KETERSEDIAAN SILIKA (Si) PADA TANAH SAWAH DAN METODE PENETAPAN Si TERSEDIA DI DALAM TANAH SERTA PERBANDINGAN BEBERAPA METODE EKSTRAKSINYA Husnain Balai Penelitian Tanah, Bogor ABSTRAK Rendahnya ketersediaan Silika (Si) pada tanah-tanah sawah di daerah tropis merupakan salah satu penyebab penurunan produktivitas tanaman padi. Meskipun kebutuhan Si tanaman padi jauh melebihi kebutuhannya terhadap unsur hara N, tetapi Si belum mendapat perhatian dalam perananannya sebagai unsur hara bagi tanaman. Namun demikian, telah dilaporkan gejala kekurangan Si bagi tanaman padi dengan kandungan Si tersedia berstatus rendah hingga defisien pada tanah-tanah sawah di Jawa. Terbatasnya informasi dan penelitian tentang Si pada tanah-tanah di Indonesia juga menyebabkan terbatasnya pengetahuan tentang metode analisis ketersediaan Si di dalam tanah. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui keragaan Si tersedia di dalam tanah sawah. Kegiatan penelitian dilakukan dengan mengambil sampel tanah pada 29 titik pengamatan dengan perbedaan posisi topografi yang dimulai dari puncak, lereng dan bawah. Sampel tanah dianalisis kandungan Si total dengan XRF dan kandungan Si tersedia diekstrak menggunakan empat metode ekstraksi yaitu: 1) Inkubasi dengan acetic acid (Incu AA), 2) Inkubasi dengan distilled water (Incu DW), 3) Inkubasi dengan acetate buffer (Ac Buffer), 4) Ekstraksi dengan citric acid (Citric Acid), dan 5) Ekstraksi dengan distilled water (DW). Dalam makalah ini dibahas ketersediaan Si pada beberapa tanah sawah di DAS Citarum, Jawa Barat dan perbandingan metode ekstraksi penetapan Si tersedia. Hasil penelitian menunjukkan bahwa total kandungan Si tanah di lokasi penelitian bervariasi dari 43,72 sampai 79,84% wt. Sedangkan kandungan Si tersedia dari 203 hingga 982 mg/kg. Meskipun total kandungan Si di dalam tanah tinggi tetapi ketersediaannya sangat rendah, terutama pada penggunaan lahan untuk sawah. Hasil pengukuran kandungan Si tersedia menunjukkan bahwa nilai Si tertinggi diperoleh dengan metode inkubasi dengan acetic acid diikuti oleh acetate buffer. Metode yang lain tidak menunjukkan perbedaan yang cukup signifikan. Penelitian ini merupakan penelitian pendahuluan untuk melihat perbandingan metode penetapan Si tersedia sehingga belum memperhitungkan kebutuhan Si tanaman. 155
Husnain PENDAHULUAN Perkembangan metode penetapan unsur hara di laboratorium umumnya sejalan dengan perkembangan penelitian dan pengetahuan tentang unsur terkait. Di Indonesia dan banyak negara berkembang lainnya perhatian masih dititikberatkan pada unsur makro N, P, dan K sebagai unsur hara utama di dalam pupuk. Namun demikian, pelandaian produktivitas tanaman pangan terutama padi yang diiringi dengan degradasi sumberdaya lahan menyebabkan bukan hanya unsur hara makro tersebut saja yang mempengaruhi produktivitas, tetapi ada faktor-faktor lain yang juga memiliki peranan penting termasuk peranan unsur mikro dan unsur hara lainnya seperti Si. Unsur silika (Si) telah lama dilaporkan sebagai unsur hara penting bagi beberapa tanaman pangan termasuk padi dan tebu (Epstein, 1999; Matichenkov and Calvert, 2002). Silika (Si) dikenal sebagai beneficial element untuk tanaman padi (Epstein, 1999). Meskipun syarat sebagai unsur hara esensial tidak terpenuhi, unsur ini telah lama diketahui diserap tanaman dalam jumlah besar terutama tanaman akumulator Si. Beberapa tanaman akumulator Si diantaranya adalah famili Gramineae dan Cyperaceae (Ma dan Takahashi et al., 2002). Kebutuhan unsur hara Si tanaman padi jauh melebihi kebutuhan unsur hara makro N, P, maupun K. Untuk setiap 5 t/ha hasil padi, dibutuhkan sebanyak 230-470 kg Si/ha, sedangkan N, P, dan K berturut-turut hanya berkisar 75-120 kg N/ ha, 20-25 kg P/ha, dan 23-257 kg K/ha (Casman et al., 1997; Dobermann et al., 1996a,b; Yoshida, 1981). Tidak seperti unsur hara N, P, dan K, peranan Si sebagai unsur hara belum mendapat perhatian. Padahal menurut Savant et al. (1997a,b), rendahnya ketersediaan Si pada tanah-tanah sawah di daerah tropis merupakan salah satu penyebab penurunan produktivitas tanaman padi. Tanaman akumulator Si seperti padi, tebu, dan banyak tanaman lainnya, apabila kekurangan Si tersedia pada tanah dapat mempengaruhi pertumbuhan dan perkembangan tanaman tersebut. Peranan Si itu sendiri bagi tanaman terutama adalah untuk meningkatkan produktivitas dan memperkuat pertumbuhan tanaman sehingga tahan terhadap serangan hama. Telah banyak dilaporkan defisiensi Si dapat menyebabkan meningkatnya serangan penyakit blast pada padi (Su-Jein, 2002; Ishizuka and Hayakawa, 1951). Pemahaman dan penelitian tentang Si sebagai nutrisi tanaman masih sangat terbatas di Indonesia, bahkan dapat dikatakan hampir tidak ada. Belum ada sejarah pemupukan tanah sawah dengan Si. Dengan demikian metode penetapan yang digunakan juga belum berkembang. Di Jepang dan Rusia, penelitian kebutuhan Si pada tanaman pangan sudah dimulai sejak tahun 1955 156
Ketersediaan Silika (Si) pada Tanah Sawah dan Metode Penetapan Si Tersedia yang menghasilkan rekomendasi pemupukan Si pada tanah-tanah sawah di Jepang dan tebu di Rusia. Baru-baru ini, Darmawan et al. (2006) melaporkan penurunan Si tersedia sekitar 20% dalam rentang waktu tiga dekade terakhir. Hasil survei di tanah-tanah sawah di Jawa Barat dan Jawa Tengah menunjukkan bahwa Si tersedia tergolong rendah hingga defisit bagi tanaman padi (Husnain et al., 2008). Selama ini dipahami bahwa ketersediaan Si sangat tinggi apabila total Si di dalam tanah juga tinggi. Namun kenyataannya tidaklah demikian, tingginya total kandungan Si tidak berkorelasi positif dengan ketersediaannya bagi tanaman (Husnain, 2009; Kyuma, 2004). Mengingat pentingnya unsur Si bagi tanaman padi maka diperlukan metode penetapan Si yang sesuai dengan kondisi tanah di Indonesia. Dalam makalah ini dibahas ketersediaan Si pada tanah sawah di Indonesia dan perbandingan beberapa metode ekstraksi yang dapat digunakan untuk penetapan ketersediaan Si. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui ketersediaan unsur hara Si pada tanah di Indonesia dan perbandingan metode ekstraksi penetapan Si. Beberapa metode ekstraksi yang dibandingkan adalah metode acetate buffer ph 4 (Imaizumi and Yoshida 1958), metode inkubasi dengan distilled water (DW) (suhu 40 o C, rasio tanah:air adalah 1:6) (Nonaka et al., 1988), phosphate buffer method (ph 6,2) (Kato 1998), dan phosphate buffer dengan ph 6,95 (Shigezumi et al., 2002). Selain itu, beberapa metode ekstraksi yang lain yaitu dengan DW, citric acid, dan acetic acid (IITA, 1979). METODOLOGI PENELITIAN Penelitian dilaksanakan di daerah aliran sungai (DAS) Citarum, Jawa Barat. Contoh tanah diambil dari 29 titik yang dimulai dari puncak, tengah dan bawah berdasarkan perbedaan posisi topografi di areal DAS Citarum. Kegiatan ini dilakukan pada bulan Desember 2006 sampai Desember 2008. Sampel tanah diambil dari beberapa penggunaan lahan (landuse) yang berbeda seperti sayuran dataran tinggi, perkebunan dan sawah. Sampel tanah di kering-anginkan untuk persiapan analisis di laboratorium. Total kandungan Si dalam tanah diukur dengan XRF. Sedangkan Si tersedia diukur dengan beberapa metode ekstraksi. Masing-masing contoh tanah di ekstrak dengan lima metode ekstraksi yaitu: 1) Inkubasi dengan acetic acid (Incu AA), 2) Inkubasi dengan distilled water (Incu DW), 3) Inkubasi dengan acetate buffer (Ac Buffer), 4) Ekstraksi dengan citric acid (Citric Acid), dan 5) Ekstraksi dengan distilled water (DW). Pada metode inkubasi No. 1-2, sampel tanah diinkubasikan selama lima jam dengan larutan acetic acid 1 N, ph 4 atau 157
Husnain distilled water dengan rasio tanah dan pelarut 1:6 selama lima jam. Pada metode inkubasi No. 3 perbandingan tanah dan larutan adalah 1:10 dengan masa inkubasi yang sama (lima jam). Metode ekstraksi dilakukan dengan cara melarutkan 2 g sampel tanah dengan 100 ml citric acid 1% atau DW dan dikocok selama dua jam, dibiarkan semalaman dan dikocok kembali satu jam sebelum pengukuran. Selain sampel tanah juga diambil sampel tanaman padi pada beberapa lokasi di sekitar DAS Citarum. Kandungan total Si di dalam tanaman padi ditetapkan dengan metode destruksi dengan HNO 3 1 N. Inkubasi dan ekstraksi tanah untuk penetapan Si tersedia pada tanah dan tanaman padi dilakukan di laboratorium Soil and Ecological Engineering, Shimane University, Jepang. Kandungan Si pada tanah dan tanaman di dalam tanah diukur dengan ICPS- 2000, Shimadzu. HASIL DAN PEMBAHASAN Kandungan Si total dan tersedia Ketersediaan Si pada tanah sawah di DAS Citarum tergolong rendah, bahkan di beberapa lokasi sudah defisit untuk tanaman padi (Husnain et al. 2008). Pada Table 1 dapat dilihat distribusi kandungan Si total dan tersedia di dalam tanah pada penggunaan lahan yang berbeda. Total kandungan Si pada tanah bervariasi dari 43,72 sampai 79,84% wt. Sedangkan kandungan Si tersedia dari 203 hingga 982 mg/kg. Meskipun total kandungan Si di dalam tanah tinggi tetapi ketersediaannya sangat rendah, terutama pada penggunaan lahan untuk sawah. Untuk tanah-tanah sawah, berdasarkan kriteria status Si tersedia, nilai di bawah 600 mg/kg tergolong rendah sedangkan nilai di bawah 300 sudah tergolong defisit bagi tanaman (Bollich and Matichenkov, 2002; Sumida, 1992). Pada Tabel 1 dapat dilihat bahwa terdapat dua lokasi dengan nilai di bawah 300 mg/kg yang tergolong defisit bagi tanaman, sedangkan enam lokasi berstatus rendah. Secara umum terlihat adanya kenaikan total kandungan Si pada tanah sawah namun sebaliknya terjadi penurunan ketersediaannya (Tabel 1). Kyuma juga mengemukakan hasil yang sama dimana tingginya total kandungan Si tanah sawah ternyata menunjukkan nilai Si tersedia yang rendah (Kyuma, 2004). Di lokasi penelitian, peningkatan total Si pada tanah-tanah sawah kemungkinan karena terbentuknya biogenik Si karena tingginya intensitas penanaman padi. Akumulasi sisa-sisa tanaman di dalam tanah merupakan salah satu sumber 158
Ketersediaan Silika (Si) pada Tanah Sawah dan Metode Penetapan Si Tersedia biogenik Si. Sementara itu, biogenik Si yang terakumulasi pada tanah-tanah sawah tidak cepat tersedia bagi tanaman (Bollich and Matichenkov, 2002). Di sisi lain, penurunan ketersediaan Si pada tanah-tanah sawah disebabkan oleh pengurasan Si terus menerus tanpa usaha pengembaliannya ke dalam tanah. Apalagi satu-satunya sumber bahan organik yang mengandung Si tinggi dan paling mudah diakses petani yaitu jerami biasanya dibakar oleh petani, yang menyebabkan hilangnya sebagian Si. Tabel 1. Kandungan Si total dan tersedia di dalam tanah pada beberapa landuse di DAS Citarum, Jawa Barat No. Penggunaan lahan Si total Si tersedia SiO 2 %wt mg SiO 2 /kg 1. Sayuran dataran tinggi 59,83 711 ± 295 2. Sayuran dataran tinggi 57,87 722 ± 10 3. Perkebunan teh 49,73 370 ± 62 4. Perkebunan teh 43,72 565 ± 285 5. Jagung 46,34 423 ± 20 6. Jagung 47,55 982 ± 215 7. Sawah 51,22 575 ± 142 8. Sawah 50,60 666 ± 157 9. Sawah 51,06 575 ± 142 10. Sawah 63,89 337 ± 174 11. Sawah 52,30 623 ± 52 12. Sawah 70,93 632 ± 34 13. Sawah 55,49 609 ± 32 14. Sawah 55,19 598 ± 272 15. Sawah 64,33 417 ± 20 16. Sawah 55,95 203 ± 19 17. Sawah 79,84 341 ± 50 18. Sawah 70,76 291 ± 95 Metode penetapan Si tersedia dalam tanah Untuk mengetahui metode ekstraksi penetapan Si yang sesuai maka dicobakan lima metode ekstraksi. Hasil pengamatan kandungan Si tanah dapat dilihat pada Gambar 1. Hasil penelitian menunjukkan perbedaan yang cukup bervariasi untuk setiap metode ekstraksi Si. Secara umum dapat dilihat trend ketersediaan Si dari kelima metode, cukup jelas dan memiliki pola yang sama pada tanah sawah dibandingkan dengan lahan kering. Hal ini mungkin disebabkan metode ekstraksi yang ada saat ini terutama ditujukan untuk tanah sawah. 159
Husnain Gambar 1. Kandungan Si di dalam tanah yang diekstrak dengan lima metode ekstraksi Kandungan Si terekstrak di dalam tanah tertinggi diperoleh dengan metode inkubasi dengan acetic acid diikuti oleh acetate buffer. Metode yang lain tidak menunjukkan perbedaan yang cukup signifikan. Hingga saat ini metode penetapan Si pada tanah memang terbatas pada tanah sawah, belum ada metode baku yang direkomendasikan untuk penetapan Si pada tanah-tanah selain tanah sawah. Beberapa hasil penelitian menunjukkan acetic acid terlalu kuat untuk mencerminkan Si tersedia bagi tanaman (Barbosa-Filho et al., 2001). Sementara metode inkubasi maupun esktraksi dengan DW menunjukkan nilai Si tersedia yang terlalu rendah, demikian juga dengan metode ekstraksi dengan citric acid. Hasil perbandingan nilai Si tersedia yang diperoleh dari berbagai ekstraktan yang digunakan memang belum dapat menunjukkan korelasinya dengan ketersediaan Si bagi tanaman, dimana diperlukan data kandungan Si tanaman pada lokasi sampling tanah secara detil dan dalam jumlah sampel yang representatif. Meskipun data-data tersebut belum dapat ditampilkan saat ini setidaknya keragaan hasil penetapan Si dengan berbagai metode dapat menjadi gambaran kecendrungan Si tersedia dalam tanah. Sebagai referensi, penetapan Si yang dikenal luas dan umum digunakan adalah metode acetate buffer (Imaizumi and Yoshida, 1958). Metode ini direkomendasikan untuk tanah-tanah yang belum pernah dipupuk Si. Sehingga metode ini dapat digunakan untuk penetapan Si tersedia pada tanah sawah di Indonesia yang belum memiliki sejarah pemupukan Si di masa lalu maupun saat ini. 160
Ketersediaan Silika (Si) pada Tanah Sawah dan Metode Penetapan Si Tersedia Hasil pengamatan kandungan total Si tanaman padi yang dibandingkan dengan ketersediaan Si di dalam tanah ditunjukkan dalam Tabel 2. Pada Tabel 2 terlihat penurunan ketersediaan Si dalam tanah juga menyebabkan penurunan kandungan Si tanaman padi, sehingga pada tanah-tanah dengan kandungan Si tersedia rendah umumnya ditemukan kandungan Si tanaman padi yang juga rendah. Tabel 2. Kandungan Si di dalam daun bendera tanaman padi dan ketersediaan Si pada beberapa tanah sawah di DAS Citarum Varietas Kandungan Si dalam padi Si tersedia dalam tanah g SiO 2 /kg mg SiO 2 /kg Ciasem 135,19 524 ± 415 IR 64 170,45 666 ± 157 IR 64 101,13 575 ± 142 IR 64 84,71 609 ± 32 Ciherang 57,28 341 ± 50 Memberamo 58,49 314 ± 99 Dalam penelitian ini masih diperlukan banyak detil pengamatan seperti keragaman jenis tanah dan ketersediaan Si, serapan Si tanaman padi dan tanaman lain serta korelasi antara kebutuhan tanaman dengan ketersediaan Si dalam tanah. Namun demikian diharapkan hasil penelitian ini dapat memberikan gambaran tentang ketersediaan Si pada tanah sawah dan metode penetapan Si tersedia yang dapat digunakan pada tanah-tanah sawah di Indonesia. KESIMPULAN Penurunan kandungan Si tersedia di dalam tanah akibat pengurasan unsur hara Si terutama pada tanaman padi sudah menunjukkan kecenderungan defisiensi Si pada tanah-tanah sawah di lokasi pengamatan. Pengembalian unsur hara Si terutama dari jerami pada lahan sawah intensifikasi sangat diperlukan untuk menjaga sustainabilitas produksi tanaman padi. Mengingat sangat terbatasnya informasi metode penetapan Si tersedia dalam tanah di Indonesia, maka perlu dilakukan penelitian komprehensif sehingga metode yang ditetapkan sesuai dengan kondisi tanah di Indonesia. Untuk saat ini dengan pertimbangan bahwa tanah-tanah di Indonesia belum pernah dipupuk Si maka metode esktraksi dengan acetate buffer lebih sesuai. 161
Husnain DAFTAR PUSTAKA Barbosa-Filho, M.P., G.H. Snyder, C.L. Elliot, and L.E. Datnoff. 2001. Evaluation of soil test procedures for determining rice-available silicon. Commun. Soil Sci. Plant Anal. 32(11-12):1779-1779. Bollich, P.K. and V.V. Matichenkov. 2002. Silicon status of selected Louisiana rice and sugarcane soils. Pp 50-53. In Proceedings of the Second Silicon in Agriculture Coference, 22-26 August 2002, Tsuruoka, Yamagata, Japan. Casman, K.G., S. Peng, and A. Dobermann. 1997. Nutritional physiology of the rice plants and productivity declined of irrigated rice systems in the tropics. Soil Sci Plant Nutr. 43:1101-1106. Darmawan, K. Kyuma, A. Saleh, H. Subagjo, T. Masunaga, and T. Wakatsuki. 2006. Effect of long-term intensive rice cultivation on the available silica content of sawah soils: Java Island, Indonesia. Soil Sci Plant Nutr. 52: 745-753. Dobermann, A., K.G. Casman, P.C. Sta Cruz, M.A. Advianto, and M.F. Pampolino. 1996b. Fertilizer inputs, nutrient balance and soil nutrientsupplying power in intensive, irrigated rice system. II. Phosphorus. Nutr. Cycl. Agroecosys. 46:111-125. Dobermann, A., P.C. Sta Cruz, and K.G. Casman. 1996a. Fertilizer inputs, nutrient balance and soil nutrient-supplying power in intensive, irrigated rice system. I. Potassium uptake and K balance. Nutr. Cycl. Agroecosys. 46:1-10. Epstein, E. 1999. Silicon in plants: Facts vs concepts. Pp 1-5. In Datnoff et al. (Eds.). Silicon in Agriculture, Elsevier Science, Amsterdam. Husnain. 2009. Nutrient Dynamics in Watersheds and Lowland Sawah in Java Island in Relation to the Sustainability of Sawah Farming Systems in Indonesia. PhD Dissertation of the United Graduate School of Agricultural Sciences, Tottori University. Japan. Husnain, T. Wakatsuki, D. Setyorini, Hermansah, K. Sato, and T. Masunaga. 2008. Silica availability in soils and river water in two watersheds on Java Island, Indonesia. Soil Sci. Plant Nutr. 54:916-927. IITA. 1979. Selection Methods for Soil and Plant Analyses, Manual Series No. 1, Ibadan, Nigeria. Imaizumi, K. and S. Yoshida. 1958. Edaphological studies on silicon supplying power of paddy field. Bull, Natl Inst Agric. Sci. B8:261-304. Ishizuka, Y. and Y. Hayakawa. 1961. Resistance of rice plant to the Imochi disease (rice blast disease) in relation to its silica and magnesia contents. Jpn. J. Soil. Sci. Plant. Nutr. 21:253-260. 162
Ketersediaan Silika (Si) pada Tanah Sawah dan Metode Penetapan Si Tersedia Kato, N. 1998. Evaluation of silicon availability in paddy soils by an extraction using a phosphate buffer solution. In summaries of 16 th World Congress of Soil Science, Montpellier, France. Kyuma, K. 2004. Paddy Soil Science. Kyoto University Press and Trans Pacific Press. Melbourne. Ma, J.F. and E. Takahashi. 2002. Soil, Fertilizer, and Plant Silicon Research in Japan. Elsevier, Amsterdam. Matichenkov, V.V. and D.V. Calvert. 2002. Silicon as a beneficial element for sugarcane. J. Am. Soc. Sugarcane Tech. 22:21-30. Nonaka, K. and Takahashi. 1988. A method of measuring available silicates in paddy soil. Jpn.agirc Res. Q2:91-95. Savant, N.K., L.E. Datnoff, and G.H. Snyder. 1997a. Depletion of plant available silicon in soils: a possible cause of declining rice yields. Commun. Soil Sci. Plant Anal. 28:1245-1252. Savant, N.K., G.H. Snyder, and L.E. Datnoff. 1997b. Silicon management and sustainable rice production. Pp 151-199. In Advances in Agronomy. Ed. D.L. Sparks. Academic Press, San Diego. Shigezumi M, Kitta Y, Kubo S, Mizuochi T. 2002. The evaluation of the available silica in paddy soil by phosphate buffer extraction method. Jpn. J. Soil Sci. Plant Nutr. Sumida, H.Y. 1992. Silicon supplying capacity of paddy soils and characteristics of silicon uptake by rice plants in cool regions in Japan. Bull. Tohoku, Agric. Exp. Stn. 855:1-46. Su-Jein, C. 2002. Effect of silicon nutrient on bacterial blight resistance of rice (Oryza sativa L.). Pp 31-33. In Proceedings of the Second Silicon in Agriculture Coference, 22-26 August 2002, Tsuruoka, Yamagata, Japan. Yoshida, S. 1981. Fundamentals of rice crop science. International Rice Research Institute, IRRI, Los Banos. 163