Hubungan Tanah – Tanaman  

1. Tanah sebagai media bertanam2. Bentuk hara dalam tanah3. Kuantitas dan intensitas hara4. Gerakan hara dalam tanah5. Mekanisme penyerapan hara oleh akar6. Faktor penentu pertumbuhan tanaman7. Kurva pertumbuhan tanaman

1

Tanah sebagai media bertanam Soil is the medium wich supports the growth of plants. It provides mechanical supports, the water and oxygen supplay to plant roots as well as the plant nutrients.

Bab 2. 12 September 2006 2

  Pertanian

Interaksi:ManusiaTanamanTanah (lingkungan)

Bab 2. 12 September 2006 3

Tanaman

Hidup : Materi – Energi – NyawaTumbuh : pertambahan fisikBerkembang : bekerjanya fungsi

Bab 2. 12 September 2006 4

Fokus tanah:Indonesia negara agraris

petani atau buruh tani dengan kepemilikan lahan sempit Iklim tropika:

CH tinggi, kelembaban tinggi, temperatur hangat, perkembangan tanah intensif.

Bab 2. 12 September 2006 5

BENTUK HARA TANAHJika tanah digambarkan selaku sistem, maka dapat dipilahkan adanya komponen masukan dan komponen keluaran. Di dalam tanah unsur hara memiliki berbagai bentuk dan kelincahan untuk bergerak. Hara dapat mengalami alih rupa dan alih tempat.

Bab 2. 12 September 2006 6

Sumber hara (1) Perombakan bahan organik tanah. Pelapukan mineral tanah. Pemupukan. Pembenah organik: rabuk, kompos, biosolid. Penambatan N : legum.

Bab 2. 12 September 2006 7

Sumber hara (2)Batuan: batuan fosfat, greensand.Buangan industri: kapur, gipsum.Pengendapan udara: N, S.Pengendapan air: sedimen, erosi, banjir.

Bab 2. 12 September 2006 8

Pangkalan hara (1)Larutan tanah: bentuk hara terlarut dalam lengas tanah dan sifatnya tersedia segera untuk diserap oleh akar bagi tanaman.Bahan organik: selalu mengalami proses perombakan dan oleh karena itu akan melepaskan hara.

Bab 2. 12 September 2006 9

Pangkalan hara (2)Organisme tanah: hara diambil untuk metabolisme atau menjadi komponen penyusun tubuhnya, sehingga mengalami imobilisasi sementara.Mineral tanah: hara yang berada dalam pangkalan ini memeiliki sifat antara cukup terlarut sampai sedikit terlarut.

Bab 2. 12 September 2006 10

Pangkalan hara (3)Permukaan jerapan: hara dipegang permukaan tanah oleh berbagai mekanisme, berkisar antara cepat tersedia sampai sangat lambat tersedia.Pertukaran kation: tipe yang sangat penting dari jerapan permukaan tanah.

Bab 2. 12 September 2006 11

BAB 2

Hubungan Tanah – Tanaman  Tanah sebagai media bertanam Bentuk hara dalam tanah Kuantitas dan intensitas hara Gerakan hara dalam tanah: difusi, aliran

masa,pertukaran Mekanisme penyerapan hara oleh akar Faktor penentu pertumbuhan tanaman  Kurva pertumbuhan tanaman

 

Bab 2. 12 September 2006 12

Tanah sebagai media bertanam Tiga fase penyusun tanah yaitu: fase padat, cair

dan gas mempengaruhi pasokan hara untuk tanaman

Fase padat cadangan (reservoir) hara yang utama. Partikel anorganik mengandung kation seperti K, Na, Ca. Mg, Fe, Mn, Zn dan Cu, sedang partikel organik adalah sumber utama N, dan sebagian P dan S.

Fase cair yaitu larutan tanah, berperan dalam transport hara dalam bentuk ion ke arah akar tanaman. Bersamaan dengan transport hara, di dalam larutan tanah juga terkandung O2 dan CO2.

Fase gas media pertukaran gas antara akar tanaman dan organisme tanah (bakteri, fungi dan hewan) dengan atmosfer sehingga mendapatkan O2 dan melepas CO2 hasil respirasi.Bab 2. 12 September 2006 13

Tanah sebagai media bertanam Tiga fase penyusun tanah yaitu: fase padat, cair

dan gas mempengaruhi pasokan hara untuk tanaman

Fase padat cadangan (reservoir) hara yang utama. Partikel anorganik mengandung kation seperti K, Na, Ca. Mg, Fe, Mn, Zn dan Cu, sedang partikel organik adalah sumber utama N, dan sebagian P dan S.

Fase cair yaitu larutan tanah, berperan dalam transport hara dalam bentuk ion ke arah akar tanaman. Bersamaan dengan transport hara, di dalam larutan tanah juga terkandung O2 dan CO2.

Fase gas media pertukaran gas antara akar tanaman dan organisme tanah (bakteri, fungi dan hewan) dengan atmosfer sehingga mendapatkan O2 dan melepas CO2 hasil respirasi.Bab 2. 12 September 2006 14

Berbagai macam komponen tanah yang mempengaruhi konsentrasi hara dalam larutan tanah

15

LARUTAN TANAH

Nutrient uptake

Solid

mineral

s

RainfallEvaporationDrainage

Surface

exchangeSo

il air1

2

3

4

5

6

SOM

(1) plant nutrients (cation and anion) are adsorbed from soil solution, and release ions (H+, OH-, HCO3-) back to the soil solution

(2) Ions adsorbed to the surface of soil minerals desorb from these surfaces to resupply the soil solution.

(3) Soils also contain minerals that can dissolve to resupply the soil solution. Ions are adsorbed to mineral surfaces (2) or precipitated as solid minerals

(4) Enviromental factors and human activities (such as fertilization)

(5) Soil organic matter decomposition releases ions to the soil solution or immobilization of the ions released

(6) Plant root and soil organisms utilize O2 and respire CO2 through metabolic activity 16

17

Kuantitas – Intensitas Hara Buffer Capacity (BC) merupakan

kemampuan tanah untuk menyediakan kembali ion ke dalam larutan tanah

BC meliputi semua komponen padatan tanah dalam sistem tanah, yaitu kation dan anion dalam fase padat mineral tanah, teradsorpsi dalam situs pertukaran tanah, dan dalam bahan organik tanah

Contoh:H+ yang dinetralkan oleh pengapuranK+ yang diserap oleh tanamanH2PO4

2-

18

Kuantitas dan intensitas hara Soil buffering capacity (daya sangga tanah) kemampuan tanah untuk mempertahankan

kadar hara dalam larutan tanah, atau kapasitas fasa padatan untuk mengisi

kembali (replenishment) hara dalam larutan yang diserap oleh akar tanaman.

19

Daya Sangga Tanah/Soil Buffering Capacity

Ketersediaan Hara Tanaman tidak melulu bergantung kepada konsentrasi hara di dalam larutan tanah, tetapi penting juga memperhatikan kapasitas tanah untuk menjaga konsentrasi hara di dalam larutan tanah

Buffering Capacity (BC) adalah kemampuan tanah untuk memasok ion kembali (resupply) ke dalam larutan tanah. Semua komponen padatan tanah mempunyai BC

20

Sebagai contoh, jika ion H+ di dalam larutan tanah dinetralkan oleh pengapuran, sejumlah ion H+ lainnya akan terlepaskan dari situs pertukaran tanah. Jadi pH larutan tanah akan terbuffer (tersangga) oleh H+ tertukar tadi, dan pH larutan tanah tidak akan meningkat hingga jumlah H+ tertukar secara signifikan mengalami netralisasi

Demikian juga jika akar tanaman menyerap hara misalnya K+ dari larutan tanah, maka sejumlah K+ dari kompleks pertukaran akan terlepaskan untuk menukar hara K+ yang diserep oleh tanaman.

21

BC = Q/I Q = faktor kapasitas, meliputi ion yang terjerap dan mineral yang melarutkan secara cepat untuk memasok hara diatas kebutuhan satu musim tanam.I = faktor intensitas, perubahan konsentrasi hara dalam larutan.penyerapan oleh tanaman I (menurunkan konsentrasi dalam larutan).Q yang tinggi menjaga konsentrasi hara dalam larutan, I neto menjadi kecil.Q rendah tidak mampu menjaga konsentrasi hara dalam larutan, I neto menjadi besar

22

Kuantitas – Intensitas Hara BC tanah = ∆Q / ∆I∆Q = konsentrasi ion yang

teradsorbsi oleh fase padat tanah

∆I = konsentrasi ion dalam larutan tanah

BC a > BCb karena slope A lebih tajam dari slope B

23

Jadi peningkatan konsentrasi ion yang teradsorbsi meningkatkan konsentrasi larutan pada tanah B lebih banyak daripada tanah A

Atau penurunan konsentrasi ion di dalam larutan oleh serapan tanaman menurunkan jumlah ion di dalam larutan tanah A lebih rendah daripada B

BC tanah dapat meningkat dengan meningkatnya KPK, kandungan BOT, dan kandungan lempung di dalam tanah.

Contoh : BC tanah lempung montmorilonit + kandungan BOT)tinggi >> tanah lempung kaolonit + kandungan BOT rendah.

Karena KPK tanah meningkat jika kandungan lempung tanah meningkat, maka tanah dengan tekstur halus akan mempunyai BC yang lebih tinggi daripada tanah dengan tekstur kasar

Jika K+ tertukar berkurang (misalnya akibat serapan oleh tanaman), maka kapasitas tanah untuk menyangga K+ dalam larutan tanah berkurang, dengan demikian telah terjadi kekahatan (deficiency) K+, sehingga diperlukan pupuk K untuk mengatasi kekahatan K tersebut.

24

25

Gerakan hara dalam tanah

Ion di dalam tanah tanah akan bergerak menuju permukaan akar dengan mekanisme berikut: root interception, mass flow atau diffusion.

26

Intersepsi akar

Akar tumbuh menembus tanah, bersinggungan dengan permukaan partikel tanah, permukaan akar bersinggungan dengan ion hara yang terjerap, kemudian terjadi pertukaran secara langsung (contact exchange).

27

Meskipun angkanya kecil, tetapi sumbangannya penting agar hara mencapai akar.

Hal ini nampak jelas terutama bagi hara dengan kadar tinggi dalam tanah misalnya Ca dan Mg, atau hara yang dibutuhkan dalam jumlah kecil bagi tanaman seperti Zn dan Mn dan hara mikro lainnya.

28

Proses intersepsi

[rambut akar] H+ dengan K+ [lempung/BO] pertukaran [rambut akar] K+ dengan H+ [lempung/BO]

29

Hal ini terjadi karena akar juga memiliki KPK yang berumber dari gugus karboksil (seperti dalam bahan organik): COOH COO- + H+. KPK akar pada monokotil : 10 - 30 meq / 100 g dengan sifat kation monovalen lebih cepat diserapKPK akar dikotil : 40 - 100 meq / 100 g dengan sifat kation divalen lebih cepat diserap.

30

Species CEC meq/100 g Dry Root

Wheat 23

Corn 29

Bean 54

Tomato 62

KPK akar oleh karena adanya gugus COOH (70 -90 % KPK akar)

Aliran masa (mass flow)

Hara terlarut terbawa bersama aliran air menuju akar tanaman, aliran air dipengaruhi oleh transpirasi, evaporasi dan perkolasi. Jumlahnya proporsional dengan laju aliran (volume air yang ditranspirasikan) dan kadar hara dalam larutan tanah.

31

Faktor yang mempengaruhi aliran masa: kadar lengas tanah: tanah yang kering tidak

ada gerakan hara, temperatur: temperatur yang rendah

mengurangi transpirasi dan evaporasi, ukuran sistem perakaran: mempengaruhi

serapan air. Pengaruh kerapatan akar terhadap pasokan

hara oleh aliran masa lebih ringan dibanding terhadap intersepsi akar dan difusi.

32

Difusi (diffusion)Ion bergerak dari wilayah yang memiliki kadar hara tinggi ke wilayah yang lebih rendah kadar haranya. Kadar hara di permukaan akar lebih rendah dibandingkan kadar hara tersebut larutan tanah di sekitar akar. Ion bergerak menuju permukaan akar.Mekanisme ini sangat penting bagi hara yang berinteraksi kuat dengan tanah. Terutama untuk memasok hara P dan K, juga hara mikro Fe dan Zn.

33

Jarak difusi hara sangatlah pendek yaitu: 1 cm untuk N, K ~ 0,2 cm, sedangkan P ~ 0,02 cm.

Ukuran dan kerapatan akar sangat mempengaruhi pasokan hara oleh mekanisme difusi. Hal ini harus menjadi pertimbangan dalam penempatan pupuk.

Rata-rata jarak antar akar jagung pada 15 cm tanah permukaan adalah 0,7 cm, sehingga hara memerlukan setengah dari jarak tersebut untuk berdifusi atau 0,35 cm sebelum mencapai posisi yang siap diserap akar tanaman jagung

34

Mass flow mensuplai kelebihan Ca2+, Mg2+, beberapa unsur hara mikro dan sebagian besar hara terlarut seperti NO3

-, Cl- dan SO42-.

Proses mass flow dan difusi sangat penting di dalam pengelolaan hara tanaman. Tanah yang mempunyai laju difusi yang rendah akibat BC yang tinggi, kandungan lengas yang rendah, atau kandungan lempung yang tinggi membutuhkan aplikasi hara immobile dekat tanaman untuk memaksimalkan ketersediaan hara dan serapan hara oleh tanaman.

35

Jones, B. 2003. Agronomic Handbook36

Jones, B. 2003. Agronomic Handbook

37

Intersepsi akar dapat ditingkatkan dengan mikoriza yang merupakan asosiasi simbiotik antara fungi dan akar tanaman. Mikoriza memberikan pengaruh yang lebih besar terhadap tanaman jika tumbuh dalam lingkungan yang tidak subur. Infeksi mikoriza juga meningkat dalam keadaan pH tanah agak masam, kandungan P yang rendah, N yang berlebih dan suhu tanah rendah. Benanh hipha dari mikoriza bertindak sebagai ekstensi sistem perakaran tanaman, yang menghasilkan kontak yang lebih luas dengan permukaan tanah.

38

http://sdhydroponics.com/resources/articles/gardening/inoculate-with-mycorrhizae-for-successful-gardening39

Mycorrhizae live on the roots of plants and form a symbiotic relationship.They extend microscopic straw-like filaments called “hyphae” into the soil where they extract, transport, and dramatically increase a host plant’s supply of nutrients and moisture. Pockets of nutrients and water in the soil which were once unreachable by standard root systems are now made accessible through the “super-mining” effects which mycorrhiza gifts to your plants.

Mikoriza arbuscular adalah salah satu mikoriza penting yang secara signifikan mempengaruhi pertumbuhan tanaman

Tangadurai et al . (Eds). 2010. Mycorrhizal Biotechnology 40

PERTUMBUHAN TANAMAN

Ditentukan oleh: Faktor genetik Faktor lingkungan

Genetik:

Tanaman dengan hasil panen tinggi (high yielding) mengambil hara lebih banyak dibandingkan tanaman biasa. Tanaman demikian bersifat menguras hara. Jika ditanam pada tanah yang memiliki ketersediaan hara terbatas, maka hasil panen akan lebih rendah dibandingkan tanaman biasa.

Pada masa lampau dilakukan pemilihan varitas tanaman untuk berbagai tingkat kesuburan tanah yang berbeda. Sekarang hal tersebut tidak dikerjakan lagi, karena pada tanah yang tidak subur dapat ditambahkan pupuk.

Meski demikian tetap dilakukan upaya pemilihan tanaman misalnya: tahan terhadap pH rendah atau keracunan Al, atau terhadap kondisi garaman, atau tahan terhadap kekeringan.

Lingkungan:Temperatur : merupakan ukuran intentitas panas. Kisaran temperatur secara umum

untuk makluk hidup: -35 0C – +75 0C; Tanaman pertanian : 25 – 40 0C.

Temperatur ini mempengaruhi: fotosintesis, respirasi, permeabilitas dinding sel, penyerapan air dan hara, transpirasi, aktivitas ensim dan koagulasi protein.

Lengas tanah : kadarnya dalam tanah bervariasi :

jenuh air (saturated) - kapasitas lapangan (field capacity) - layu permanen (wilting point).

Fungsi lengas antara lain sebagai : pelarut, media transportasi, bahan dasar H2O.

Sinar matahari: aspek yang terkait dengan pertumbuhan adalah: proses fotosintesis, lama penyinaran dan periode tumbuh.

Udara: diperlukan untuk respirasi dan sebagai bahan dasar CO2 dalam proses fotosintesis.

Struktur tanah : mempengaruhi ruang tumbuh akar dan imbangan udara-lengas.

Reaksi tanah: berkaitan dengan ketersediaan hara, unsur meracun dan kehidupan mikrobia.

Biotik: antagonisme atau sinergisme, jasad pengganggu: hama, penyakit, gulma

Penyediaan hara: mineral, tekstur, struktur, pH, bahan organik tanah, pemupukan, pengolahan tanah. Perakaran tanaman dapat dangkal, dalam, atau menyebar.

Senyawa penghambat pertumbuhan: adanya limbah atau bahan beracun.

49

Kurva Pertumbuhan

Law of the mininum (perbaikan kondisi untuk pertumbuhan tanaman dengan merubah satu faktor tidak akan berpengaruh jika faktor lainnya membatasi) diadopsi oleh Justus von Liebig untuk produksi tanaman

Diminishing Respons Curve Mitscherlich Soil interactions Bray

Liebig (c. 1860, German) (linear)

Y = mX + b

Y = yield m = slope - i.e. rate of yield increase, a function of the environment and nutrient; X = amount of nutrient added; b = minimum yield one would get this yield with no nutrient additions.

Mitscherlich (c. 1910, German) ( Diminishing Response Curve)

dy/dx = slope - i.e. rate of yield increase, a function of the environment, the nutrient, and amount of nutrient already present. This value gets smaller as nutrient amount increases.x = amount of nutrient added; c = constant

dy/dx = (A-Y)C

log (A-Y) = log(A) – cX

A = maximum possible yield (theoretical)

Y = actual yield

Bray (c. 1920, U. Illinois) (soil interactions)

dy/dx= slope - i.e. rate of yield increase. It is a function of the environment, the nutrient, and amount of nutrient already present. This value gets smaller as nutrient amount increases.

X = amount of nutrient added; c1 = constant that is for B; c = constant.

B = value explaining behavior of ‘immobile’ nutrients (e.g. K, P, Ca, Mg). The c1B term takes into account the reality that nutrients interact with soil and not all nutrients behave identically.

log (A-Y) = log(A) - c1B – cX

A = maximum possible yield (theoretical), Y = actual yield

Baule (c. 1920, German) (nutrient interactions)

A = maximum possible yield (theoretical); Y = actual yield.

Baule Unit= the amount of nutrient that when added results in moving Y (yield) one-half way closer to A (maximum possible yield).

Y = A - A(1/2) # Baule Units

• Practically, this equation says when one Baule Unit of a nutrient is added, then yield increases 50% of the difference between current yield and possible yield.

• If a second Baule Unit is added, then yield increase will be 1/2-way closer to the maximum possible yield, so 2 Baule Unites would result in 75% of the maximum possible yield increase.

• If a third Baule Unit of a nutrient is added, move 1/2-way closer to the maximum possible yield, or 87.5% of the maximum possible yield would result.

• The advantage of baule units becomes apparent when dealing with nutrient Interactions. For example, if one knew the soil contained 2 Baule Units of N and 3 Baule Units of P, one might think sufficient N was available to get 75% of the maximum possible yield and sufficient P was available to get 87.5% of the maximum possible yield.

• Consequently, one would estimate 75% yield if only one nutrient were limiting.

• In fact, a first approximation for nutrient interactions is that one would only get 66% of the maximum possible yield because as far as the plant is concerned you have too little N and too little P.

• The 66% is calculated by multiplying the 75% from N by the 87.5% from P.