14 TINJAUAN PUSTAKA Sifat dan Ciri Tanah Andisol Tanah Andisol di Indonesia diperkirakan luasnya ± 5.395.000 ha atau ± 2,9% dari luas daratan di Indonesia. Andisol terluas terdapat di provinsi Sumatera Utara dengan luas ±1.062 ha atau sekitar ± 19,86 % dari luas seluruh Andisol di Indonesia, diikuti provinsi Jawa Timur 0,37 juta ha. Tanah Andisol di Sumatera menyebar pada dataran tinggi sepanjang Bukit Barisan yang ada gunung volkaniknya (Mukhlis, 2011). Tanah Andisol atau yang dulu dikenal sebagai tanah Andosol adalah tanah yang berwarna hitam kelam, sangat porous, mengandung bahan organik dan lempung tipe amorf, terutama alofan serta sedikit silika, alumina atau hidroksida-besi. Ciri morfologi tanah ini adalah horizon A 1 yang tebal berwarna kelam, coklat sampai hitam, sangat porous, sangat gembur, tidak liat (non-plastic), tidak lekat, struktur remah atau granuler, terasa berminyak (smeary) karena mengandung bahan organik antara 8% 30% dengan ph 4,5 6, beralih tegas ke horizon B 2 berwarna kuning sampai coklat tekstur sedang, struktur gumpal, mengandung bahan organik antara 2% 8% dengan kapasitas pengikat air tinggi, terasa seperti sabun (soapy) jika diremas, dan/atau beralih tegas langsung ke horizon C berbentuk batang gibsit dari oksida Al atau Fe degan bahan amorf terdiri atas plasma porous isotropik. Sifat mineraloginya yaitu fraksi debu dan pasir halus berupa gelas vulkanik dengan mineral feromagnesium, dan fraksi lempung sebagian besar alofan berkembang mengandung halloysit juga (Darmawijaya, 1990).
15 Menurut Nursyamsi dan Suprihati (2005) Tanah Andisol mengandung kaolonit dan kristobalit (oksida) dan mempunyai ph masam, Ca, Mg, dan Kdd, kadar P, serta kejenuhan basa (KB) rendah, dan mempunyai kapasitas tukar kation (KTK) tanah tinggi. Kebutuhan pupuk suatu tanaman pada tanah tertentu tergantung dari sistem pengelolaan tanah, spesies tanaman, kadar hara dan perilakunya di dalam tanah. Contohnya sistem lahan sawah memerlukan pupuk lebih sedikit dibandingkan sistem lahan kering, tanaman kedelai memerlukan pupuk N yang lebih rendah dibandingkan spesies lainnya; kadar hara tanah tinggi memerlukan pupuk lebih sedikit dibandingkan kadar hara tanah rendah; dan retensi hara tinggi (P di tanah Andisol) memerlukan pupuk lebih tinggi dibandingkan retensi hara rendah. Dari hasil penelitian Endriani dan Zurhalena (2008) yang telah dilakukan berdasarkan analisis data yang diperoleh diketahui bahwa sifat fisik tanah Andisol seperti bobot volume, total ruang pori, distribusi pori, stabilitas agregat, persen agregasi, permeabilitas tanah, dan kandungan bahan organik tanah paling baik pada lahan hutan, dan mengalami penurunan berturut-turut dari kebun homogen ke kebun campuran. Makin besar kelerengan dari 3 8 %, 8 15 %, 15-25 % dan > 25 % berturut-turut menyebabkan penurunan sifat fisika tanah Andisol pada semua penggunaan lahan yang diteliti dan Alih fungsi lahan hutan menjadi lahan usaha tani menyebabkan penurunan sifat fisika tanah. Tanah andisol memiliki potensi yang tinggi untuk pertanian. Banyak daerah produktif di dunia berlokasi dekat dengan gunung berapi aktif atau yang sudah tidak aktif lagi, dan daerah yang berpenduduk padat, seperti di Indonesia, ditemukan dekat gunug berapi dimana Andisol terdapat. Produktivitas Andisol
16 yang tinggi sangat ditentukan oleh sifat: (1) bahan induk yang terdiri dari kumulatif deposit abu vulkan, (2) solum tanah yang cukup dalam selingga zona perakaran tidak terganggu, (3) horizon humus tebal dan mengandung sejumlah N organik, (4) air yang tersedia untuk tanaman cukup banyak. Oleh karena kebanyakan tanah Andisol adalah tanah yang sangat produktif, maka secara intensif tanah ini ditanami baik tanaman semusim maupun tanaman tahunan dengan produktivitas yang cukup tinggi. Tanah ini menempati wilayah dataran tinggi sekitar 700 m dpl atau lebih tinggi, penggunaan utama umumnya untuk pertanian pangan lahan kering (jagung, kacang tanah, ubi kayu, dan umbiumbian), hortikultura sayuran dataran tinggi (kentang, wortel, kubis, kacang merah), bunga, dan juga tanaman perkebunan (teh, kopi, cengkeh, vanili). Tanah Andisol yang tidak dipergunakan untuk pertanian umumnya tertutupi hutan sekunder dan semak belukar (Mukhlis, 2011). Sifat-Sifat Sumber Fosfat yang Digunakan Fosfor (P) merupakan unsur yang diperlukan dalam jumlah besar (hara makro). Jumlah fosfor dalam tanaman lebih kecil dibandingkan dengan nitrogen dan kalium, tetapi fosfor dianggap sebagai kunci kehidupan (key of life) (Rosmarkam, dan Yuwono, 2002). Menurut Lubis, dkk (1986) Fosfor, seperti ortho-fosfat memegang peranan penting, mungkin alasannya adalah bahwa unsur ini masuk pembentuk nucleus dan essensial dalam pembelahan sel dan penting pula dalam perkembangan jaringan meristem. Menurut Buckman dan Brady (1986) fungsi fosfor itu sendiri berpengaruh menguntungkan pada hal-hal sebagai berikut, yaitu: 1. Pembelahan sel dan pembentukan lemak serta albumin.
17 2. Pembangunan dan pembuahan, termasuk pembuahan biji. 3. Apabila tanaman berbuah, pengaruh akibat pemberian nitrogen yang berlebihan akan hilang. 4. Perkembangan akar, khusus lateral dan akar halus berserabut. 5. Kekuatan batang pada tanaman serelia, membantu menghindari tumbangnya tanaman. 6. Mutu tanaman, khusus rumput untuk makanan ternak dan sayuran. 7. Kekebalan terhadap penyakit tertentu. Unsur P berperan menyusun bagian tanaman yaitu rerata menyusun 0,2 %. Respon tanaman terhadap unsur ini terutama dapat terlihat pada sistem perakaran, pertumbuhan secara umum, mutu dan total produksi. Meski dibutuhkan tidak sebanyak N dan K, defisiensi P menyebabkan gangguan hebat terhadap tanaman seperti halnya N dan K. Unsur ini menentukan awal fase pematangan terutama untuk serelia, sehingga jika suplai P terbatas, tidak saja akan menyebabkan pertumbuhan yang terhambat tetapi juga kualitas, kuantitas, dan waktu panen. Unsur ini berperan vital dalam pembentukan biji, dan buah, sehingga para petani menyebut pupuk P sebagai pupuk buah (Hanafiah, 2007). Pemupukan P berpengaruh terhadap muatan variabel Andisol. Pemberian pupuk P dapat meningkatkan muatan negative tanah Andisol sebesar 0,84 mol per mol P yang ditambahkan dari pupuk. Setelah setahun tanah menjadi 40% meningkat muatan negatifnya (Mukhlis, 2011). Ada empat sumber pokok fosfat dan kalium yang dapat memenuhi kebutuhan menurut Buckman dan Brady (1986) yaitu pupuk buatan, pupuk
18 kandang, sisa-sisa tanaman termasuk pupuk hijau, dan senyawa asli unsur ini yang organik dan anorganik yang terdapat dalam tanah. Di alam terdapat sekitar 150 jenis mineral fosfat dengan kandungan P sekitar 1-38% P 2 O 5. Sebagian fosfat alam ditemukan dalam bentuk apatit. Pada umumnya deposit fosfat alam berasal dari batuan sedimen dalam bentuk karbonat fluorapatit yang disebut francolite (Ca 10-x-y Na x Mg y (PO 4 ) 6-z (CO 3 ) z F 0,4z F 2 ), sedangkan deposit berasal dari batuan beku dan metamorfik biasanya dalam bentuk fluorapatit (Ca 10 (PO 4 ) 6 F 2 ) dan hidroksi apatit (Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 ). Adapun deposit yang berasal dari ekskresi burung dan kelelawar (guano) umumnya ditemukan dalam bentuk karbonat hidroksi apatit (Ca 10 (PO 4,CO 3 ) 6 (OH) 2 ). Mineral lain seperti kuarsa, kalsit, dan dolomit umumnya juga ditemukan dalam mineral apatit sebagai secondary mineral (Sutriadi, dkk, (2010). Hampir semua pupuk fosfat komersial berasal dari batuan fosfat kecuali Basic Slag, selain itu dapat pula berasal dari mineral-mineral fosfat dan bahan organik seperti tepung tulang dan guano. Untuk lebih memudahkan mengenal pupuk fosfat biasanya dilakukan penggolongan atau pengklasifikasian. Berdasarkan asalnya dibedakan menjadi: pupuk fosfat alam, dan buatan. Berdasarkan kelarutannya, pupuk fosfat diklasifikasikan menjadi: Pupuk fosfat yang larut didalam air, dalam asam sitrat, dan dalam asam keras. Pupuk fosfat yang larut didalam air salah satu contohnya adalah Superfosfat seperti TSP dan SP-36. Superfosfat Triple (TSP) dibuat melalui pengasaman batuan fosfat dengan H 3 PO 4 dengan peralatan dan proses yang sama dengan pupuk superfosfat biasa. Pupuk ini mempunyai rumus kimia yang sama dengan pupu superfosfat rangkap Ca(H 2 PO 4 ) 2, pupuk padat yang berbentuk butiran kasar,
19 berwarna abu-abu, dan mudah larut dalam air, selain itu tidak bersifat higroskopis dan reaksinya didalam tanah netral, dengan kandungan hara sekitar 46-48 % P 2 O 5. Tetapi pupuk TSP ini sekarang tidak lagi di produksi di Indonesia, dan sebagai gantinya digunakan pupuk superfosfat lain yang kadar P 2 O 5 nya lebih rendah yaitu 36% atau dikenal dengan SP-36. Sifat fisik dan kimiawi dari SP-36 tidak jauh berbeda dengan pupuk TSP. Sementara pupuk fosfat larut dalam asam sitrat Basic Slag dan FMP(Fused Magnesium Posfat), pupuk ini tidak larut didalam air tetapi didalam tanah mudah hancur dan membebaskan fosfatnya. Kalau pupuk fosfat yang larut dalam keras umumnya pupuk-pupuk yang berasal dari batuan fosfat atau Rock Phosphate (Damanik, dkk, 2010). Ciri-ciri senyawa pupuk P yang ditambahkan dan watak lingkungan di sekitar partikel-partikel pupuk adalah menentukan sumber P untuk tanaman yang terbentuk dalam tanah. Senyawa-senyawa P dapat diklasifikasikan ke dalam tiga kelompok berdasarkan kelarutannya: (i) P dalam bentuk larut air, (ii) P tidak mudah larut dalam air tetapi larut dalam larutan ammonium sitrat netral, (iii) P tidak larut dalam ammonium sitrat netral. Kelarutan ini menciptakan ph yang masam atau basa. Terdapat pengaruh nyata dari perbedaan ph dari berbagai sumber pupuk fosfat. Akan tetapi, pengaruh-pengaruh ini hanya menyangkut sebagian kecil dari volume tanah total, bersifat sementara, dan tidak mempunyai suatu pengaruh yang besar terhadap ph tanah keseluruhan (Young, dkk, 1997). Kotoran Sapi dan Kerbau juga merupakan salah satu sumber pupuk P. Lubis, dkk (1986) menyatakan bahwa seekor sapi dewasa di Indonesia rata-rata setiap tahun menghasilkan sekitar 7.500 kg kotoran segar (500 kg pupuk busuk) yang mengandung sekitar 15 kg N, 15 kg P 2 O 5, dan 20 kg K 2 O. Sedangkan seekor
20 kerbau dewasa mampu menghasilkan 10.000 kg pupuk segar (6500 kg pupuk busuk) yang mengandung sekitar 20 kg N, 20 kg P 2 O 5, dan 27 kg K 2 O. Pupuk dari kotoran sapi dan kerbau termasuk pupuk dingin, karena perubahan yang ditimbulkan oleh jasad renik berlangsung perlahan-lahan dan tidak banyak menghasilkan panas. Unsur hara tanaman dilepaskan secara berangsur sehingga kerjanya lambat. Hal ini disebabkan kotoran padatnya banyak mengandung air dan lendir yang akan mengkerak apabila terkena udara, akibatnya udara dan air sukar masuk ke dalamnya. Pupuk kandang atau kotoran hewan/ternak dan urine terbagi menjadi dua macam, yakni pupuk kandang padat dan pupuk kandang cair. Susunan hara pupuk kandang sangat bervariasi tergantung pada macam dan jenis hewan ternaknya. Nilai pupuk kandang dipengaruhi oleh: (1) makanan hewan yang bersangkuan, (2) fungsi hewan tersebut sebagai pembantu pekerjaan atau dibutuhkan dagingnya saja, (3) jenis atau macam hewan, (4) jumlah dan jenis bahan yang digunakan sebagai alas kandang (Joetono, 1992, dalam Rosmarkam dan Yuwono, 2002). Telah banyak penelitian yang dirancang untuk menaksir fungsi dari unsur hara P dari pemupukan dan ketersediannya di dalam tanah, tetapi banyak juga penelitian yang dirancang untuk menaksir bahaya terhadap lingkungan dari penggunaan pupuk tersebut. Penelitian terutama telah memfokuskan pada sumbangan sumber-sumber dari P pada eutrofikasi air permukaan dan sumbangan pupuk P terhadap Cd dalam tanah. Oleh karena kurangnya mobilitas P secara umum dalam tanah, pemupukan P tidak begitu atau sama sekali tidak menimbulkan ancaman terhadap kualitas air tanah. Akan tetapi jumlah total P yang hilang ke air drainase dari pertanaman tanaman budidaya (biasanya 1 sampai
21 10 kg/ha per tahun) biasanya kecil bila dibandingkan dengan masukan pupuk, kehilangan ini dapat menyumbang pada masalah eutrofikasi, terutama pada areal yang sensitif. Sementara kandungan Cd dalam pupuk-pupuk P sering tidak dianggap sebagai suatu masalah di bawah praktik pertanian yang normal (Gilliam, dkk, 1997). Hasil studi Andisol di Chinchina (Columbia) diperoleh bahwa dari 160 ppm P-anorganik tanah hanya 8 ppm P yang tersedia, selebihnya diikat oleh Al dan Fe oksida bebas. Pada kasus yang sama, bahwa 1500-3000 ppm P yang diberikan ternyata 60-80% terikat sesquioksida; 5-9% terikat membentuk fraksi organik. Jerapan fosfat di Andisol Jepang lebih dari 1500 mg P 2 O 5 /100 g tanah (Weda, 1989, dalam Muklis, 2011). Pemberian fosfat dalam jumlah besar telah dilakukan lama di Jepang untuk memaksimalkan produksi tanaman, khususnya pada tanah-tanah yang intensif dibudidayakan. Praktek ini telah mengakibatkan akumulasi fosfat dalam jumlah nyata didalam tanah hingga tingkat yang berlebihan bagi pertumbuhan tanaman. Suatu penelitian menunjukkan hubungan kuadratik antara P-truog dan hasil Spinach di tanah Andisol Alofanik kaya humus. Produksi meningkat dengan meningkatnya P-truog tanah dan mencapai maksimum pada tingkat P 2 O 5 1.30-2.20 g/kg. Produksi menurun pada tingkat P yang lebih tinggi, ini menunjukkan efek pengganggu dari kelebihan fosfor pada produksi tanaman. Recoveri pupuk fosfor oleh tanaman pertanian di Andisol umumnya kurang dari 20%. Kebutuhan fosfat standar (KFS) adalah jumlah miligram P yang dibutuhkan untuk satu kilogram tanah untuk mencapai konsentrasi 0,2 ppm P untuk pertumbuhan yang optimum. Hal ini didukung pernyataan Mukhlis (2005)
22 yang menyatakan bahwa kebutuhan fosfat standar (KFS) berdasarkan persamaan Langmuir adalah jumlah fosfat yang harus ke sistem koloid larutan agar konsentrasi P larutan setimbang 0,2 ppm. Dari rumus adsorbsi isotherm Langmuir dapat ditentukan adsorbsi maksimum dan kebutuhan fosfat standar (KFS). Hasil penelitian Pasaribu (2008) dengan interval 5 hari mengungkapkan bahwa dari ketiga tanah yang digunakannya, P-tersedia maksimum pada hari ke- 10 masa inkubasi. Tetapi pada tanah Andisol P-tersedia tinggi menjadi 2 kali, yaitu pada hari ke-10 dan 20 masa inkubasi. P-tersedia tertinggi pada perlakuan SP-36 dengan 10 hari masa inkubasi sebesar 13,80 ppm dan terendah pada 30 hari masa inkubasi yaitu 5,01 ppm, sedangkan pada perlakuan fosfat alam dengan 10 hari masa inkubasi sebesar 9,77 ppm dan terendah pada 30 hari masa inkubasi yaitu 4,63 ppm. Terjadi peningkatan yang signifikan pada hari ke 10 masa inkubasi pemberian SP-36. Logam Berat Kadmium (Cd) Logam berat adalah istilah yang digunakan untuk kelompok logam dan metaloid dengan densitas lebih besar dari 5 g/cm3, terutama pada unsur seperti Cd, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb dan Zn. Logam berat biasanya menimbulkan efek khusus pada makhluk hidup tidak seperti logam biasa karena dapat menjadi bahan racun yang akan meracuni tubuh makhluk hidup, tetapi beberapa jenis logam masih dibutuhkan oleh makhluk hidup, walaupun dalam jumlah yang sedikit (Darmono, 2001). Kadmium merupakan suatu unsur logam yang menimbulkan sesuatu risiko lingkungan pada rantai makanan manusia. Walaupun sumber utama penambahan Cd antropogenik ke dalam tanah adalah dari lumpur cair polongan dan limbah
23 industry lainnya, Cd juga ditambahkan pada tanah dalam pupuk P. Kadmium secara alamiah terdapat dalam batuan fosfat pada tingkat-tingkat yang bervariasi dengan sumber batuan. Kadmium yang terdapat dalam batuan fosfat A.S. dapat setinggi 980 μg Cd/g dengan konsentrasi paling tinggi dalam bijih A.S. sebelah barat dan paling rendah di bijih A.S. sebelah Tenggara (Gilliam, dkk, 1997). Kontaminasi Cd di dalam air dapat disebabkan oleh bahan buangan industri dan buangan tambang. Cd mempunyai sifat yang hampir sama dengan seng (Zn) sehingga Cd dapat menggantikan fungsi Zn dalam reaksi Enzimasi dan mengubah struktur enzim dan mempengaruhi aktivitasnya. Pengaruh Cd terhadap kesehatan dapat mengakibatkan keracunan yang sangat serius yaitu dapat menyebakan tekanan darah tinggi, kerusakan ginjal, kerusakan jaringan, dan kerusakan sel darah merah (Situmorang, 2007). Wardhana (2004) juga menyatakan sebagian besar Cd yang diadsorbsi tubuh akan mengumpul didalam ginjal, hati, dan sebagian lagi akan di buang keluar melalui saluran pencernaan. Pelipatan kandungan Cd secara biological magnification ternyata besar sekali. Kandungan Cd didalam padi yang semula hanya 1,6 ppm namun setelah mengalami biological magnification kandungan Cd di dalam tubuh (lewat analisis pada tulang yang rusak pada epidemi keracunan Cd penduduk Toyama di Jepang) menjadi 11.472 ppm. Pupuk P alam juga mengandung bahan ikutan berupa logam berat. Hasil analisis berbagai pupuk sumber P yang terdiri atas P-alam dari dalam negeri dan luar negeri dan SP-36 menunjukkan bahwa selain unsur utama P 2 O 5 pupuk, juga mengandung unsur hara sekunder Ca, Mg, dan unsur mikro Fe, Mn, Cu, Zn, dan logam berat Cd, Cr, Pb, Cu, Hg dalam jumlah yang bervariasi yaitu Cd
24 (0,1-170 ppm), Cr (66-245 ppm), Pb (40-2.000 ppm), dan Cu (1-300 ppm) (Setyorini, 2003, dalam Sutriadi, dkk, 2010). Penggunaan pupuk P-alam pada tanah masam kahat P merupakan investasi modal yang berasal dari pemikiran bahwa tanah harus dikelola sedemikian rupa sehingga cadangan haranya dapat mempertahankan sifat fisik dan kimia tanah yang berkelanjutan tanpa merusak tanah dan mencemari lingkungan. Akan tetapi pemberian pupuk P-alam tidak dianjurkan dilakukan terus-menerus, karena akumulasi logam berat cadmium (Cd) dalam tanah dan hasil panen dapat berdampak negatif terhadap kesehatan makhluk hidup. Oleh karena itu, penggunaan pupuk P-alam dan SP-36 harus dibarengi dengan program uji tanah sehingga kerusakan tanah dan pencemaran lingkungan dapat sekecil mungkin (Pusat Penelitian dan Pengembangan Tanah dan Agroklimat, 2009). Penggunaan pupuk fosfat yang berlebihan berpotensi mencemari lingkungan pertanian apabila keberadaannya dalam tanah telah melebihi ambang batas.