IV. DINAMISASI N:

Bab 1. PendahuluanPopulasi manusia terus meningkat, manusia mengganggu ekosistem bumi untuk memproduksi pangan dan serat yang menempati permintaan terbesar terhadap tanah untuk menyediakan hara esensial.Memahami dan mengerti tentang sifat-sifat kimia, biologi, dan fisika tanah, serta hubungan kontinu antara tanah-tanaman-atmosfir yang mengontrol ketersediaan hara, adalah sangat penting.

Kemampuan tanah mensuplai hara yang cukup akan terus menurun sejalan dengan kebutuhan tanaman akan hara yang terus meningkat dalam mempertahankan produktivitas tanah dan tanaman. Hal ini seiring dengan permintaan manusia akan pangan dan serat semakin meningkat. Satu tantangan yang besar bagi setiap generasi adalah mengembangkan dan mengimplementasikan teknologi pengelolaan tanah-tanaman-hara yang mempertinggi produktivitas tanaman dan kualitas tanah, air dan udara, serta menjaga kelestarian fungsi lingkungan. Jika kita tidak mengembangkan atau menopang kapasitas produksi tanah yang kita olah, kita tidak dapat secara kontinu mendukung permintaan pangan dan serat akibat pertumbuhan populasi manusia.

BAHAN PANGAN DAN SERATMANUSIAPRODUKTIVITAS TANAH (EDAFIK)POTENSI TANAMAN (GENETIK)PROSES BUDIDAYA TANAMANIKLIM (KLIMATIK)

Gambar 1.1. Bagan Hubungan Kebutuhan Pangan dan Serat Populasi Manusia Budidaya Tanaman dan Faktor yang Mempeangruhinya

Secara historis manusia manusia purba bergantung pada berburu dan pengumpulan pangan untuk menopang hidupnya. Sejalan dengan pertumbuhan populasi, diperlukan pengaturan sistem pertanian yang dapat menjamin keamanan pangan atau kecukupan pangan (Tabel 1.1). Terjadinya kelaparan, atau resiko kematian akibat kekurangan pangan, secara substantif lebih menurun beberapa tahun terakhir (Gambar 1.2).

Tabel 1.1. Kapasitas Sistem Pertanian Untuk Memproduksi Pangan dan Menopang Populasi

Sistem PertanianFase Kebudayaan atau waktuHasil Sereal (t/acre)Populasi Dunia (juta)Acre per orangBerburu dan MengumpulkanPerladangan berpindah

Rotasi Abad PertengahanPertanian-peternakanPertanian ModernPaleolitik (Zaman Batu)Neolitik (Zaman Batu Baru), 10.000 th silamTahun 500 1450

Sejak 1700

Abad DuapuluhAbad Duapuluh Satu-

0,45

0,45

0,89

1,782,677

35

900

1.800

4.20012.000-

98,8

3,7

1,7

0,70,2

Sumber : McCloud, 1975. Agron.J., 67:1 in Havlin et al., 2005.

M

1.000

80060040020001950-5605-1199-0585-9192-9871-7764-7078-8457-63 Rata-Rata 7 TahunanKeterangan : M : Jumlah Penduduk (Juta) Gambar 1.2. Rata-rata Penduduk Dunia Yang Rawan Kematian Akibat Kelaparan. (Chen and Kates, FAO, 2001)Populasi (Juta)

6

Tabel 1.2. Penduduk yang Beresiko Kekurangan Makanan di Belahan Negara Terbelakang atau Sedang Berkembang*

Belahan Dunia19502000202020402060Juta.........................................AfrikaAmerika LatinAsia Selatan dan TenggaraAsia BaratTotal120 (26)36 (10)321 (25)27 (18)504 (23)185 (22)40 (8)330 (17)41 (16)596 (17)292 (21)39 (6)330 (13)55 (14)716 (14)367 (19)33 (4)232 (8)64 (12)696 (11)415 (18)24 (3)130 (4)72 (11)641 (9)

Keterangan : Angka dalam kurung adalah persentase penduduk Sumber : USDA-Economic Research Service, 1996, AER-740 (Havlin et al., 2005)

12320001960198042020651097Total Asia8AfrikaAmericans020602040OceaniaEurope

Penduduk (Milyar)Gambar 1.3. Peningkatan Penduduk Dunia dari 1960 sampai 2060. (Geohive, 2003, http://www.geohive.com/index.php.)

8

987654321050015010020025030020001990198019701960Indeks Produksi Pangan, 1960 = 100Penduduk, MilyarGambar1.4. Pertumbuhan Penduduk Dunia dan Produksi Pangan Dibanding dengan Penduduk Kekurangan Pangan (USDA- ERS, 2003, AER 823)Produksi makanan Kelaparan Populasi

Tabel 1.3. Proyeksi Global Produksi Komoditas Makanan Sampai 2060 Komuditas 19802000202020402060Juta Ton*Gandum PadiBiji-bijianProduksi hewanSusuMakanan proteinTotal 441 249 741 82 470 362.019 603 3681.022 108 613 522.766 742 4801.289 138 750 643.463 861 5861,506 164 877 764.070 958 6591.669 184 997 854.552

Keterangan : *Gandum, padi, dan biji-bijian besar dalam juta ton; produksi hewan dalam juta ton berat bersih; produksi susu dalam juta ton equivalen susu secara keseluruhan; makanan berprotein dalam juta ton ekuivalen protein

Lokasi Total Area LahanPopulasiKapasitas Penyangga Populasi Tahun 1996Potensial Penyangga Kapasitas PopulasiInput rendahInput tinggiJuta acreJuta ---------------------- orang per acre-------------AfrikaAsia timurAmerika selatanAmerika tengahAsia tenggaraTotal 7.109 1.672 4.372 672 2.218 16.043 780 265 393 215 1.937 3.590 0,11 0,16 0,09 0,32 0,87 0,22 0,35 0,18 0,32 0,43 1,11 0,35 1.81 0,19 2,83 1,93 2,86 2,07

Tabel .1.4. Kapasitas Pendukung Populasi Di Negara-negara Berkembang Tahun 2000Sumber : Havlin et al., 2005

876543210200019601940192019001980

Petani (juta)Petani per acre (100)Lahan pertanian (juta)Tahun Gambar 1.5. Pertani, lahan pertanian, dan rata-rata acre per petani, 1900 - 2002. (USDA-ERS, Sensus 1954,1992, 2002) In Havlin et al., 2005

10003002004005006002000199019801970196019401950700

Juta, AcrePadang RumputLahan HutanLahan tanaman Cagar AlamPerkotaanTahunGambar 1.6. Penggunaan lahan utama di Amerika (USDA-ERS, 2003,Ag Handbook No. 722) in Havlin, et.al., 2005

160100 80 60 40 20

0 1401204210319641972198219922002150TahunPerolehan Hasil (Basel/Eker) Hasil Alfalfa (Ton/Eker)

JagungGandumKedelaiAlfalfa

Gambar 1.7. Hasil Rerata Tanaman Pokok di Amerika Serikat, 1950-2002 (USDA-ERS, Havlin, et.al., 2005)

9402080601001201950192519001875177501825185018001975

Perang saudaraWW IWW II% dari 1967Gambar 1.8. Produktifitas pertumbuhan pertanian di Amerika selama 200 tahun terakhir dalam Havlin, et.al., 2005Oleh TanganOleh KudaMekanikIlmu Pengetahuan

6410812142000198019701960021990

Juta tonGambar 1.9. Penggunaan Pupuk Secara Komersil Di Amerika, 1960-19801231 = Nitrogen2 = Kalium3 = Fosfor

Gambar 1.10. Penggunaan pestisida pada Tanaman Utama, 1960 1997 di Amerika Serikat (USDA-ERS, 2003, Buletin Statistik No.969) dalam Havlin, et.al. 2005.

50015010020025030020001990198019701960

Indeks Penggunaan Pestisida, 1990 = 100 12341 = Herbisida2 = Insektisida3 = Fungisida4 = Pestisida lainnya

Tabel 1.6. Faktor yang Mempengaruhi Potensial Hasil TanamanFaktor iklimFaktor tanahFaktor tanamanPresipitasi: - Jumlah - DistribusiTemperatur udaraKelembaban relatifCahaya - Kuantitas - Intensitas - LamanyaKetinggian tempatAngin - Velositas (kecepatan) - DistribusiKonsentrasi CO2Bahan organikTeksturStrukturKTKKejenuhan basaKemiringan dan TopografiTemperatur tanahPengelolaan tanah - pengolahan - pupuk - Ketersediaan air - drainase - lain-lainKedalaman (Zona perakaran)Spesies tanaman/varietasWaktu tanamDaya kecambah danTajuk tanaman - Jarak barisKualitas benihEvapotranspirasiKetersediaan airUnsur haraPengganggu tanaman - hama - penyakit - tumbuhan penggangguEfisiensi hasil

Faktor-faktor Pembatas Hasil Tanaman

Faktor-Faktor PembatasFaktor-faktor iklim (secara makro) tidak dapat dikendalikan. Kita ketahui proses fotosintesis membutuhkan air, karbon dioksida yang cukup, dan suplai hara yang cukup, serta energi matahari yang cukup. Jadi bila radiasi matahari kurang, maka potensi hasil maksimum tanaman akan tertekan dan potensi hasil tidak dicapai. Elemen iklim lainnya akan berpengaruh terhadap pertumbuhan dan hasil. Bahkan hasil akan menurun karena pengaruh iklim tersebut.Faktor-faktor tanah dan tanaman (dalam beberapa hal) dapat dikendalikan, dan harus dikelola dengan baik untuk memaksimalkan produktivitasnya.

Hukum Minimum LeibigsFaktor-faktor yang berpengaruh itu akan saling berinteraksi satu sama lain. Sehingga bila terjadi kekurangan salah satu atau lebih faktor, akan mengganggu kesetimbangan dan interaksinya. Dan faktor yang kurang itu akan menjadi faktor pembatas utama dalam menentukan potensi hasil atau produksi. Pentingnya prinsip ini diidentifikasi sejak abad ke 19 oleh ilmuwan Justus von Leibig dan Carl Sprengel (1862) tentang kandungan hara tanah yang diperlulkan olehb tanaman akan berpengaruh besar terhadap hasil.Hukum minimum : Potensi hasil atau produksi tanaman akan ditentukan oleh faktor yang berada dalam keadaan minimum. Kandungan hara esensial yang minimum akan menekan hasil dan menjadi faktor pembatas utama. Karena itu tiap jenis tanah di lapangan/lahan mengandung satu atau lebih hara dalam keadaan maksimum dan satu atau lebih hara dalam keadaan minimum yang mengatur dan mengontrol hasil.

Tabel 1.7. Hubungan Utama Tanah - Cekaman Yang Menurunkan Potensi Hasil Tanaman Juta Mil Persegi % TotalCekaman Kelembaban yang kontinu 14,1 27,9Suhu rendah yang kontinu 8,4 16,7Cekaman kelembaban musiman 4,0 7,9Kapasitas memegang hara yang rendah 3,0 6,0Tanah dangkal 2,9 5,6Pencucian hara berlebihan 1,7 3,4Kandungan Al tinggi (kemasaman tanah) 1,6 3,1Kelembaban dan status hara rendah 1,4 2,7Kapasitas memegang Air rendah 1,3 2,6Cekaman lainnya 10,5 20,8Sedikit hambatan 1,6 3,1Total 50,5 99,8

Sumber : USDA-ERS, 2003, Ag.Economic Report No. 823. (Havlin, et. al., 2005)

Ketersediaan HaraKetersediaan hara yang cukup diperlukan untuk merealisasikan potensi hasil maksimum.Perlu diperhatikan faktor-faktor tanah yang komplek, seperti sifat kimia, biologi dan fisika yang mempengaruhi suplai hara bagi tanaman.Strategi manajemen hara (pupuk) untuk mengoptimumkan produktivitas tanaman.Menghitung dengan teliti berapa kebutuhan hara (pupuk) bagi tanaman adalah keharusan.

ABCDMasuk PupukHasil TanamGambar 1.11. Respon Hasil Terhadap Pupuk N dengan air, P, dan Kecepatan Perkecambahan Pembatas Potensial Hasil (A); Dengan Hanya P dan Kecepatan Perkecambahan Membatasi Potensial Hasil (B); Dengan Hanya kecepatan Perkecambahan Membatasi Potensial Hasil (C); Dengan tanpa Faktor Pengendalian Membatasi Pengendalian Hasil (D).

Unsur-unsur Hara TanamanProtoplasma merupakan bagian utama dari dunia tumbuhan dan hewan. Protoplasma tumbuhan dapat dibentuk dan bertambah tanpa pengaruh dunia hewan. Tetapi sebaliknya dunia hewan tergantung dari tumbuhan. Tumbuhan hijau untuk dapat hidup membutuhkan air, udara, beberapa unsur mineral dan cahaya. Jadi jelas bahwa mengetahui peranan unsur-unsur hara sebagai bahan kasar untuk pabrik raksasa di dalam tubuh tanaman. Hal ini sangat penting bagi mereka yang berkecimpung dalam dunia pertanian khususnya, dan kehidupan pada umumnya.

ESENSIALITAS UNSUR HARASuatu unsur mineral disebut esensial apabila :Kekurangan unsur tersebut menghambat tumbuhan untuk melengkapi/menyempurnakan pertumbuhan tingkat vegetatif atau reproduktif dalam siklus hidupnya.Gejala kekurangan unsur tsb dpt diatasi atau dihilangkan hanya oleh penambahan unsur tsb.Unsur tsb harus secara langsung terlibat di dalam gizi makanan dari tanaman. Jadi terpisah dari pengertian pengaruhnya secara tidak langsung melalui mikroorganisme ataupun melalui reaksi kimia di dalam suatu media pertumbuhan. Gejala defisiensi dapat disebabkan oleh banyak hal yang mencekam tanaman; seperti akan diuraikan dalam Evaluasi Kesuburan Tanah

Unsur-unsur Hara TanamanIstilah yang biasa digunakan menggambarkan tingkat hara dalam tanaman :Defisiensi : Jika konsentrasi unsur hara esensial cukup rendah membatasi hasil dan gejala defisiensi tampak jelas. Defisiensi ekstrim dapat menyebabkan tanaman mati. Defisiensi pada tingkat sedang atau sedikit tidak tampak jelas, tetapi hasil akan berkurang.Tingkat Kritikal : Konsentrasi hara dalam tanaman lebih rendah daripada kebutuhannya, dan dengan penambahan unsur hara terjadi respons terhadap hasil. Level atau tingkat kritikal beragam di antara tanaman dan hara, tetapi di beberapa tempat terjadi transisi di antara kekurangan (defisiensi) dan cukup hara.

Cukup : Tingkat konsentrasi hara dimana penambahan unsur hara tidak akan meningkatkan hasil, tetapi dapat meningkatkan konsentrasi hara. Istilah luxury consumption sering digunakan untuk menggambarkan serapan hara oleh tanaman, tetapi tidak mempengaruhi hasil.Berlebihan atau Toksik : Jika konsentrasi hara esensial atau unsur lain cukup tinggi akan mengurangi pertumbuhan dan hasil tanaman. Konsentrasi hara yang berlebihan dapat menyebabkan ketidak-seimbangan hara esensial lain, yang juga dapat mengurangi hasil. Efek Steenberg : Hasil sangat dipengaruhi oleh unsur hara yang kurang, dan bila kekurangan unsur hara itu diperbaiki, hasil akan cepat meningkat disebabkan penambahan unsur hara yang konsentrasinya kecil tersebut.

9

Konsentrasi Hara Dalam Jaringan Hasil TanamKurangBatas KritisTransisiCukupBerlebihan/RacunGambar 1.12. Hubungan antara Konsentrasi Hara Tanaman Esensial dan Pertumbuhan Tanaman Atau Hasil.Keterangan : Konsentrasi hara naik menuju tingkat kritis, hasil tanaman naik.Di atas level kritis tanaman mengandung tingkat kecukupan hara untuk pertumbuhan normal dan secara kontinu menyerap unsur hara tanpa menaikan hasil (Luxury consumption). Serapan yang brlebihan dari suatu hara atau unsur dapat menyebabkan racun bagi tanaman dan mengurangi hasil atau menyebabkan tanaman mati. Efek Steenberg

UNSUR HARA ESENSIAL BAGI PERTUMBUHAN TANAMAN Unsur Hara Konsentrasi di dalam Tanaman* KlasifikasiNama Simbol Relatif RerataHidrogen H 60.000.000 6 %Oksigen O 40.000.000 4,5 %Karbon C 30.000.000 4,5 %Nitrogen N 1.000.000 1,5 %Kalium K 400.000 1,0 %Fosfor P 30.000 0,2 % Unsur Hara MakroKalsium Ca 200.000 0,5 % Magnesium Mg 100.000 0,2 %Sulfur S 30.000 0,2 %Khlorida Cl 3.000 100 ppm (0,01 %)Besi Fe 2.000 100 ppmBoron B 2.000 20 ppmMangan Mn 1.000 50 ppm Unsur Hara MikroSeng Zn 300 20 ppmTembaga Cu 100 6 ppm Molibdenium Mo 1 0,1 ppm Nikel Ni 0,1 0,01 ppm* Konsentrasi berdasarkan bobot kering bahan Havlin, et al., 2005)

Tugas (Latihan Soal)Karena perkeambangan penduduk dunia yg cepat, diperkirakan akan terjadi rawan kelaparan di dunia lima puluh tahun ke depan. Jika jumlah pendduk Indonesia 2014 diperkirakan 258 juta dengan laju pertambahan 1,5 %, berapa prediksi penduduk Indonesia 50 tahun ke depan itu ?Hasil tanaman meningkat dalam 50 tahun terakhir dibandingkan dalam 200 tahun sebelum 1950. Faktor-faktor apa yang berhubungan dengan peningkatan hasil sejak tahun 1950 tersebut ?

Tugas Lanjutan3. Jika penduduk Indonesia tahun 2014 sebanyak 258 juta jiwa) jadi patokan dan kebutuhan beras per kapita per tahun sebanyak 116 kg; berapa juta ton kebutuhan beras nasional per tahun selama 10 tahun ke depan (2015 - 2025) dengan laju pertumbuhan penduduk 1,5 % per tahun? Coba buat kurva yang menggambarkan jumlah penduduk dan kebutuhan beras nasional !

Lanjutan TugasApa definisi Hukum Minimum Liebigs dan berikan contohnya ?Buat daftar hara yang diperlukan tanaman, dan bentuk ion yg diserap tanaman !6. Hasil tanaman meningkat sejalan dengan waktu disebabkan pengolahan tanah yg optimal, varietas unggul, pengendalian hama dan penyakit, pemupukan, dan sebagainya. Faktor-faktor pembatas apa yang harus diatasi selanjutnya agar hasil meningkat ?7. Faktor lingkungan, akan membatasi respons tanaman terhadap hara. Jika terjadi perubahan iklim, faktor manakah yang mungkin dapat diatasi dengan mudah dan murah ?

SELAMAT MENGERJAKANTUGAS !