TINJAUAN PUSTAKA. dengan tanah tergenang lainnya, yaitu adanya lapisan oksidasi di bawah

Transkripsi

1 TINJAUAN PUSTAKA Sifat Kimia Tanah Sawah Secara umum, tanah sawah memiliki ciri khas yang membedakannya dengan tanah tergenang lainnya, yaitu adanya lapisan oksidasi di bawah permukaan air akibat difusi O 2 setebal 0,8-1,0 cm dan selanjutnya lapisan reduksi setebal cm dan diikuti oleh lapisan tapak bajak yang kedap air. Lapisan tapak bajak ini merupakan lapisan yang terbentuk sebagai akibat dari adanya praktek pengolahan tanah sawah dalam keadaan tergenang. Sedangkan penggenangan tanah selama masa pertanaman padi dapat mereduksi Fe dan Mn, sehingga mudah larut dan terjadi proses eluviasi Fe dan Mn. Dalam keadaan tergenang, reduksi Fe 3+ menjadi Fe 2+ menyebabkan warna tanah menjadi abu-abu. Namun, dalam keadaan tergenang, dijumpai adanya lapisan tipis yang teroksidasi berwarna kecoklatan. Pada saat tanah dikeringkan, Fe 2+ kembali teroksidasi dan akan menimbulkan karatan coklat pada tanah sawah (Mukhlis dkk, 2011). Perubahan sifat kimia tanah sawah berkaitan erat dengan proses oksidasi reduksi (redoks) dan aktifitas mikroba tanah yang menentukan tingkat ketersediaan hara dan produktifitas tanah sawah. Perubahan kimia yang disebabkan oleh penggenangan tanah sawah sangat mempengaruhi dinamika dan ketersediaan hara. Keadaan reduksi akibat penggenangan akan merubah aktifitas mikroba tanah dimana mikroba aerob akan digantikan oleh mikroba anaerob, yang menggunakan sumber energi dari senyawa teroksidasi yang mudah di reduksi yang berperan sebagai elektron seperti ion NO 3-, SO 4 2-, Fe 3+, Mn 4+ (Prasetyo dkk, 2004).

2 Selain pelumpuran, tanah sawah juga mengalami penggenangan dalam periode tertentu untuk mendukung pertumbuhan padi sawah. Penggenangan yang dilakukan menyebabkan terjadinya perubahan-perubahan elektrokimia seperti potensial redoks, ph dan konduktivitas spesifik. Perubahan-perubahan tersebut untuk tanah kering yang baru disawahkan berbeda dengan tanah sawah yang sudah biasa mendapat penggenangan air secara periodik. Perubahan potensial redoks akan mempengaruhi ketersediaan P, konsentrasi Ca 2+, Mn 2+, Cu +, dan SO 2-4 secara langsung dan tidak langsung mempengaruhi konsentrasi Ca 2+, Mg 2+, Zn +, dan lain-lain. Umumnya potensial redoks akan mendekati -200 mv, ph tanah sekitar 6-7, dan konduktivitas spesifik meningkat (Hanafiah, 2005). Dalam keadaan reduksi akibat penggenangan, oksigen yang terdapat dalam pori-pori tanah dan air dikonsumsi oleh jasad mikro tanah, sehingga menyebabkan terjadinya keadaan anaerob. Kegiatan jasad mikro aerob segera diganti oleh jasad mikro anaerob yang menggunakan sumber energi dari senyawa yang mudah direduksi antara lain SO 2-4, NO 3-, Mn 4+, Fe 3+. Senyawa-senyawa tersebut di lapisan reduksi segera direduksi menjadi S 2- (sulfida), NO 2- (nitrit), Mn 2+ (Mangano), dan Fe 2+ (ferro) (Adiningsih dkk, 2004). Terdapat tiga kelompok mikroba tanah yang sangat berperan dalam proses perubahan kimia tanah sawah yaitu mikroba aerob yang terdapat dalam lapisan oksidasi dan dalam air genangan yang memanfaatkan oksigen yang terdapat dalam air genangan, serta mikrobamikroba fakultatif dan obligat anaerob pada lapisan reduksi (Prasetyo dkk, 2004). Sifat kimia tanah sawah juga dipengaruhi oleh mineral liat. Tanah sawah yang didominasi mineral liat tipe 2:1 (montmorilonit) akan sulit membentuk lapisan tapak bajak karena sifat mengembang dan mengkerut dari mineral

3 tersebut. Tanah sawah yang didominasi oleh mineral smektit mencirikan terjadinya akumulasi basa-basa dan lingkungan yang bereaksi netral hingga basis dengan drainase tanah jelek, dan mempunyai muatan negatif (KTK) yang tinggi karena adanya substitusi Al 3+ dan Mg 2+ (Prasetyo dkk, 2004). Fosfor di Tanah Sawah Pada tanah sawah tergenang, fosfor tersedia lebih tinggi dibandingkan bila tanah dikeringkan. Peningkatan ini disebabkan oleh : a. Reduksi ferri-fosfat menjadi ferro-fosfat yang mudah larut. b. Tersedianya P-reductance soluble karena lapisan pembalut yang mengelilingi partikel fosfor menjadi larut. c. Hidrolisis beberapa Fe dan Al yang mengikat P di tanah masam, sehingga P yang terfiksasi menjadi tersedia pada ph yang lebih tinggi. d. Meningkatnya mineralisasi P organik di tanah masam, karena proses tersebut akan meningkat pada ph 6-7. e. Meningkatnya kelarutan mineral apatit di tanah berkapur karena ph turun menjadi 6-7. f. Semakin besarnya diffusi H 2 PO 4 - di dalam volume larutan tanah yang lebih besar. (Mukhlis dkk, 2011). Hasil mineralisasi dari P organik menjadi P anorganik merupakan faktor penting bagi ketersediaan P di dalam agroekosistem. Dari hasil percobaan Linca dan Kasno (2009) menunjukkan bahwa secara umum kadar P anorganik pada tanah sawah lebih rendah dari pada tanah lahan kering. Meskipun banyak literatur mendukung hipotesis mengenai reduksi Fe oksida serta hubungan antara potensial

4 redoks dan larutan P (Murray and Hesterberg, 2006), dimana larutan P di dalam tanah cenderung meningkat dalam kondisi reduksi. Vadas (1998) melaporkan bahwa beberapa tanah mengalami kenaikan P terlarut dengan adanya reduksi, akan tetapi pada contoh tanah lainnya menunjukkan penurunan P selama inkubasi. Seperti dalam literatur lainnya disebutkan secara umum perubahan pada kondisi aerobik lebih besar dari pada anaerobik (Westrich and Berner, 1984). Sehingga dapat dikatakan bahwa oksida Fe tidak terlalu berpengaruh terhadap P terlarut Linca dan Kasno (2009). Akibat pemupukan P dalam jumlah yang banyak dan kontinyu dan intensifikasi selama bertahun tahun, telah terjadi penimbunan (akumulasi) P di dalam tanah. P tanah yang terakumulasi ini dapat digunakan kembali oleh tanaman berikutnya apabila reaksi tanah mencapai kondisi optimal untuk pelepasan P tersebut. P total yang ada ditanah sawah tinggi tetapi P yang tersedia bagi tanaman sangat sedikit dikarenakan P terikat oleh liat, bahan organik, serta oksida dan Fe dan Al pada tanah yang ph nya rendah (tanah masam dengan ph 4 5,5) dan oleh pada Ca dan Mg yang ph nya tinggi (tanah masam dengan ph 7,6 8,5) (Yohana dkk, 2013). Unsur hara P diserap oleh tanaman dalam bentuk ion ortho fosfat, terutama H 2 PO 4 - dan HPO 4-2. Serapan P oleh akar tanaman hanya melelui mekanisme intersepsi akar, difusi dalam jarak pendek (0,02 cm) dan aliran massa, sehingga efisiensi P umumnya sengat rendah hanya sekitar % dari jumlah pupuk yang diberikan. Pupuk P yang tidak diserap tanaman hanya sedikit yang hilang tercuci bersama air perkolasi. Sejalan dengan waktu, sebagian besar menjadi P

5 nonlabil yang tidak tersedia bagi tanaman, terfiksasi Al-P dan Fe-P pada tanah masam dan sebagai Ca-P paada tanah Alkalis (Saraswati dkk, 2006). Suatu hal yang menguntungkan dari sifat P adalah sangat stabilnya P di tanah, sehingga kehilagan P akibat pencucian relatif tak pernah terjadi. Tetapi hal ini pulalah yang menyebabkan kelarutan P dalam tanah sangat rendah yang konsekuensinya ketersediaan P untuk tanaman relatif sangat sedikit. Faktor-faktor yang mempengaruhi ketersediaan P di tanah yaitu : ( 1 ) tipe liat, (2) bahan organik, ( 3 ) waktu, ( 4 ) temperatur, dan ( 5 ) ph tanah. Sedangkan Soepardi (1983) menambahkan bahwa ketersediaan P organik tanah ditentukan oleh : ph tanah, Fe, Al, Mn yang terlarut, ketersediaan Ca, jumlah dan tingkat dekomposisi bahan organik, dan kegiatan jasad mikro (Kartasapoetra dan Sutejo, 1999). Peranan P dan Zn pada Tanaman Kebutuhan fosfor bagi tanaman adalah mutlak karena fosfor merupakan hara makro dan esensial untuk pertumbuhan dan perkembangan tanaman. Peranan unsur ini selain untuk mempersiapkan energi kimia dan mengatur metabolisme juga terlihat dalam berbagai proses enzimatik lainnya. Kekurangan hara fosfor disamping dapat menghambat pertumbuhan tanaman juga dapat mencegah penyerapan unsur hara penting lainnya. Hal ini disebabkan oleh terjadinya hambatan pertumbuhan akar yang akan berakibat terganggunya absorpsi unsur hara. Pada daerah tropis, unsur P diperkirakan sebagai pembatas pertumbuhan dan produksi tanaman urutan ketiga setelah air dan nitrogen. Karena itu ketersediaan fosfor dalam tanah merupakan syarat utama bagi pertumbhtan dan perkembangan tanaman (Ilyas dkk, 2000).

6 Fosfor berperan penting dalam sintesa protein, pembentukan bunga, buah dan biji serta mempercepat pemasakan. Kekurangan P dapat menyebabkan pertumbuhan tanaman menjadi kerdil, anakan sedikit, lambat pemasakan dan produksi tanaman rendah. Secara umum, fungsi dari fosfor dalam tanaman dinyatakan sebagai berikut: (1) dapat mempercepat pertumbuhan akar semai, (2) dapat mempercepat serta memperkuat pertumbuhan tanaman muda menjadi tanaman dewasa pada umumnya, (3) mempercepat pembungaan dan pemasakan buah, biji dan gabah dan (4) dapat meningkatkan produksi biji-bijian (Kartasapoetra dan Sutejo, 1999). Fosfor (P) merupakan unsur yang diperlukan dalam jumlah besar (hara makro). Jumlah P dalam tanaman lebih kecil dibandingkan dengan nitrogen (N) dan kalium (K). Tetapi, P dianggap sebagai kunci kehidupan (key of life). Tanaman menyerap P dalam bentuk ion orthofosfat primer (H 2 PO - 4 ) dan ion orthofosfat sekunder (HPO 2-4 ). Kemungkinan P masih dapat diserap dalam bentuk lain, yaitu pirofosfat dan metafosfat. Bahkan ada pendapat lain, bahwa kemungkinan P diserap dalam bentuk senyawa fosfor organik yang larut air, misalnya asam nukleat dan phitin. Fospor yang diserap dalam bentuk ion anorganik cepat berubah menjadi senyawa fosfor organik. Kadar optimal P dalam tanaman pada saat pertumbuhan vegetatif adalah 0,3-0,5% dari berat kering tanaman (Rosmarkam, 2002). Fungsi dan mobilitas Zn sangat penting dalam beberapa proses biokimia tanaman padi. Zn terakumulasi dalam akar, tetapi dapat dipindahkan (ditranslokasi) ke bagian-bagian lain tanaman yang sedang tumbuh. Fungsi Zn dalam tanaman padi adalah sebagai penggerak beberapa reaksi enzim dan terlibat

7 langsung dalam metabolisme N. Zn merupakan unsur mikro yang paling mobil dibandingkan dengan unsur mikro lainnya, dan mobilisasinya berkaitan erat dengan penuaan daun serta pembentukan biji (Ratmini, 2014). Kekahatan Zn pada tanaman pertanian dapat diidentifikasi sejak awal, di mana tanaman akan mengalami pemendekan ruas-ruas batang, daun menjadi kecil dan sempit, dan tampak gejala klorosis di antara urat daun. Batas kritis seng (Zn) tersedia dalam tanah adalah <0,8 mg Zn kg -1 (DTPA). Salah satu faktor yang mempengaruhi ketersediaan Zn pada tanah sawah adalah fosfor. Defisiensi Zn makin parah apabila kadar fosfor tanah tinggi. Hal ini disebabkan oleh terbentuknya senyawa kompleks Zn dengan fosfor yang sukar larut, sehingga ketersediaan unsur hara P dan Zn akan berkurang (Setyorini dan Abdulrachman, 2009). Biochar Biochar merupakan bahan pembenah tanah yang telah lama dikenal dalam bidang pertanian yang berguna untuk meningkatkan produktivitas tanah. Bahan utama untuk pembuatan biochar adalah limbah-limbah pertanian dan perkebunan seperti sekam padi, tempurung kelapa, kulit buah kakao, serta kayu-kayu yang berasal dari tanaman hutan industri. Teknik penggunaan biochar berasal dari basin Amazon sejak 2500 tahun yang lalu. Penduduk asli Indian memasukkan limbahlimbah pertanian dan perkebunan tersebut ke dalam suatu lubang di dalam tanah. (Glaser dkk, 2002). Biochar diproduksi dari bahan-bahan organik yang sulit terdekomposisi, yang dibakar secara tidak sempurna (pyrolisis) atau tanpa oksigen pada suhu yang tinggi. Arang hayati yang terbentuk dari pembakaran ini akan menghasilkan

8 karbon aktif, yang mengandung mineral seperti kalsium (Ca) atau magnesium (Mg) dan karbon anorganik. Dengan kandungan senyawa organik dan inorganik yang terdapat di dalamya, biochar banyak digunakan sebagai bahan amelioran untuk meningkatkan kualitas tanah, khususnya tanah marginal (Basri dan Abdul, 2011). Biochar memiliki karakteristik stabilitas yang lebih tinggi terhadap dekomposisi dan mampu menyerap ion dengan baik dibandingkan bahan organik lainnya, karena luas permukaan yang lebih besar, permukaan negatif, dan kerapatan. Biochar sangat penting untuk meningkatkan kemampuan tanah menyimpan karbon. Karbon dalam tanah ini berpengaruh terhadap sifat kimia tanah karena mempunyai peranan penting seperti mencegah keracunan besi dan aluminium pada tanah yang bereaksi masam serta dapat meningkatkan ketersediaan fosfat di dalam tanah, peningkatan kadar humus di dalam tanah akan meningkatkan kapasitas tukar kation (Glaser dkk, 2002). Biochar dapat meningkatkan kestersediaan P melalui beberapa mekanisme, di antaranya adalah: (1) anion organik bersaing dengan ortofosfat pada permukaan koloid yang bermuatan positif; (2) pelepasan ortofosfat dari ikatan logam-p tertentu melalui pembentukan kompleks logam-organik positif dan (3) modifikasi muatan permukaan koloid oleh ligan organik (Ilyas dkk, 2000). Biochar memiliki kandungan C, N, P, K, Ca, Mg, Na, Cu, Zn, Mn dan mineral lainnya. Mutu biochar sangat tergantung pada bahan baku dan proses pembuatan (pirolisis). Pirolisis yang dilakukan pada kondisi rendah oksigen atau tanpa oksigen biasanya menghasilkan kualitas biochar yang tinggi, baik dari segi kandungan C, kadar abu, maupun unsur kimia lainnya; karena pada pirolisis ini

9 proses pembentukan arang tinggi, kehilangan C dan volatil rendah, serta sedikit terbentuk abu (Chan and Xu, 2009). Penambahan biochar pada lapisan atas tanah pertanian akan memberikan manfaat yang cukup besar. Sebagai deposit karbon dalam tanah biochar bekerja dengan cara mengikat dan menyimpan CO2 dari udara untuk mencegahnya terlepas ke atmosfir. Kandungan karbon yang terikat dalam tanah jumlahnya besar dan tersimpan hingga waktu yang lama. Biochar merupakan teknologi yang murah dan bisa diterapkan secara luas dalam skala kecil ataupun luas. Biochar dapat memperbaiki kondisi tanah dan meningkatkan produksi tanaman, terutama pada tanah-tanah yang kurang subur. Kemampuan biochar untuk memegang air dan hara dalam tanah membantu mencegah terjadinya kehilangan pupuk akibat aliran permukaan (runoff) dan pencucian (leaching), sehingga memungkinkan penghematan pupuk dan mengurangi polusi pada lingkungan sekitar (Basri dan Abdul, 2011). Percobaan yang menggunakan arang sekam dan sekam sebagai faktor perlakuan sudah banyak dilakukan orang, dengan hasil yang bervariasi. Hal ini dapat dimengerti bahwa bahan ini dapat berfungsi sebagai pupuk alam karena adanya unsur-unsur lain yang dikandungnya. Sekam merupakan salah satu pupuk alam yang cukup berarti, tetapi untuk pengaplikasian pada masyarakat tani Indonesia masih sedikit yang memanfaatkan (Siringoringo dan Siregar, 2011). Biochar dapat berfungsi sebagai pembenah tanah, meningkatkan pertumbuhan tanaman dengan memasok sejumlah nutrisi yang berguna serta meningkatkan sifat fisik, kimia dan biologi tanah (Glauser dkk, 2002). Hasil penelitian lainnya, menunjukkan bahwa biochar dapat menambah kelembaban dan

10 kesuburan tanah pertanian. Penambahan biochar ke tanah meningkatkan ketersediaan kation utama dan fosfor, total N dan kapasitas tukar kation tanah (KTK) yang pada akhirya meningkatkan hasil. Peran biochar terhadap peningkatan produktivitas tanaman dipengaruhi oleh jumlah yang ditambahkan (Gani, 2009). Selain itu pemberian biochar juga mempunyai pengaruh yang sangat nyata terhadap peningkatan ph H 2 O. Hal ini karena silikat dari arang sekam mampu melepaskan anion (OH) ke dalam larutan, menyebabkan ph menjadi meningkat. Reaksi silikat dalam tanah sama seperti yang terjadi pada proses pengapuran dapat meningkatkan ph tanah. Mekanisme reaksinya dalam tanah menurut Tan (1994) dapat terjadi seperti berikut : Si(OH) 4 + Fe(OH) 3 ==== Fe(OH) 2 Osi(OH) 3 + OH - H 3 SiO 4 + Al(OH 3 ) ==== AI(OH) 2 Osi(OH) 3 + OH - (Ilyas dkk, 2000). Biochar mengandung silika (Si) yang cukup tinggi. Manfaat Si pada tanaman graminea terutama padi dan tebu, diduga membuat bentuk daun yang tegak (tidak terkulai) sehingga efektif menangkap radiasi surya dan efisien dalam penggunaan hara N yang menentukan tinggi rendahnya hasil tanaman. Dengan adanya Si, batang tanaman menjadi lebih kuat dan kekar sehingga lebih tahan terhadap serangan hama penggerek batang, wereng cokelat, dan tanaman tidak mudah rebah. Si juga menyebabkan perakaran tanaman lebih kuat, intensif dan menaikkan root oxiding power, yaitu kemampuan akar mengoksidasi lingkungannya seperti ion fero (Fe 2+ ) menjadi feri (Fe 3+ ) sehingga tanaman lebih tahan keracunan besi (Setyorini dan Abdulrachman, 2009).