MEKANISME KETERSEDIAAN HARA DIDALAM TANAH

Oleh : Friyandito, SP, MM (Alumnus Jurusan Tanah dan MMA IPB, Praktisi Perkebunan Kelapa Sawit).

Kesuburan tanah adalah kemampuan tanah untuk menyediakan unsur hara dalam jumlah cukup dan bisa diserap oleh tanaman untuk mendukung tumbuh kembangnya.

Penurunan kesuburan tanah dapat disebabkan oleh :

• Pemiskinan hara, yaitu hara yang diambil tanaman lebih banyak daripada hara yang ditambahkan.
• Penambangan hara, yaitu pengambilan unsur hara didalam tanah untuk produk tertentu.
• Pengasaman, yaitu penurunan pH dan/atau peningkatan Al-dapat ditukar.
• Kehilangan bahan organik.
• Peningkatan kadar unsur – unsur beracun serti Al dan Mn

Penurunan kesuburan tanah secara alami disebabkan oleh erosi, dimana air mengikis lapisan atas permukaan tanah yang subur dan meninggalkan lapisan permukaan tanah baru yang kurang atau tidak subur.

Peningkatan kesuburan tanah secara alami terjadi akibat :

• penambahan bahan – bahan erupsi gunung berapi yang membawa mineral hara seperti sulfur.
• penambatan N oleh mikroorganisme yang bersimbiosis dengan tanaman legum (kacang-kacangan).

Kebutuhan tanaman akan hara beragam menurut jenis tanamannya. Kebutuhan hara tanaman jenis rumput-rumputan berbeda dengan tanaman legum. Oleh sebab itu, istilah kesuburan tanah erat kaitannya dengan jenis tanaman apa yang diusahakan di tanah tersebut. Tetapi, secara umum dapat disebutkan bahwa tanah yang subur adalah tanah yang dapat menopang kehidupan sebagian besar tanaman.

Tanah sebagian besar (mencapai 90%) disusun oleh 3 unsur mineral, yaitu oksigen (O), silikon (Si) dan Aluminium (Al). Ketiga unsur ini tidak dianggap penting bagi tanaman, sebab oksigen dapat diperoleh bebas dari udara, sedangkan silikon dan aluminium bukan menjadi hara essensial bagi tanaman. Silikon dan Aluminium menjadi komponen dominan penyusun massa tanah.

Unsur hara keempat yang banyak didalam tanah adalah besi (Fe), tapi hanya dibutuhkan dalam jumlah sedikit oleh tanaman (unsur mikro) (Foth dan Ellis 1997 dalam Munawar 2011).

Oleh sebab itu, sebenarnya unsur hara essensial bagi tanaman yang berasal dari tanah (N, P, K, Ca, Mg, S, Fe, Mn, Zn, Mo, Cu, B, Cl) hanya merupakan sebagian kecil dari total massa tanah.

Konsentrasi unsur-unsur hara essensial didalam tanah mineral dan jumlah yang diangkut tanaman setiap tahun (sumber : diolah dari Bohn et. Al 1995 dalam Munawar 2011).

*1) kolom 3 merupakan perkiraan jumlah unsur hara yang diangkut oleh tanaman per ha setiap tahun dengan asumsi produksi bahan kering 10.000 kg/ha.

*2) kolom 4 merupakan jumlah total unsur hara didalam tanah dibagi jumlah hara terangkut oleh tanaman per tahun dan dinyatakan dalam satuan tahun, artinya rentang waktu tanah dapat memasok unsur hara tersebut ke tanaman jika seluruh bagian tanaman diambil pada saat panen tanpa pengembalian biomassa atau tambahan hara ke tanah.

Secara umum, tanah akan mudah kekurangan hara N, P dan Ca, sedangkan tanah-tanah tua akan dominan kandungan hara Fe, Mn, Zn, Mg dan Mo.

KONDISI UNSUR HARA DIDALAM TANAH

Didalam tanah, unsur – unsur hara mineral berada dalam beragam bentuk dan tidak semuanya dapat diserap dan dimanfaatkan oleh tanaman.

Keberadaan unsur hara didalam tanah terdapat dalam 3 kondisi, yaitu :

• Terikat pada permukaan partikel tanah, berada dalam bentuk dapat ditukar (dd).
• Masuk dalam komplek jerapan tanah, menjadi tidak tersedia bagi tanaman.
• Berada dalam larutan tanah, biasanya ikut dalam aliran air, berada dalam bentuk tersedia bagi tanaman.

Terikat pada Permukaan Partikel Tanah

Partikel tanah dalam bentuk koloid memiliki muatan, sehingga partikel ini dapat mengikat unsur hara yang berada dalam bentuk ion. Pada umumnya, partikel tanah bermuatan negatif, sehingga mampu menarik ion-ion bermuatan positif ke permukaan partikel.

Keberadaan unsur hara dipermukaan partikel tanah terjadi karena adanya substitusi isomorfis (isomorphic substitution) dalam struktur mineral, yaitu pergantian suatu ion oleh ion lain yang mempunya jenis muatan dan ukuran yang sama, tetapi jumlah muatan berbeda.

Contoh : penggantian ion Si⁴⁺ oleh ion Al³⁺ mengakibatkan partikel tanah kelebihan 1 (satu) muatan negatif, sehingga bisa menarik ion bermuatan 1 (satu) positif seperti ion K⁺.

Kemampuan tanah mengikat / menjerap ion dipermukaan partikel tanah disebut Kapasitas Tukar Kation (KTK) atau Cation Exchange Capability (CEC).

KTK tekstur pasir < KTK tekstur debu < KTK tekstur liat < KTK koloid organik (humus). Semakin besar KTK tanah, maka semakin besar kemampuan partikel tanah mengikat ion (unsur hara) untuk kemudian dilepaskan menjadi tersedia diserap tanaman.

Gambar 1. Mekanisme pertukaran ion K⁺ dengan ion Ca²⁺ pada permukaan partikel tanah.

Kekuatan jerapan kation pada permukaan partikel tanah sangat dipengaruhi oleh 2 hal :

1. Valensi.

Ion bervalensi tiga seperti Al³⁺ dijerap lebih kuat daripada CA²⁺, dan Ca²⁺ dijerap lebih kuat daripada Na⁺.

2. Jari-jari kation, terkait dengan no atom

No atom Mg = 12 –> 2 – 8 – 2

No atom Ca = 20 –> 2 – 8 – 8 – 2

Jari-jari kation Ca lebih besar dibandingkan Mg, sehingga pertukaran kation Ca²⁺ lebih susah dibandingkan Mg²⁺.

Urutan kekuatan jerapan (lyotropic series), pertukaran dari yang paling susah ke paling mudah adalah :

Al³⁺ > Sr²⁺ > Ca²⁺ > Mg²⁺ > K⁺ = NH₄⁺ > Na⁺ > Li⁺

Ternyata tidak selamanya permukaan partikel tanah bermuatan negatif, adakalanya bermuatan positif. Muatan partikel tanah yang berubah-ubah (variabel charge) sangat tergantung pada pH (pH-dependent charge).

Pada pH rendah, muatan positif meningkat, dimana terjadi proses protonisasi.

• Pinggiran mineral silikat : — Al–OH + H⁺ ↔ — AlOH₂⁺
• Permukaan mineral hidroksida : -Fe-OH + H⁺ ↔-FeOH₂⁺
• Gugus karboksil : -COOH + H⁺ ↔-COOH₂⁺

Pada pH tinggi, muatan negatif meningkat, dimana terjadi proses deprotonisasi.

• Pinggiran mineral silikat : — Al–OH + OH^– ↔ — Al-O^– + H₂O
• Permukaan mineral hidroksida : -Fe-OH + OH^– ↔-Fe-O^– + H₂O
• Gugus karboksil : -COOH + OH^– ↔-COO^– + H₂O

Kemampuan tanah menjerap anion disebut Kapasitas Tukar Anion (KTA), yaitu tanah menyerap anion dalam bentuk H₂PO₄^– dan SO₄^2-.

Masuk dalam komplek jerapan tanah

Partikel tanah yang cenderung bermuatan negatif dapat berikatan satu dengan lainnya membentuk struktur tanah/ agregat tanah.

Gambar 2. Mekanisme ion Ca²⁺ mengikat 2 partikel tanah membentuk agregat tanah.

Ion yang mengikat 2 partikel tanah atau lebih  ini minimal bervalensi 2 (misal diikat oleh ion Al³⁺ yang bervalensi 3), dan kondisinya tidak mudah dipertukarkan dengan ion lain seperti pada mekanisme gambar 1 diatas,sehingga statusnya tidak tersedia bagi tanaman.

Urutan agen dominan pembentuk struktur tanah adalah :

Getah Mikrobial > Fe Oksida > Bahan Organik > Liat

Getah mikrobial sebagai agen dominan pembentuk struktur tanah menjelaskan pentingnya menjaga keberadaan aktivitas mikroba didalam tanah

Berada dalam larutan tanah

Ion yang berada dalam larutan tanah bergerak mengikuti aliran air menuju ke akar atau melalui proses difusi (pergerakan dari konsentrasi tinggi di konsentrat hara ke konsentrasi rendah disekitar permukaan akar tanaman). Ion ini berada dalam kondisi siap serap oleh tanaman.

Keberadaan ion dalam larutan tanah sangat dipengaruhi oleh kandungan air tanah.

Pada saat kandungan air tanah sedikit (tanah mengering), maka tanah cenderung menjerap ion dengan valensi rendah dan melepas ion dengan valensi tinggi ke larutan tanah (menjerap ion K⁺ dan melepas ion Ca²⁺ ke larutan tanah).

Sebaliknya, pada saat kandungan air tanah banyak (tanah lembab), maka tanah cenderung menjerap ion dengan valensi tinggi dan melepas ion dengan valensi rendah ke larutan tanah (menjerap ion Ca²⁺ dan melepas ion K⁺ ke larutan tanah).

Pada analisa kandungan hara dilaboratorium ada 3 kondisi hara :

1. Kandungan hara total (misal : analisa N-total), berarti total kandungan hara yang ada didalam larutan tanah dan hara terjerap dikomplek jerapan.
2. Kandungan  hara tersedia (misal : analisa P-tersedia), berarti kandungan hara P dalam larutan tanah.
3. Kandungan hara dapat ditukar (misal : analisa Al-dd, H-dd, K-dd), berarti kandungan hara yang terjerap pada permukaan partikel tanah.

Demikian mekanisme ketersediaan hara didalam tanah. Semoga bermanfaat.

Terima kasih.

DAFTAR PUSTAKA

Bohn HI, McNeal BL, O’Connor GA. 1985. Soil Chemistry. Second Ed. New York: John Wiley & Sons.

Foth HD, Ellis BG. 1997. Soil Fertility. 2nd Ed. Boca Raton : Lewis Publishers.

Munawar, Ali. 2011. Kesuburan Tanah dan Nutrisi Tanaman. IPB Press.