Mekanisme Masuknya Unsur Hara Ke Tanaman (Makalah) [PDF]

Citation preview

1



I. PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang Semua makhluk hidup membutuhkan energi untuk pertumbuhan dan perkembangannya. Hewan dan tumbuhan menggunakan glukosa (gula) sebagai sumber energi. Perbedaan yang mendasar diantara keduanya adalah bahwa hewan harus dipasok dengan glukosa, sementara tumbuhan dapat memproduksinya sendiri, menggunakan cahaya dan karbon dioksida (CO2) melalui proses fotosintesis. Bagaimanapun, tumbuhan juga memerlukan pasokan senyawa kimia untuk mendukung proses tersebut dan berbagai proses metabolisme dalam tubuhnya. Unsur yang diserap untuk pertumbuhan dan metabolisme tumbuhan dinamakan hara tumbuhan. Dengan menggunakan hara, tumbuhan dapat memenuhi siklus hidupnya. Unsur hara dapat diperoleh tumbuhan dari udara melalui daun maupun dari tanah oleh akar. Untuk itu, dikenal tiga cara yang umum digunakan tumbuhan dalam menyerap unsur hara, yaitu melalui difusi, intersepsi akar dan aliran massa (massa flow). I.2 Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang tersebut, dapat disimpulkan rumusan masalah sebagai berikut : 1. Bagaimana ketersediaan hara yang diperlukan tanaman? 2. Bagaimana mekanisme penyerapan unsur hara tersebut oleh tanaman?



2



II. ISI II.1 Kandungan Hara Tanaman Tanaman, seperti halnya manusia membutuhkan makanan yang biasanya disebut sebagai hara tanaman (Plant Nutrients). Akan tetapi, berbeda dengan manusia yang menggunakan bahan organik sebagai sumber energinya, tanaman menggunakan bahan anorganik untuk mendapatkan energi demi pertumbuhan dan perkembangannya. Mekanisme pengubahan unsur hara menjadi senyawa organik atau energi dinamakan metabolisme. Fungsi hara tidak dapat digantikan oleh unsur lain. Kekurangan unsur hara dapat mengganggu kegiatan metabolisme atau bahkan menghentikannya. Pada umumnya hal ini terlihat pada gejala yang ditampakkan oleh organ tertentu tanaman yang kekurangan unsur hara secara spesifik yang disebut gejala kekahatan. Gejala ini akan hilang apabila hara yang kurang ditambahkan ke dalam tanah atau diberikan lewat daun. Berdasarkan jumlah yang diperlukan tanaman, unsur hara dibagi menjadi dua golongan, yakni unsur hara makro dan unsur hara mikro. Unsur hara makro diperlukan tanaman dan terdapat dalam jumlah lebih besar dibandingkan unsur hara mikro. Davidescu mengusulkan bahwa batas perbedaan unsur hara makro dan mikro adalah 0,02%. Unsur hara makro memiliki kadar yang lebih tinggi dari 0,02%, sedangkan bila lebih rendah, maka disebut unsur hara mikro. Walaupun kadar unsur hara berbeda, namun setiap jenis tanaman umumnya memiliki urutan berdasarkan kadarnya, yakni : karbon (C), hidrogen (H), oksigen (O), nitrogen (N), fosfor (P), sulfur (S), kalium (K), kalsium (Ca), magnesium (Mg), silicon (Si), natrium (Na), besi (Fe), mangan (Mn), tembaga (Cu), seng (Zn), molibden (Mo) dan boron (B).



3



Kandungan hara dalam tanaman berbeda-beda, tergantung pada jenis hara, jenis tanaman, kesuburan tanah atau jenis tanah, dan pengelolaan tanaman. Ratarata kandungan hara dalam tanaman mulai dari yang berkadar rendah sampai tertinggi, dapat dilihat pada tabel berikut : Tabel 2.1 Rata-rata Kadar Hara dalam Tanaman Hara



B.A



Molibden (Mo) Tembaga (Cu) Seng (Zn) Mangan (Mn) Boron (B) Besi (Fe) Klor (Cl)



95,94 63,54 65,37 54,94 10,84 55,85 35,45



Sulfur (S) Fosfor (P) Magnesium (Mg) Kalsium (Ca) Kalium (K) Nitrogen (N) Oksigen (O) Karbon (C) Hidrogen (H)



32,06 30,88 24,31 40,08 39,10 14,00 16,00 12,01 1,00



Kadar µMol/g 0,001 0,10 0,30 1,0 2,0 2,0 3,0 30 60 80 125 250 1000 30000 40000 60000



ppm 0,1 6,0 20,0 50,0 20,0 100,0 100,0 % 0,1 0,2 0,2 0,5 1,0 1,5 45,0 45,0 6,0



Nisbah 1 100 300 1.000 2.000 2.000 3.000 30.000 60.000 80.000 125.000 250.000 1.000.000 30.000.000 40.000.000 60.000.000



Sumber : Epstein (1972)



Ada juga unsur hara yang tidak mempunyai fungsi nyata pada tanaman, tetapi kadarnya cukup tinggi dalam tanaman dan tanaman yang hidup pada suatu tanah tertentu selalu mengandung unsur hara tersebut, misalnya unsur Al (alumunium), Ni (nikel), Se (selenium), dan F (fluor). Penggolongan unsur hara tanaman menurut Davidescu (1988) sebagai berikut :



4



Tabel 2.2 Penggolongan Unsur Hara Tanaman Esensial Golongan Makro



Utama N, P, K



Non-esensial Menaikkan Tdk Kedua



Ca, Mg, S



produksi Na



Fe, Mn, Zn, Mikro



menaikkan Si, V Ar, Ba, Be, Bi, Br, Cr, F,



Mo, Co, Cl



Al, I



B, Cu



Li, Pb, Rb, Pt, Sr, Se



Sumber : Davidescu (1988)



Untuk mengetahui hara tanaman di dalam tanah perlu dilakukan analisis tanah dan tanaman. Masing-masing analisis dapat berupa uji cepat (quick test) ataupun analisis laboratorium. Dari hasil analisis tersebut, keadaan hara dalam tanah dapat diharkatkan sebagai berikut : a. Sangat Rendah (SR) Pada keadaan ini umumnya tanaman menderita gejala kekurangan hara atau disebut penyakit kekahatan. Masing-masing hara menampakkan gejala tertentu. Produksi tanaman sangat rendah. Apabila dipupuk, tanaman menunjukkan tanggapan yang nyata. Artinya, produksi tanaman menjadi meningkat sedangkan gejala menghilang b. Rendah Dalam kondisi ini, sebagian jenis tanaman tidak menunjukkan gejala kekahatan, hanya saja produksi tanaman rendah. Jika diberi pupuk yang tepat, hasil produksi akan menunjukkan peningkatan yang cukup memadai. Ini berarti tanaman memiliki tanggapan terhadap pemupukan c. Cukup



5



Ini berarti tanaman memiliki suplai hara yang cukup. Jika dipupuk, masih menunjukkan peningkatan produksi namun tidak signifikan. Artinya, tanaman masih sedikit tanggap terhadap pemupukan. d. Tinggi Tanaman menampakkan gejala pertumbuhan yang normal. Hasil produksi optimal. Pemupukan tidak memberikan perubahan yang nyata, yang berarti tanaman menjadi kurang tanggap terhadap pemupukan. e. Sangat Tinggi Kandungan hara yang tinggi bila melampaui batas ambang toleransi, justru akan meracuni tanaman. Sebagian tanaman akan menunjukkan gejala penyimpangan pertumbuhan yang berbeda pada masing-masing tanaman. Yang jelas, produksi akan mengalami penurunan secara nyata. II.2 Mekanisme Penyerapan Hara Tanaman Berdasarkan sumber penyerapannya, unsur hara dipisahkan menjadi dua, yakni unsur hara yang diserap dari udara dan unsur hara yang diserap dari tanah. 1. Diserap dari udara Unsur hara yang diserap dari udara adalah C, O, dan S, yaitu berasal dari senyawa karbon dioksida (CO2), oksida (O2) dan sulfat (SO2). Senyawa CO2 diasimilasikan dengan proses karboksilasi dan terbentuk karboksilat bersamasama penyerapan O2 dan H2O. Unsur H diserap dalam bentuk H2O dan direduksi menjadi H+ dan kemudian di transfer ke dalam senyawa nikotinamide adenosine dinukleotida (NADP+) menjadi NADPH. Senyawa ini merupakan senyawa pentng bagi tanaman sebagai koenzim dasar dalam proses oksidasi reduksi. Penyerapan N baik dari udara maupun dari tanah diasimilasi dalam proses reduksi dan aminasi. Nitrogen (N) udara diserap dari N2 bebas lewat bakteri bintil akar dan NH3 diserap lewat stomata tanaman. Penyerapan S juga dapat dari udara (SO2) dan dari tanah berupa ion SO4=. Unsur ini kemudian digabungkan



6



dengan senyawa organik yang ada menjadi senyawa organik lain yang mengandung S, misalnya protein. 2. Diserap dari tanah Penyerapan unsur hara dilakukan oleh akar tanaman dan diambil dari kompleks jerapan tanah ataupun dari larutan tanah berupa kation atau anion. Ada pula yang dapat diserap dalam bentuk khelat (chelation), yaitu ikatan kation logam dengan senyawa organik. Penyerapan hara dalam tanah terjadi melalui pertukaran kation, dimana bulubulu akar memompa ion hidrogen (H) ke luar, masuk ke dalam tanah melalui pompa proton. Kation hidrogen ini menggantikan kation yang terikat pada permukaan partikel tanah yang bermuatan negatif sehingga kation ini menjadi tersedia bagi akar. 2.2.1 Penyerapan Hara Lewat Akar Hara diserap tanaman dalam bentuk ion bermuatan positif (NH4+, K+, Ca+ +



, Mg++) dan bermuatan negatif (NO3-, HPO4-, Cl-). Ion ini umumnya terikat



dalam kompleks jerapan tanah. Kompleks berupa lempung, koloid anorganik, dan koloid organik. Sering ada ion yang larut dalam air. Ion tersebut dianggap sukar diserap karena selalu mengikuti air, bahkan umumnya hilang tercuci ke lapisan bawah di luar perakaran tanaman atau ke sungai. Tetapi, ion ini sebagian juga diikat oleh koloid tanah dan tidak ikut pergerakan air lagi. Fase pertama, hara tanaman berpindah tempat dalam tanah dari suatu tempat ke permukaan akar tanaman. Kemudian setelah sampai ke permukaan akar (bulu akar), masuk ke dalam akar yang dari sini ditranslokasikan ke organ tanaman lain termasuk daun, buah, dan sebagainya.



7



Perpindahan ion dari tanah dan larutan tanah ke permukaan akar memiliki tiga macam pergerakan, yaitu : (1) intersepsi dan persinggungan, (2) aliran massa, dan (3) difusi 1) Intersepsi dan persinggungan Pertumbuhan akar tanaman dan terbentuknya bulu akar yang baru menyebabkan terjadinya persinggungan antara akar dan ion hara yang berada dalam tanah. Pertumbuhan akar dan bulu akar ini menembus pori agregat tanah dan bersinggungan dengan ion yang ada. Apabila ion berada dalam bentuk tersedia, maka terjadi pertukaran ion dan kemudian ion ini masuk ke dalam akar. Seperti massa tanah, akar tanaman dianggap mempunyai Kapasitas Tukar Kation (KTK-akar) yang nilainya berbeda antara tanaman yang satu dan tanaman yang lainnya. Nilai KTK akar besarnya antara 10-100 (me/100gr akar). Dengan demikian, pertukaran ion yang berada dalam tanah dan ion yang berada di sekitar tanah dianggap sebagai pertukaran ion biasa (ion exchange). Akar tanaman legume mempunyai dua kali KTK-akar tanaman monokotil, termasuk tanaman serealia (padi-padian) dan rerumputan. Tanaman yang mempunyai KTK-akar tinggi memiliki kecenderungan senang menyerap kation yang bervalensi dua. Sedangkan tanaman serealia cenderung menyerap ion yang bervalensi satu. 2) Aliran massa Mekanisme aliran massa adalah suatu mekanisme gerakan unsur hara di dalam tanah menuju ke permukaan akar bersama-sama dengan gerakan massa air. Selama masa hidupnya, tanaman mengalami peristiwa penguapan air yang dikenal dengan peristiwa transpirasi. Selama proses transpirasi tanaman berlangsung, terjadi juga proses penyerapan air oleh akar tanaman. Pergerakan massa air ke akar tanaman sebagai akibat langsung dari serapan massa air oleh



8



akar tanaman diikuti juga oleh unsur hara yang terkandung dalam air tersebut. Peristiwa tersedianya unsur hara yang terkandung dalam air ikut bersama gerakan massa air ke permukaan akar tanaman dikenal dengan Mekanisme Aliran Massa. Unsur hara yang ketersediaannya bagi tanaman melalui mekanisme ini meliputi: nitrogen (98,8%), kalsium (71,4%), belerang (95,0%), dan Molibden (95,2%). 3) Difusi Ketersediaan unsur hara ke permukaan akar tanaman, dapat juga terjadi melalui mekanisme perbedaan konsentrasi. Konsentrasi unsur hara pada permukaan akar tanaman lebih rendah dibandingkan dengan konsentrasi hara dalam larutan tanah dan konsentrasi unsur hara pada permukaan koloid liat serta pada permukaan koloid organik. Perpindahan ion terjadi dari tempat dengan kadar molekul tinggi ke tempat lain yang kadarnya rendah. Tanaman menyerap ion dari sekitar bulu akar sehingga di sekitar akar kadarnya rendah. Terjadinya perpindahan ion disebabkan oleh konsentrasi ion di sekitar bulu akar menjadi rendah karena diserap oleh akar yang diteruskan ke daun dan bagian lainnya. Beberapa unsur hara yang diserap melalui mekanisme difusi ini, adalah: fosfor (90,9%) dan kalium (77,7%). Perimbangan jumlah gerakan hara ke akar tanaman disajikan pada tabel 2.3 Tabel 2.3 Perimbangan Jumlah Hara yang Diserap dalam Bentuk Intersepsi, Aliran Massa, dan Difusi Akar Tanaman Hara Nitrogen (N) Fosfor (P) Kalium (K) Kalsium (Ca) Magnesium (Mg) Sulfur (S) Cuprum (Cu)



Intersepsi 1 3 2 171 38 5 10



Aliran Massa 99 6 20 429 250 93 400



Difusi 0 94 78 0 0 0 0



9



Zinc (Zn) Boron (B) Ferum (Fe) Mangan (Mn) Molibdenum (Mo)



33 10 11 33 10



33 350 53 133 200



33 0 37 0 0



Sumber : Barber et al dalam Tisdale (1985)



Menurut teori karier, membran tanaman terdiri atas molekul yang mampu mengangkut ion menembus dinding sel. Molekul pembawa tersebut dinamakan carrier yang dianggap mampu mengikat ion tertentu yang diangkut menembus dinding sel. Karier ini secara langsung maupun tidak langsung, memerlukan ATP. Pergerakan ion pasif melewati membran sel tergantung pada prevailing electrochemical gradient antara kedua sisi membran dan dapat berlangsung bolak-balik. Membran sel membiarkan keluar-masuknya ion. Kecepatan jumlah ion yang dapat berpindah melewati membran per satuan luas membran dalam waktu tertentu ditentukan oleh permeabilitas membran. 2.2.2 Penyerapan Hara Lewat Daun Penyerapan unsur hara lewat daun umumnya melalui stomata. Disamping stomata, penyerapan unsur hara juga dapat dilakukan melalui ektodesmata. Pada tanaman terrestrial, stomata merupakan tempat pertukaran gas CO2 dan O2 dengan atmosfir. Hara tanaman dalam bentuk gas, seperti SO2, NH3 dan NO2, dapat masuk lewat daun terutama melalui stomata. a. Penyerapan Hara dari Larutan Penyerapan hara tanaman lewat daun sangat dibatasi oleh adanya dinding luar sel epidermis. Dinding ini tertutup oleh lapisan malam (wax) atau juga kutin yang mengandung pektin, hemiselulosa, dan selulosa. Malam dan kutin ini merupakan hasil kondensasi C18 hidroksi asam lemak yang bersifat semi hidrofilik.



10



Fungsi lapisan luar yang bersifat hidrofobik adalah melindungi tanaman dari hilangnya air karena transpirasi. Demikian juga, adanya lapisan luar yang hidrofobik ini untuk menjaga agar tidak terjadi pencucian yang berkelebihan atas larutan organic dan anorganik dari daun oleh air hujan. Gerakan larutan melalui lapisan kutikula berjalan lewat kanal atau lubang (cavity) yang disebut ektodesmata. Ektodesmata merupakan bahan yang bukan plasmatic (non plasmatic nature). Penyerapan hara tanaman dipengaruhi oleh konsentrasi larutan, valensi unsur, dan tingkat aktivitas metabolismenya. Penyerapan urea relatif tinggi jika dibanding dengan ammonium maupun nitrat. Kecepatan penyerapan unsur juga dipengaruhi oleh tebal lapisan kutikula. Di samping itu, kecepatan penyerapan juga dipengaruhi oleh status hara dalam tanaman. Penyerapan suatu unsur berlangsung lebih cepat bila kadar hara dalam tanaman rendah. Kecepatan penyerapan unsur umumnya menurun dengan bertambahnya umur tanaman. Penyerapan hara lewat daun dirangsang oleh cahaya matahari. Walaupun demikian, keadaan cahaya berpengaruh terhadap peningkatan temperatur dan penguapan. Dengan adanya penguapan, maka proses pengeringan larutan yang disemprotkan menjadi lebih cepat. Apabila kadar larutan menjadi lebih pekat dan melampaui batas ambang toleransi tanaman, maka tanaman tersebut dapat keracunan oleh larutan pekat. Pemupukan lewat daun relatif lebih cepat pengaruhnya terhadap tanaman dibandingkan dengan pemupukan lewat akar. Tetapi untuk unsur makro, penyerapan yang dilakukan lewat daun hanya sebagian kecil saja jika dibandingkan dengan penyerapan oleh akar tanaman untuk memenuhi seluruh kebutuhannya.



11



Ada beberapa masalah dalam aplikasi pemupukan melalui daun, diantaranya ketebalan kutikula dapat menghambat penetrasi unsur, selain itu lapisan luar yang hidrofobik sering menyebabkan larutan tidak mau menempel sehingga rentan untuk tercuci oleh air hujan. Kecepatan pemindahan unsur dari daun ke organ lain terbatas, terutama pada penyerapan daun tua untuk unsur tertentu seperti Ca. Pemupukan daun juga memerlukan tenaga, peralatan dan biaya yang relatif lebih banyak, sehingga sering digabung dengan perlakuan irigasi (sprinkler irrigation). Kadar larutan yang melampaui ambang batas dapat menimbulkan gejala kerusakan pada daun. Adanya kerusakan daun merupakan masalah yang perlu diperhatikan. Urea memiliki ambang batas yang relatif tinggi, sehingga untuk mengurangi kerusakan dapat dicampur dengan sukrosa. Silikon surfactant sering digunakan untuk mengurangi kerusakan karena pemupukan lewat daun dan meningkatkan efisiensi pemupukan lewat daun. b. Pentingnya Pemupukan daun Saat ini, pemupukan daun sering diterapkan dalam praktek pertanian. Bentuk pemupukan ini harus direkomendasikan dalam produksi tanaman terpadu karena ramah lingkungan dan memberikan kemungkinan untuk mencapai produktivitas yang tinggi dan kualitas hasil yang baik. Perawatan ini berhasil untuk tanaman buah perennial dengan sistem deep-rooting mengingat kurangnya pengaruh yang terlihat pada peningkatan pesat dari nutrisi tanaman oleh pemupukan pada permukaan tanah. Pemupukan daun harus diterapkan dalam kondisi ketersediaan hara menurun dalam tanah, kurangnya humus, dan penurunan aktivitas akar selama fase reproduksi. Hal ini juga bermanfaat untuk meningkatkan jumlah kalsium dalam buah-buahan dan protein sereal gandum.



12



Namun, efisiensi pemupukan daun tergantung pada mobilitas hara dalam tanaman. Untuk nutrisi yang floem-mobile ukuran efisiensi pemupukan ini sangat berhasil. 2.2.3



Pergerakan Hara di Dalam Tubuh Tanaman Bentuk akar yang bulat panjang seperti benang ternyata paling penting



bagi penyerapan air dan unsur hara yang terlarut dalam larutan tanah. Selain akar yang berbentuk benang, Rambut Akar juga ikut menyerap ion dan air dari dalam tanah. Pergerakan air dan unsur hara yang terlarut di dalamnya ke bagian akar muda berhubungan dengan lintasan Apoplas dan Simplas. Lintasan apoplas terutama mengikutsertakan difusi dan aliran massa air dari sel ke sel melalui ruang di antara polisakarida dinding sel. Diyakini bahwa lintasan apoplas selalu berlanjut dari rambut akar atau sel epidermis lain ke endodermis. Pita Caspary endodermis yang kedap air memaksa semua bahan masuk ke sel endodermis melintasi membran plasma. Artinya bahwa membran plasma sel endodermis merupakan batas akhir bagi akar untuk mengendalikan masuknya unsur hara terlarut. Lintasan simplas dari sel rambut akar ke endodermis dan melintas sepanjang endodermis itu ke sel xylem mati yang tak bermembran plasma. Tapi, akar sebagian besar angiosperma memiliki pita Caspary lain di hypodermis, yang disebut eksodermis. Pita ini berkembang dan menjadi dewasa di daerah yang lebih jauh dari ujung akar (sampai 12 cm), tidak seperti pita serupa di endodermis, sehingga pita itu terletak di daerah akar primer yang agak tua, tapi yang belum kehilangan sel luarnya. Eksodermis ini membatasi pergerakan zat warna dan ion sulfat menuju korteks, sehingga keberadaannya merupakan titik kendali penting yang mendorong zat terlarut luar terserap oleh membran plasma



13



tertentu di sel eksodermis. Setelah berada di dalam sitosol eksodermis, ion dapat bergerak menuju xylem dari sel ke sel melalui lintasan simplas. Ion yang diserap oleh sel epidermis dan bergerak menuju xylem melalui jalur simplas haruslah menembus epidermis, eksodermis, beberapa sel korteks, endodermis dan akhirnya perisiklus. Tiap pergerakan dari sel hidup yang satu ke sel yang lain dapat meliputi pengangkutan langsung yang menembus kedua dinding primer, lamela tengah diantaranya, serta kedua membran plasma dari sel yang berdampingan. Atau ion dapat bergerak melalui plasmodesmata berbentuk tabung yang menembus dinding sel yang bersebelahan dan lamela tengah di antaranya pada hampir semua sel tumbuhan hidup.



14



III. PENUTUP III.1 Kesimpulan Berdasarkan pembahasan tersebut diatas, dapat disimpulkan hal-hal sebagai berikut : 1. Fungsi hara tidak dapat digantikan oleh unsur lain. Tanaman dapat menyerap hara dari udara maupun dari dalam tanah. Ketersediaan hara dapat diharkatkan menjadi sangat rendah, rendah, cukup, tinggi dan sangat tinggi. 2. Unsur hara dapat diserap dari tanah oleh akar melalui tiga peristiwa, yaitu intersepsi, difusi dan aliran massa. Unsur hara dapat diserap dari udara oleh daun terutama melalui stomata dan ektodesmata yang dipengaruhi oleh proses transpirasi. Pergerakan hara di dalam tanaman selanjutnya berhubungan dengan lintasan simplas dan apoplas. III.2 Saran Unsur hara sangat penting keberadaannya bagi tanaman. Karena itu ketersediaannya bagi tanaman perlu untuk diperhatikan. Pemupukan yang tepat sangat dianjurkan baik dosis maupun mekanisme pemupukan dalam mencermati gejala pertumbuhan tanaman agar dapat menghasilkan produksi yang maksimal secara efisien.