatif
sehingga selalu berada di dalam larutan tanah dan mudah diserap oleh akar. Ion
nitrat lebih mudah tercuci oleh aliran air dan mengarah menuju lapisan di bawah
daerah perakaran sehingga tidak dapat dimanfaatkan oleh tanaman. Sebaliknya
ion amonium bermuatan positif tidak mudah hilang oleh proses pencucian
(Novizan, 2002).
11
Nitrogen yang ada di dalam tanah dapat hilang karena terjadinya
penguapan, pencucian oleh air, atau terbawa bersama tanaman pada saat panen.
Tanah yang sangat basah atau sangat padat penyebab terjadinya kondisi anaerob
(tidak terdapat cukup oksigen di dalam tanah), maka akibatnya terjadi reaksi yang
mengubah nitrat menjadi gas nitrogen (Jones, 1982)
Pencucian nitrat sering terjadi pada tanah berpasir atau tanah sangat
gembur. Saat pencucian terjadi, air memindahkan nitrat menuju lapisan bawah
daerah perakaran. Erosi pada tanah akan membawa nitrogen ke sungai yang
akhirnya bermuara ke laut. Selanjutnya akan terjadi proses pengembalian nitrogen
ke tanah. Proses ini terjadi secara berkesinambungan yang dikenal dengan siklus
nitrogen. Tanah yang kekurangan nitrogen menyebabkan pertumbuhan tanaman
lamban dan kecil yang ditandai dengan perubahan warna pada daun menjadi pucat
dan layu serta menguning sebelum waktunya tiba. Selanjutnya daun pada tanaman
akan mengering mulai dari bawah ke bagian atas daun. Jaringan-jaringan tanaman
tersebut mati lalu mengering. Bila tanaman sempat berbuah, buahnya akan
tumbuh kerdil kekuningan dan lekas matang (Jones, 1982).
Nitrogen memasuki sistem tanah melalui perantaraan jasad renik
penambatan N, hujan dan kilat. Jasad renik penambatan N bebas ini akan
mengubah bentuk N2 menjadi senyawa N asam amino dan N protein. Jika jasad
renik itu mati maka bakteri pembusuk akan melepaskan asam amino dari protein,
dan bakteri amonifikasi melepaskan ammonium dari gugus amino, yang
selanjutnya akan larut dalam larutan tanah. Ammonium ini dapat diserap oleh
tanaman dan sisa amonium akan diubah menjadi nitrit, kemudian menjadi nitrat
12
oleh bakteri nitrifikasi dan dapat langsung diserap tanaman (Poerwowidodo,
1993).
Jones (1982) menambahkan nitrogen ini penting bagi tanaman karena
merupakan bagian dari asam amino yang membentuk protein dan asam nukleat,
dimana sebagian dari protein merupakan enzim yang amat penting bagi
kelancaran proses metabolisme tumbuhan.
Rhizobium
Rhizobium merupakan bakteri gram negatif, bersifat aerob, tidak
membentuk spora, berbentuk batang dengan ukuran sekitar 0,5-0,9 μm. Bakteri ini
termasuk famili Rhizobiaceae. Bakteri ini banyak terdapat di daerah perakaran
(rizosfer) tanaman legum dan membentuk hubungan simbiotik dengan inang
khusus (Yuwono, 2006).
Bakteri Rhizobium adalah salah satu contoh kelompok bakteri yang
berkemampuan sebagai penyedia hara bagi tanaman. Bila bersimbiosis dengan
tanaman legum, kelompok bakteri ini akan menginfeksi akar tanaman dan
membentuk bintil akar didalamnya. Rhizobium hanya dapat memfiksasi nitrogen
atmosfer bila berada di dalam bintil akar dari mitra legumnya. Peranan Rhizobium
terhadap pertumbuhan tanaman khususnya berkaitan dengan masalah ketersediaan
nitrogen
bagi
tanaman
inangnya.
Suatu
pigmen
merah
yang
disebut
leghemoglobin dijumpai dalam bintil akar antara bakteroid dan selubung membran
yang mengelilinginya. Jumlah leghemoglobin di dalam bintil akar memiliki
hubungan langsung dengan jumlah nitrogen yang difiksasi (Rao, 2007).
13
Bakteri Rhizobium bekerja dengan menambahkan unsur-unsur hara
melalui proses alami dengan memfiksasi atau mengikat unsur nitrogen dari udara,
mengubahnya menjadi nitrogen diazotropik yang dapat diserap oleh akar tanaman,
dan menstimulasi pertumbuhan tanaman melalui proses sintesa dari unsur-unsur
pertumbuhan tersebut. Bakteri Rhizobium aktif dapat diketahui secara visual dari
bintil-bintil bundar di akar tanaman. Bila akar dibelah, di dalamnya akan tampak
warna kemerahan dan bila bagian ini ditekan, akan keluar cairan kemerahan.
Bakteri Rhizobium akan giat mengadakan fiksasi N pada tanah yang kandungan
nitrogennya rendah dan akan berkurang pada tanah yang kandungan nitrogennya
tinggi. Bakteri Rhizobium mampu bertahan di dalam tanah selama 5 - 10 tahun
(Fageria, 2009).
Rhizobium yang berasosiasi dengan tanaman legum mampu memfiksasi
100–300 kg N/ha dalam satu musim tanam dan meninggalkan sejumlah N untuk
tanaman berikutnya. Tanggapan tanaman sangat bervariasi tergantung pada
kondisi tanah dan efektivitas populasi asli (Sutanto, 2002 dalam Rahmawati,
2005).
Beberapa keuntungan dengan memanfaatkan Rhizobium adalah (Fageria,
2009) : (1) Tidak mempunyai bahaya atau efek sampingan;
(2) Efisiensi
penggunaan yang dapat ditingkatkan sehingga bahaya pencemaran lingkungan
dapat dihindari; (3) Harganya yang relatif murah; dan (3) Teknologinya yang
sederhana.
14
Pembentukan Bintil Akar dan Fiksasi Nitrogen
Simbiosis antara Rhizobium dan tanaman kacang kedelai merupakan
simbiosis mutualisme sebab Rhizobium mendapat tempat hidup di dalam bintil
akar, sedangkan tanaman kedelai sendiri mendapatkan N dari hasil penambatan
oleh bakteri (Dwijoseputro, 1985).
Tahap pembentukan bintil akar (Hidayat, 1993) : Brandyrhizobium masuk
kedalam akar rambut atau sel epidermis (0 hari); benang infeksi mencapai dasar
sel epidermis dan memasuki korteks (1-2 hari); suatu massa kecil sel-sel terinfeksi
dalam primordium bintil (3-4 hari); pembagian pesat dari sel-sel bakteri dan selsel akar inang (5 hari); bintil mulai tampak (7-9 hari); pertumbuhan lanjut dari
jaringan bintil, jaringan bakteroid berwarna merah muda, mulai terjadi fiksasi
nitrogen (12-18 hari); sebagian besar pembagian sel dari bakteri dan sel inang
terhenti, tetapi pembesaran bintil tetap berlanjut karena pembesaran sel,
merupakan periode aktif fiksasi nitrogen (23 hari); bintil mencapai besar
maksimum, fiksasi nitrogen berlanjut sampai pelapukan bintil (28-37 hari); dan
pelapukan bintil (50-60 hari).
Secara umum, fiksasi nitrogen biologis sebagai bagian dari input nitrogen
untuk mendukung pertumbuhan tanaman telah menurun akibat intensifikasi
pemupukan anorganik. Penurunan penggunaan pupuk nitrogen yang nyata
agaknya hanya dapat dicapai jika agen biologis pemfiksasi nitrogen diintegrasikan
dalam sistem produksi tanaman (Noortasiah, 2005).
Bakteri penambat nitrogen yang terdapat didalam akar kacang-kacangan
adalah jenis bakteri Rhizobium. Bakteri ini masuk melalui rambut-rambut akar dan
15
menetap dalam akar tersebut dan membentuk bintil pada akar yang bersifat khas
pada kacang-kacangan. Untuk menambat nitrogen, bakteri ini menggunakan
enzim nitrogenase, dimana enzim ini akan menambat gas nitrogen di udara dan
merubahnya menjadi gas amoniak dan kemudian asetylen menjadi ethylen. Gen
yang mengatur proses penambatan ini adalah gen nif (Singkatan nitrogen–
fixation) (Fageria, 2009).
Pemanfaatan kelompok mikroorganisme ini telah diterapkan di negaranegara maju dan beberapa negara berkembang. Jumlah nitrogen yang ditambat
oleh Rhizobia sangat bervariasi tergantung strain, tanaman inang serta
lingkungannya termasuk ketersediaan unsur hara yang diperlukan. Selandia Baru
merupakan negara yang sangat mementingkan penggunaan pupuk nitrogen berasal
dari penambatan N dari atmosfir. Banyak genus rhizobia yang hanya dapat hidup
menumpang pada tanaman inang tertentu (spesifik). Sebagai contoh bakteri yang
bersimbiosis dengan kedelai (Soybean) umumnya tidak dapat bersimbiosis dengan
dengan tanaman alfalfa (Medicago). Agar kemampuan menambat nitrogen tinggi
maka tanaman inang harus dinokulasi dengan inokulan yang sesuai (Fageria,
2009).
Faktor-faktor yang Mempengaruhi Fiksasi N
Inokulasi Rhizobium pada lahan yang telah mengandung bakteri ini
merupakan usaha untuk menambah atau mengganti bakteri Rhizobium yang telah
ada dan telah beradaptasi didalam tanah. Setiap jenis tanaman kedelai
menghendaki Rhizobium untuk keserasian simbiosisnya sehingga inokulasi sering
tetap diperlukan agar pembentukan bintil akar yang efektif dapat tercapai.
Beberapa faktor yang berpengaruh pada proses fiksasi nitrogen antara lain :
16
tanaman inang yang sesuai, derajat keasaman tanah, ketersediaan hara, kondisi
fisik tanah dan adanya seranga virus bakteri (bacteriophage) yang dapat
menyebabkan berkurangnya populasi Rhizobium dalam tanah (Fageria, 2009).
Simbiosis antara strain-strain Rhizobium dengan spesies leguminosa
terdapat perbedaan dalam keserasiannya, bahkan keserasian dalam hubungan
simbiosis itu terdapat antara strain-strain Rhizobium dengan varietas-varietas
tanaman leguminosa. Hubungan yang serasi akan menghasilkan bintil akar yang
sangat efektif dalam fiksasi nitrogen. Salah satu sifat penting dalam pola
pembentukan bintil akar adalah waktu yang dibutuhkan untuk membentuk bintil
akar dan memulai fiksasi N2 Jumlah senyawa N yang diberikan atau yang terdapat
didalam tanah akan menghalangi pembentukan bintil akar dan penambatan N.
Tingkat penghambatan ini tergantung dari konsentrasi dan bentuk N, periode
penggunaan dan strain Rhizobium yang digunakan, aktifitas fotosintesis,
kebutuhan N tanaman atau unsur tanaman (Yutono, 1985).
Campbell et al. (2003) menjelaskan terjadinya proses nodulasi dan fiksasi
nitrogen adalah hasil komunikasi dua arah antara tanaman inang dan
Brandyrhizobium.
Komunikasi
tersebut
terjadi
karena
tanaman
inang
mengeluarkan senyawa organik (flavonoid) yang dikenali oleh Brandyrhizobium.
Setiap jenis tanaman mengeksudasi senyawa flavonoid yang berbeda, sehingga
hanya dikenali oleh protein dari gen nodD tertentu. Gen nodD ini berfungsi untuk
mengaktifkan transkripsi dari gen-gen nodulasi, jadi jika strain suatu bakteri tidak
kompatibel untuk suatu jenis tanaman, maka komunikasi intim tersebut juga tidak
akan terjadi dan nodul tidak akan terbentuk.
17
Efisiensi Serapan Nitrogen
Isfan (1983) mendefinisikan efisien serapan N melalui Physiological
Efficiency Indeks Nitrogen (PEN) merupakan indeks rasio hasil biji dengan
jumlah N yang diserap dalam memproduksi bahan kering bagian atas tanaman
pada fase tertentu. Menurut Jipelos (1989), dalam praktek pemupukan nitrogen
yang diserap tanaman hanya berkisar antara 22 – 65% dan rata-rata efisiensi
serapan nitrogen pada lahan beririgasi hanya bisa mencapai 45%. Efisiensi
serapan N perlu dilakukan agar diketahui jumlah serapan N yang termanfaatkan
oleh tanaman untuk menghasilkan economic yield. Efisiensi serapan N tergantung
kepada tipe tanah, takaran N, musim dan kombinasi dengan hara lain. Tipe tanah
sangat erat kaitannya dengan efisiensi, sebab ketersediaan N tergantung dengan
tekstur, N total tanah, kandungan liat dan KTK tanah (Roehan dan Partohardjono,
1994).
Strategi pengelolaan hara N yang optimal bertujuan agar pemupukan
dilakukan sesuai dengan kebutuhan tanaman sehingga dapat mengurangi
kehilangan N dan meningkatkan serapan N oleh tanaman. Pemberian pupuk yang
tepat tidak saja akan menurunkan biaya penggunaan pupuk, tetapi dengan takaran
pupuk yang lebih rendah, hasil relatif sama, tanaman lebih sehat, serta
mengurangi hara yang terlarut dalam air dan penimbunan N dalam air atau bahan
makanan yang sangat berbahaya bagi kesehatan manusia (Anonim dalam Salam,
2003).
Upaya untuk meningkatkan efisiensi penggunaan pupuk N dapat dilakukan
dengan menanam varietas unggul yang tanggap terhadap pemberian N serta
memperbaiki cara budi daya tanaman, yang mencakup pengaturan kepadatan
18
tanaman, pengairan yang tepat, serta pemberian pupuk N secara tepat baik
takaran, cara dan waktu pemberian maupun sumber N (Salam, 2003). Menurut
Parto hardjono dan Fitts (1974), penggunaan pupuk urea berlapis belerang yang
dapat melepas N secara lambat dapat meningkatkan efisiensi penggunaan N pada
padi sawah. Lebih lanjut Partohardjono (1981) menyatakan bahwa efisiensi
penggunaan N meningkat bila pupuk N diberikan secara bertahap atau
memberikan unsur N dalam bentuk tablet.
Kerusakan lingkungan akibat pemupukan N yang berlebihan disebabkan
adanya emisi gas N2O pada proses amonifikasi, nitrifikasi, dan denitrifikasi.
Menurut Partohardjono (1999), emisi gas N2O dipengaruhi oleh takaran pupuk N
yang diberikan, makin tinggi takaran N makin besar emisi gas N2O. Lebih
lanjutdinyatakan bahwa emisi gas N2O berkaitan erat dengan bentuk pupuk N.
Hardy et al. (1975) dan Mertz (1976) dalam Isfan (1993) menekankan
bahwa meningkatkan efisiensi nitrogen kultivar merupakan tujuan penting dalam
program pemuliaan. Banyak peneliti yang menemukan perbedaan yang signifikan
untuk efisiensi nitrogen pada genotipe tanaman sereal. Efisiensi Serapan Nitrogen
(ESN) pada tanaman kedelai juga telah dilaporkan Totok (2009) dan Ahdiyat
(2009).
Botani Kedelai
Kedelai merupakan tanaman asli Daratan Cina dan telah dibudidayakan
oleh manusia sejak 2500 SM. Sejalan dengan makin berkembangnya perdagangan
antarnegara yang terjadi pada awal abad ke-19, menyebabkan tanaman kedalai
juga ikut tersebar ke berbagai negara tujuan perdagangan tersebut, yaitu Jepang,
Korea, Indonesia, India, Australia, dan Amerika. Kedelai mulai dikenal di
Indonesia sejak abad ke-16. Awal mula penyebaran dan pembudidayaan kedelai
yaitu di Pulau Jawa, kemudian berkembang ke Bali, Nusa Tenggara, dan pulaupulau lainnya. Pada awalnya, kedelai dikenal dengan beberapa nama botani, yaitu
Glycine soja dan Soja max. Namun pada tahun 1948 telah disepakati bahwa nama
botani yang dapat diterima dalam istilah ilmiah, yaitu Glycine max (L.) Merill
(Adisarwanto, 2005).
Kedelai (Glycine max (L.) Merr.) merupakan anggota dari famili
Leguminosae, subfamili Papilionideae, dan termasuk ke dalam genus Glycine L.
(Johnson dan Bernard, 1963). Bibit kedelai berkecambah dengan tipe
perkecambahan epigeal dengan kotiledon tebal dan berdaging, berwarna kuning
atau hijau. Tanaman ini biasanya tegak dan merupakan herba tahunan yang lebat
dengan tinggi mencapai dua meter dan dalam beberapa kondisi agak merambat.
Sistem perakaran tunggang bercabang dengan panjang akar mencapai dua meter
(Adisarwanto, 2005).
Bunga kedelai termasuk bunga sempurna, artinya dalam satu bunga
terdapat alat kelamin jantan dan betina. Bunga dapat melakukan penyerbukan
7
sendiri, yaitu kepala putik diserbuki oleh tepung sari dari bunga yang sama.
Penyerbukan terjadi sebelum bunga mekar sehingga disebut penyerbukan
kleistogami (penyerbukan tertutup). Karena cara penyerbukannya tertutup,
kemungkinan terjadinya persilangan alami kurang dari 0,5%. Akibatnya suatu
varietas dapat dipertahankan kemurniannya hingga bertahun-tahun (Sumarno
1983).
Syarat Tumbuh
Tanaman kedelai dapat tumbuh pada kondisi suhu yang beragam. Suhu
tanah yang optimal dalam proses perkecambahan yaitu 30 oC. Bila tumbuh pada
suhu tanah yang rendah (30 oC),
banyak biji yang mati akibat respirasi air dari dalam biji yang terlalu cepat.
Disamping itu suhu tanah, suhu lingkungan juga berpengaruh terhadap
perkembangan tanaman kedelai. Bila suhu lingkungan sekitar 40 oC pada masa
tanaman berbunga, bunga tersebut akan rontok sehingga jumlah polong dan biji
kedelai yang terbentuk menjadi berkurang. Suhu yang terlalu rendah (10 oC),
seperti pada daerah subtropik, dapat menghambat proses pembungaan dan
pembentukan polong kedelai. Suhu lingkungan optimal untuk pembentukan bunga
yaitu 24 – 25 oC (Adisarwanto, 2005).
Pada umumnya kedelai menghendaki tanah yang berstruktur remah
dengan keasaman sedang (pH 5-7). Nilai pH ideal bagi pertumbuhan kedelai 6.06.8. Apabila pH diatas 7.0 kedelai mengalami klorosis sehingga tanaman menjadi
kerdil dan daunnya menguning. Sementara pada pH di bawah 5.0 kedelai
8
mengalami keracunan Al, Fe, dan Mn, sehingga pertumbuhannya terganggu
(Baharsjah, 1992).
Varietas Kedelai
Varitas unggul kedelai mempunyai keunggulan tertentu dibanding dengan
varietas lokal, keunggulan dapat berupa hasil yang lebih tinggi, batang lebih
pendek (genjah) lebih tahan terhadap hama/penyakit dan lain-lain. Kedelai yang
unggul untuk suatu daerah belum tentu unggul didaerah lain tergantung pada
topografi, iklim dan cara tanam (Litbang Deptan, 2004).
Tingkat hasil suatu tanaman ditentukan oleh interaksi faktor genetis
varietas unggul dengan lingkungan tumbuhnya seperti kesuburan tanah,
ketersediaan air, dan pengelolaan tanaman. Tingkat hasil varietas unggul yang
tercantum dalam deskripsi umumnya berupa angka rata-rata dari hasil yang
terendah dan tertinggi pada beberapa lokasi dan musim. Potensi hasil varietas
unggul dapat saja lebih tinggi atau lebih rendah pada lokasi tertentu dengan
penggunaan masukan dan pengelolaan tertentu pula (Gani, 2000)
Varietas kedelai toleran lahan kering masam yaitu Tanggamus, Nanti,
Sibayak, Seulawah dan Ratai dengan ukuran biji varietas yang dilepas tergolong
berbiji kecil dan sedang. Ukuran biji varietas yang dilepas kecil karena kedelai
toleran lahan kering masam umumnya berbiji kecil sampai sedang. Sedangkan
varietas yang memiliki produksi biji yang besar yaitu varietas Anjasmoro,
Argomulyo, Burangrang, Sibayak, Seulawah, Panderman, Ijen, Tanggamus,
Sinabung dan Kaba (Litbang Deptan, 2004).
9
Varietas atau klon introduksi perlu diuji adaptabilitasnya pada suatu
lingkungan untuk mendapatkan genotip unggul pada lingkungan tersebut. Pada
umumnya suatu daerah memiliki kondisi lingkungan yang berbeda terhadap
genotip. Respon genotip terhadap faktor lingkungan ini biasanya terlihat dalam
penampilan fenotipe dari tanaman bersangkutan (Darliah et. al, 2001)
Nitrogen
Nitrogen merupakan unsur hara esensial yang terdapat dalam jaringan
tumbuhan. Nitrogen merupakan penyusun dari banyak senyawa esensial bagi
tumbuhan, misalnya asam amino. Hal ini karena setiap molekul protein tersusun
dari asam-asam amino dan setiap enzim adalah protein, maka nitrogen juga
merupakan unsur penyusun protein dan enzim. Selain itu nitrogen juga
terkandung dalam klorofil, hormon sitokinin, dan auksin (Marschner 1995).
Ada dua bentuk utama ion nitrogen yang diserap dari tanah yaitu nitrat
(NO3-) dan ammonium (NH4+). Nitrogen terdapat dalam banyak senyawa penting
sehingga tidak mengherankan jika pertumbuhan akan lambat tanpa nitrogen.
Tumbuhan yang mengandung cukup nitrogen untuk pertumbuhan saja akan
menunjukkan gejala kekahatan yaitu klorosis yang biasa terjadi pada daun tua
(Salisbury dan Ross, 1995)
Pupuk nitrogen yang biasa digunakan adalah urea yang berbentuk butiran
kecil dan berwarna putih. Pupuk urea mudah dilarutkan dalam air sehingga sesuai
jika diaplikasikan melalui daun. Kelebihan pupuk daun adalah penyerapan
haranya lebih cepat dibandingkan melalui akar di tanah sehingga lebih cepat
menumbuhkan tunas. Hal ini bisa terjadi karena daun memiliki stomata yang
mampu membuka dan menutup tergantung pada tekanan turgornya. Stomata akan
10
membuka jika tekanan turgor meningkat, dan sebaliknya stomata akan menutup
jika tekanan turgor menurun. Salah satu faktor yang mempengaruhi tekanan turgor
adalah terik matahari dan angin. Pada saat daun mengalami penguapan, tekanan
turgor menurun dan stomata menutup. Pada saat daun mendapatkan semprotan air,
tekanan turgor akan meningkat dan stomata membuka untuk menyerap cairan. Hal
ini sangat bermanfaat bagi penyerapan hara jika hara diberikan dalam bentuk
cairan yang disemprotkan ke daun tanaman. Manfaat pupuk daun lainnya adalah
dosisnya rendah dengan aplikasi yang kontinu (Jones, 1982).
Pembungaan dan pembentukan biji terlambat pada beberapa tanaman
pertanian karena kelebihan nitrogen. Adapun gejala yang seringkali ditemui pada
beberapa tanaman yang kekurangan hara nitrogen yaitu tumbuhan berwarna hijau
muda, dedaunan yang terletak lebih bawah berwarna kuning, mengering, sampai
berwarna coklat terang, tangkai pendek dan pipih bila kekahatan unsur terjadi
pada taraf pertumbuhan lanjut (Salisbury dan Ross 1995).
Kadar gas nitrogen di atmosfir bumi sekitar 79% dari volumenya.
Walaupun jumlahnya sangat besar tetapi belum dapat dimanfaatkan oleh tanaman
tingkat tinggi, kecuali telah menjadi bentuk yang tersedia. Nitrogen diserap oleh
tanaman dalam bentuk ion nitrat (NO3) dan ion ammonium (NH4). Sebagian besar
nitrogen diserap dalam bentuk ion nitrat karena ion tersebut bermuatan negatif
sehingga selalu berada di dalam larutan tanah dan mudah diserap oleh akar. Ion
nitrat lebih mudah tercuci oleh aliran air dan mengarah menuju lapisan di bawah
daerah perakaran sehingga tidak dapat dimanfaatkan oleh tanaman. Sebaliknya
ion amonium bermuatan positif tidak mudah hilang oleh proses pencucian
(Novizan, 2002).
11
Nitrogen yang ada di dalam tanah dapat hilang karena terjadinya
penguapan, pencucian oleh air, atau terbawa bersama tanaman pada saat panen.
Tanah yang sangat basah atau sangat padat penyebab terjadinya kondisi anaerob
(tidak terdapat cukup oksigen di dalam tanah), maka akibatnya terjadi reaksi yang
mengubah nitrat menjadi gas nitrogen (Jones, 1982)
Pencucian nitrat sering terjadi pada tanah berpasir atau tanah sangat
gembur. Saat pencucian terjadi, air memindahkan nitrat menuju lapisan bawah
daerah perakaran. Erosi pada tanah akan membawa nitrogen ke sungai yang
akhirnya bermuara ke laut. Selanjutnya akan terjadi proses pengembalian nitrogen
ke tanah. Proses ini terjadi secara berkesinambungan yang dikenal dengan siklus
nitrogen. Tanah yang kekurangan nitrogen menyebabkan pertumbuhan tanaman
lamban dan kecil yang ditandai dengan perubahan warna pada daun menjadi pucat
dan layu serta menguning sebelum waktunya tiba. Selanjutnya daun pada tanaman
akan mengering mulai dari bawah ke bagian atas daun. Jaringan-jaringan tanaman
tersebut mati lalu mengering. Bila tanaman sempat berbuah, buahnya akan
tumbuh kerdil kekuningan dan lekas matang (Jones, 1982).
Nitrogen memasuki sistem tanah melalui perantaraan jasad renik
penambatan N, hujan dan kilat. Jasad renik penambatan N bebas ini akan
mengubah bentuk N2 menjadi senyawa N asam amino dan N protein. Jika jasad
renik itu mati maka bakteri pembusuk akan melepaskan asam amino dari protein,
dan bakteri amonifikasi melepaskan ammonium dari gugus amino, yang
selanjutnya akan larut dalam larutan tanah. Ammonium ini dapat diserap oleh
tanaman dan sisa amonium akan diubah menjadi nitrit, kemudian menjadi nitrat
12
oleh bakteri nitrifikasi dan dapat langsung diserap tanaman (Poerwowidodo,
1993).
Jones (1982) menambahkan nitrogen ini penting bagi tanaman karena
merupakan bagian dari asam amino yang membentuk protein dan asam nukleat,
dimana sebagian dari protein merupakan enzim yang amat penting bagi
kelancaran proses metabolisme tumbuhan.
Rhizobium
Rhizobium merupakan bakteri gram negatif, bersifat aerob, tidak
membentuk spora, berbentuk batang dengan ukuran sekitar 0,5-0,9 μm. Bakteri ini
termasuk famili Rhizobiaceae. Bakteri ini banyak terdapat di daerah perakaran
(rizosfer) tanaman legum dan membentuk hubungan simbiotik dengan inang
khusus (Yuwono, 2006).
Bakteri Rhizobium adalah salah satu contoh kelompok bakteri yang
berkemampuan sebagai penyedia hara bagi tanaman. Bila bersimbiosis dengan
tanaman legum, kelompok bakteri ini akan menginfeksi akar tanaman dan
membentuk bintil akar didalamnya. Rhizobium hanya dapat memfiksasi nitrogen
atmosfer bila berada di dalam bintil akar dari mitra legumnya. Peranan Rhizobium
terhadap pertumbuhan tanaman khususnya berkaitan dengan masalah ketersediaan
nitrogen
bagi
tanaman
inangnya.
Suatu
pigmen
merah
yang
disebut
leghemoglobin dijumpai dalam bintil akar antara bakteroid dan selubung membran
yang mengelilinginya. Jumlah leghemoglobin di dalam bintil akar memiliki
hubungan langsung dengan jumlah nitrogen yang difiksasi (Rao, 2007).
13
Bakteri Rhizobium bekerja dengan menambahkan unsur-unsur hara
melalui proses alami dengan memfiksasi atau mengikat unsur nitrogen dari udara,
mengubahnya menjadi nitrogen diazotropik yang dapat diserap oleh akar tanaman,
dan menstimulasi pertumbuhan tanaman melalui proses sintesa dari unsur-unsur
pertumbuhan tersebut. Bakteri Rhizobium aktif dapat diketahui secara visual dari
bintil-bintil bundar di akar tanaman. Bila akar dibelah, di dalamnya akan tampak
warna kemerahan dan bila bagian ini ditekan, akan keluar cairan kemerahan.
Bakteri Rhizobium akan giat mengadakan fiksasi N pada tanah yang kandungan
nitrogennya rendah dan akan berkurang pada tanah yang kandungan nitrogennya
tinggi. Bakteri Rhizobium mampu bertahan di dalam tanah selama 5 - 10 tahun
(Fageria, 2009).
Rhizobium yang berasosiasi dengan tanaman legum mampu memfiksasi
100–300 kg N/ha dalam satu musim tanam dan meninggalkan sejumlah N untuk
tanaman berikutnya. Tanggapan tanaman sangat bervariasi tergantung pada
kondisi tanah dan efektivitas populasi asli (Sutanto, 2002 dalam Rahmawati,
2005).
Beberapa keuntungan dengan memanfaatkan Rhizobium adalah (Fageria,
2009) : (1) Tidak mempunyai bahaya atau efek sampingan;
(2) Efisiensi
penggunaan yang dapat ditingkatkan sehingga bahaya pencemaran lingkungan
dapat dihindari; (3) Harganya yang relatif murah; dan (3) Teknologinya yang
sederhana.
14
Pembentukan Bintil Akar dan Fiksasi Nitrogen
Simbiosis antara Rhizobium dan tanaman kacang kedelai merupakan
simbiosis mutualisme sebab Rhizobium mendapat tempat hidup di dalam bintil
akar, sedangkan tanaman kedelai sendiri mendapatkan N dari hasil penambatan
oleh bakteri (Dwijoseputro, 1985).
Tahap pembentukan bintil akar (Hidayat, 1993) : Brandyrhizobium masuk
kedalam akar rambut atau sel epidermis (0 hari); benang infeksi mencapai dasar
sel epidermis dan memasuki korteks (1-2 hari); suatu massa kecil sel-sel terinfeksi
dalam primordium bintil (3-4 hari); pembagian pesat dari sel-sel bakteri dan selsel akar inang (5 hari); bintil mulai tampak (7-9 hari); pertumbuhan lanjut dari
jaringan bintil, jaringan bakteroid berwarna merah muda, mulai terjadi fiksasi
nitrogen (12-18 hari); sebagian besar pembagian sel dari bakteri dan sel inang
terhenti, tetapi pembesaran bintil tetap berlanjut karena pembesaran sel,
merupakan periode aktif fiksasi nitrogen (23 hari); bintil mencapai besar
maksimum, fiksasi nitrogen berlanjut sampai pelapukan bintil (28-37 hari); dan
pelapukan bintil (50-60 hari).
Secara umum, fiksasi nitrogen biologis sebagai bagian dari input nitrogen
untuk mendukung pertumbuhan tanaman telah menurun akibat intensifikasi
pemupukan anorganik. Penurunan penggunaan pupuk nitrogen yang nyata
agaknya hanya dapat dicapai jika agen biologis pemfiksasi nitrogen diintegrasikan
dalam sistem produksi tanaman (Noortasiah, 2005).
Bakteri penambat nitrogen yang terdapat didalam akar kacang-kacangan
adalah jenis bakteri Rhizobium. Bakteri ini masuk melalui rambut-rambut akar dan
15
menetap dalam akar tersebut dan membentuk bintil pada akar yang bersifat khas
pada kacang-kacangan. Untuk menambat nitrogen, bakteri ini menggunakan
enzim nitrogenase, dimana enzim ini akan menambat gas nitrogen di udara dan
merubahnya menjadi gas amoniak dan kemudian asetylen menjadi ethylen. Gen
yang mengatur proses penambatan ini adalah gen nif (Singkatan nitrogen–
fixation) (Fageria, 2009).
Pemanfaatan kelompok mikroorganisme ini telah diterapkan di negaranegara maju dan beberapa negara berkembang. Jumlah nitrogen yang ditambat
oleh Rhizobia sangat bervariasi tergantung strain, tanaman inang serta
lingkungannya termasuk ketersediaan unsur hara yang diperlukan. Selandia Baru
merupakan negara yang sangat mementingkan penggunaan pupuk nitrogen berasal
dari penambatan N dari atmosfir. Banyak genus rhizobia yang hanya dapat hidup
menumpang pada tanaman inang tertentu (spesifik). Sebagai contoh bakteri yang
bersimbiosis dengan kedelai (Soybean) umumnya tidak dapat bersimbiosis dengan
dengan tanaman alfalfa (Medicago). Agar kemampuan menambat nitrogen tinggi
maka tanaman inang harus dinokulasi dengan inokulan yang sesuai (Fageria,
2009).
Faktor-faktor yang Mempengaruhi Fiksasi N
Inokulasi Rhizobium pada lahan yang telah mengandung bakteri ini
merupakan usaha untuk menambah atau mengganti bakteri Rhizobium yang telah
ada dan telah beradaptasi didalam tanah. Setiap jenis tanaman kedelai
menghendaki Rhizobium untuk keserasian simbiosisnya sehingga inokulasi sering
tetap diperlukan agar pembentukan bintil akar yang efektif dapat tercapai.
Beberapa faktor yang berpengaruh pada proses fiksasi nitrogen antara lain :
16
tanaman inang yang sesuai, derajat keasaman tanah, ketersediaan hara, kondisi
fisik tanah dan adanya seranga virus bakteri (bacteriophage) yang dapat
menyebabkan berkurangnya populasi Rhizobium dalam tanah (Fageria, 2009).
Simbiosis antara strain-strain Rhizobium dengan spesies leguminosa
terdapat perbedaan dalam keserasiannya, bahkan keserasian dalam hubungan
simbiosis itu terdapat antara strain-strain Rhizobium dengan varietas-varietas
tanaman leguminosa. Hubungan yang serasi akan menghasilkan bintil akar yang
sangat efektif dalam fiksasi nitrogen. Salah satu sifat penting dalam pola
pembentukan bintil akar adalah waktu yang dibutuhkan untuk membentuk bintil
akar dan memulai fiksasi N2 Jumlah senyawa N yang diberikan atau yang terdapat
didalam tanah akan menghalangi pembentukan bintil akar dan penambatan N.
Tingkat penghambatan ini tergantung dari konsentrasi dan bentuk N, periode
penggunaan dan strain Rhizobium yang digunakan, aktifitas fotosintesis,
kebutuhan N tanaman atau unsur tanaman (Yutono, 1985).
Campbell et al. (2003) menjelaskan terjadinya proses nodulasi dan fiksasi
nitrogen adalah hasil komunikasi dua arah antara tanaman inang dan
Brandyrhizobium.
Komunikasi
tersebut
terjadi
karena
tanaman
inang
mengeluarkan senyawa organik (flavonoid) yang dikenali oleh Brandyrhizobium.
Setiap jenis tanaman mengeksudasi senyawa flavonoid yang berbeda, sehingga
hanya dikenali oleh protein dari gen nodD tertentu. Gen nodD ini berfungsi untuk
mengaktifkan transkripsi dari gen-gen nodulasi, jadi jika strain suatu bakteri tidak
kompatibel untuk suatu jenis tanaman, maka komunikasi intim tersebut juga tidak
akan terjadi dan nodul tidak akan terbentuk.
17
Efisiensi Serapan Nitrogen
Isfan (1983) mendefinisikan efisien serapan N melalui Physiological
Efficiency Indeks Nitrogen (PEN) merupakan indeks rasio hasil biji dengan
jumlah N yang diserap dalam memproduksi bahan kering bagian atas tanaman
pada fase tertentu. Menurut Jipelos (1989), dalam praktek pemupukan nitrogen
yang diserap tanaman hanya berkisar antara 22 – 65% dan rata-rata efisiensi
serapan nitrogen pada lahan beririgasi hanya bisa mencapai 45%. Efisiensi
serapan N perlu dilakukan agar diketahui jumlah serapan N yang termanfaatkan
oleh tanaman untuk menghasilkan economic yield. Efisiensi serapan N tergantung
kepada tipe tanah, takaran N, musim dan kombinasi dengan hara lain. Tipe tanah
sangat erat kaitannya dengan efisiensi, sebab ketersediaan N tergantung dengan
tekstur, N total tanah, kandungan liat dan KTK tanah (Roehan dan Partohardjono,
1994).
Strategi pengelolaan hara N yang optimal bertujuan agar pemupukan
dilakukan sesuai dengan kebutuhan tanaman sehingga dapat mengurangi
kehilangan N dan meningkatkan serapan N oleh tanaman. Pemberian pupuk yang
tepat tidak saja akan menurunkan biaya penggunaan pupuk, tetapi dengan takaran
pupuk yang lebih rendah, hasil relatif sama, tanaman lebih sehat, serta
mengurangi hara yang terlarut dalam air dan penimbunan N dalam air atau bahan
makanan yang sangat berbahaya bagi kesehatan manusia (Anonim dalam Salam,
2003).
Upaya untuk meningkatkan efisiensi penggunaan pupuk N dapat dilakukan
dengan menanam varietas unggul yang tanggap terhadap pemberian N serta
memperbaiki cara budi daya tanaman, yang mencakup pengaturan kepadatan
18
tanaman, pengairan yang tepat, serta pemberian pupuk N secara tepat baik
takaran, cara dan waktu pemberian maupun sumber N (Salam, 2003). Menurut
Parto hardjono dan Fitts (1974), penggunaan pupuk urea berlapis belerang yang
dapat melepas N secara lambat dapat meningkatkan efisiensi penggunaan N pada
padi sawah. Lebih lanjut Partohardjono (1981) menyatakan bahwa efisiensi
penggunaan N meningkat bila pupuk N diberikan secara bertahap atau
memberikan unsur N dalam bentuk tablet.
Kerusakan lingkungan akibat pemupukan N yang berlebihan disebabkan
adanya emisi gas N2O pada proses amonifikasi, nitrifikasi, dan denitrifikasi.
Menurut Partohardjono (1999), emisi gas N2O dipengaruhi oleh takaran pupuk N
yang diberikan, makin tinggi takaran N makin besar emisi gas N2O. Lebih
lanjutdinyatakan bahwa emisi gas N2O berkaitan erat dengan bentuk pupuk N.
Hardy et al. (1975) dan Mertz (1976) dalam Isfan (1993) menekankan
bahwa meningkatkan efisiensi nitrogen kultivar merupakan tujuan penting dalam
program pemuliaan. Banyak peneliti yang menemukan perbedaan yang signifikan
untuk efisiensi nitrogen pada genotipe tanaman sereal. Efisiensi Serapan Nitrogen
(ESN) pada tanaman kedelai juga telah dilaporkan Totok (2009) dan Ahdiyat
(2009).