Bahan Organik Tanah Dan Dinamika Ketersediaan Unsur Hara Tanaman.

Dr.sc.agr. N. NURLAENY, Ir.,MS

BAHAN ORGANIK TANAH

DAN DINAMIKA KETERSEDIAAN

UNSUR HARA TANAMAN

Dr.sc.agr. N. Nurlaeny, Ir., MS meraih gelar sarjana dari Fakultas Pertanian Universitas Padjadjaran pada tahun 1980 dan mengikuti pendidikan S-2 (1981-1983) dalam bidang kajian utama Kesuburan Tanah dan Nutrisi Tanaman pada Program Pascasarjana Fakultas Pertanian Universitas Padjadjaran. Tahun 1990 - 1995mengikuti pendidikan S-3 dalam bidang kajian utama Plant Nutrition andSoil Science _{di Universität Hohenheim}

– Stuttgart, Jerman. _{Saat ini bekerja sebagai staf pengajar pada program}

studi Agroteknologi, Fakultas Pertanian Universitas Padjadjaran dengan mengampu mata kuliah Sistem Pertanian Berkelanjutan I, Teknologi Media Tanam, Dasar Teknologi Produksi Tanaman, Mikrobiologi Rhizosfir serta mata kuliah Pengelolaan Tanah Berkelanjutan. Pada tahun 2000 - 2001 mengikuti program Post-Doc di Research Institute for Soil, Water and Environment, University of Siegen, Jerman. Sejak tahun 2008 sampai sekarang aktif sebagai editor pelaksana pada jurnal ilmiah Bionatura. Selain menulis karya ilmiah dalam bentuk Bahan Ajar untuk mahasiswa S-1 dan S-2, juga menulis beberapa artikel hasil penelitian yang telah dimuat dalam berbagai jurnal terakreditasi baik nasional maupun internasional.

Dr.sc.agr. N. NURLAENY, Ir., MS.

BAHAN ORGANIK TANAH

DAN DINAMIKA KETERSEDIAAN

UNSUR HARA TANAMAN

Dilarang keras memerbanyak, memfotokopi sebagian atau seluruh isi buku ini dalam bentuk apapun serta memerjualbelikan tanpa

izin tertulis penerbit Hak Cipta

©

2015ada pada penulis

Hak Penerbitan ada pada Penerbit Unpad Press, Bandung

Judul Buku : Bahan Organik Tanah dan Dinamika Ketersediaan Unsur Hara Tanaman Penulis : Dr.sc.agr. N. Nurlaeny, Ir., MS. Editor : Prof. Dr. T. Simarmata, Ir., MS. Penerbit : Unpad Press

LPPM Unpad, Jl. Raya Bandung-Sumedang Km 21, Jatinangor 45363

Telp.: 022 -84288812; Fax: 022- 84288896 e-mail: lppm@unpad.ac.id

Cetakan : Juni 2015

ISBN : 978-602-0810-40-9

Anggota Ikatan Penerbit Indonesia (IKAPI)

Perpustakaan Nasional RI: Katalog Dalam Terbitan (KDT) Nurlaeny, N.

Bahan Organik Tanah dan Dinamika Ketersediaan Unsur Hara Tanaman – N. Nurlaeny/Bandung/224 halaman

i

PRAKATA

Eksistensi berbagai bentuk kehidupan di muka bumi ini sa-ngat ditentukan oleh produktivitas tanah pada berbagai ekosistem. Diketahui bahwa, tanah bertindak sebagai media bagi pertum-buhan berbagai jenis tanaman dan memasok berbagai unsur hara yang diperlukan tanaman. Status unsur hara yang terkandung dalam ekosistem tanah ternyata tidak hanya menentukan per-tumbuhan tanaman saja, tetapi juga akan membatasi produktivitas konsumen dalam bentuk organisme hidup yang bervariasi, yang kemudian akan melanjutkannya lagi dalam suatu siklus rantai makanan.

Mekanisme transformasi dan translokasi unsur hara di da-lam tanah selalu akan melibatkan sejumlah proses. Adanya pene-lusuran mengenai berbagai pengaruh bahan organik di dalam ta-nah terhadap proses transformasi Carbon dan Nitrogen serta unsur hara lainnya merupakan hal yang sangat mendasar dalam memahami proses-proses yang mendukung pertumbuhan tanam-an. Sejalan dengan hal tersebut, proses mineralisasi-immobilisasi, stabilisasi produk-produk mikroba dan hubungan antara peran bio-massa sebagai katalisator dibandingkan dengan perannya sebagai sumber-lumbung unsur hara (source-sink) juga merupakan para-meter penentu dinamika ketersediaan unsur hara di dalam tanah.

Dalam siklus yang alami berbagai perubahan secara konti-nu akan memengaruhi keseimbangan antara proses akumulasi dan dekomposisi residu organik di dalam tanah. Oleh karenanya, dina-mika unsur-unsur Carbon (C), Nitrogen (N), Kalium (K), Sulfur (S) dan Fosfat (P) di dalam tanah dapat diekspresikan dalam jumlah dan laju pengembalian residu tanaman. Secara alami pula unsur hara yang ada di dalam tanah akan berubah secara dinamis, antara lain akibat pencucian (leaching), aliran permukaan (run-off), erosi atau melalui penguapan (volatilisasi) dan denitrifikasi.

Penulis sangat mengharapkan buku ini dapat bermanfaat sebagai rujukan terutama dalam pemahaman mengenai bahan organik yang merupakan kunci kehidupan di dalam tanah dan hu-bungannya dengan dinamika ketersediaan unsur hara makro dan mikro bagi tanaman. Untuk segala keterbatasan dan kekurangan yang masih ditemukan dalam buku ini, penulis berharap adanya kritik dan saran dari pembaca sehingga isi buku ini dapat disempurnakan sebagaimana mestinya.

Jatinangor, Juni 2015 Dr.sc.agr. N. Nurlaeny, Ir.,MS.

iii

DAFTAR ISI

Prakata... i

Daftar Isi... ii

Daftar Tabel... iii

Daftar Gambar... iv

I. PENDAHULUAN _{... 1}

1.1. Tanah dan Unsur Hara Tanaman ... 1

1.2. Unsur Hara Esensial ... 3

1.3. Dinamika Unsur Carbon (C) dan Nitrogen (N) di dalam Tanah ... 12

II. BAHAN ORGANIK TANAH _{... 18}

2.1. Komposisi dan Sifat-sifat Bahan Organik Tanah ... 18

2.2. Fraksi Bahan Organik Tanah ... 25

2.2.1. Fraksi bahan organik aktif ... 31

2.2.2. Fraksi bahan organik stabil ... 32

III. KANDUNGAN BAHAN ORGANIK DI DALAM TANAH _{... 36}

3.1. Siklus Carbon (C) ... 36

3.2. Faktor-Faktor yang Memengaruhi Kandungan Bahan Organik di

dalam Tanah ... 40

3.3. Sumber-sumber Bahan Organik

Tanah ... 54

IV. DEKOMPOSISI DAN DISTRIBUSI BAHAN ORGANIK DI DALAM

TANAH _{... 58}

4.1. Laju Dekomposisi Bahan Organik dalam

Hubungannya dengan Mikroba Tanah ... 58

4.2. Laju Dekomposisi Bahan Organik dalam Hubungannya dengan Faktor

Lingkungan ... 70

4.2.1.Hidrolisis:Pemecahan Protein ………. 4.2.2.Asidifikasi: Perubahan Serin menjadi Asam Asetat ………..…. 4.2.3. Pembentukan Gas Bio: Perubahan Asam Asetat menjadi Metana ……….

71

72

73

4.3. Distribusi Bahan Organik di dalam

Tanah... 85

4.3.1. Senyawa Non Humik ... 88 4.3.1.1. Karbohidrat ... 90

v

4.3.1.2. Lipid ... 96

4.3.1.3. Asam Amino ... 4.3.1.4. Asam Muramik ………….. 97 98 4.3.2. Senyawa Humik ... 98

4.3.3. Pembentukan Senyawa Humik ... 109

4.3.3.1. Teori Modifikasi Lignin ... 111

4.3.3.2. Teori Polifenol ... 115

4.3.3.3. Teori Kondensasi Gula- Amina ... 119

4.4. Distribusi Senyawa Humik di dalam Tanah ... 121

4.4.1. Asam Humat ... 122

4.4.2. Asam Fulvat ... 127

4.4.3. Nisbah Asam Humat : Asam Fulvat ... 130

4.4.4. Humin ... 133

4.4.5. Humik ... 135

V. PENGARUH BAHAN ORGANIK TERHADAP SIFAT-SIFAT TANAH _{... 138}

5.1. Pengaruh Bahan Organik terhadap

Sifat Biologis Tanah ... 140

5.2. Pengaruh Bahan Organik terhadap

Sifat Fisik Tanah ... 144

5.3. Pengaruh Bahan Organik terhadap

Sifat Kimia Tanah ... 148

5.4. Pengaruh Bahan Organik terhadap

Sifat Fisiko-Kimia Tanah ... 158

5.4.1. Gaya van der Waals' s ... 161

5.4.2. Pengikatan oleh perantara/

jembatan kation ... 162

5.4.3. Ikatan Hidrogen ... 164

5.4.4. Adsorpsi melalui asosiasi dengan

Fe dan Al-hidroksida ... 165

5.4.5. Adsorpsi pada lapisan ruang

antar kisi dalam mineral liat ... 167

VI. BAHAN ORGANIK TANAH DAN DINAMIKA KETERSEDIAAN UNSUR

HARA TANAMAN _{... 168}

6.1. Peran Bahan Organik Tanah sebagai

vii

6.2. Pengaruh Bahan Organik terhadap Pertumbuhan dan Perkembangan

Tanaman ... 178

6.3. Bahan Organik sebagai Bahan Pelengkap

Pupuk ... 192

DAFTAR PUSTAKA _...

I n d e k s _……….

198

DAFTAR TABEL

1 Bentuk dan fungsi unsur hara di dalam tanaman ……. 8 2 Bentuk, ukuran serta fungsi bahan organik di

dalam tanah ……….. 22

3 Perbandingan komposisi senyawa organik dalam jaringan tanaman dewasa dan dalam

bahan organik tanah ……….. 24

4 Berbagai mikroba tanah yang terlibat dalam

proses dekomposisi bahan organik ……… 68

5 Kontribusi senyawa gula secara individual

ix

DAFTAR GAMBAR

1 Pasokan unsur hara untuk pertumbuhan tanaman berasal dari udara dan dari dalam tanah (mineral

dan komponen organik) ……… ₆

2 Mekanisme transportasi penyerapan kation ke dalam tubuh tanaman ………. ₁₂

3 Struktur kimia senyawa-senyawa organik (asam Oksalat dan asam Fitat) ………. ₁₄

4 Humus dan lapisan humus yang telah bercampur dengan partikel tanah ………. ₂₀

5 Akumulasi dan perubahan bentuk bahan organik di dalam tanah ……… ₂₉

6 Komposisi biomassa tanaman dan biomassa mikroba di dalam tanah ………. ₃₅

7 Siklus C merupakan proses transformasi senyawa organik maupun anorganik ……… ₃₇

8 Proses degradasi bahan organik oleh mikroba di dalam tanah ………. ₅₈

9 Proses dekomposisi pada serasah tanaman Pinus spp ……… ₆₄

10 Stuktur kimia molekul lignin ……….. 83

11 Rumus bangun molekul selulosa ………. 84

13 Komposisi senyawa non-Humik di dalam

Tanah ……… ₈₉

14 Berbagai senyawa Humik penyusun humus yang

terdapat di dalam tanah ……….. ₁₀₀

15 Senyawa Humik terdiri dari komponen fenol,

quinon, catechol dan senyawa gula ………. ₁₀₄

16 Kompleks mineral liat dan humus merupakan

sumber muatan negatif terbesar di dalam tanah ………. ₁₀₆

17 Kapasitas mineral liat dalam menjerap dan mele-

paskan kation unsur hara ………. ₁₀₇

18 Tahap-tahap pembentukan senyawa Humik di

dalam tanah ……….. ₁₁₀

19 Lignin dengan bentuk struktur cincin dan enam

rantai C ………. ₁₁₁

20a Pembentukan senyawa Humik menurut teori

Lignin ……… ₁₁₃

20b Pembentukan senyawa Humik menurut teori

senyawa Quinon ………. ₁₁₄

21 Pembentukan senyawa Humik menurut teori

Polifenol ……….. ₁₁₈

22 Pembentukan senyawa Humik menurut teori Kon-

densasi Gula-Amina ………. ₁₂₀

xi

fenolat bebas dan terikat, struktur Quinon,

O dan N ……….. ₁₂₄

24 Struktur asam Fulvat yang mempunyai gugus

aromatik serta gugus alifatik ……… ₁₂₉

25 Distribusi fraksi-fraksi utama senyawa Humik

dalam berbagai jenis tanah ……….. ₁₃₂

26 Struktur molekul Humik yang menggambarkan adanya gugus fenolik OH bebas dan yang

terikat, quinon, O dan N ………. ₁₃₆

27 Hubungan antara bahan organik dengan

kesuburan tanah ……….. ₁₃₉

28 Proses khelasi oleh asam Sitrat terhadap logam

berat alumunium (Al) yang bersifat toksik ……… ₁₅₂

29 Senyawa-senyawa organik yang mempunyai berat molekul rendah (asam Sitrat, asam Tartrat,

asam Gluconat dan Glycine)……… ₁₇₂

30 Asam Humat terbentuk pada akhir proses de- komposisi lanjut; berwarna hitam atau coklat

Resensi: Bahan Organik Tanah dan Dinamika Ketersediaan Unsur Hara Tanaman

Dr.sc.agr. N. NURLAENY, Ir.,MS

BAHAN ORGANIK TANAH

DAN DINAMIKA KETERSEDIAAN

UNSUR HARA TANAMAN

 Penulis : Dr.sc.agr. N. Nurlaeny, Ir.,MS.

 Editor : Prof. Dr. T. Simarmata,Ir.,MS.

 Penerbit : Unpad Press, 2015.

 Cetakan : I

 Halaman : 224 hal.

Eksistensi berbagai bentuk kehidupan di muka bumi ini sangat ditentukan oleh produktivitas tanah pada berbagai ekosistem. Diketahui bahwa, tanah bertindak sebagai

diperlukan tanaman. Status unsur hara yang terkandung dalam ekosistem tanah ternyata tidak hanya menentukan pertumbuhan tanaman saja, tetapi juga akan membatasi produktivitas konsumen dalam bentuk organisme hidup yang bervariasi, yang kemudian akan melanjutkannya lagi dalam suatu siklus rantai makanan.

Mekanisme transformasi dan translokasi unsur hara di dalam tanah selalu akan melibatkan sejumlah proses. Adanya penelusuran mengenai berbagai pengaruh bahan organik di dalam tanah terhadap proses transformasi Carbon dan Nitrogen serta unsur hara lainnya merupakan hal yang sangat mendasar dalam memahami proses-proses yang mendukung pertumbuhan tanaman. Sejalan dengan hal tersebut, proses mineralisasi-immobilisasi, stabilisasi produk-produk mikroba dan hubungan antara peran biomassa sebagai katalisator dibandingkan dengan perannya sebagai sumber-lumbung (source-sink) unsur hara juga merupakan parameter penentu dinamika ketersediaan unsur hara di dalam tanah.

Dalam siklus yang alami berbagai perubahan secara kontinu akan memengaruhi keseimbangan antara proses akumulasi dan dekomposisi residu organik di dalam tanah. Oleh karenanya, dinamika unsur-unsur Carbon (C), Nitrogen (N), Kalium (K), Sulfur (S) dan Fosfat (P) di dalam tanah dapat diekspresikan dalam jumlah dan laju pengembalian residu tanaman. Secara alami pula unsur hara yang ada di dalam tanah akan berubah secara dinamis, antara lain akibat pencucian (leaching), aliran permukaan (run-off), erosi atau melalui penguapan (volatilisasi) dan denitrifikasi

Dalam Bab I dibahas mengenai konsep tanah, unsur hara, pengertian unsur hara esensial dan prinsip-prinsip mengenai dinamika unsur C dan N di dalam tanah. Dalam Bab II dibahas mengenai komposisi dan sifat-sifat bahan organik tanah disertai dengan fraksi-fraksi yang aktif dan yang stabil. Selanjutnya Bab III menjelaskan tentang siklus C, kandungan bahan organik tanah dan faktor-faktor yang memengaruhinya, serta uraian tentang sumber-sumber bahan organik yang ada di dalam tanah.

Laju dekomposisi bahan organik dalam hubungannya dengan mikroba tanah dan faktor lingkungan di sekitarnya, diikuti dengan distribusi bahan organik di dalam tanah dijelaskan dalam Bab IV terutama mengenai proses pembentukan senyawa Humik dan non-Humik. Oleh karena itu bagaimana pengaruh bahan organik terhadap sifat-sifat fisik, kimia dan biologis tanah seta konsekuensinya terhadap dinamika ketersediaan unsur hara bagi tanaman diuraikan secara rinci dalam Bab V dan VI.

1

Bab I. PENDAHULUAN 1.1. Tanah dan Unsur Hara Tanaman

Produktivitas berbagai ekosistem di muka bumi ini sa-ngat dipengaruhi oleh faktor tanah, karena tanah sasa-ngat vital dalam mendukung eksistensi berbagai bentuk kehidupan di muka bumi. Sebagai ilustrasi, tanah bertindak sebagai media bagi pertumbuhan berbagai jenis tanaman dan memasoknya dengan berbagai unsur hara yang diperlukannya. Status unsur hara yang terkandung dalam ekosistem tanah tidak hanya akan membatasi pertumbuhan tanaman, tetapi juga akan membatasi produktivitas konsumen dalam bentuk organisme hidup yang bervariasi dan akan meneruskannya lagi dalam siklus rantai makanan yang tak putus (kontinu).

Tanah tersusun dari komponen biotik dan abiotik; me-rupakan tubuh alam yang terdiri dari fraksi mineral (pasir, de-bu dan liat) yang bercampur dengan komponen bahan orga-nik. Tanah mempunyai sistem pendaur ulang bagi unsur hara dan limbah organik, berperan sebagai habitat bagi mikroba dengan kerapatan populasi mencapai ± 2.6 x1013 m-2, pengatur (regulator) kualitas air, pengubah komposisi

atmos-Bahan Organik Tanah dan Dinamika

2

fir sehingga menjadi media yang ideal bagi pertumbuhan ber-bagai jenis tanaman. Adanya proses respirasi yang dilakukan oleh mikroba heterotropik menyebabkan adanya pengemba-lian unsur C (karbon) dari bahan organik ke atmosfir. Tanah mampu mengonversi bahan organik yang telah mati menjadi berbagai bentuk unsur hara yang memungkinkannya menjadi tersedia kembali bagi pertumbuhan tanaman.

Pertumbuhan didefinisikan sebagai suatu proses per-ubahan ukuran sel, organ-organ atau keseluruhan bagian suatu organisme yang tidak balik (irreversible change). Da-lam proses ini termasuk juga peningkatan jumlah sel tanpa merubah volume ataupun beratnya. Secara umum, pertum-buhan tanaman merupakan peningkatan sejumlah komponen tumbuh (protoplasma) yang menyebabkan peningkatan ukur-an sel dukur-an akhirnya terjadi pembelahukur-an sel. Peningkatukur-an protoplasma berlangsung pada saat air, CO2 dan garam-garam anorganik dirubah menjadi komponen-komponen tumbuh.

Senyawa-senyawa kimia tertentu yang dipasok dan diserap serta diperlukan untuk pertumbuhan dan proses meta-bolisme mahluk hidup didefinisikan sebagai nutrisi atau

Bahan Organik Tanah dan Dinamika

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

Bahan Organik Tanah dan Dinamika

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

Bahan Organik Tanah dan Dinamika

5 akan ditunjukkan oleh pertumbuhan, perkembangan atau re-produksinya yang abnormal terutama jika dibandingkan de-ngan tanaman yang tidak mengalami kekurade-ngan 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, CO2 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.

Bahan Organik Tanah dan Dinamika

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 dtanam-an dapat diserap oleh perakartanam-an ttanam-anamtanam-an 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:

Bahan Organik Tanah dan Dinamika

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

Bahan Organik Tanah dan Dinamika

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

 CO2(HCO3-)

 H2O

 O2

 gas dari atmosfer

 ion dari larutan 

NO3-, NH4+, N2



SO42-, SO2-

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  H2PO4- HPO42-

Proses fotosintesis, metabolis-me pertumbuhan tanaman,

per-Bahan Organik Tanah dan Dinamika

9 B

*Si

 H2BO4-

 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+

  Ca2+   Mg2+  Mn2+

 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 2nd messenger

dari pusat fotosintesis ke mo- lekul khlorofil, dimana O2 dilepaskan.

Tidak spesifik, menjaga kese-imbangan potensial air (osmo-tik), potensial elektro dan per-gerakan sel-sel penjaga (guard cells), aktivasi protein enzim,

Bahan Organik Tanah dan Dinamika

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:

 Fe2+ Fe3+

 Cu2+ 

Zn2+

 MoO4

2-Dalam bentuk khelat sebagai gugus prostetik, donor/akseptor elektron (oksidasi/reduksi); pembentuk khlorofil, katalisa-tor proses metabolisme

* Co * Ni

 Co+

 Ni2+

Dalam jumlah kecil diperlukan untuk fiksasi N oleh tanaman legum & bakteri Rhizobium, esensial untuk pembentukan vitamin B12 pada tanaman Clover

* V  V2+

Esensial untuk pertumbuhan ganggang/algae hijau. Non esensial untuk tanaman tingkat tinggi, meskipun dapat me-ningkatkan pertumbuhan

ta-Bahan Organik Tanah dan Dinamika

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 (HCO3-) 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).

Bahan Organik Tanah dan Dinamika

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

Selama masa pertumbuhannya, tanaman memfiksasi CO2 untuk proses fotosintesisnya dan sebanyak 10 – 25% dari C yang difiksasi tersebut akan dikembalikan lagi ke da-lam tanah melalui perakaran tanaman dada-lam bentuk eksudat akar. Oleh karena itu dinamika unsur-unsur C, N, S, P dan unsur hara lainnya di dalam tanah dapat diekspresikan dalam jumlah dan laju pengembalian residu tanaman, terutama

da-Bahan Organik Tanah dan Dinamika

13 lam bentuk komponen C dan N yang terlarut, bentuk selulosa, hemiselulosa dan lignin (Morgan, 2003).

Senyawa organik dalam bentuk eksudat yang dike-luarkan oleh perakaran tanaman secara pasif akan berdifusi ke area di sekitar perakaran (rhizosfir). Komposisi dan fungsi eksudat akar dari berbagai jenis tanaman sangat bervariasi. Eksudat akar yang paling banyak dijumpai dalam rhizosfir selain berbentuk C-organik yang dapat larut (dissolvable organic carbon, DOC) juga berbentuk senyawa organik yang mempunyai berat molekul rendah seperti asam-asam Fitat, Malat, Oksalat, Suksinat, Tartrat, Asetat, Butirat dan Sitrat (Gambar 3). Asam Oksalat dan asam Fitat merupakan asam-asam organik yang banyak terdapat dalam eksudat akar tanaman Pteris vitatta dan N. exaltata, sedangkan asam Ase-tat dan asam Suksinat banyak dijumpai pada rhizosfir tanam-an gtanam-andum(Triticum turgidum).

Senyawa-senyawa organik tersebut mempunyai ke-mampuan untuk menurunkan pH tanah dan membentuk ion kompleks, sehingga keberadaan logam berat dalam bentuk ion diubah menjadi bentuk yang lebih dapat diabsorbsi oleh akar tanaman (Poole & Conover. 1992).

Bahan Organik Tanah dan Dinamika

14

Gambar 3. Struktur kimia senyawa-senyawa organik (asam Oksalat dan asam Fitat) yang mempunyai berat molekul rendah

(Sumber: http://upload.wikimedia.org).

Komponen-komponen organik yang ada di dalam tanah inilah yang mempunyai pengaruh sangat besar terhadap perkem-bangan, tingkat kesuburan dan kelembaban tanah. Oleh ka-rena itu, bahan organik tanah yang merupakan kunci kehidup-an di dalam tkehidup-anah skehidup-angat menentukkehidup-an sifat fisik, kimia mau-pun biologi tanah tersebut.

Berlawanan dengan senyawa organik yang mempu-nyai berat molekul rendah, eksudat akar dalam bentuk C-organik yang dapat larut (DOC) secara tidak langsung me-mengaruhi akumulasi ion-ion logam di dalam tubuh tanaman melalui mekanisme rangsangan terhadap pertumbuhan

Bahan Organik Tanah dan Dinamika

15 mikroba pada area rhizosfir.

Ketersediaan C-organik merupakan faktor pembatas terhadap populasi dan keanekaragaman mikroba pada area rhizosfir. Akibatnya, eksudat akar dalam bentuk C-organik yang dapat larut (karbohidrat, protein dan berbagai enzim) yang didistribusikan secara pasif di sepanjang gradient kon-sentrasi menyebabkan keanekaragaman mikroba pada area rhizosfir lebih tinggi daripada dalam zone tanah non-rhizosfir (Römheld & Marschner, 1991).

Adanya perubahan-perubahan akibat penggunaan la-han, cara-cara pengolahan tanah, jenis vegetasi dan faktor-faktor lainnya menyebabkan terjadinya respon bahan organik tanah yang sangat cepat terhadap berbagai proses perubahan tersebut (Post & Kwon 2000; Leifield & Knabner 2005; Yoo

et al., 2006). Diketahui bahwa transformasi dan translokasi unsur hara di dalam tanah selalu melibatkan sejumlah proses. Dengan demikian adanya penelusuran mengenai pengaruh-pengaruh ketersediaan C di dalam tanah terhadap proses transformasi C, N, S dan P merupakan hal yang sangat mendasar. Titik tolak penelusuran secara berurutan mutlak dimulai dari cara-cara pengelolaan lanskap sampai ke

pem-Bahan Organik Tanah dan Dinamika

16

bentukan lapisan pedogenik, agregasi partikel tanah, sifat-sifat permukaan liat-sesquioksida, pengaruh mikoriza pada rhizosfir, kandungan berbagai enzim dan pengaruh-pengaruh mikroba tanah lainnya terhadap pemisahan horizon tanah. Paralel dengan hal tersebut, proses mineralisasi-imobilisasi, stabilisasi produk-produk mikroba dan hubungan antara ran biomassa sebagai katalisator dibandingkan dengan pe-rannya sebagai sumber-lumbung unsur hara (source-sink) ju-ga merupakan parameter-parameter yang menentukan.

Adanya oksigen, air, mineral serta residu tanaman dan hewan yang sedang atau telah mengalami proses dekompo-sisi, maka di dalam tanah akan berlangsung berbagai proses perubahan secara kontinu dan dalam siklus yang alami. Oleh karenanya, secara alami pula beberapa unsur hara yang ada di dalam tanah akan hilang melalui proses pencucian (leaching), oleh aliran permukaan (run-off), erosi atau melalui penguap-an (volatilisasi) dan denitrifikasi. Kehilangan unsur hara ter-besar terutama terjadi pada saat tanaman dipanen yang tidak diikuti dengan pengembalian residunya kembali ke dalam ta-nah. Keseimbangan antara proses akumulasi dan dekompo-sisi residu organik yang ada di dalam tanah selain ditentukan

Bahan Organik Tanah dan Dinamika

17 oleh aktivitas mikroba tanah juga sangat dikendalikan oleh faktor-faktor lingkungan lainnya.

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

Selama masa pertumbuhannya, tanaman memfiksasi

CO2 untuk proses fotosintesisnya dan sebanyak 10 – 25%

dari C yang difiksasi tersebut akan dikembalikan lagi ke da-lam tanah melalui perakaran tanaman dada-lam bentuk eksudat akar. Oleh karena itu dinamika unsur-unsur C, N, S, P dan unsur hara lainnya di dalam tanah dapat diekspresikan dalam jumlah dan laju pengembalian residu tanaman, terutama

da-13

lam bentuk komponen C dan N yang terlarut, bentuk selulosa,

hemiselulosa dan lignin (Morgan, 2003).

Senyawa organik dalam bentuk eksudat yang dike-luarkan oleh perakaran tanaman secara pasif akan berdifusi ke area di sekitar perakaran (rhizosfir). Komposisi dan fungsi eksudat akar dari berbagai jenis tanaman sangat bervariasi. Eksudat akar yang paling banyak dijumpai dalam rhizosfir

selain berbentuk C-organik yang dapat larut (dissolvable

organic carbon, DOC) juga berbentuk senyawa organik yang mempunyai berat molekul rendah seperti asam-asam Fitat, Malat, Oksalat, Suksinat, Tartrat, Asetat, Butirat dan Sitrat (Gambar 3). Asam Oksalat dan asam Fitat merupakan asam-asam organik yang banyak terdapat dalam eksudat akar

tanaman Pteris vitatta dan N. exaltata, sedangkan asam

Ase-tat dan asam Suksinat banyak dijumpai pada rhizosfir

tanam-an gtanam-andum(Triticum turgidum).

Senyawa-senyawa organik tersebut mempunyai ke-mampuan untuk menurunkan pH tanah dan membentuk ion kompleks, sehingga keberadaan logam berat dalam bentuk ion diubah menjadi bentuk yang lebih dapat diabsorbsi oleh akar tanaman (Poole & Conover. 1992).

14

Gambar 3. Struktur kimia senyawa-senyawa organik (asam Oksalat dan asam Fitat) yang mempunyai berat molekul rendah

(Sumber: http://upload.wikimedia.org).

Komponen-komponen organik yang ada di dalam tanah inilah yang mempunyai pengaruh sangat besar terhadap perkem-bangan, tingkat kesuburan dan kelembaban tanah. Oleh ka-rena itu, bahan organik tanah yang merupakan kunci kehidup-an di dalam tkehidup-anah skehidup-angat menentukkehidup-an sifat fisik, kimia mau-pun biologi tanah tersebut.

Berlawanan dengan senyawa organik yang mempu-nyai berat molekul rendah, eksudat akar dalam bentuk

C-organik yang dapat larut (DOC) secara tidak langsung

me-mengaruhi akumulasi ion-ion logam di dalam tubuh tanaman melalui mekanisme rangsangan terhadap pertumbuhan

15

mikroba pada area rhizosfir.

Ketersediaan C-organik merupakan faktor pembatas terhadap populasi dan keanekaragaman mikroba pada area rhizosfir. Akibatnya, eksudat akar dalam bentuk C-organik yang dapat larut (karbohidrat, protein dan berbagai enzim) yang didistribusikan secara pasif di sepanjang gradient kon-sentrasi menyebabkan keanekaragaman mikroba pada area rhizosfir lebih tinggi daripada dalam zone tanah non-rhizosfir (Römheld & Marschner, 1991).

Adanya perubahan-perubahan akibat penggunaan la-han, cara-cara pengolahan tanah, jenis vegetasi dan faktor-faktor lainnya menyebabkan terjadinya respon bahan organik tanah yang sangat cepat terhadap berbagai proses perubahan tersebut (Post & Kwon 2000; Leifield & Knabner 2005; Yoo

et al., 2006). Diketahui bahwa transformasi dan translokasi unsur hara di dalam tanah selalu melibatkan sejumlah proses. Dengan demikian adanya penelusuran mengenai pengaruh-pengaruh ketersediaan C di dalam tanah terhadap proses transformasi C, N, S dan P merupakan hal yang sangat mendasar. Titik tolak penelusuran secara berurutan mutlak dimulai dari cara-cara pengelolaan lanskap sampai ke

16

bentukan lapisan pedogenik, agregasi partikel tanah, sifat-sifat permukaan liat-sesquioksida, pengaruh mikoriza pada rhizosfir, kandungan berbagai enzim dan pengaruh-pengaruh mikroba tanah lainnya terhadap pemisahan horizon tanah. Paralel dengan hal tersebut, proses mineralisasi-imobilisasi, stabilisasi produk-produk mikroba dan hubungan antara ran biomassa sebagai katalisator dibandingkan dengan

pe-rannya sebagai sumber-lumbung unsur hara (source-sink)

ju-ga merupakan parameter-parameter yang menentukan.

Adanya oksigen, air, mineral serta residu tanaman dan hewan yang sedang atau telah mengalami proses dekompo-sisi, maka di dalam tanah akan berlangsung berbagai proses perubahan secara kontinu dan dalam siklus yang alami. Oleh karenanya, secara alami pula beberapa unsur hara yang ada di

dalam tanah akan hilang melalui proses pencucian (leaching),

oleh aliran permukaan (run-off), erosi atau melalui

penguap-an (volatilisasi) dan denitrifikasi. Kehilangan unsur hara ter-besar terutama terjadi pada saat tanaman dipanen yang tidak diikuti dengan pengembalian residunya kembali ke dalam ta-nah. Keseimbangan antara proses akumulasi dan dekompo-sisi residu organik yang ada di dalam tanah selain ditentukan

17

oleh aktivitas mikroba tanah juga sangat dikendalikan oleh faktor-faktor lingkungan lainnya.