TINJAUAN PUSTAKA. Debu Vulkanik Letusan Gunung Sinabung. Peningkatan kesuburan tanah disebabkan oleh material-material yang

Transkripsi

1 TINJAUAN PUSTAKA Debu Vulkanik Letusan Gunung Sinabung Peningkatan kesuburan tanah disebabkan oleh material-material yang dikeluarkan oleh gunung api tersebut. Kandungan dari material tersebut memberikan pengaruh yang besar terhadap perubahan sifat tanah. Dalam suatu aktivitas vulkanisme, material-material yang dikeluarkan berupa gas, cair, dan padat. Gas-gas yang keluar antara lain uap air, O 2, N 2, CO 2, CO, SO 2, H 2 S, NH 3, H 2 SO 4, dan sebagainya. Materi cair yang dikeluarkan adalah magma yang keluar melalui pipa gunung yang disebut lava sedangkan materi padat yang disemburkan ketika gunung api meletus berupa bom (batu-batu besar), kerikil, lapilli, pasir, abu serta debu halus (Munir, 1996). Sebagai pelapukan debu vulkanik, mungkin sekali hasil pelapukan mineral primer dan kaca vulkanik menjadi berkurang dan merupah tanggapan/respon mineralogi liat. Konsentrasi H 4 SiO 4 larut sebagai akibat dari peningkatan pelapukan. Karenanya, materi metastabel ditentukan oleh lingkungan yang kaya Si yang larut atau berubah menjadi mineral yang lebih larut seperti kaolinit atau gibsit. Dalam hubungannya antara Al dan Fe dengan kompleks humus akan selalu merangsang keadaan yang mantap antara hubungannya dengan komleks yang baru dan degradasi dari kompleks logam humus yang tua. Degradasi dari humus akan mempengaruhi transformasi dari fibrihidrat menjadi geotit dan akan mencegah proses kristalisasi humus. Proses tersebut dapat diakibatkan oleh peremajaan pelapukan sebagai akibat dari jatuhnya debu, kedalaman dan komposisi daur atas, temperatur, rejim kelembaban dan faktor biologi (Shoji, et al, 1993).

2 Debu yang didominasi oleh pasir dan debu halus yang merupakan material padat. McGeary, Plummer dan Carlson (2002) dalam Fiantis (2006) menyatakan bahwa bahan letusan gunung api yang berupa padatan dapat disebut sebagai bahan piroklastik (pyro = api, klastik = bongkahan). Bahan padatan ini berdasarkan diameter partikelnya terbagi atas debu vulkan (< 0.26 mm) yang berupa bahan lepas dan halus, pasir ( mm) yang lepas dan tumpul, lapilli atau little stone (4-32 cm) yang berbentuk bulat hingga persegi dan bom (> 32 mm) yang bertekstur kasar. Adanya debu dan pasir vulkanik, yang masih segar ini, akan melapisi permukaan tanah sehingga tanah mengalami proses peremajaan (rejuvinate soils). Debu yang menutupi lapisan atas tanah lambat laun akan melapuk dan dimulai proses pembentukan (genesis) tanah yang baru. Debu vulkanik yang terdeposisi di atas permukaan tanah mengalami pelapukan kimiawi dengan bantuan air dan asam-asam organik yang terdapat di dalam tanah. Akan tetapi, proses pelapukan ini memakan waktu yang sangat lama yang dapat mencapai ribuan bahkan jutaan tahun bila terjadi secara alami di alam. Hasil pelapukan lanjut dari debu vulkanik mengakibatkan terjadinya penambahan kadar kation-kation (Ca, Mg, K dan Na) di dalam tanah hampir 50% dari keadaan sebelumnya (Fiantis, 2006). Berdasarkan penelitian diatas dapat disimpulkan bahwa debu vulkanik mengandung kation-kation basa yang dapat meningkatkan ph, KTK tanah serta Kejenuhan Basa (KB) yang mengakibatkan kesuburan tanah dan tanaman meningkat. Darmawijaya (1997), menyatakan meskipun tanah ini kaya hara tanaman kecuali unsur N akan tetapi kekayaan ini masih belum dapat

3 dipergunakan tanaman karena belum mengalami pelapukan sehingga perlu dilakukan analisis lanjutan terhadap tanahnya. Dystrandepts Dalam sistem USDA (7th) Approximation tanah yang berasal dari abu vulkanik diklasifikasikan kedalam ordo inseptisol, sub ordo andepts dan great group andaquepts, andepts dicirikan sebagai tanah yang mengandung bahan asal abu vulkanik 60% lebih di dalam fraksi debu, pasir dan krikil. Andepts selanjutnya terbagi atas great groups cryandepts, durandepts, hydradenpts, eutrandepts, dystrandepts dan vintrandepts (Darmawijaya, 1997). Dystrandepts mempunyai KB < 50% di semua horizon diantara kedalaman 25 dan 75 cm. Dystrandepts lebih asam dari eutrandepts sehingga lebih besar kemampuannya mengikat P, pelapukan yang intensif menghasilkan material berupa abu. Fraksi mineral berupa mineral alofan dan oksida besi alumunium. Keadaan kering dan basah pada tanah tersebut membuat fraksi amorf tidak berubah menjadi tidak dapat balik seperti semula setelah dibasahi agregatagregatnya. Vegetasi yang di atasanya umumnya hutan. Dystrandepts biasanya terbentuk dekat pegunungan yang memiliki vulkanik yang aktif dan berada didataran tinggi (Foth and Schafer, 1980). Karakteristik sifat tanah dystrandepts mempunyai ph yang tinggi merupakan tanah-tanah muda yang memiliki ciri-ciri yang sama dengan bahan induknya dan umumnya banyak mengandung debu vulkanik sehingga memiliki ph yang tinggi (Alfisyah, 2009).

4 Dystrandepts memiliki ciri yaitu : a. Tidak memiliki perbedaan warna (belang) dengan chroma kurang dari 2 pada kedalaman 1 m dari permukaan tanah. b. Mempunyai epipedon 25 cm atau lebih dan memenuhi kriteria epipedon molik. c. Tidak thioxotropic di beberapa horizon di kedalaman 25 cm dan 1 m. d. Tidak mempunyai kontak litik di kedalaman 50cm dari permukaan tanah. e. Mempunyai KTK > 30 meq per 100 g tanah (metode NH 4 OAc) di sub horizon di atas kontak litik atau kedalaman 1 m, biasanya lebih dangkal, atau mempunyai > 10% mineral yang lapuk dengan ukuran fraksi mikron. (Soil Survey Staff, 1983). Data analisis tanah dystrandepts di wilayah, menunjukkan bahwa dystrandepts memiliki tekstur yang bervariasi dari berliat (30-65%) sampai berlempung kasar (10-20%) reaksi umumnya masam (5,6-6,5). Kandungan bahan organik lapisan atas sedang-tinggi, dan lapisan bawahnya rendah, dengan nisbah C/N tergolong rendah (6-10), kandungan P dan K potensial bervariasi sedang sampai tinggi dari pada lapisan bawahnya. Dengan demikian potensi kesuburan alami dystrandepts termasuk sedang sampai tinggi (Pusat Penelitian Pengembangan Tanah dan Agroklimat, 2005). Unsur Hara Fospat Fosfor (P) termasuk unsur hara makro yang sangat penting untuk pertumbuhan tanaman namun kandungannya di dalam tanaman lebih rendah

5 dibanding nitrogen N), kalium (K), dan kalsium (Ca). Tanaman menyerap P dari tanah dalam bentuk ion fosfat, terutama H 2 SO - 4 dan HPO 2-4 yang terdapat dalam tanah. Ion H 2 SO - 4 lebih banyak dijumpai pada tanah yang lebih masam, sedangkan pada ph yang lebih tinggi (lebih besar dari 7) bentuk HPO 2-4 lebih dominan. Di samping ion-ion tersebut, tanaman dapat menyerap P dalam bentuk asam nukleat, fitin dan fosfohumat (Havlin et al, 1999). Menurut Johnston (2000) skema sederhana dari siklus fosfor pada system tanah dan tanaman sebagai berikut : Hilang saat panen/produksi Unsur hara larut dalam air dalam pupuk dan pemupukan Hilang tercuci Diambil Tanaman Larutan Tanah P-cepat tersedia P-agak cepat tersedia P-sangat lambat tersedia Gambar 1. Skema sederhana dari siklus P pada sistem tanah dan tanaman Fosfat merupakan salah satu unsur hara yang ketersediaannya terbatas bagi pertumbuhan tanaman. Seperti yang dinyatakan Rodrguez and Fraya, (1999) : Richardson (2001) di dalam Browne, et al (2009) bahwa setelah nitrogen, fosfat merupakan unsur hara yang terbatas bagi pertumbuhan tanaman di hampir semua

6 tanah dan unsur hara ini biasanya bersifat tidak bergerak akibat adanya fiksasi oleh alumunium dan oksida besi/hidrooksida atau ikatan yang kuat dan sulit terlepas seperti Ca-P, Fe-P, dan Al-P. Fosfor merupakan unsur hara esensial. Tidak ada unsur lain yang dapat menggantikan fungsinya di dalam tanaman, sehingga tanaman harus mendapatkan atau mengandung P secara cukup untuk pertumbuhannya secara normal. Oleh karena P dibutuhkan tanaman cukup. Fungsi penting fosfor di dalam tanaman yaitu dalam proses fotosintesis, respirasi, transfer dan penyimpanan energi, pembelahan dan pembesaran sel serta proses-proses di dalam tanaman lainnya dan membantu mempercepat perkembangan akar dan perkecambahan. P dapat merangsang pertumbuhan akar, yang selanjutnya berpengaruh pada pertumbuhan bagian di atas tanah (Winarso, 2005). Pada tanaman muda, kadar P paling tinggi dijumpai pada pusat-pusat pertumbuhan. Seperti halnya unsur N, unsur P juga bersifat mobil, yaitu apabila tanaman defisiensi P maka P yang ada dalam jaringan tua dimobilisasi ke jaringan muda, sehingga yang defisiensi lebih dulu pada jaringan tua. Tanaman menyerap sebagian besar unsur hara P dalam bentuk ion orthofosfat primer H 2 PO 2-4. Sejumlah kecil diserap dalam bentuk ion orthofosfat sekunder HPO - 4. Ciri tanaman yang kekurangan (defisiensi) P : tanaman menjadi kerdil, bentuk daun tidak normal apabila sudah parah bagian daun, buah dan batang yang mati dan warna daun berwarna ungu (akumulasi gula) (Rosmarkam dan Yuwono, 2002). Tanah-tanah kawasan tropika seperti tanah kapuran atau napal di daerah karst umumnya kahat P karena keberadaan unsur Ca dan ph yang tinggi. Kandungan P-total dalam tanah sangat bervariasi, tetapi umumnya rendah yaitu

7 jarang melebihi 0,2% dari berat tanah, dan pada tanah yang kurang subur lebih kecil dari 0,15% (Thomson and Troeh, 1978). Faktor yang mempengaruhi tersedianya P untuk tanaman yang terpenting adalah ph tanah. P paling mudah diserap tanaman apabila berada pada kisaran ph yang normal (ph 6 7). Ketersediaan fosfor anorganik sebagian besar ditentukan oleh faktor berikut : (1). ph tanah; (2). Besi, alumunium dan mangan yang dapat larut; (3). Terdapatnya mineral yang mengandung besi, alumunium dan mangan; (4). Kalsium tersedia dan bahan mineral kalsium; (5). Jumlah dan dekomposisi bahan organik; (6). Kegiatan mikroorganisme. Empat faktor pertama saling berhubungan, karena efeknya sebagian besar tergantung pada ph tanah (Buckman dan Brady, 1982). Fosfor yang diserap tanaman dalam bentuk ion anorganik cepat berubah menjadi senyawa fosfor organik. Fosfor ini mobil atau mudah bergerak antar jaringan tanaman. Kadar optimal fosfor dalam tanaman pada saat pertumbuhan vegetatif adalah 0,3%-0,5% dari berat kering tanaman (Rosmarkan dan Yuwono, 2002). Bentuk P organik di dalam tanah sekitar 10% terdapat dalam mikroorganisme, nilai ini sangat kecil apabila dibandingkan dengan P-total. Bentuk P organik terdistribusi paling besar di daerah permukaan tanah dibandingkan dengan subsoil, karena sesuai dengan akumulasi bahan organik (Winarso, 2005). Fosfor yang tersedia dalam jumlah cukup akan meningkatkan perkembangan perakaran. Ohlrogge dan para pembantunya di Universitas Purdue

8 mendapatkan bahwa fosfat yang dapat larut diaplikasikan bersama NH + 4 -N dalam larikan atau meransang perakaran. Fosfor yang diserap tanaman akan meningkat jelas bila NO N dipakai dibandingkan NH 4 -N walau fenomena ini belum dapat dijelaskan lebih lanjut (Nyakpa, dkk, 1988). Phospat merupakan salah satu unsur hara yang penting dimana penambahannya ke dalam tanah dalam bentuk phospat anorganik. Sebagian besar dari phospat ini digunakan sebagai pupuk yang tidak bergerak setelah aplikasi dan menjadi tidak tersedia bagi tanaman. Walaupun pada karakteristik tanah yang lain selalu berpengaruh di kelarutan pospat (ph tanah, C dan sebagainya). Berdasarkan hasil yang diperoleh Sceffer and Schachtschabel (1992) hanya terdapat 0,1% dari total phospat tanah yang tersedia bagi tanaman. Walaupun demikian phospat anorganik yang bebas di larutan tanah berperan sebagai inti di dalam siklus P dan nutrisi tanaman. Terpisah dari pemupukan dan dekomposisi enzimatik dari komponen organik, mobilisasi mikrobia P akan mungkin meningkatkan ketersediaan phospat bagi tanaman. Oleh karena itu, inokulasi dari tanah dengan mikroorganisme pelarut phospat mungkin akan mengurangi masalah ini (Peix, et al, 2001). Serapan P sangat tergantung pada kontak akar dengan P dalam larutan tanah. Berarti besaran volume akar yang berkontak dengan besaran kepekatan P dalam larutan tanah adalah dua faktor yang sangat menentukan besaran serapan P tanaman. Pengambilan P oleh tanaman jagung dipengaruhi oleh sifat akar dan sifat tanah dalam menyediakan P. Sebaran akar di dalam tanah sangat penting dalam meningkatkan serapan P dan bobot kering tanaman terutama bila kepekatan P rendah dalam media tumbuh (Hakim, 2005).

9 Respirasi Mikroorganisme Tanah Kandungan karbon di dalam sistem tanah baik secara langsung maupun tidak langsung berpindah dari atmosfer dan tersimpan di dalam tanah. Karbon masuk ke dalam tanah melalui proses fotosintesis tetapi sebagian terlepas ke atmosfer melalui respirasi. Respirasi adalah CO 2 yang dibebaskan oleh tanamantanaman hidup (respirasi autotrof) dan oleh organisme tanah selama dekomposisi bahan organic (respirasi heterotrof) (Chevallier, et al, 2008). Respirasi pada dasarnya adalah sebuah proses secara kimia yang terjadi di dalam sel semua organisme yang hidup-tanaman, hewan dan mikroorganisme. Bahkan, ahli ekologi mengukur respirasi tanah pada skala plot dan ekosistem dan akhirnya tertarik pada siklus perputaran karbon baik skala daerah maupun skala global. Dimana hirarkinya dari sel menjadi global, respirasi melibatkan aspek berbeda yaitu kimia, fisika dan proses biologi. Proses yang belakangan yang dipengaruhi oleh beberapa faktor biotik dan abiotik. Diantara faktor tersebut adalah ketersediaan substrat, suhu, kelembaban, oksigen, nitrogen (rasio C : N), tekstur tanah dan nilai ph tanah (Luo and Xuhui, 2006). Respirasi mikroorganisme tanah mencerminkan tingkat aktivitas mikroorganisme tanah. Pengukuran respirasi (mikroorganisme) tanah merupakan cara yang pertama kali digunakan untuk menentukan tingkat aktifitas mikroorganisme tanah. Pengukuran respirasi telah mempunyai korelasi yang baik dengan parameter lain yang berkaitan dengan aktivitas mikroorganisme tanah seperti bahan organik tanah, transformasi N, hasil antara, ph dan rata-rata jumlah mikroorganisrne (Anas, 1989).

10 Respirasi oleh mikroorganisme sangat dirangsang oleh material karbon yang berlimpah (getah, penanggalan sel dan eksudat) di rhizosfer. Rhizosfer adalah daerah permukaan akar yang langsung berhubungan dengan tanah, dimana interaksi antara tanaman dengan mikrobia terjadi. Konsep tentang rhizosfer pertama kali diperkenalkan oleh L. Hiltner pada tahun 1904 dan dinyatangan dengan ketebalan zona antara µm, dan dikelilingi lapisan lendir. Komponen kimia pada daerah rhizosfer yeng berbeda dari oligosakarida yang sederhana menjadi senyawa asam pectik yang kompleks yang diresap oleh mikrofibrin selulosa yang terlepas. Jarak antara dinding sel akar dengan partikel mineral tanah diisi dengan material cairan yag diketahui sebagai getah/lendir (Greaves and Darbyshire, 1972). Daerah rhizosfer merupakan habitat yang sangat baik bagi mikroorganisme. Dan populasi mikroorganisme pada daerah ini selalu memiliki perbedaan yang mencolok dari tanah umumnya. Interaksi antara tanaman dengan mikroorganisme di daerah rhizosfer memiliki peranan dalam aktifitas mikrobia, ketersediaan nutrisi, dekomposisi serasah dan dinamika bahan organik tanah (Luo and Xuhui, 2006). Prosedur di laboratorium meliputi penetapan pemakaian O 2 atau jumlah CO 2 yang dihasilkan dari sejumlah contoh tanah yang diinkubasi dalam keadaan yang diatur di laboratorium. Peningkatan respirasi terjadi bila ada pembasahan dan pengeringan, fluktuasi aerasi tanah selama inkubasi. Oleh karena itu, peningkatan respirasi dapat disebabkan oleh perubahan lingkungan yang luar biasa (Anonimous, 2009 a ). Kecepatan Respirasi maksimum biasanya terjadi beberapa hari atau beberapa minggu setelah jumlah mikrobia mencapai maksimum misalnya melalui

11 penetapan metode agar cawan. Jumlah CO 2 yang dihasilkan dan O 2 yang dikonsumsi tergantung tipe substrat, faktor lingkungan dan mikrobia yang terlibat (Hanafiah, 2005). Pengukuran respirasi tanah lebih mencerminkan aktifitas metabolik mikrobia daripada jumlah, tipe, atau perkembangan mikrobia tanah. Bahan organik (tanaman dan binatang) tersusun atas 45 sampai 50% bobot kering adalah karbon (Anonimous, 2009 b ). Jagung (Zea mays L.) Jagung dapat ditanam di Indonesia mulai dari dataran rendah sampai di daerah pegunungan yang memiliki ketinggian antara m diatas permukaan laut. Jagung yang ditanam di dataran rendah di bawah 800 m diatas permukaan laut dapat berproduksi baik diatas 800 m diatas permukaan laut pun jagung masih bisa memberikan hasil yang baik pula (Purwono dan Hartono, 2005). Syarat Tumbuh - Iklim Iklim yang dikehendaki oleh sebagian besar tanaman jagung adalah daerahdaerah beriklim sedangn hingga subtropics/tropis basah. Di daerah tropis juga banyak yang ditanami jagung. Jagung dapat tumbuh di daerah antara 0-50 Lintang Utara hingga 0-40 Lintang Selatan (AAK, 1993). Jagung tidak menuntut persyaratan lingkungan yang terlalu ketat. Namun untuk pertumbuhan optimalnya, jagung menghendaki persyaratan-persyaratan lingkungan yang harus dipenuhi, antara lain sebagai berikut:

12 1. Menghendaki penyinaran matahari yang penuh. Di tempat-tempat yang teduh, pertumbuhan jagung akan merana dan tidak mampu membentuk buah. 2. Menghendaki suhu optimum 21-34ºC. Di Indonesia, suhu semacam ini terdapat di daerah dengan ketinggian antara m dpl. (Najiyati dan Danarti, 1999). - Tanah Jagung termasuk tanaman yang tidak memerlukan persyaratan tanah yang khusus dalam penanamannya. Jagung dikenal sebagai tanaman yang dapat tumbuh di lahan kering, sawah dan pasang surut asalkan syarat tumbuh yang diperlukan terpenuhi. Jenis tanah yang dapat ditanami jagung antara lain Andosol, Latosol dan Grumosol. Tanah bertekstur lempung atau liat berdebu (Latosol) merupakan jenis tanah yang terbaik untuk pertumbuhan jagung. Tanaman jagung akan tumbuh dengan baik pada tanah yang subur, gembur dan kaya humus. Keasaman tanah yang baik bagi pertumbuhan tanaman jagung antara 5,6-7,5. Pada ph < 5,5 tanaman jagung tidak bias tumbuh maksimum karena keracunan Al. Tanaman jagung membutuhkan tanah dengan aerasi dan ketersediaan air dalam kondisi baik (Purwono dan Hartono, 2005).