HUBUNGAN TANAH – UNSUR HARA – TANAMAN MK. DASAR ILMU TANAH HUBUNGAN TANAH – UNSUR HARA – TANAMAN Smno.Jrsntnh.Fpub.Febr2013 Foto:smno.kampus.ub.febr2013

Proses fotosintesis memerlukan air dari tanah

Glukosa Pati Air dari tanah CO2 dari Udara Fotosintesis: CO2 + H2O ---- Karbohidrat (Glukosa) Glukosa Pati dan senyawa organik lain dalam buah dan biji Air dari tanah

dan senyawa organik lain dalam biji Pintu lalulintas CO2, O2, dan H2O CO2 dari Udara Fotosintesis: CO2 + H2O Karbohidrat (Glukosa) Glukosa Pati dan senyawa organik lain dalam biji Stomata: Pintu lalulintas CO2, O2, dan H2O Air dari tanah

Ilustrasi tentang penurunan potensial air untuk suatu tanaman Plants develop the tension, or potential, to move soil water from the soil into the 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. Ilustrasi tentang penurunan potensial air untuk suatu tanaman

Lingkaran Tanah-Air-Tanaman LTAT mrpk sistem dinamik dan terpadu dimana air mengalir dari tempat dengan tegangan rendah menuju tempat dengan tegangan air tinggi. Air kembali ke atmosfer (evapo-transpirasi) Hilang melalui stomata daun (transpirasi) Air dikembalikan ke tanah melalui hujan dan irigasi Penguapan Serapan bulu akar

Unsur hara Mineral dalam 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”.

Unsur hara Mineral dalam Tumbuhan 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 DALAM TANAH KTK Larutan tanah Jerapan permukaan Bahan Organik tanah KTK Larutan tanah Organisme tanah Jerapan permukaan Mineral tanah

UNSUR HARA TANAMAN BERADA DALAM TANAH UNSUR HARA DAN AIR Berada dalam TANAH

Klasifikasi unsur hara Jumlah yang diperlukan atau yang ada dalam jaringan tanaman Fungsi pentingnya unsur hara dalam metabolisme Fungsi unsur hara secara biokimiawi Mobilitas hara di dalam tumbuhan Foto:smno.kampus.ub.febr2013

Unsur Hara MAKRO

Kadar kecukupan hara dalam jaringan tanaman Unsur Hara MIKRO Kadar kecukupan hara dalam jaringan tanaman

Defisiensi Hara Defisiensi unsur hara terjadi kalau konsentrasi hara tersebut menurun hingga di bawah batas kritisnya 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 Zone Toksik Zone Defisiensi Zone kecukupan Pertumbuhan atau hasil (persen maksimum) Konsentrasi kritis Konsentrasi hara dlm jaringan ( µmol/g bobot kering

Klasifikasi hasil uji tanah yang menyatakan perlu atau tidak penambahan hara untuk meningkatkan hasil tanaman Tingkat Kritis % hasil maksimum Uji tanah: Sgt Medium/ rendah Rendah Rendah Optimum Tinggi Sngt Tinggi Respon pupuk nyata Tidak ada respon pupuk

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

Esensialitas unsur hara mineral 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

Fungsi Unsur Hara secara Biokimiawi Klasifikasi unsur hara menurut fungsi biokimianya

Esensialitas unsur hara mineral 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

Fungsi Biokimia Unsur Hara Mineral Klasifikasi unsur hara menurut fungsi biokimianya

Esensialitas unsur hara mineral 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

Fungsi Biokimia Unsur Hara Mineral Klasifikasi unsur hara menurut fungsi biokimianya

Tanaman Larutan Tanah Fe+++ dalam larutan Fe++ dalam larutan Mineral fero: Magnetite Fe3O4 Pyrit FeS2 Hasil hidrolisis FeOH+, Fe(OH)2 Mineral feri: Fe hidroksida Fe(OH)3 Goethite FeOOH Hematite Fe2O3 Jarosite KFe3(SO4)2(OH)6 Fe+++ dalam larutan Fe++ dalam larutan Besi dalam larutan sbg: Fe+++, Fe(OH)2+ dominan Fe+++ khelat Besi dalam larutan sbg: Fe++ pH<6.75 FeOH+ pH>6.75 Fe++ khelat Larutan Tanah Eksudat tanaman Residu tanaman Serapan tanaman sbg Fe++ Tanaman Fe dalam tanaman sebagai komponen protein, enzim, sel

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 Pembentukan khelat organik Akar tanaman Pembentukan khelat organik Larutan Tanah Tanah

Pertukaran kation: Akar dg tanah Penyerapan air dan hara mineral Partikel tanah diselimuti air Partikel Tanah Air tersedia bagi tnm Bulu akar Rongga udara Pertukaran kation: Akar dg tanah Penyerapan air dan hara mineral

Tanah mempengaruhi penyerapan unsur hara pH mempengaruhi pertumbuhan akar tanaman dan mikroba tanah Akar tanaman cocok dengan kondisi pH = 5.5 - 6.5 Pelapukan batuan pada kondisi masam akan melepaskan potassium, magnesium, calcium, san mangane. Dekomposisi bahan organik menurunkan pH tanah. Curah hujan dapat mencuci ion-ion dalam tanah

pH tanah mempengaruhi ketersediaan P tanah P-labil atau tersedia Diserap oleh oksida hidrous Al, Fe dan Mn Peningkatan ketersediaan P- anorganik dalam tanah Reaksi dengan mineral silikat Diserap oleh mineral Ca Perilaku P yang ditambahkan ke tanah Oklusi kimiawi oleh oksida hidrous Al, Fe dan Mn pH tanah

Peta Eh-pH untuk unsur Fe

Hubungan Tanaman-Tanah-Bahan Organik Biomasa Tanaman Biomasa Mikroba C-larut Hara larut Residu organik Dekomposisi CO2 BOT aktif BOT lambat BOT pasif

Hubungan Tanaman-Tanah-Hara Panen tanaman Erosi tanah Bahan organik tanah Serapan tanaman Oksida Fe/Al, Liat, BOT Logam larut Mineral logam

Tanah memepengaruhi penyerapan unsur hara Partikel tanah yang bermuatan negatif mempengaruhi penyerapan unsur hara Pertukaran kation terjadi di permukaan partikel tanah Cations (bermuatan positif) berikatan dengan partikel tanah yang bermuatan negatif 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 Tidak tersedia Lambat tersedia

pH mempengaruhbi muatan di permukaan koloid tanah (mineral liat dan bahan organik) pH tinggi pH netral Penambahan ion H+ KTK tinggi, KTA rendah KTK Rendah, KTA Tinggi

Pelapukan mineral primer Kalium Pelepasan K+ + H2O Kation hidrat Na+, Ca++, H+ Fiksasi K+ - H2O K+ tidak tersedia K+ tersedia Pelapukan

Penambahan kemasmaan tanah (H+) memicu pencucian kation basa bersama dgn anion pasangannya Penambahan H+ dari proses pembentuk asam Pertukaran 2H+ dengan Ca++ Ca++ Ca++ Anion asam NO3-, SO4=, HCO3-, dll Ca++ Ca++ Ca++ Ca++ Ca++ Ca++ Kation Tukar Kehilangan pencucian Ca, Mg, K dan Na bersama anion

KTK = KAPASITAS TUKAR KATION Bahan Organik Partikel Liat

Akar tumbuhan: Route utama bagi acquisition unsur hara 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 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 Bahan Organik Ammonium (NH4+) Serapan tanaman Nitrit (NO2-) Nitrat (NO3-)

Tissues with greatest need for nutrients 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 Pakan ternak Panen Dijual ke pasar Pupuk kandang ke tanah Panen Serapan hara Residu tanaman Dijual ke pasar Unsur Hara Tersedia Mineral dan Endapan Bahan Organik 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 Mikorhiza ektotrofik 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 Meningkatkan pertumbuhan dan hasil tanaman Increase plant nutritional quality and density 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 Minyak Batubara Sulfat (SO4=) Residu tanaman dan ternak Sulfur (S) Senyawa S organik Sulfida (S-) Mieral tanah

Hubungan Tanaman-Tanah-Hara Nitrogen Dinamika unsur hara nitrogen dalam tanah melibatkan reaksi-reaksi amonifikassi, nitrifikasi dan denitrifikasi. Akar tanaman menyerap ion-ion ammonium dan nitrat dari dalam tanah Denitrifikasi Proses Nitrifikasi Amonium NO3- Nitrit NO2- Nitrat NO3- Pencucian

Hubungan Tanaman-Tanah-Hara-Pupuk Fosfat Panen tanaman Pakan ternak Erosi dan Runoff Pupuk fosfat Residu organik Serapan tanaman Padatan P-anorganik P-organik dalam humus P - Larut P - jerap

Hubungan Tanaman-Tanah-Hara Fosfat 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 S 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 Kalium 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 Ca dan Mg 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 Erosi tanah Sekresi tanaman Serapan tanaman Larutan tanah Ca++/Mg++ Desorpsi Sorpsi Mineral Ca/Mg Pelapukan Liat

Hubungan Tanaman-Tanah-Hara K K-mineral 90-98% total K-larutan K dalam batuan yang belum lapuk dan tidak tersedia bagi tanaman K-non tukar 1-2% total K-tukar 1-2% total K dalam mineral liat Dilepaskan dalam periode bertahun-tahun K ditahan oleh liat dan humus Berkesetimbangan dnegan K-larut K dalam larutan tanah

Tabel Periodik Unsur hara

Pengaruh ketersediaan air terhadap pertumbuhan tanaman