MK. DASAR ILMU TANAH

HUBUNGAN TANAH –

UNSUR HARA – TANAMAN

Smno.Jrsntnh.Fpub.Febr2013

Foto:smno.kampus.ub.febr2013

Proses fotosintesis memerlukan air dari tanah

Air dari tanah

CO2 dari Udara

Fotosintesis:CO2 + H2O ---- Karbohidrat

(Glukosa)

Glukosa Patidan senyawa organik lain dalam buah

dan biji

Stomata:

Pintu lalulintas CO2, O2, dan H2O

Fotosintesis:CO2 + H2O Karbohidrat

(Glukosa)

CO2 dari Udara

Glukosa Patidan senyawa organik lain

dalam biji

Air dari tanah

Ilustrasi tentang penurunan potensial air untuk suatu tanaman

Plants develop the tension, or potential, to move soil water

from the soil intothe roots and distribute the water through the plant by

adjusting the water potential, or tension, within their plant

cells.

The essence of the process is that water always moves

from higher to lower water potential.

For water to move from the soil, to roots, to stems, to leaves, to air the water

potential must always be decreasing.

Lingkaran Tanah-Air-Tanaman

LTAT mrpk sistem dinamik dan terpadu dimana air mengalir dari tempat dengan tegangan rendah menuju tempat dengan

tegangan air tinggi.

Serapan bulu akarPenguapan

Hilang melalui stomata daun (transpirasi)

Air kembali ke atmosfer

(evapo-transpirasi)

Air dikembalikan ke tanah melalui hujan

dan irigasi

Unsur hara Mineral dalam Tumbuhan

TUMBUHAN:• Tumbuhan mensintesis senyawa organik dari senyawa

anorganik dan unsur-unsur yang tersedia di lingkungan tumbuhnyanya (autotrophic)

• Semua kebutuhan unsur hara C, H, dan O disuplai dan diserap tumbuhan dalam bentuk CO2, dan H2O. CO2 diambil dari udara atmosfir, dan air diserap dari dlaam tanah oleh bulu-bulu akar

• Tumbuhan menyerap unsur hara dari tanah , sehingga juga berfungsi sebagai “soil miners”.

• Kajian mengenai bagaimana tumbuhan memperoleh, mendistribusikan, metabolieme, dan menggunakan unsur hara mineral.

• “Mineral”: unsur anorganik– Umumnya diperoleh dalam bentuk ion-ion anorganik dari

tanah

• “Nutrient”: senyawa yang diperlukan untuk hidup dan diperlukan untuk sintesis senyawa organik

Unsur hara Mineral dalam Tumbuhan

UNSUR HARA DALAM TANAH

Larutan tanah

Bahan Organik tanah KTK

Mineral tanah

Organisme tanah Jerapan

permukaan

UNSUR HARA TANAMAN BERADA DALAM TANAH

UNSUR HARA DAN AIRBerada dalam TANAH

Klasifikasi unsur hara1. Jumlah yang

diperlukan atau yang ada dalam jaringan tanaman

2. Fungsi pentingnya unsur hara dalam metabolisme

3. Fungsi unsur hara secara biokimiawi

4. Mobilitas hara di dalam tumbuhan

Foto:smno.kampus.ub.febr2013

Unsur Hara MAKRO

Unsur Hara MIKROKadar kecukupan hara dalam jaringan tanaman

Defisiensi Hara

1. Defisiensi unsur hara terjadi kalau konsentrasi hara tersebut menurun hingga di bawah batas kritisnya

2. Deficiensi suatu unsur hara tertentu memunculkan gejala visual yang spesifik, seringkali bersifat khas, gejala-gejala ini mencerminkan fungsi unsur hara tersebut dalam metabolisme tumbuhan.

Defisiensi vs. Kecukupan Hara

Konsentrasi kritis

Konsentrasi hara dlm jaringan ( µmol/g bobot kering

Pert

umbu

han

atau

has

il (p

erse

n m

aksi

mum

)

Zone kecukupan Zone Toksik

Zone Defisiensi

Klasifikasi hasil uji tanah yang menyatakan perlu atau tidak penambahan hara untuk meningkatkan hasil tanaman

Tingkat Kritis

Tidak ada respon pupukRespon pupuk nyata

% h

asil

mak

sim

um

Uji tanah: Sgt Medium/ rendah Rendah Rendah Optimum Tinggi Sngt Tinggi

Pola-pola defisiensi hara

• Lokasi gejala defisiensi mencerminkan mobilitas unsur hara

• Unsur hara di-redistribusikan dalam jaringan phloem

• Daun tua = mobil• Daun muda = immobil

Esensialitas unsur hara mineral Essential: Universal untuk semua tumbuhan• – Tidak-adanya mengakibatkan siklus hidup tidak lengkap• – Tidak-adanya mengakibatkan defisiensi• – Required for some aspect of mineral nutrition

• Beneficial: seringkali terbatas untuk beberapa species• – Menstimulir pertumbuhan dan perkembangan• – May be required in some species• – Misalnya: Na, Si, Se

• Ada empat kelompok dasar:• Kelompok I:

– Membentuk senyawa organik tumbuhan– Tumbuhan mengassimilasi unsur hara ini melalui reaksi

biokimia melibatkan oksidasi dan reduksi• Kelompok II:

– Reaksi penyimpanan energi atau mempertahanakan integritas struktural

– Present in plant tissue as phosphate, borate or silicate esters

– The elemental is bound to OH group of an organic molecule

Esensialitas unsur hara mineral

Fungsi Unsur Hara secara BiokimiawiKlasifikasi unsur hara menurut fungsi biokimianya

• Kelompok III:– Ada dalam jaringan tumbuhan sebagai ion bebas atau ion

yang terikat pada substrat, seperti pektin dari dinding sel tumbuhan

– Of particular importance are their roles as– Enzyme cofactors– In the regulation of osmotic potentials

Esensialitas unsur hara mineral

Fungsi Biokimia Unsur Hara Mineral Klasifikasi unsur hara menurut fungsi biokimianya

• Kelompok IV:– Unsur hara ini mempunyai fungsi penting dalam reaksi-

reaksi yang melibatkan transfer elektron.

– Beberapa unsur hara juga terlibat dalam pembentukan hormon pertumbuhan – Zinc

– Reaksi cahaya dari photosynthesis - Copper

Esensialitas unsur hara mineral

Fungsi Biokimia Unsur Hara Mineral Klasifikasi unsur hara menurut fungsi biokimianya

Larutan Tanah

Tanaman

Fe+++ dalam larutanFe++ dalam larutan

Serapan tanaman sbg Fe++

Eksudat tanamanResidu tanaman

Fe dalam tanaman sebagai komponen protein, enzim, sel

Mineral feri:Fe hidroksida Fe(OH)3

Goethite FeOOHHematite Fe2O3

Jarosite KFe3(SO4)2(OH)6

Mineral fero:Magnetite Fe3O4

Pyrit FeS2Hasil hidrolisis

FeOH+, Fe(OH)2

Besi dalam larutan sbg:Fe+++,

Fe(OH)2+ dominanFe+++ khelat

Besi dalam larutan sbg:Fe++ pH<6.75

FeOH+ pH>6.75Fe++ khelat

Bagaimana tumbuhan memperoleh Unsur Hara nya?

Penyerapan melalui daun• Artificial: called foliar application. Used to apply

iron, copper and manganese.

• Asosiasi dengan mycorrhiza • Fungi membantu penyerapan unsur hara oleh akar

• Penyerapan oleh akar

Hubungan akar – tanah – hara Fe

Larutan Tanah

Akar tanamanPembentukan

khelat organik

Tanah

Penyerapan air dan hara mineralPertukaran kation: Akar dg

tanah

Partikel Tanah

Bulu akar

Rongga udara

Partikel tanah diselimuti air

Air tersedia

bagi tnm

1. pH mempengaruhi pertumbuhan akar tanaman dan mikroba tanah

2. Akar tanaman cocok dengan kondisi pH = 5.5 - 6.5

3. Pelapukan batuan pada kondisi masam akan melepaskan potassium, magnesium, calcium, san mangane.

4. Dekomposisi bahan organik menurunkan pH tanah.

5. Curah hujan dapat mencuci ion-ion dalam tanah

Tanah mempengaruhi penyerapan unsur hara

pH tanah mempengaruhi ketersediaan P tanah

pH tanah

Perilaku P yang ditambahkan ke tanah

Peningkatan ketersediaan P- anorganik dalam

tanah

Diserap oleh mineral Ca

P-labil atau tersedia

Diserap oleh oksida hidrous Al, Fe dan Mn

Oklusi kimiawi oleh oksida

hidrous Al, Fe dan Mn

Reaksi dengan

mineral silikat

Peta Eh-pH untuk unsur Fe

Hubungan Tanaman-Tanah-Bahan Organik

DekomposisiCO2

Biomasa MikrobaBiomasa Tanaman

BOT aktif

BOT lambat

BOT pasif

Residu organik

C-larut Hara larut

Hubungan Tanaman-Tanah-Hara

Serapan tanaman

Panen tanaman

Erosi tanah

Bahan organik tanah

Oksida Fe/Al, Liat, BOT

Mineral logam

Logam larut

Tanah memepengaruhi penyerapan unsur hara1. Partikel tanah yang bermuatan

negatif mempengaruhi penyerapan unsur hara

2. Pertukaran kation terjadi di permukaan partikel tanah

3. Cations (bermuatan positif) berikatan dengan partikel tanah yang bermuatan negatif

4. If potassium binds to the soil it can displace calcium from the soil particle and make it available for uptake by the root

Hubungan Tanaman-Tanah-Hara Kalium

Mudah tersedia

Lambat tersedia

Tidak tersedia

pH mempengaruhbi muatan di permukaan koloid tanah (mineral liat dan bahan organik)

pH tinggi pH netral

KTK tinggi, KTA rendah KTK Rendah, KTA Tinggi

Penambahan ion H+

Pelapukan mineral primer Kalium

Pelapukan

K+ tidak tersedia

K+ tersedia

Kation hidratNa+, Ca++, H+

PelepasanK+ + H2O

FiksasiK+ - H2O

Penambahan kemasmaan tanah (H+) memicu pencucian kation basa bersama dgn anion pasangannya

Kation Tukar

Kehilangan pencucian Ca, Mg, K dan Na

bersama anion

Anion asamNO3-, SO4=, HCO3-,

dll

Penambahan H+ dari proses pembentuk

asamPertukaran 2H+ dengan Ca++

Ca++

Ca++

Ca++

Ca++

Ca++ Ca++

Ca++

Ca++

KTK = KAPASITAS TUKAR KATION

Bahan Organik Partikel Liat

• Meristematic zone– Cells divide both in direction of

root base to form cells that will become the functional root and in the direction of the root apex to form the root cap

• Elongation zone– Cells elongate rapidly, undergo

final round of divisions to form the endodermis. Some cells thicken to form casparian strip

• Maturation zone– Fully formed root with xylem and

phloem – root hairs first appear here

Akar tumbuhan: Route utama bagi acquisition unsur hara

Akar menyerap ion-uin hara di area yang berbeda-beda

• Ca = Calcium– Daerah ujung

• Iron– Daerah ujung (barley)– Atau seluruh akar (tanaman jagung)

• Potassium, nitrate, ammonium, and phosphate– All locations of root surface

• In corn, elongation zone has max K accumulation and nitrate absorption

– In corn and rice, root apex absorbs ammonium faster than the elongation zone does

– In several species, root hairs are the most active phosphate absorbers

Hubungan Tanaman-Tanah-Hara Nitrogen

Serapan tanaman

Bahan Organik

Nitrat (NO3-)

Nitrit (NO2-)

Ammonium (NH4+)

Mengapa ujung akar menjadi lokasi sangat penting untuk penyerapan hara?

• Tissues with greatest need for nutrients– Cell elongation requires Potassium, nitrate, and chlorine to increase osmotic

pressure within the wall– Ammonium is a good nitrogen source for cell division in meristem– Apex grows into fresh soil and finds fresh supplies of nutrients

• Nutrients are carried via bulk flow with water, and water enters near tips

• Maintain concentration gradients for mineral

nutrient transport and uptake

SIKLUS HARA DI ALAM

Mineral dan Endapan

Bahan Organik Tanah

Unsur Hara Tersedia

Dijual ke pasar

Panen

Serapan hara

Residu tanaman

Pakan ternak

Pupuk kandang ke

tanah

Penyerapan oleh akar segera menurunkan konsentrasi hara di sekitar akar

• Formation of a nutrient depletion zone in the region of the soil near the plant root– Forms when rate of nutrient

uptake exceeds rate of replacement in soil by diffusion in the water column

– Root associations with Mycorrhizal fungi help the plant overcome this problem

Asosiasi Mycorrhiza• Not unusual

– 83% of dicots, 79% of monocots and all gymnosperms.

• Mikorhiza ektotrofik– Form a thick sheath around root.

Some mycelium penetrates the cortex cells of the root

– Root cortex cells are not penetrated, surrounded by a zone of hyphae called Hartig net

– The capacity of the root system to absorb nutrients improved by this association – the fungal hyphae are finer than root hairs and can reach beyond nutrient-depleted zones in the soil near the root

Asosiasi Mycorrhiza• VAM =Vesicular arbuscular

mycorrhiza– Hifa tumbuh rapat, di dalam akar

dan meluas ke luar akar memasuki tanah

– After entering root, either by root hair or through epidermis hyphae move through regions between cells and penetrate individual cortex cells.

– Di dalam sel membentuk struktur oval (vesicles) dan struktur bercabang (arbuscules) tempat transfer hara

– P, Cu, & Zn absorption improved by hyphae reaching beyond the nutrient-depleted zones in the soil near the root

Unsur hara bergerak dari fungi ke sel-sel akar tumbuhan

• Mikorhiza Ektotrofik– Occurs by simple diffusion from the hyphae in the hartig net to

the root cells• VAM = Vesicular arbuscular mycorrhiza

– Occurs by simple diffusion from the arbuscules to the root cells

– Also, as arbuscules are degenerating as new ones are forming, the nutrients may be released directly into the host cell

Hubungan Tanaman-Tanah-Hara Fosfat

Memanipulasi transpor unsur hara dalam tumbuhan 1. Meningkatkan

pertumbuhan dan hasil tanaman

2. Increase plant nutritional quality and density

3. Increase removal of soil contaminants (as in phyto-remediation)

Hubungan Tanaman-Tanah-Hara Nitrogen

Hubungan Tanaman-Tanah-Hara Belerang

Siklus Belerang di Alam

Gas H2S

Sulfur (S)

Sulfida (S-)

Sulfat (SO4=)

Senyawa S organik

Minyak Batubara

Residu tanaman dan ternak

Mieral tanah

Dinamika unsur hara nitrogen dalam tanah melibatkan

reaksi-reaksi amonifikassi, nitrifikasi dan denitrifikasi.

Akar tanaman menyerap ion-ion ammonium dan nitrat dari dalam tanah

Hubungan Tanaman-Tanah-Hara Nitrogen

Nitrat NO3-

Nitrit NO2-

AmoniumNO3-

Denitrifikasi

Pencucian

Proses Nitrifikasi

Hubungan Tanaman-Tanah-Hara-Pupuk Fosfat

Panen tanaman

Pakan ternak

Residu organik Pupuk fosfat

Erosi dan Runoff

P-organik dalam humus

Serapan tanaman

Padatan P-anorganik

P - Larut

P - jerap

Dinamika unsur hara fosfor (P)

dalam tanah melibatkan reaksi-reaksi mineralisasi,

pelarutan dan pengendapan, dan

pengikatan-pelepasan anion

fosfat.

Akar tanaman menyerap anion

fosfat dari dalam tanah

Hubungan Tanaman-Tanah-Hara Fosfat

Dinamika unsur hara belerang dalam

tanah melibatkan reaksi-reaksi mineralisasi

belerang dari bahan organik, oksidasi-

reduksi dan pengikatan-pelepasan.

Akar tanaman menyerap anion sulfat dari dalam

tanah

Hubungan Tanaman-Tanah-Hara S

Dinamika unsur hara kalium dalam tanah

didominasi oleh reaksi-reaksi

fisiko-kimia yang melibatkan koloid

tanah.

Akar tanaman menyerap kation K+ dari dalam

tanah

Hubungan Tanaman-Tanah-Hara Kalium

Dinamika unsur hara kalsium dan

magnesium dalam tanah melibatkan

reaksi-reaksi pertukaran kation yang dikendalikan

oleh sifat-sifat koloidal tanah .

Akar tanaman menyerap kation Ca dan Mg dari

dalam tanah

Hubungan Tanaman-Tanah-Hara Ca dan Mg

Sekresi tanaman

Serapan tanaman

MineralCa/Mg

Larutan tanah

Ca++/Mg++

Erosi tanah

SorpsiDesorpsi

Liat

Pelapukan

Hubungan Tanaman-Tanah-Hara K

K-larutan

K-tukar1-2% total

K-non tukar1-2% total

K-mineral90-98% total

K dalam batuan yang belum lapuk

dan tidak tersedia bagi

tanaman

K dalam mineral liat

Dilepaskan dalam periode bertahun-

tahun

K ditahan oleh liat dan humus

Berkesetimbangan dnegan K-larutK dalam

larutan tanah

Tabel Periodik Unsur hara

Pengaruh ketersediaan air terhadap pertumbuhan tanaman