TINJAUAN PUSTAKA. Bentuk organik P ditemukan dalam bahan organik dan humus. Fosfor dalam

Transkripsi

1 II. TINJAUAN PUSTAKA A. Ketersediaan P (Fosfat) dalam Tanah Fosfor yang ada di dalam tanah dalam bentuk organik dan anorganik. Bentuk organik P ditemukan dalam bahan organik dan humus. Fosfor dalam bahan organik dilepaskan melalui proses mineralisasi melibatkan organisme tanah. Aktivitas mikroba ini sangat dipengaruhi oleh kelembaban tanah dan suhu. Fosfor anorganik bermuatan negatif di sebagian besar tanah. Fosfor bereaksi dengan besi (Fe) bermuatan positif, aluminium (Al), dan kalsium (Ca) untuk membentuk zat relatif tidak larut. Kelarutan senyawa fosfor anorganik secara langsung mempengaruhi ketersediaan P untuk pertumbuhan tanaman. Kelarutan P dipengaruhi oleh ph tanah. Kelarutan fosfor tanah untuk tanaman yaitu pada ph 6 7. Apabila ph dibawah 6, maka fosfor akan terikat oleh Fe dan Al. Ketersediaan fosfor umumnya rendah pada tanah asam dan basa. Pada tanah dengan ph diatas 7, maka fosfor akan diikat oleh Ca (Hakim, et al., 1986). Kelarutan fosfat alam dalam tanah dipengaruhi oleh sifat fisik dan kimia fosfat alam itu sendiri, tanah, dan tanaman (Rajan et al., 1996 dalam Hartatik dan Idris, 2008). Namun, beberapa pupuk posfat alam kelarutannya ditentukan oleh sifat reaktivitas kimianya. Sifat tanah yang menentukan kelarutan fosfat alam yaitu keasaman atau ph. Fosfat alam lebih mudah larut pada tanah yang memiliki ph rendah (masam), sebaliknya pada tanah dengan ph tinggi, kelarutannya menurun. Oleh karena itu, posfat alam tidak sesuai diaplikasikan pada tanah yang bereaksi netral hingga alkalis. 5

2 Kadar kalsium (Ca) yang tinggi dalam tanah akan menghambat kelarutan fosfat alam, sedangkan tanah yang mempunyai kadar Ca rendah akan mendorong pelarutan fosfat alam secara terus menerus. Sehingga aplikasi fosfat alam efektif meningkatkan ketersediaan P tanah bagi tanaman. Jenis tanaman juga mempengaruhi serapan hara P dari tanah. Proses metabolisme perakaran yang mengeluarkan eksudat berupa asam-asam organik menyebabkan daerah sekitar perakaran menjadi masam sehingga akan menstimulasi kelarutan posfat alam dalam tanah (Balai Penelitian Tanah, 2011). B. Peranan P (Fosfat) Bagi Tanaman Fosfat merupakan unsur hara makro essensial yang diserap tanaman tidak langsung direduksi, melainkan berada didalam senyawa-senyawa organik dan anorganik dalam bentuk teroksidasi. Fosfor anorganik banyak terdapat cairan dan sel sebagai komponen sistem penyangga tanaman yang diserap dalam bentuk ion orthofosfat meliputi H 2 PO - 4, HPO 2- dan PO 3-4. Dalam bentuk organik, P terdapat sebagai : (1) fosfolipid, yang merupakan komponen membran sitoplasma dan kloroplas; (2) fitin, yang merupakan simpanan fosfat dalam biji; (3) gula fosfat, yang merupakan senyawa antara dalam bebagai proses metabolisme tanaman; (4) nucleoprotein, komponen utama DNA dan RNA inti sel; (5) ATP, ADP, AMP dan senyawa sejenis, sebagai senyawa berenergi tinggi untuk metabolisme; (6) NAD dan NADP, merupakan koenzim penting dalam proses reduksi dan oksidasi; dan (7) FAD dan berbagai senyawa lain yang berfungsi sebagai pelengkap enzim tanaman (Salisbury dan Ros, 1995 dalam Elfiati, 2005). 6

3 Adonesin trifosfat (ATP) terbentuk melalui proses fosforilasi oksidatif pada asimilasi fosfat pada tumbuhan. Fosfor yang diasimilasi menjadi ATP dengan cepat segera ditransfer melalui reaksi metabolik berikutnya menjadi berbagai macam bentuk fosfat dalam tanaman, diantaranya gula fosfat, fosfolipid, dan nukleotida. Asam deoksiribonukleat (DNA) yang tersusun dari basa purin dan pirimidin, gula pentosa dan fosfat, berfungsi sebagai pembawa informasi genetik, sedangkan RNA sebagai penterjemah informasi dan keterlibatan lain dalam sintesis protein. NAD, NADP, dan FAD berlaku sebagai reduktan dalam sintesis senyawa-senyawa organik tumbuhan. Fosfor juga merupakan penyusun fitin, yaitu bentuk utama P yang tersimpan dalam biji. Substansi ini merupakan garam kalsium dan magnesium inositol asam heksafosfat, sedangkan fosfolipid merupakan bahan yang berperananan penting dalam mengatur permeabilitas membran sel dan pengangkutan. Damanik, et al. (2010) mengemukakan bahwa di dalam tubuh tanaman fosfor memberikan peranan yang penting dalam hal beberapa kegiatan : (1) pembelahan sel dan pembentukan lemak dan albumin; (2) pembentukan bunga, buah dan biji; (3) kematangan tanaman melawan efek nitrogen, (4) Merangsang perkembangan akar, (5) meningkatkan kwalitas hasil tanaman dan (6) ketahanan terhadap hama dan penyakit. Melihat uraian di atas, maka kekurangan P pada tanaman akan mengakibatkan berbagai hambatan metabolisme, diantaranya dalam proses sintesis protein, yang menyebabkan terjadinya akumulasi karbohidrat dan ikatan- 7

4 ikatan nitrogen. Kekurangan P tanaman dapat dimati secara visual, yaitu daundaun yang tua akan berwarna keunguan atau kemerahan karena terbentuknya pigmen antisianin. Pigmen ini terbentuk karena akumulasi gula di dalam daun sebagai akibat terhambatnya sintesis protein. Gejala lain adalah nekrosis (kematian jaringan) pada pinggir atau helai dan tangkai daun, diikuti melemahnya batang dan akar tanaman. C. Jamur Pelarut P (Fosfat) Jamur pelarut fosfat merupakan jamur tanah yang dapat melarutkan fosfat sehingga dapat diserap oleh tanaman. Selain meningkatkan fosfat dalam tanah juga dapat berperan pada metabolisme vitamin D memperbaiki pertumbuhan akar tanaman dan meningkatkan serapan hara (Wulandari, 2001 dalam Marista, 2013). Bakteri pelarut fosfat mampu mensekresi asam organik sehingga akan menemukan ph tanah dan memecahkan ikatan pada beberapa bentuk senyawa fosfat untuk meningkatkan ketersediaan fosfat dalam larutan tanah (Purwaningsih, 2003 dalam Marista, 2013 ). Bakteri yang berperan sebagai pelarut fosfat pada tanah telah banyak ditemukan, diantaranya genera Pseudomonas, Micrococcus, Bacillus, Azotobacter, Microbacterium, dan Flavobacterium (Purwaningsih, 2003 dalam Marista, 2013). Dan beberapa kelompok jamur juga berperan aktif dalam melarutkan fosfat dalam tanah antara lain Aspergillus sp. dan Penicillium sp. mampu melarutkan Al-P dan Fe-P. Penicillium sp. mampu melarutkan 26 % hingga 40 % Ca3(PO4)2, sedangkan Aspergillus sp melarutkan 18 % Ca3(PO4)2 (Chonkar dan Rao, 1967 dalam Elfiati, 2005). 8

5 D. Mikroba Tanah Pelarut P (Fosfat) Tanaman hanya dapat menyerap P dalam bentuk yang tersedia. P tanah baru dapat tersedia oleh perakaran tanaman atau mikrobia tanah melalui sekresi asam organik oleh akar atau mikrobia. Oleh karena itu mikrobia yang dapat melarutkan P memegang peranan penting dalam sistem pertanian (Hanafiah, et al., 2009) Mikroba pelarut fosfat hidup disekitar perakaran tanaman, mulai permukaan tanah sampai kedalaman 25 cm. Keberadaannya berkaitan dengan jumlah bahan organik yang akan mempengaruhi populasi serta aktivitasnya dalam tanah. Mikroba yang hidup dekat daerah perakaran secara fisiologis lebih aktif dibanding mikroba yang hidup jauh dari daerah perakaran. Keberadaan mikroba pelarut fosfat beragam dari satu tempat ke tempat lainnya karena perbedaan sifat biologis mikroba itu sendiri. Terdapat mikroba yang hidup pada kondisi masam dan ada pula yang hidup pada kondisi netral dan basa, ada yang hipofilik, mesofilik dan termofilik ada yang hidup aerob maupun anaerob (Ginting, 2006). Aktivitas mikroba tanah berpengaruh langsung terhadap ketersediaan fosfat didalam larutan tanah. Sebagian aktivitas mikroba tanah dapat melarutkan fosfat dari ikatan fosfat tak larut (melalui sekresi asam-asam organik) atau mineralisasi fosfat dari bentuk ikatan fosfat-organik menjadi fosfat anorganik. Selain tanaman, fosfat anorganik terlarut juga digunakan oleh mikroba untuk aktivitas dan pembentukan sel-sel baru, sehingga terjadi pengikatan (immobilisasi) fosfat (Santosa, 2007). 9

6 Pertumbuhan mikroorganisme pelarut fosfat sangat dipengaruhi oleh kemasaman tanah. Pada tanah masam, aktivitas mikrooganisme dipengaruhi oleh kelompok fungi sebab pertumbuhan fungi optimum pada ph Pertumbuhan fungi menurun dengan meningkatnya ph. Sebaliknya pertumbuhan kelompok bakteri optimum pada ph sekitar netral dan meningkat seiring dengan meningkatnya ph tanah (Ginting, 2006). Aktivitas mikroba dalam rhizosfer dapat meningkatkan ketersediaan P dengan menurunkan ph dan melarutkan Fe-P dan Al-P, yang mungkin terikat oleh aluminium dan besi. Akar tanaman juga dapat mengeluarkan asam organik yang dapat melarutkan P dalam jumlah yang cukup besar dalam bentuk hydroxylapatite. Kemampuan mikroba pelarut fosfat dalam melarutkan fosfat berbeda-beda, antara lain tergantung dari macam dan jumlah asam organik yang dihasilkan serta sumber fosfat yang digunakan (Santosa, 2007). Kemampuan mikroba pelarut fosfat dalam melarutkan fosfat yang terikat dapat diketahui dengan membiakkan biakan murninya pada media agar Pikovskaya atau media agar ekstrak tanah yang berwarna putih keruh karena mengandung P tidak terlarut seperti kalsium fosfat (Ca 3 (PO 4 ) 2 ). Pertumbuhan mikroba pelarut fosfat dicirikan dengan adanya zona bening di sekitar koloni mikroba yang tumbuh, sedangkan mikroba yang lain tidak menunjukkan ciri tersebut (Raharjo, et al., 2007). Beberapa jamur dan bakteri yang besar perannya dalam pembebasan senyawa-senyawa fosfat organik adalah Aspergillus, Penicillium, Bacillus dan Pseudomonas melalui sekresi sejumlah asam organik 10

7 seperti asam format, asetat, propionate, laktat, glikolat, fumarat dan suksinat (Hanafiah, et al., 2009). E. Mekanisme Pelarutan Senyawa P (Fosfat) Mekanisme pelarutan fosfat oleh mikroorganisme pelarut fosfat berlangsung secara kimia dan biologis baik untuk bentuk fosfat organik maupun anorganik. Mikroba pelarut fosfat didalam aktivitasnya akan membebaskan sejumlah asam - asam organik, seperti asam sitrat, glutamat, suksinat, laktat, oksalat, glioksalat, malat, fumarat, tartarat dan asam α-keto butirat (Rao, 1982 dalam Raharjo, et al., 2007). Meningkatnya asam-asam organik tersebut diikuti dengan penurunan ph. Penurunan ph juga dapat disebabkan karena terbebasnya asam sulfat dan nitrat pada oksidasi kemoautotrofik sulfur dan ammonium. Perubahan ph berperanan penting dalam peningkatan kelarutan fosfat. Asam-asam organik ini akan bereaksi dengan bahan pengikat fosfat seperti Al, Fe, dan Ca yang mengikat P membentuk khelat organik yang stabil sehingga mampu membebaskan ion fosfat terikat dan oleh karena itu dapat diserap oleh tanaman (Ratna, 2007). Pelarutan fosfat secara biologis terjadi karena mikroorganisme tersebut menghasilkan enzim antara lain enzim fosfatase dan enzim fitinase. Fosfatase merupakan enzim yang akan dihasilkan apabila ketersediaan fosfat rendah. Fosfatase dihasilkan di dalam sel hidup, sebagian besar disekresikan dan secara difusi menyebar ke dalam larutan tanah (Santosa dan Ginting, 2007). Pada proses mineralisasi bahan organik, senyawa fosfat organik diuraikan menjadi bentuk fosfat anorganik yang tersedia bagi tanaman dengan bantuan 11

8 enzim fosfatase. Enzim fosfatase memutus gugus fosfat dan menghasilkan p- nitrofenol yang terekstrak dalam larutan tanah (Atlas dan Bartha, 1981 dalam Santosa dan Ginting, 2007). Jamur pelarut fosfat memiliki 3 mekanisme dalam meningkatkan penyerapan P yaitu : (1) secara fisik dimana infeksi jamur pada akar tanaman dapat membantu pengambilan fosfor dengan memperluas permukaan sampai akhir, (2) secara kimia jamur diduga mendorong perubahan ph perakaran. Jamur juga menghasilkan asam sitrat dan asam oksalat yang menggantikan posisi ion fosfat yang terfiksasi, (3) secara fisiologis, jamur menghasilkan hormone auksin, sitokinin dan giberelin yang mampu memperlambat proses penuaan akar sehingga memperpanjang masa penyerapan unsur hara (Premono, 1998 dalam Fatmala, 2015). Asam-asam organik melarutkan P pada media dan dalam tanah melalui mekanisme antara lain: kompetisi anion ortofosfat pada tapak jerapan, perubahan ph media, pengikatan logam membentuk logam organik dan khelat oleh ligan organik. Terdapatnya asam - asam organik ini dalam tanah sangat penting artinya dalam mengurangi ikatan P oleh unsur penjerapnya dan mengurangi daya racun logam seperti aluminium pada tanah masam. Menurut Ratna (2007), kecepatan pelarutan P dari mineral P oleh asam organik ditentukan oleh : (1) kecepatan difusi asam organik dan larutan tanah, (2) waktu kontak antara asam organik dan permukaan mineral, (3) tingkat dissosiasi asam organik, (4) tipe dan letak gugus fungsi asam organik, (5) affinitas kimia agen pengkhelat terhadap logam dan (6) kadar asam organik dalam larutan tanah. Urutan kemampuan asam organik dalam 12

9 melarutkan fosfat adalah : asam sitrat > asam oksalat = asam tartarat = asam malat >asam laktat = asam fumarat = asam asetat. Untuk urutan kemudahan fosfat terlepas mengikuti ukuran Ca 3 (PO 4 ) > AlPO 4 > FePO 4 (Ratna, 2007). F. Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit (LCPKS) Limbah cair pabrik kelapa sawit (LCPKS) berasal dari kondesat, stasiun klarifikasi dan hydrocyclon atau yang lebih dikenal dengan istilah palm oil mill effluent (POME) merupakan sisa buangan yang tidak memiliki racun tetapi memiliki daya pencemaran yang tinggi karena kandungan organiknya dengan nilai BOD berkisar mg/l dan nilai COD berkisar g/l (Chin et al., 1996 dalam Pohan, 2009). Limbah cair yang dihasilkan tersebut harus dikelola dengan baik agar tidak menimbulkan pencemaran lingkungan. Untuk mengatasi hal tersebut menurut Kittikun et al., (2000) dalam Pohan (2009), maka dibuat tindakan pengendalian limbah cair melalui sistem kolam yang kemudian dapat diaplikasikan ke lahan dengan memperhatikan beberapa tahapan yaitu : - Kolam pendinginan Limbah cair pabrik kelapa sawit memiliki temperatur C. Agar proses dekomposisi secara biologis berlangsung maka temperaturnya diturunkan hingga 37 0 C dengan mengatur ph antara 7,0 7,5 untuk menghindari bau yang menyengat. - Kolam pengasaman Pada kolam pengasaman akan terjadi penurunan ph dan pembentukan karbondioksida. Proses pengasaman ini dibarkan selama 3 hari. 13

10 - Kolam pembiakan bakteri Pada fase ini terjadi pembiakan bakteri, bakteri tersebut berfungsi untuk pembentukan methane, karbondioksida dan kenaikan ph. Proses pembiakan bakteri hingga limbah tersebut dapat diaplikasikan memerlukan waktu hari. Limbah cair pabrik kelapa sawit yang telah dikelola dengan baik tidak akan menimbulkan pencemaran pada lingkungan dan dapat dimanfaatkan ke areal tanaman kelapa sawit dengan sistem land application sebagai sumber hara. Aplikasi limbah cair pabrik kelapa sawit dapat dilakukan dengan berbagai cara yang disesuaikan dengan kondisi setempat seperti topografi areal dan jarak areal dengan lokasi pengolahan limbah.sutarta, et al., (2007) menyatakan beberapa cara aplikasi limbah cair yang dikenal antara lain sistem sprinkle, sistem flatbed, sistem parit alur (long bed) dan sistem traktor-tangki. Sistem sprinkler dipakai untuk lahan yang datar atau sedikit bergelombang, untuk mengurangi aliran permukaan dari limbah cair yang digunakan dan kelemahannya adalah sering tersumbatnya nozzle oleh lumpur serta biaya pembangunan instalasi relatif mahal. Sistem flatbed digunakan di lahan berombak-bergelombang dengan membuat konstruksi diantara baris pohon yang dihubungkan dengan saluran parit yang dapat mengalirkan limbah dari atas ke bawah dengan kemiringan tertentu (Sutarta, et al., 2007). Sistem parit atau alur ( long bed) ada dua pola parit yang digunkan untuk distribusi limbah yaitu parit yang lurus dan berliku-liku. Biaya aplikasi limbah cair dengan sistem ini relatif murah, tetapi masalah yang sering timbul adalah 14

11 distribusi aliran tidak sama rata dan parit tertimbun lumpur. Sistem traktor-tangki dilakukan dengan mengangkut limbah cair dari IPAL (Instansi Pengelolaan Air Limbah) ke areal tanaman dengan menggunakan traktor yang menarik tangki (Sutarta, et al., 2007). Pengaplikasian limbah cair pabrik kelapa sawit harus berdasarkan syarat - syarat tertentu sehingga dapat diaplikasikan pada areal kelapa sawit. Berdasarkan Keputusan Menteri Negara Lingkungan Hidup Nomor 28 Pasal 3 Tahun 2003 dalam Pohan (2009) tentang pedoman syarat dan pemanfaatan air limbah industri kelapa sawit ditetapkan bahwa persyaratan minimal pengkajian air limbah yaitu : - BOD tidak boleh melebihi 5000 mg/l. - Nilai ph berkisar Dilakukan pada lahan selain gambut. - Dilakukan pada lahan selain lahan dengan permeabilitas lebih besar 15 cm/jam. - Dilakukan pada lahan selain lahan dengan permeabilitas kurang dari 1,5 cm/jam. - Tidak boleh dilaksanakan pada lahan dengan kedalaman air tanah kurang dari 2 m. - Pembuatan sumur pantau. Pada aplikasinya ini akan menyuburkan tanah karena di dalam limbah tersebut terdapat bahan organik yang dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi bagi organisme tanah, organisme yang hidup di tanah meliputi mikrofauna dan mikroorganisme tanah. (Atmaja, et al., 2005; Rao, 1994 dalam Pohan, 2009). 15

12 Sohardjono dan Adisoemarto (1997) dalam Pohan (2009) menjelaskan bahwa mikrofauna tanah adalah kelompok binatang yang hidup di dalam tanah yang mempunyai ukuran panjang tubuh > 10,5 mm. Contohnya adalah Insekta, Crustaceae, Chilopoda dan Diplopoda. Mikroorganisme tanah adalah kelompok organisme yang hidup di dalam tanah yang mempunyai ukuran panjang tubuh < 0,15 mm. Contohnya adalah bakteri, jamur dan actinomycetes (Sohardjono dan Adisoemarto, 1997 dalam Pohan, 2009). Mikrofauna tanah berperan dalam dekomposisi bahan organik dengan cara menghancurkan jaringan secara fisik dan meningkatkan ketersediaan daerah bagi aktivitas mikroorganisme tanah, mengubah sisa tumbuhan menjadi humus, menggabungkan bahan yang membusuk pada lapisan tanah bagian atas, serta membentuk kemantapan agregat antara bahan organik dan bahan mineral tanah (Barnes et. al., 1997 dalam Pohan 2009). Pada umumnya populasi bakteri terbanyak terdapat pada horizon permukaan karena syarat - syarat berupa aerasi dan sumber makanan disini lebih baik (Buckman dan Brady, 1982). Jamur dominan hidup pada kondisi tanah asam karena kondisi lingkungan tanah yang asam tidak baik untuk pertumbuhan bakteri. Akan tetapi jamur juga terdapat pada tanah dengan ph netral atau basa bahkan ada beberapa jenis jamur yang dapat tetap hidup dengan ph di atas 9,0 (Rao,1994 dalam Pohan 2009). Jumlah actinomycetes meningkat dengan adanya sumber bahan organik yang telah mengalami proses dekomposisi. Actinomycetes 16

13 mengalami penurunan jumlah pada ph 5,0. Rentang ph yang cocok untuk pertumbuhan actinomycetes adalah sekitar 6,0-7,5 (Buckman dan Brady, 1982). Aplikasi LCPKS secara nyata dapat memperbaiki kesuburan tanah, terutama sifat kimia tanah, dimana aplikasi LCPKS dapat memperbaiki beberapa saifat kimia tanah, yaitu peningkatan ph, C-organik, N-total, P-tersedia, KTK, K- dd, Ca-dd, dan peningkatan Mg-dd (Ermadani dan Arsyad, 2007 dalam Syahputra, 2012). Paminetal (1996) dalam Ermadani, et al. (2010), menyatakan bahwa limbah cair pabrik kelapa sawit mengandung unsur - unsur hara yang dapat dimanfaatkan sebagai sumber pupuk organik bagi tanaman. Limbah cair dari kolam anaerobik primer dengan masa penahanan hidrologis 75 hari mempunyai BOD mg L -1 dengan kandungan hara 675 mg L -1 N, mg L -1 P, mg L -1 K dan mg L -1 Mg. Pupuk organik LCPKS mengandung C-organik yang cukup tinggi sebesar 30,18% ini menunjukkan bahwa pupuk organik LCPKS mengandung asam - asam organik tinggi yang akan dapat mendukung terbentuknya unsur hara tanah tidak tersedia menjadi tersedia bagi tanaman. Hasil penelitian Widiastuti (2006) dalam Meilin (2011), menjelaskan bahwa asam organik dapat berasal dari mikrobia sebagai penyedia hara bagi tanaman dan sebagai sumber C untuk metabolisme mikrobia tanah berguna. Selanjutnya Hasanudin (2002) dalam Meilin (2011) menjelaskan bahwa asam organik (asam oksalat, asam, sitrat dan asam malat) hasil ekskresi dari mikrobia berguna dapat membentuk komplek logam organik dan melepaskan unsur hara. 17

14 LCPKS juga berperan dalam mengoptimalkan penyerapan P yang terdapat dalam pupuk anorganik. Ini berdasarkan dan Arsyad (2007) dalam Antony (2008), pemberian LCPKS akan meningkatkan P tersedia, baik yang berasal dari LCPKS itu sendiri maupun yang berasal dari proses pelepasan P tanah akibat pengikatan Al oleh senyawa-senyawa organik terlarut seperti asam - asam organik yang berasal dari LCPKS. 18