HUBUNGAN TANAH – HARA - TANAMAN

Bahan kajian MK. PemupukanDiabstraksikan oleh

Prof Dr Ir Soemarno MSJur Tanah FP UB September 2011

PENDAHULUAN

Tanah dapat didefinisikan sebagai material mineral tidak-padu yang berada di permukaan bumi dan yang berfungsi sebagai medium alami bagi pertumbuhan tanaman darat. Akan tetapi kalau dilakukan praktek-praktek pengelolaan tanah dan dengan demikian dipengaruhi oleh faktor genetik dan lingkungan, maka akan banyak terjadi modifikasi pada karakteristik dan kualitas tanah. Efek-efek modifikasi terhadap lengas tanah, temperatur-tranah, oksigen-udara-tanah, karakteristik kimiawi, kekurangan atau keracunan hara, dapat muncul dan terlibat dengan interaksi-interaksi yang terjadi di antara parameter-parameter ini. Selain hal-hal tersebut, uraian berikut ini akan dibatasi pada modifikasi zone perakaran tanaman, terutama yang berkaitan dengan penyembuhan kekurangan unsur hara.

Sistem pengolahan tanah seringkali memodifikasi zone perakaran tanaman secara signifikan. Tindakan pengolahan tanah lazimnya dilakukan karena beberapa alasan, misalnya untuk menggemburkan tanah sehingga memudahkan penetrasi akar, mengubur residu panen tanaman sebelumnya, menyediakan lingkungan yang sesuai bagi benih, mengendalikan gulma. Tradisi, estetika, dan manfaat-manfaat tertentu lainnya telah memotivasi petani untuk mempraktekkan berbagai macam tindakan pengolahan tanah dan budidaya tanaman, yang pada akhirnya akan memodifikasi zone perakaran. Praktek-praktek seperti ini dianggap lebih layak kalau sumber enerji, terutama yang berasal dari bahan bakar fosil, cukup tersedia dan lebih ekonomis. Konsep penggunaan enerji telah berubah secara drastis pada akhir-akhir ini, terutama dalam proses produksi pertanian. Semakin terbatasnya enerji fosil dan dengan demikian semakin meningkatnya biaya serta minat terhadap konservasi tanah, telah mendorong semakin banyaknya perhatian terhadap konsep minimum-tillage (Adams et al., 1973; Mock dan Erbach, 1977). Sistem ini mempengaruhi tingkat modifikasi zone perakaran tanaman dan mungkin juga akan berpengaruh terhadap cekaman (kekurangan) hara.

Data yang sahih tentang pengaruh modifikasi zone perakaran terhadap cekaman hara relatif sulit dan mahal diperoleh. Heterogenitas di antara dan di dalam lokasi serta interaksi yang kompleks di antara faktor-faktor telah mengakibatkan kesulitan interpretasi data terutama kalau replikasi waktu tidak dilakukan. Walaupun demikian masih dimungkinkan untuk mengubah dan mengatasi kekurangan hara yang diakibatkan oleh adanya modifikasi zone perakaran.

1

Dalam rangka memperkenalkan teknik-teknik yang dapat digunakan untuk memperbaiki kesuburan tanah dan menyembuhkan kekurangan hara, dianggap perlu untuk terlebih dahulu memahami sifat dan karakteristik dari permasalahan yang dihadapi. Untuk ini maka harus memahami berbagai pengetahuan tentang fenomena kesetimbangan dalam tanah yang mengendalikan suplai hara ke akar tanaman. Kalau pengetahuan ini telah dikuasai, maka perlu mengevaluasi presisi dan nilai prognostik dari metode-metode yang ada untuk menjelaskan status kesuburan tanah. Hal ini memungkinkan kita untuk menentukan realibilitas cara-cara yang digunakan untuk mendiagnosa kekurangan hara dalam suatu kasus tertentu. Setelah itu berbagai pendekatan untuk menyembuhkan kekurangan hara dapat dirancang untuk memaksimumkan respon tanaman terhadap perlakuan penyembuhannya.

deoracle.org/learning-objects/phytoremediatio...

Ada banyak kendala dalam diagnosis sifat dan keparahan problematik yang ada dan pada akhirnya akan menimbulkan kesulitan dalam upaya menyembuhkan sesuatu masalah kekurangan hara. Banyak aturan-aturan dan kaidah-kaidah tertulis tentang kesuburan tanah dan diagnosis kekurangan hara.

1. Hubungan Tanah-Tanaman

Disamping sebagai tempat tegaknya tanaman, tanah juga mensuplai unsur hara esensial yang diperlukan oleh tanaman kecuali CO2

2

dan O2 yang berasal dari atmosfer. Interaksi antara fase padatan dan cairan dalam mensuplai unsur hara esensialdari tanah ke akar tanaman, diabstraksikan dalam Gambar 1.1. Secara umum telah disepakati bahwa tanaman menyerap sebagian besar haranya secara langsung dari larutan tanah, maka komponen ini akan menjadi fokus pembahasan. Konsentrasi larutan tanah selalu encer, jarang yang melampaui 10 mM kecuali pada kondisi saline. Larutan tanah berada dalam kondisi kesetimbangan dinamik dengan fase padatan tanah yang mencerminkan cadangan hara. Hal ini dilukiskan dalam Tabel 1.1 yang hanya menunjukkan kecilnya persentase kation tersedia dalam larutan tanah.

deoracle.org/learning-objects/phytoremediatio...

2. Suplai dan Ketersediaan Hara

Untuk dapat lebih memahami kesetimbangan-kesetimbangan yang dilukiskan dalam Gambar 1.1, kita perlu untuk mengkaji konsep-konsep ketersediaan dan suplai hara kepada tanaman. Istilah "ketersediaan" itu sendiri masih belum terdefinisikan secara baik, tetapi telah diartikan sebagai ”kondisi dimana tanaman mampu mendapatkan hara secukupnya”. Misalnya, ion-ion dalam larutan tanah mudah tersedia tetapi jumlah totalnya sedikit. Oleh karena itu kesinambungan penyerapan hara dari larutan tanah tergantung kepada laju pembaharuan konsentrasinya dari cadangan hara yang berada pada fase padatan-tanah. Oleh karena itu pada umumnya dianggap benar bahwa tambahan pertama dari hara yang diambil akan lebih mudah tersedia dibandingkan dengan tambahan-tambahan berikutnya karena enerji ikatannya kepada fase padatan semakin besar.

3

4

www.genetics.uga.edu/.../phyto/Asstrategies.html

www.karnalyte.com/kids/index.html

5

FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI KETERSEDIAAN HARA BAGI TANAMAN

Ketersediaan hara bagi tanaman ditentukan oleh faktor-faktor yang mempengaruhi  kemampuan tanah mensuplai  hara  dan faktor-faktor yang  mempengaruhi kemampuan  tanaman  untuk menggunakan unsur hara yang disediakan. Tujuan dari uji-tanah adalah  mengukur faktor-faktor  ini  dan  menginterpretasikan  hasil-hasilnya dalam  konteks perlakuan penyembuhan  yang  mungkin diperlukan. Beberapa faktor dapat ditentukan melalui pekerjaan analisis laboratorium. Sedangkan faktor lainnya seperti kandungan oksigen-udara -tanah, suhu tanah dan lainnya, harus ditentukan di lapangan.

Dalam menyarankan suatu prosedur untuk mengukur ketersediaan unsur  hara atau menginterpretasikan hasil-hasil pengukurannya, pengetahuan tentang  berbagai reaksi yang berlangsung dan dialami oleh unsur hara dalam tanah sangat penting. Oleh karena itu dalam pembahasan kali ini akan dipusatkan pada faktor-faktor yang terlibat dengan suplai hara pada permukaan akar tanaman.

www.fao.org/docrep/010/ag120e/AG120E10.htm

1. Faktor-faktor yang mempengaruhi konsentrasi larutan tanah Unsur  hara  yang larut dalam larutan-tanah  berasal  dari

beberapa sumber  seperti pelapukan mineral  primer,  dekomposisi bahan organik, deposisi dari atmosfer,  aplikasi   pupuk, AIR IRIGASI, rembesan air tanah dari tempat lain, dan lainnya.

6

Ion-ion nitrat  dan khlorida sangat mudah larut dan lazimnya tidak membentuk senyawa yang tidak-larut dengan komponen tanah. Akibat-nya  nitrat  dan khlorida yang ditambahkan ke tanah  akan  tetap berbentuk anion dalam larutan tanah hingga diserap oleh akar tanaman atau jasad  renik,  tercuci, atau mengalami reaksi denitrifikasi nitrat. Anion sulfat  dalam tanah-tanah  netral  dan alkalis mempunyai perilaku  yang serupa dengan  nitrat,  tetapi dalam tanah-tanah masam  cenderung untuk dijerap oleh koloid tanah. Kebanyakan  unsur hara lainnya membentuk  beberapa  tipe senyawa yang kurang melarut dan cenderung mempertahankan konsentrasi kesetimbangan dalam larutan tanah. Dengan demikian kation-kation  larut  air  akan berkesetimbangan  dengan kation tukar; kation-kation  seperti Cu dan Zn mempunyai ciri-ciri  asam Lewis (sebagai  aseptor elektron) dapt membentuk kompleks dengan bahan organik tanah; ion ferri dan Al membentuk hidroksida atau  oksida hidrous yang tidak melarut; fosfor membentuk senyawa Fe-fosfat, Al-fosfat dan Ca-fosfat yang tidak melarut.

elkhorn.unl.edu/epublic/pages/publicationD.js...

Kondisi  pH tanah merupakan faktor penting  yang menentukan kelarutan unsur  yang  cenderung berkesetimbangan dengan  fase padatan (Tabel 2.1). Kelarutan oksida-oksida hidrous dari Fe dan Al secara langsung tergantung pada konsentrasi hidroksil (OH-) dan menurun kalah pH meningkat. Kation hidrogen (H+) bersaing secara langsung dengan kation-kation asam Lewis lainnya membentuk  tapak kompleksi, dan oleh karenanya kelarutan kation kompleks seperti Cu  dan Zn akan meningkat dengan menurunnya pH. Konsentrasi kation hidrogen menentukan besarnya KTK tergantung-muatan  (dependent charge) dan

7

dengan demikian akan mempengaruhi aktivitas semua kation tukar. Kelarutan Fe-fosfat, Al-fosfat dan Ca-fosfat sangat tergantung pada pH, demikian juga  kelarutan anion molibdat (MoO4) dan  sulfat  yang terjerap. Anion molibdat dan sulfat yang terjerap,  dan fosfat yang  terikat  Ca kelarutannya akan menurun kalau pH  meningkat. Selain itu, pH juga mengendalikan kelarutan karbonat dan silikat, mempengaruhi reaksi-reaksi redoks, aktivitas jasad  renik, dan menentukan bentuk-bentuk kimia dari fosfat dan  karbonat  dalam larutan tanah.  Pengasaman mineral silikat  dapat menggeser "muatan  patahan" dari negatif menjadi positif. Beberapa  reaksi penting yang terpengaruh oleh pH disajikan dalam Tabel 2.2.

Soil pH affects nutrient availability to plants. The width of the band indicates the relative availability of each plant nutrient at

various pH levels

Faktor lain yang sangat penting dalam menentukan konsentrasi hara dalam larutan tanah adalah potensial redoks (Eh). Faktor ini berhubungan dengan keadaan aerasi  tanah  yang selanjutnya sangat tergantung pada  laju respirasi  jasad renik  dan laju difusi oksigen. Ia mempengaruhi kelarutan unsur hara mineral yang  mempunyai lebih dari satu bilangan oksidasi (valensi). Unsur-unsur ini adalah  C, H, O, N, S, Fe, Mn, dan Cu. Kandungan air yang mendekati atau melebihi kondisi ke-jenuhan merupakan sebab utama dari buruknya aerasi karena  kecepatan difusi  oksigen melalui pori yang terisi air jauh lebih lambat  daripada pori yang berisi udara. Ikhtisar beberapa reaksi redoks yang penting disajikan dalam  Tabel 2.3. Informasi dalam tabel ini menyatakan bahwa  kalau

8

tanah yang semula dalam kondisi oksidasi menjadi lebih reduksi mka akan dapat terjadi reaksi-reaksi berikut ini.

Tabel 2.2. Pengaruh  kemasaman  terhadap beberapa  reaksi  yang berlangsung dalam tanah

No.

Gugusan yang ter-pengaruhi

Reaksi-reaksi umum

1. Hidroksida dan xAl3+ + 3xOH- === AlxOH(3x-y)y+ + yOH- === xAl(OH)3

Oksida xFe3++ 3xOH- === FexOH(3x-y)y+ + yOH- ==== xFe(OH)3 === 0.5xFe2O3 + 3x H2O

2. Karbonat CaCO3 + 2H+ === Ca++ + CO2 + H2O

3. Kompleks*) CuCh + 2H+ === Cu++ + H2Ch4. Fosfat Fe(OH) 2H2PO4 + OH- === Fe(OH) 3 + H2PO4

-

Al(OH) 2H2 PO4 + OH- === Al(OH) 3 + H2PO4-

Ca10(PO4)6(OH) 2 +14H+ === 10Ca++ + 6H2PO4- + 2H2O

5. Silikat Mg2SiO4 + 4 H+ === 2Mg++ + Si(OH)4

SiO2 +H2O +OH- === OSi(OH) 3-

6. KTK (tergantung pH)

M+X- + H+ === M+ + HX (**)

7. Muatan pada Si Si patahan silikat O 0.5- + H+ === OH 0.5+

Al Al Al-OH0.5- + H+ ==== Al-OH2 0.5+

8. Sistem redoks Mn2+ + H2O + O2 === 2 H+ + MnO2

2Fe2+ + 5 H2O + O2 === 4H+ + 2Fe(OH) 3

H2S + 2O2 === 2H+ + SO4=

NH4+ + 2O2 === 2 H+ + NO3- + H2O9. Ion dalam HPO4

= + H+ === H2PO4-

larutan H2CO3 === HCO3- + H+ === CO3

= + 2 H+

Cu++ + OH- ==== CuOH+

Keterangan: *) Ch adalah khelat, mencerminkan elektron donor. (**) X merupakan tapak muatan yang tergantung pH, terutama karboksilat dan fenolat, M+ merupakan kation tukar.(a). denitrifikasi nitrat, kombinasi reaksi 1 dan 4(b). reduksi MnO2 menjadi Mn++, reaksi no. 5(c). reduksi Cu++ menjadi Cu+, reaksi no. 7(d). reduksi oksida hidrous Fe+++ menjadi Fe++, no. 8(e). reduksi SO4= menjadi H2S, reaksi no. 9(f). produksi CH4, reaksi no. 10(g). produksi H2, reaksi no. 12

9

Tabel 2.3. Beberapa reaksi oksidasi-reduksi yang penting dalam tanah

No. Eh (mV) Reaksi

1. 968 2NO3- + 8H+ + 6e N2 + 4 H2O

2. 815 O2 + 4H+ + 4e 2H2O

3. 771 Fe3+ + e Fe++

4. 421 NO3- + 2H+ + 2e NO2

- + H2O

5. 401 MnO2 + 4H+ + 2e Mn++ + 2 H2O

6. 345 NO2- + 8H+ + 6e NH4+ + 2 H2O

07. -135 Cu++ + e Cu+

8. -185 Fe(OH)3 + 3H+ + e Fe++ + 3 H2O

9. -214 SO4= + 10H+ + 8e H2S + 4H2O

10. -245 CO2 + 8H+ + 8e CH4 + 2 H2O

11. -278 N2 + 8H+ + 6e 2NH4+

12. -414 2H+ + 2e H2

Sumber: Garrels dan Christ (1965)

10

Reaksi-reaksi  lainnya  berhubungan dengan batas atas stabilitas  air (reaksi No.2),  nisbah  Fe+++ dengan Fe++ dalam larutan tanah  (reaksi No.3),  proses nitrifikasi  (reaksi No.4 dan 6), dan proses fiksasi nitrogen (reaksi  No.11). Denitrifikasi  dan reduksi Mn masih dapat berlangsung dalam tanah  yang  basah tetapi  tidak jenuh air. Reaksi lainnya umumnya memerlukan kondisi jenuh  dan tergenang. Reduksi  feri-oksida akan menghasilkan  pelepasan  fosfat  yang terfiksasi oleh oksida, yang dapat memberikan sumbangan kepada nutrisi tanaman seperti  padi yang dapat tumbuh pada kondisi tergenang. Potensial baku  (Eh) pada Tabel 2.3 hanya menjelaskan apa yang mungkin terjadi secara termodinamika. Laju aktual dari  reaksi sangat tergantung pada sistem ensim jasad  renik. Akan tetapi pentingnya pengaruh potensial redoks tanah terhadap komposisi larutan tanah sangatlah jelas.

Faktor lain, seperti suhu dan kekuatan ionik larutan-tanah, juga dapat mempengaruhi  reaksi-reaksi yang mengendalikan konsentrasi hara dalam larutan tanah.

2. Pergerakan Unsur Hara menuju Permukaan Akar

2.1. Intersepsi akar (root interception)Kalau  akar  tanaman tumbuh dan berkembang  dalam  tanah,

mereka menempati ruang yang semula ditempati oleh unsur hara yang dapat diserap. Oleh  karena itu permukaan akar  harus  kontak dengan unsur hara ini selama proses penggantian ruang tersebut.

www.tutorvista.com/.../passive-absorption.php

Estimasi sumbangan intersepsi akar terhadap kebutuhan hara tanaman dapat dilakukan atas dasar tiga asumsi berikut: (1). Jumlah  maksimum hara yang di-intersep adalah jumlah yang

diperkirakan tersedia dalam volume tanah yang ditempati oleh akar

11

(2). Akar menempati rata-rata 1% dari total volume tanah(3). Sekitar  50%  dari total volume tanah terdiri atas  pori; oleh

karenanya akar menempati sekitar 2% dari total ruang pori.

Atas  dasar  asumsi-asumsi ini, nilai-nilai dalam Tabel  2.4 telah dapat dihitung oleh Barber (1966) untuk tanah lempung-debu fertil. Unsur hara yang dapat  disuplai secara lengkap oleh intersepsi adalah Ca, sedangkan sumbangan yang  cukup besar dijumpai pada unsur Mg, Mn, dan Zn. Perlu diketahui bahwa nilai-nilai  ini merupakan batas maksimum yang mungkin bagi intersepsi  akar karena  beberapa bagian dari akar dapat meningkatkan volumenya tanpa  menyerap hara dari  volume  tanah yang digantikannya, dan sebagian  massa tanah  yang terdesak akan menyingkir tanpa kontak dengan permukaan akar.

Walaupun  nilai-nilai absolut tidak dapat ditentukan, tampak bahwa intersepsi akar akan menyediakan lebih banyak kebutuhan hara kalau tanaman mempunyai sistem  perakaran yang ekstensif dan kalau konsentrasi hara tersedia  dalam zone perakaran cukup tinggi.

Tabel 2.4. Estimasi jumlah hara yang disuplai oleh tiga mekanisme kepada akar jagung  yang tumbuh dalam tanah lempung-debu yang dipupuk dosis tinggi dan pH tanah 6.8.

Unsur Total Jumlah yang disuplai oleh: hara Serapan Intersepsi Aliran massa Difusi .......... ........... kg/ha ....... .........Ca 23 66 175 -Mg 28 16 105 -K 135 4 35 96P 39 1 2 36Mn 0.23 0.1 0.05 0.08Zn 0.23 0.1 0.53 -Cu 0.16 0.01 0.35 -B 0.07 0.02 0.70 -Fe 0.80 0.10 0.53 0.17

Sumber: Barber (1966).

2.2. Aliran massa (mass-flow)Air secara terus-menerus bergerak mendekati atau menjauhi

permukaan akar. Sejumlah air kontak dengan permukaan akar kalau ia diserap untuk menggantikan kehilangan transpirasi. Sejumlah air  lainnya kontak dengan permukaan akar kalau ia bergerak dalam  responnya terhadap gradien potensial air dalam tanah. Air tanah ini mengandung unsur  hara terlarut dan jumlah unsur hara tertentu  yang diangkut ke prmukaan akar oleh salah satu dari proses ini disebut sebagai hara yang diangkut oleh aliran massa.

Persentase kebutuhan hara yang dapat dipenuhi oleh aliran massa tergantung  pada  (a) kebutuhan ta-naman akan unsur  hara,  (b) konsentrasi hara dalam larutan tanah, (c) jumlah air yang  ditranspirasikan

12

per unit bobot jaringan, dan (d) volume efektif air, yang bergerak karena gradien potensial dan yang kontak dengan permukaan akar.

www.greenhousecanada.com/index.php?option=com...

Kontribusi  proses  yang terakhir ini sulit  ditentukan, sehingga estimasi kontribusi hara dari aliran massa biasanya didsarkan  atas konsentrasi  hara dan jumlah air transpirasi per  satuan  bobot jaringan. Estimasi seperti ini disajikan dalam  Tabel  2.4.  Tampak bahwa aliran massa dapat menjadi kontributor dominan untuk  hara Ca,  Mg,  Zn, Cu, B dan Fe. Demikian juga, akurasi  hasil estimasi masih dapat dipertanyakan karena asumsi-asumsi yang terlibat.

2.3. Difusi (diffusion)Dari  estimasi  dalam Tabel 2.4 tampak bahwa kebutuhan P dan  K

biasanya  tidak dapat dipenuhi dari intersepsi dan aliran  massa. Oleh karena  itu harus dipenuhi oleh proses difusi.  Persamaan berikut ini melukiskan faktor-faktor penting yang menentukan  kecepatan difusi unsur hara menuju ke permukaan akar:

dq/dt = DAP(C1 - C2) / L

dimana:

dq/dt=mencerminkan laju difusi ke permukaan akarD = koefisien difusi unsur hara dalam airA = luas  penampang  yang  diasumsikan  mencerminkan total

permukaan  penyerapan dari akar tanaman untuk maksud difusi ini.P = fraksi  dari  volume tanah yang ditempati oleh  air (juga termasuk

faktor tortuosity)C1= konsentrasi  hara terlarut pada suatu titik yang berjarak  L dari

permukaan akar C2 = konsentrasi hara terlarut pada permukaan akar

13

L = jarak dari permukaan akar ke titik tertentu C1.

Persamaan ini tidak akan berlaku secara tepat untuk sistem tanah, akan tetapi  ia mampu menunjukkan faktor-faktor apa  saja  yang mempengaruhi kecepatan  difusi unsur hara seperti P  dan  K  ke permukaan akar, yaitu:

(1). Faktor  P. Ini mencerminkan fraksi dari total volume tanah -yang mengandung  air. Laju difusi akan tergantung pada kadar air tanah, dan tanah yang bertekstur halus diharapkan akan  memungkinkan  difusi yang lebih  cepat pada kondisi konsentrasi  larutan yang sama dibandingkan  dengan tanah yang teksturnya kasar karena ia mempunya kapasitas menahan  air  yang lebih besar pada potensial  air  tanah  yang setara.

(2). Besarnya  gradien konsentrasi (C1-C2)/L. Konsentrasi  yang tidak sama akan menyediakan gaya dorong bagi difusi. Kalau C1 merupakan konsentrasi larutan tanah dan  C2  konsentrasi pada permukaan akar, laju difusi akan lebih tinggi kalau  C1 semakin besar dan C2 semakin kecil dan L konstan. Sehingga kemampuan tanaman untuk menyerap hara menurunkan  konsentrasi C2 hingga sangat rendah dan hal ini akan  meningkatkan laju difusi yang tinggi karena konsentrasi hara dalam larutan (C1) menjadi tinggi. Faktor jarak L akan dipengaruhi oleh adanya  faktor kapasitas dalam kesetimbangan  dengan larutan  tanah karena reaksi kesetimbangan akan  cenderung mempertahankan konsentrasi yang relatif  tinggi  di  dekat permukaan akar.

Sumber: www.tutorvista.com/search/what-is-transported...

14

(3). Faktor  A.  Mencerminkan  total luas  permukaan akar yang tersedia untuk penyerapan dan menjadi fakor  yang sangat penting. Sejumlah hara yang sama dapat diserap dengan laju yang lebih lambat per satuan luas permukaan kalau total luas permukaan penyerapan lebih besar. Oleh karena itu, luasnya sistem perakaran merupakan faktor penting yang  mempengaruhi  serapan yang dikendalikan oleh difusi. Distribusi  akar dalam kaitannya dengan distribusi spasial unsur hara tersedia dan  air  tersedia sangat penting. Unsur  hara, baik alami maupun  yang ditambahkan, cenderung terkonsentrasi  dalam tanah lapisan olah. Akan tetapi lapisan tanah ini  cenderung untuk mengering selma periode kekeringan dan ketersediaan hara tersebut menurun secara drastis. Sehingga ketersediaan hara  pada  tahun-tahun kering akan  banyak ditingkatkan kalau ada suplai hara dan air dalam subsoil dan kalau distribusi akar dalam subsoil memadai jumlahnya. Operasi pengolahan  tanah  dapat mempengaruhi distribusi  spasial  dan  ke-tersediaan hara (Siemens, Walker dan Peck, 1971).

3. Pembaharuan Hara dalam Larutan Tanah

Kalau  unsur  hara diambil dari larutan tanah,  akan terjadi ke-cenderungan  untuk  menggantikan defisit hara dari fase  padatan tanah. Konsentrasi hara dalam larutan tanah sering disebut sebagai faktor intensitas dan sumber hara pada fase padatan  tanah  yang mensuplai kembali larutan tanah disebut sebagai faktor  kapasitas.

Faktor kapasitas dapat dibagi-bagi secara sembarangan menjadi tiga kategori, yaitu:(1). bentuk-bentuk  yang berkesetimbangan secara cepat dengan

larutan tanah.(2). bentuk-bentuk  yang berkesetimbangan secara lambat hingga agak

lambat (kesetimbangan semu) dengan larutan tanah(3). bentuk-bentuk yang tidak berkesetimbangan dengan larutan tanah,

karena tidak ada reaksi balik (unsur hara dibebaskan tetapi tidak dijerap kembali).

Teladan  bentuk-bentuk yang kerkesetimbanagn secara cepat dengan larutan tanah akan berupa K-tukar, Ca-tukar atau  Mg-tukar dan P-permukaan. Teladan bentuk-bentuk yang  lambat berkesetimbangan dengan larutan tanah adalah K-terfiksasi dan P yang terdifuse ke bawah permukaan mineral penyerap atau  ke dalam interior agregat tetapi masih dapat terdifusi  kembali ke permukaan dalam jangka waktu yang cukup panjang  kalau gradien aktivitasnya menjadi sesuai. Teladan  bentuk  yang tidak berkesetimbangan atau reaksi satu arah adalah pelepasan hara seperti  N, P, dan S oleh dekomposisi  bahan organik, dekomposisi mineral yang semula dibentuk dalam sistem bersuhu tinggi,  dan input dari atmosfer. Beberapa  mineral  primer dapat menunjukkan kecenderungan untuk mengalami reaksi  balik kalau  laju dekomposisinya dikendalikan oleh  konsentrasi produk dekomposisi dalam larutan tanah.

15

4. Faktor-faktor yang Mempengaruhi Kemampuan Tanaman Menyerap Hara

Faktor-faktor  tanah  yang  mempengaruhi  kemampuan tanaman menyerap hara adalah:

(1). Konsentrasi  oksigen dalam udara tanah. Energi yang diperlukan untuk serapan hara berasal dari proses respirasi dalam akar tanaman.  Untuk  semua  tanaman akuatik  ternyata proses respirasi ini tergantung pada suplai  oksigen  dalam udara  tanah. Oleh  karena itu aerasi  yang  buruk  akan menghambat  proses penyerapan unsur hara (Grable,  1966) disamping mempengaruhi tingkat oksidasi beberapa macam unsur hara.

(2). Temperatur  tanah.  Penyerapan  unsur  hara berhubungan dengan aktivitas metabolik yang selanjutnya sangat  tergantung pada suhu. Konsentrasi hara dalam larutan tanah  yang lebih  besar  seringkali diperlukan untuk  mencapai   laju pertumbuhan  maksimum  dalam kondisi  tanah  dingin   dibandingkan  dengan tanah-tanah yang hangat. Hal  ini  telah terbukti dengan unsur hara P (Sutton, 1969).

(3). Reaksi-reaksi antagonistik yang mempengaruhi serapan hara. Walaupun konsentrasi hara pada permukaan akar dapat menjadi faktor paling  kritis yang mempengaruhi laju serapan hara  pada kondisi lingkungan normal, reaksi-reaksi antagonistik di antara ion-ion juga dapat menjadi penting. Kurva baku respon hasil tanaman terhadap penambahan unsur hara  tunggal  mula-mula menunjukkan daerah respon  pertumbuhan,  kemudian daerah  hasil maksimum yang mendatar, dan  akhirnya zone depresi hasil kalau konsentrasi mendekati tingkat toksik. Kisaran hasil maksimum di daerah yang mendatar tergantung  pada hara (sempit untuk unsur mikro, lebar untuk unsur  makro) dan pada konsentrasi  relatif unsur hara  lainnya.  Suatu teladan  kondisi yang terakhir ini adalah  terjadinya  depresi hasil akibat penambahan K pada tanah-tanah yang miskin Mg. Efek antagonistik K terhadap serapan Mg dapat  mengakibatkan depresi hasil karena defisiensi Mg.

(4). Substansi  toksik. Suatu substansi yang mengganggu proses metabolisme tanaman juga dapat mempengaruhi serapan  hara. Substansi  toksik seperti ini di antaranya adalah  konsentrasi Mn atau Al yang tinggi dalam tanah masam, konsentrasi garam terlarut yang sangat tinggi, jumlah B yang berlebihan,  dan lainnya.

16

www.ul.ie/~childsp/CinA/Issue41/editorial41.html

5.   Faktor  yang Mempengaruhi Ketersedian Hara dan  Metode Uji-tanah

Bagan  umum ketersediaan unsur hara disajikan dalam Gambar 2.2. Tujuan dari bagan ini adalah memvisualkan berbagai input hara ke dalam  larutan tanah darimana ia dapat diekstraks  oleh  tanaman. X

www.umassvegetable.org/.../soil_basics_II.html

17

M-atmosfer

Penguapan panen

M-pupuk M-tanaman M-ternak

Bentuk M yg Cepat berke- M-larutan tanah M-bahan organik setimbangan

Bentuk M mineral M lambat- primer medium

pencucian

Kehilangan erosi

Gambar 2.2. Bagan  ketersediaan  hara secara  umum.  M  menyatakan unsur hara.

Pemahaman tentang besaran relatif setiap input untuk setiap unsur hara  tertentu  dan variabilitas selama musim  pertumbuhan  akan sangat berguna dalam mengembangkan atau mengevaluasi uji-tanah untuk  unsur hara tersebut. Misalnya saja, permasalahan  manakah yang terbaik, menganalisis faktor intensitas atau faktor  kapasitas.

Secara teori penggunaan faktor intensitas lebih sesuai kalau  faktor kapasitas mampu mempertahankan konsentrasi larutan tanah secara seragam (konstan) sepanjang musim. Kondisi ini biasanya ditemukan pada unsur  hara P, Ca, dan Mg dan kadangkala  juga  K. Dalam kasus-kasus dimana  uji P tanah telah  diperbandingkan pada berbagai  tanah, maka P larut air biasanya berkorelasi  lebih baik daripada  faktor kapasitasnya dengan  serapan  tanaman. Tujuan utama mengadopsi metode ini untuk penggunaan rutin  uji tanah disebabkan  oleh  kenyataan bahwa konsentrasi P  sangat rendah (kadangkala kurang  dari 0.1 ppm) sehingga mempersulit teknik analitiknya.

18

Tabel 2.5. Penahanan  Ca++  dan NH4+ dalam bentuk dapat  ditukar oleh

berbagai material  setelah pencucian dengan larutan 0.05N Ca-asetat dan 0.05N  amonium asetat.

Material Posisi pertukaran yang ditempati oleh Ca++ NH4+ ............... % ............Asam humat 92 8Montmorilonit 63 37Kaolinit 54 46Muskovit 6 94

Sumber: Schachtschabel (1940).

Dalam  beberapa situasi dimungkinkan untuk menurunkan  faktor kapasitas  cukup  besar dalam satu musim pertumbuhan  sehingga ukuran faktor kapasitas sangat diperlukan untuk mendukung informasi  faktor intensitas (misalnya Kalium).  Kalau  pengukuran  faktor kapasitas diperlukan maka biasanya akan lebih  banyak ditemukan masalah interpretasinya karena hubugan antara kedua  faktor  ini berbeda-beda  di antara individu tanah. Hal  ini dilukiskan oleh adanya  variasi afinitas relatif berbagai material pertukaran kation terhadap kation Ca++ dan NH4+ (Tabel 2.5).

Sumber: www.ag.ohio-state.edu/~prec/soil/n_cycle.htm

19

Tapak fiksasi Ion tukar pada koloid tanah Liat Alofan, karbonat Bahan organik Ca++, Mg++,Na+,K+,NH4+ K,Mg,NH4 Al, Fe-oksida N,S,P,Cu Al+++, H+, Mn++, H2PO4-,SO4=

cepat lambat lambat lambat

Pupuk Larutan tanah Lapukan cepat NO3-, SO4=, Cl-, H3BO3 lambat mineral ion-ion yang membentuk khelat

difusi C difusi aliran massa E pertumbuhan akar P A T

Permukaan akar tanaman Penyerapan aktif Ekskresi dan pasif H+, OH- dan HCO3-

C E

PAT

Interior akar tanaman

Gambar 2.1. Kesetimbangan yang terlibat dalam suplai hara kepada akar tanaman.

20

Tabel 2.6. Pembandingan jumlah kation dalam kompleks jerapan dan larutan tanah pada beberapa order tanah

Order Kation tukar Kation larutan (Larutan/Tukar)x 100

Tanah

Ca Mg K Na

Ca Mg K Na Ca Mg K Na

................... me/100 g ......... ........ % ..........

Oksi-sol

1.3 1.7 0.5 0.1 0.009 0.016 0.010 0.007 0.7 0.9 2.0 7.0

Ultisol 3.8 3.9 0.3 0.2 0.011 0.028 0.005 0.015 0.3 0.7 1.7 7.5

Alfisol 8.7 5.9 1.0 0.1 0.016 0.024 0.016 0.014 0.2 0.4 1.6 14.0

Verti-sol

13.5

10.4

0.4 0.2 0.036 0.057 0.003 0.026 0.3 0.6 0.8 13.0

Sumber: Roux (1966).

Situasi ini analog dengan hubungan antara enerji potensial atau enerji bebas air dalam tanah (ketersediaan) dan jumlah air yang ada (suplai). Telah diketahui bahwa kalau jumlah air dalam tanah berkurang maka ketersediaannya juga berkurang. Hal yang serupa juga berlaku bagi unsur hara. Oleh karena itu dalam rangka untuk mendeskripsikan secara tepat status hara dalam tanah maka diperlukan karakterisasi hubungan antara potensial kimia atau tingkat enerji bebas dari hara dalam larutan tanah (faktor intensitas) dan jumlah yang ada pada fase padatan (faktor kuantitas).

Kemampuan suatu sistem untuk memperbaharui larutan tanah diukur dari faktor kapasitasnya yang merupakan nisbah antara perubahan faktor kuantitas dengan unit perubahan faktor intensitas. Karakterisasi ini seringkali memerlukan banyak kerja dan paling tidak memerlukan dua analisis setiap sampel tanah; diperlukan pengukuran terpisah konsentrasi larutan dan jumlah hara yang labil.

6. Penyerapan unsur hara oleh akar tanaman

Movement of ions from the outer space of the cell to the inner space is generally against the concentration gradient and hence requires energy. This energy is obtained through metabolism either directly or indirectly. Various evidences indicate the active uptake of ions by carrier mechanism

In carrier mechanism, activated ions combine with carrier proteins and from ion carrier complex. This complex moves across the membrane and reaches the inner space by the expenditure of energy.

21

Sumber: www.tutorvista.com/.../active-absorption.php

Within the cytoplasm, the complex breaks to release the ions. The carrier moves out of the cytoplasm and is again ready to attach another ion to from a complex

Ion traffic into the rootMineral nutrients absorbed from the root has to be carried to the

xylem. This transport follows two pathways namely apoplastic pathway and symplastic pathway.

In apoplastic pathway, mineral nutrients along with water moves from cell to cell through spaces between cell wall by diffusion. The ions, which enter the cell wall of the epidermis move across cell wall of cortex, cytoplasm of endodermis, cell walls of pericycle and finally reach the xylem

In symplastic pathway, mineral nutrients entering the cytoplasm of the epidermis move across the cytoplasm of the cortex, endodermis of pericycle through plasmodesmata and finally reach the xylem.

22

Sumber: www.tutorvista.com/.../active-absorption.php

Translocation of solutesP.R. Stout and Dr. Hoagland have proved that mineral nutrients

absorbed by the roots are translocated through the xylem vessel. Mineral salts dissolved in water moves up along the xylem vessel to be transported to all the parts of the plant body. Translocation is aided, by transpiration. As water is continuously lost by transpiration on the upper surfaces of the plant, it creates a transpirational pull, by which water along with mineral salts is pulled up along the xylem vessel. Active absorption of energy can be achieved only by an input of energy. Following evidences show the involvement of metabolic energy in the absorption of mineral salts.

Higher rate of respiration increases the salt accumulation inside the cell.

Respiratory inhibitors check the process of salt uptake. By decreasing oxygen content in the medium, the salt absorption is

also decreased. These evidences indicate that salt absorption is directly connected with respiratory rate and energy level in the plant body, as active absorption requires utilization of energy.

Goldacre's Theory

Contractile proteins of membrane show their existence in folded or unfolded condition. Proteins in unfolded conditions are able to bind ions by free valencies exposed at membrane surface. Proteins in folded (contracted) condition release ions as free valencies of proteins get satisfied in folded condition. In this theory role of carrier has been emphasised with utilisation of ATP energy. This theory however has not been proved.

23

Diagrammatic Representation of the Goldacre Concept

Cytochrome Pump Salt Respiration or Electron Transport TheoryThis theory was proposed by H. Lundegardh, who suggested that

anions could be transported across the membrane by cytochrome system. Energy is supplied by direct oxidation of respiratory intermediates.

24

Diagrammatic representation of cytochrome pump hypothesis On salt absorption, anions (A-) are actively absorbed via a cytochrome pump and cations (M+) are passively absorbed.

The rate of respiration, which is solely due to anion absorption, is called as anion respiration or salt respiration. The original rate of respiration (without anion respiration) can be observed in distilled water and is called ground respiration.Total respiration (R1) = Ground respiration (Rg) + Salt or anion respiration (Ra).

Sumber: click4biology.info/c4b/9/plant9.2.htm

25

Sumber: click4biology.info/c4b/9/plant9.2.htm

26

BAHAN BACAAN

Barber, S.A., 1966. Soil plant relationships determining phosphorus uptake. Plant Nutrition. 1982. vol. 1 :39-44.

Barber, S.A., 1966. The role of root interception, mass flow and diffusion in regulating the uptake of ioions by plants from soils. In: Limiting Steps in Ion uptake by Plant from Soils. I.A.E.A. Tech. Rept. Ser. 6 5

Barber, S.A., 1977. Application of phosphate fertilizer Methods, rates and time of application in relation to the phosphorus status of soils. Phosphorus in Agric. 70: 109-115.

Barber, S.A., R.J. Bray, A.C. Caldwell, R.L. Fox, M. Fried, J.J. Hanway, D. Hovland, J.W. Ketcheson, W.M. Laughton, K. Lawton, R.C. Lipps, R.A.. Olson, J.T. Pesek, K. Pretty, M. Reed, F.W. Smith, and E.M. Stickney. 1961. North Central Regional potassium studies: II. greenhouse experiments with millet. North Central Regional Publication No. 123. Indiana Agr. Exp. Stn. Res. Bul. RB 717.

Barrow, J.J. 1961. Studies on the mineralization of sulfur from soil organic matter. Aust. J. Agr. Res. 12:306-319.

Burns, A.L., and S.A. Barber. 1961. The effect of temperature and moisture on exchangeable potassium. Soil Sci. Soc. Amer. Proc. 25:349-352.

Dowdy, R.J., and T.B. Hutcheson, Jr. 1963. Effects of exchangeable potassium level and drying on release and fixation of potassium by soils as related to clay mineralogy. Soil Sci. Soc. Amer. Proc. 27:31-34.

Gee, G.W., and M.E. Dodson. 1981. Soil water content by microwave drying: A routine procedure. Soil Sci. Soc. Amer. J. 45:1234-1237.

Gogan, W.G. 1975. Zinc availability in some Iowa soils as measured by soil and plant analyses and crop response. Unpublished Ph.D. Thesis. Ames, Iowa. Library, Iowa State University of Science and Technology.

Hanway, J.J., S.A. Barber, R.J. Bray, A.C. Caldwell, L.E. Engelbert, R.L. Fox, M. Fried, D. Hovland, J.W. Ketcheson, W.M. Laughton, K. Lawton, R.C. Lipps, R.A. Olson, J.T. Pesek, K. Pretty, F.W. Smith, and E.M. Stickney. 1961. North Central Regional potassium studies: I. Field studies with alfalfa. North Central Regional Publication No. 124. Iowa Agr. Home Econ. Exp. Sta. Res. Bul. 494.

Hanway, J.J., S.A. Barber, R.J. Bray, A.C. Caldwell, R.L. Fox, M. Fried, L.T. Kurtz, K. Lawton, J.T. Pesek, K. Pretty, M. Reed, and F.W. Smith. 1962. North Central Regional potassium studies: III. Field studies with corn. North Central Regional Publication No. 135. Iowa Agr. Home Econ. Exp. Stn. Res. Bul. 503.

Kenney, D.R., and J.M. Bremner. 1966. Comparison and evaluation of laboratory methods of obtaining an index of soil nitrogen availability. Agron. J. 58:498-503.

Luebs, R.E., G. Stanford, and A.D. Scott. 1956. Relation of available potassium to soil moisture. Soil Sci. Soc. Amer. Proc. 20:45-50.

27

Mock,J.J. dan D.C. Erbach. 1977. Influence of conservation tillage environments on growth and productivity of corn. Agron. Jour. 69:337-340

Scott, A.D., and T.E. Bates. 1962. Effect of organic additions on the changes in exchangeable potassium observed on drying soils. Soil Sci. Soc. Amer. Proc. 26:209-210.

Searle, P.L., and G.P. Sparling. 1987. The effect of air-drying and storage conditions on the amounts of sulphate and phosphate extracted from a range of New Zealand topsoils. Comm. Soil Sci. Pl. Anal. 18:725-739.

Thien, S.J., D.A. Whitney, and D.L. Karlen. 1978. Effect of microwave radiation drying on soil chemical and mineralogical analysis. Comm. Soil Sci. Plant Anal. 9:231-241.

Widdowson, J.P., and J.J. Hanway. 1970. Available sulfur status of some representative Iowa soils. Iowa Agr. Home Econ. Exp. Stn. Res. Bul. 579.

Fox, R.J., G.W. Roth, K.V. Iversen, and W.P. Piekielek. 1989. Soil and tissue nitrate tests compared for predicting soil nitrogen availability to corn. Agron. J. 81:971-974.

Garrels, R dan C.L. Christ. 1965. Solutions, Minerals, and Equilibria (2nd ed. Freeman Cooper Co, 1982 and revised ed 1990) ISBN 0-86720-148-7 (1990 ed.)

Gray, C. 1983. Survey of state soil testing laboratories in the United States. Mimeo of Soil and Plant Analysis Comm-S877, Soil Sci. Soc. Amer., Texas A & M Univ., College Station, Texas.

Henriksen, H. and A.R. Selmer-Olsen. 1970. Automatic methods for determining nitrate and nitrite in water and soil extracts. Analyst (London) 95:514-581.

Hergert, G.W. 1987. Status of residual nitrate-nitrogen soil tests in the United States. p. 73-88. In J.R. Brown (ed.) Soil testing: Sampling, correlation, calibration, and interpretation. ASA Special Publ. 21. ASA, CSSA, and SSSA, Madison, Wis.

Huffman, S.A. and K.A. Barbarick. 1981. Soil nitrate analysis by cadmium reduction. Comm. Soil Sci. Pl. Anal. 12(1):79-89.

Jokela, W.E. 1989. The Vermont nitrogen soil test for corn. FS133. Univ. of Vermont Ext. Serv., Burlington, Vt.

Kelley, W.P. and S.M. Brown. 1921. The solubility of anions in alkali soils. Soil Sci. 12:261-285.

Keeney, D.R. 1982. Nitrogen-availability indices. p. 711-734. In A.L. Page et al. (ed.). Methods of soil analysis, Part 2, 2nd ed., Agron. Monogr. 9. ASA and SSSA, Madison, Wis.

Keeney, D.R. and D.W. Nelson. 1982. Nitrogen-inorganic forms. p. 643-698. In A.L. Page et al. (ed.). Methods of soil analysis, Part 2, 2nd ed., Agron. Monogr. 9. ASA and SSSA, Madison, Wis.

Magdoff, F.R., D. Ross, and J. Amadon. 1984. A soil test for nitrogen availability to corn. Soil Sci. Soc. Am. J. 48:1301-1304.

28

Magdoff, F.R., W.E. Jokela, R.H. Fox, and G.F. Griffin. 1990. A soil test for nitrogen availability in the northeastern United States. Comm. Soil Sci. Pl. Anal. 21:1103-1115.

Roth, G.W., D.B. Beegle, and P.J. Bohn. 1992. Field evaluation of a pre-sidedress soil nitrate test and quick-test for corn in Pennsylvania. J. Prod. Agric. 5:476-481.

Roux, P.W., 1966. Die uitwerking van seisoensreënval en beweiding op Gemengde Karooveld. Handl Weidingveren. s. Afr. 1 : 103-110.

Schmitt, M.A. and G.W. Randall. 1994. Developing a soil nitrogen test for improved recommendations for corn. J. Prod. Agric. 7:328-334.

Siemens, J.C., W.M.Walker, dan T.R.Peck. 1971. Effect of tillage system on soil tests for acidity, phosphorus, and potassium. Illinois Research . Summer 1971, 13 (3).

29