Peran Unsur Hara pada Tanaman

Untuk kelangsungan hidupnya, tumbuhan memerlukan masukan dari lingkungan berupa materi dan energi. Materi dapat dikelompokkan menjadi air dan hara tumbuhan. Energi umumnya berupa cahaya. Semua organisme harus secara konstan menyerap nutrisi dari lingkungannya untuk metabolisme, pertumbuhan, dan perkembangannya. Kebutuhan nutrisi bagi tumbuhan dibedakan menjadi nutrisi organic dan nutrisi anorganik. Nutrisi organik tumbuhan berupa senyawa karbon hasil penyusunan karbon, hidrogen, dan oksigen melalui fotosintesis. Sementara itu, nutrisi anorganik merupakan unsur hara mineral dari tanah. Untuk memisahkan unsur-unsur esensiil dari unsur-unsur yang lainnya dapat dilakukan dengan menggabungkan dua pengetahuan yaitu pengetahuan kriteria unsur esensialitas dan  pengetahuan cara menanam pada media tanam yang bebas tanah (sistem hidroponik). Suatu unsur dinyatakan esensiil, bila:

a. tanpa unsur tersebut tumbuhan tidak dapat menyelesaikan siklus hidup

b. unsur tersebut berperan langsung dalam proses metabolisme

c. peran unsur tersebut dalam kehidupan tumbuhan tidak dapat digantikan oleh unsur lain

Masing-masing unsur diuji satu demi satu, dengan cara tidak dimasukkan ke dalam sistem hidroponik. Amati pertumbuhan dan perkembangan tanaman. Berdasarkan kriteria unsur esensialitas dapat ditentukan suatu unsur termasuk unsur esensiil atau bukan (non esensiil dan toksik). Kelompok unsur esensiil selanjutnya dapat dikelompokkan lagi menjadi unsur esensiil mineral, bila keberadaan unsur tersebut di dalam tubuh tumbuhan mayoritas berasal dari batuan bumi (litosfer), dan unsur esensiil non-mineral, bila keberadaan unsur tersebut di dalam tubuh tumbuhan mayoritas berasal dari bukan batuan bumi, melainkan dari atmosfer ataupun dari hidrosfer. Berdasarkan jumlah kebutuhan, unsur esensiil dapat dikelompokkan menjadi unsur esensiil makro (C, H, O, N, K, P, Ca, Mg), bila dibutuhkan dalam jumlah relatif banyak, dan unsur esensiil mikro (misalnya S, Fe, Mn, Cu, Zn, Bo, Na, Mo, Al, Cl), bila dibutuhkan dalam jumlah relatif sedikit. Unsur esensiil makro pada umumnya digunakan sebagai unsur struktural, kecuali unsur K, sedangkan unsur esensiil mikro pada umumnya digunakan sebagai unsur regulator maupun aktivator. Unsur yang non esensiil dapat dikelompokkan lagi menjadi unsur fungsional, bila hadirnya unsur tersebut dapat memperbaiki kualitas tanaman, tetapi bila tidak ada, tanaman tetap dapat menyelesaikan siklus hidup. Ada juga unsur yang keberadaanya di dalam tubuh tumbuhan cukup banyak, tetapi fungsinya belum diketahui. Keberadaan unsur yang demikian disebut kelompok unsur potensial.

 

Untuk mengetahui tanda kahat unsur esensiil dan letaknya, perlu mengetahui terlebih dahulu fungsi dan sifat unsur yang dimaksud. Setiap unsur esensiil memiliki fungsi-fungsi tertentu. Contoh, unsur nitrogen antara lain berfungsi untuk membentuk klorofil dan protein. Dari fungsi-fungsi yang demikian tanda kahatnya tentu berkaitan dengan peran dan kadar klorofil serta peran dan kadar protein. Misalnya kekurangan nitrogen menyebabkan kadar klorofil rendah (klorosis) dan pertumbuhan terhambat (karena pembentukan protoplasma terhambat). Jadi kekurangan nitrogen salah satu tandanya adalah timbul klorosis dan pertumbuhan terhambat. Dimana letak tanda kahat ini akan muncul? Untuk manjawab pertanyaan ini perlu diketahui dulu sifat unsur esensiil. Setiap unsur esensiil memiliki sifat tertentu apakah mobile (mudah berpindah tempat) ataukah immobile (sulit berpindah tempat). Bagi unsur yang bersifat mobil, tanda kahat akan muncul pada jaringan/organ yang sudah tua, sedangkan yang immobil, tanda kahat akan muncul pada jaringan/organ muda. Dari fungsi dan sifat unsur nitrogen tersebut di atas, dapat ditentukan bahwa salah satu tanda kahat unsur nitrogen adalah klorosis pada daun tua.

Nitrogen (N) merupakan makronutrien yang memiliki fungsi untuk merangsang pertumbuhan tanaman secara keseluruhan, merupakan bagian dari sel (organ) tanaman itu sendiri, berfungsi untuk sintesa asam amino dan protein dalam tanaman serta merangsang pertumbuhan vegetatif (warna hijau) seperti daun. Tanaman yang kekurangan unsur N gejalanya pertumbuhan lambat/kerdil, daun hijau kekuningan, daun sempit, pendek dan tegak, daun-daun tua cepat menguning dan mati. Jika terjadi kelebihan unsur N maka akan terjadi kelebihan pertumbuhan vegetatif, pembungaan dan pembuahan yang terlambat.

Phospat (P) berfungsi untuk pengangkutan energi hasil metabolisme dalam tanaman, merangsang pembungaan dan pembuahan, merangsang pertumbuhan akar, merangsang pembentukan biji serta merangsang pembelahan sel tanaman dan memperbesar sel-sel jaringan. Tanaman yang kekurangan unsur P gejalanya pembentukan buah dan biji melambat, kerdil, daun berwarna keunguan atau kemerahan (kurang sehat). Kelebihan unsur P akan menyebabkan kematangan buah yang terlalu cepat dan menimbulkan kekurangan unsur-unsur lain seperti K, Fe dan Zn.

Kalium (K) berfungsi dalam proses fotosintesis, pengangkutan hasil asimilasi, enzim dan mineral termasuk air serta meningkatkan daya tahan/kekebalan tanaman terhadap penyakit. Tanaman yang kekurangan unsur K gejalanya batang dan daun menjadi lemas/rebah, daun berwarna hijau gelap kebiruan tidak hijau segar dan sehat, ujung daun menguning dan kering, timbul bercak coklat pada pucuk daun. Kelebihan unsur ini akan menyebabkan kurangnya penyerapan unsur lain seperti Ca, Mg dan mungkin Mn.

Besi (Fe) merupakan unsur mikro yang diserap dalam bentuk ion feri (Fe³⁺) ataupun fero (Fe²⁺). Fe dapat diserap dalam bentuk khelat (ikatan logam dengan bahan organik). Mineral Fe antara lain olivin (MgFe)₂SiO, pirit, siderit (FeCO₃), gutit (FeOOH), magnetit (Fe₃O₄), hematit (Fe₂O₃) dan ilmenit (FeTiO₃) Besi dapat juga diserap dalam bentuk khelat, sehingga pupuk Fe dibuat dalam bentuk khelat. Khelat Fe yang biasa digunakan adalah Fe-EDTA, Fe-DTPA dan khelat yang lain. Fe dalam tanaman sekitar 80% yang terdapat dalam kloroplas atau sitoplasma. Penyerapan Fe lewat daun dianggap lebih cepat dibandingkan dengan penyerapan lewat akar, terutama pada tanaman yang mengalami defisiensi Fe. Dengan demikian pemupukan lewat daun diduga lebih ekonomis dan efisien. Fungsi Fe antara lain sebagai penyusun klorofil, protein, enzim, dan berperan dalam perkembangan kloroplas. Sitokrom merupakan enzim yang mengandung Fe porfirin. Kerja katalase dan peroksidase digambarkan secara ringkas sebagai berikut:

a. Catalase       : H₂O + H₂O O₂ + ₂H₂O
b. Peroksidase : AH₂ + H₂O A + H₂O

Fungsi lain Fe ialah sebagai pelaksana pemindahan electron dalam proses metabolisme. Proses tersebut misalnya reduksi N₂, reduktase solfat, reduktase nitrat. Kekurangan Fe menyebabkan terhambatnya pembentukan klorofil dan akhirnya juga penyusunan protein menjadi tidak sempurna Defisiensi Fe menyebabkan kenaikan kadar asam amino pada daun dan penurunan jumlah ribosom secara drastis. Penurunan kadar pigmen dan protein dapat disebabkan oleh kekurangan Fe. Juga akan mengakibatkan pengurangan aktivitas semua enzim.

Mangaan diserap dalam bentuk ion Mn⁺⁺. Seperti hara mikro lainnya, Mn dianggap dapat diserap dalam bentuk kompleks khelat dan pemupukan Mn sering disemprotkan lewat daun. Mn dalam tanaman tidak dapat bergerak atau beralih tempat dari logam yang satu ke organ lain yang membutuhkan. Mangaan terdapat dalam tanah berbentuk senyawa oksida, karbonat dan silikat dengan nama pyrolusit (MnO₂), manganit (MnO(OH)), rhodochrosit (MnCO₃) dan rhodoinit (MnSiO₃). Mn umumnya terdapat dalam batuan primer, terutama dalam bahan ferro magnesium. Mn dilepaskan dari batuan karena proses pelapukan batuan. Hasil pelapukan batuan adalah mineral sekunder terutama pyrolusit (MnO₂) dan manganit (MnO(OH)). Kadar Mn dalam tanah berkisar antara 300 smpai 2000 ppm. Bentuk Mn dapat berupa kation Mn⁺⁺ atau mangan oksida, baik bervalensi dua maupun valensi empat. Penggenangan dan pengeringan yang berarti reduksi dan oksidasi pada tanah berpengaruh terhadap valensi Mn.

Mn merupakan penyusun ribosom dan juga mengaktifkan polimerase, sintesis protein, karbohidrat. Berperan sebagai aktivator bagi sejumlah enzim utama dalam siklus krebs, dibutuhkan untuk fungsi fotosintetik yang normal dalam kloroplas, ada indikasi dibutuhkan dalam sintesis klorofil. Gejala defisiensi unsur Mn antara lain pada tanaman berdaun lebar, interveinal chlorosis pada daun muda mirip kekahatan Fe tapi lebih banyak menyebar sampai ke daun yang lebih tua, pada serealia bercak-bercak warna keabu-abuan sampai kecoklatan dan garis-garis pada bagian tengah dan pangkal daun muda, split seed pada tanaman lupin.

Zn diserap oleh tanaman dalam bentuk ion Zn⁺⁺ dan dalam tanah alkalis mungkin diserap dalam bentuk monovalen Zn(OH)⁺. Di samping itu, Zn diserap dalam bentuk kompleks khelat, misalnya Zn-EDTA. Seperti unsur mikro lain, Zn dapat diserap lewat daun. Kadar Zn dalam tanah berkisar antara 16-300 ppm, sedangkan kadar Zn dalam tanaman berkisar antara 20-70 ppm. Mineral Zn yang ada dalam tanah antara lain sulfida (ZnS), spalerit [(ZnFe)S], smithzonte (ZnCO₃), zinkit (ZnO), wellemit (ZnSiO₃ dan ZnSiO₄). Fungsi Zn antara lain pengaktif enim anolase, aldolase, asam oksalat dekarboksilase, lesitimase,sistein desulfihidrase, histidin deaminase, super okside demutase (SOD), dehidrogenase, karbon anhidrase, proteinase dan peptidase. Juga berperan dalam biosintesis auxin, pemanjangan sel dan ruas batang.

Ketersediaan Zn menurun dengan naiknya pH, pengapuran yang berlebihan sering menyebabkan ketersediaaan Zn menurun. Tanah yang mempunyai pH tinggi sering menunjukkan adanya gejala defisiensi Zn, terytama pada tanah berkapur.
Adapun gejala defisiensi Zn antara lain : tanaman kerdil, ruas-ruas batang memendek, daun mengecil dan mengumpul (resetting) dan klorosis pada daun-daun muda dan intermedier serta adanya nekrosis.

Tembaga (Cu) diserap dalam bentuk ion Cu⁺⁺ dan mungkin dapat diserap dalam bentuk senyaewa kompleks organik, misalnya Cu-EDTA (Cu-ethilen diamine tetra acetate acid) dan Cu-DTPA (Cu diethilen triamine penta acetate acid). Dalam getah tanaman bik dalam xylem maupun floem hampir semua Cu membentuk kompleks senyawa dengan asam amino. Cu dalam akar tanaman dan dalam xylem > 99% dalam bentuk kompleks. Dalam tanah, Cu berbentuk senyawa dengan S, O, CO₃ dan SiO₄ misalnya kalkosit (Cu₂S), kovelit (CuS), kalkopirit (CuFeS₂), borinit (Cu₅FeS₄), luvigit (Cu₃AsS₄), tetrahidrit [(CuFe)₁₂SO₄S₃)], kufirit (Cu₂O), sinorit (CuO), malasit [Cu₂(OH)₂CO₃], adirit [(Cu₃(OH)₂(CO₃)], brosanit [Cu₄(OH)₆SO₄].

Kebanyakan Cu terdapat dalam kloroplas (>50%) dan diikat oleh plastosianin. Senyawa ini mempunyai berat molekul sekitar 10.000 dan masing-masing molekul mengandung satu atom Cu. Hara mikro Cu berpengaruh pafda klorofil, karotenoid, plastokuinon dan plastosianin.
Fungsi dan peranan Cu antara lain : mengaktifkan enzim sitokrom-oksidase, askorbit-oksidase, asam butirat-fenolase dan laktase. Berperan dalam metabolisme protein dan karbohidrat, berperan terhadap perkembangan tanaman generatif, berperan terhadap fiksasi N secara simbiotis dan penyusunan lignin. Adapun gejala defisiensi/kekurangan Cu antara lain: pembungaan dan pembuahan terganggu, warna daun muda kuning dan kerdil, daun-daun lemah, layu dan pucuk mongering serta batang dan tangkai daun lemah.

Molibdenum diserap dalam bentuk ion MoO^4-. Variasi antara titik kritik dengan toksis relatif besar. Bila tanaman terlalu tinggi, selain toksis bagi tanaman juga berbahaya bagi hewan yang memakannya. Hal ini agak berbeda dengan sifat hara mikro yang lain. Pada daun kapas, kadar Mo sering sekitar 1500 ppm. Umumnya tanah mineral cukup mengandung Mo. Mineral lempung yang terdapat di dalam tanah antara lain molibderit (MoS), powellit (CaMo)₃.8H₂O. Molibdenum (Mo) dalam larutan sebagai kation ataupun anion. Pada tanah gambut atau tanah organik sering terlihat adanya gejala defisiensi Mo. Walaupun demikian dengan senyawa organik Mo membentuk senyawa khelat yang melindungi Mo dari pencucian air. Tanah yang disawahkan menyebabkan kenaikan ketersediaan Mo dalam tanah. Hal ini disebabkan karena dilepaskannya Mo dari ikatan Fe (III) oksida menjadi Fe (II) oksida hidrat.

Fungsi Mo dalam tanaman adalah mengaktifkan enzim nitrogenase, nitrat reduktase dan xantine oksidase. Gejala yang timbul karena kekurangan Mo hampir menyerupai kekurangan N. Kekurangan Mo dapat menghambat pertumbuhan tanaman, daun menjadi pucat dan mati dan pembentukan bunga terlambat. Gejala defisiensi Mo dimulai dari daun tengah dan daun bawah. Daun menjadi kering kelayuan, tepi daun menggulung dan daun umumnya sempit. Bila defisiensi berat, maka lamina hanya terbentuk sedikit sehingga kelihatan tulang-tulang daun lebih dominan.

Boron dalam tanah terutama sebagai asam borat (H₂BoO₃) dan kadarnya berkisar antara 7-80 ppm. Boron dalam tanah umumnya berupa ion borat hidrat Bo(OH)^4-. Boron yang tersedia untuk tanaman hanya sekitar 5%dari kadar total boron dalam tanah. Boron ditransportasikan dari larutan tanah ke akar tanaman melalui proses aliran masa dan difusi. Selain itu, boron sering terdapat dalam bentuk senyawa organik. Boron juga banyak terjerap dalam kisi mineral lempung melalui proses substitusi isomorfik dengan Al³⁺ dan atau Si⁴⁺. Mineral dalam tanah yang mengandung boron antara lain turmalin (H₂MgNaAl₃(BoO)₂Si₄O₂)O₂₀ yang mengandung 3%-4% boron. Mineral tersebut terbentuk dari batuan asam dan sedimen yang telah mengalami metomorfosis. Mineral lain yang mengandung boron adalah kernit (Na₂Bo₄O₇.4H₂O), kolamit (Ca₂Bo₆O₁₁.5H₂O), uleksit (NaCaBo₅O₉.8H₂O) dan aksinat. Boron diikat kuat oleh mineral tanah, terutama seskuioksida (Al₂O₃ + Fe₂O₃).

Fungsi boron dalam tanaman antara lain berperanan dalam metabolisme asam nukleat, karbohidrat, protein, fenol dan auksin. Di samping itu boron juga berperan dalam pembelahan, pemanjangan dan diferensiasi sel, permeabilitas membran, dan perkecambahan serbuk sari. Gejal defisiensi hara mikro ini antara lain : pertumbuhan terhambat pada jaringan meristematik (pucuk akar), mati pucuk (die back), mobilitas rendah, buah yang sedang berkembang sngat rentan, mudah terserang penyakit.

Klor merupakan unsur yang diserap dalam bentuk ion Cl- oleh akar tanaman dan dapat diserap pula berupa gas atau larutan oleh bagian atas tanaman, misalnya daun. Kadar Cl dalam tanaman sekitar 2000-20.000 ppm berat tanaman kering. Kadar Cl yang terbaik pada tanaman adalah antara 340-1200 ppm dan dianggap masih dalam kisaran hara mikro. Klor dalam tanah tidak diikat oleh mineral, sehingga sangat mobil dan mudah tercuci oleh air draiinase. Sumber Cl sering berasal dari air hujan, oleh karena itu, hara Cl kebanyakan bukan menimbulkan defisiensi, tetapi justru menimbulkan masalah keracunan tanaman. Klor berfungsi sebagai pemindah hara tanaman, meningkatkan osmose sel, mencegah kehilangan air yang tidak seimbang, memperbaiki penyerapan ion lain,untuk tanaman kelapa dan kelapa sawit dianggap hara makro yang penting. Juga berperan dalam fotosistem II dari proses fotosintesis, khususnya dalam evolusi oksigen.

Unsur hara yang dapat diserap oleh tumbuhan adalah unsur hara yang terlarut maupun yang dapat ditukar. Pembahasan penyerapan unsur hara, lebih banyakditekankan pada masuknya unsur hara ke dalam sel. Sel yang aktif untuk menyerap unsur hara adalah sel-sel meristematis yang terletak diujung akar, disini ada sedikit perbedaan dengan sel-sel yang aktif untuk menyerap air (bulu akar). Berdasarkan tenaga yang digunakan, penyerapan unsur hara dapat bersifat aktif, bila menggunakan tenaga hasil metabolisme (ATP) maupun bersifat pasif, bila menggunakan tenaga selain yang berasal dari hasil metabolisme (ATP). Penyerapan unsur hara yang secara pasif antara lain dapat dijelaskan dengan menggunakan teori: difusi, pertukaran ion baik yang kontak langsung maupun yang melalui perantara, arus massa, dan kesetimbangan Donnan (Gambar II.1). Sedangkan penyerapan unsur hara yang secara aktif, dapat dijelaskan dengan teori karier maupun teori pompa sitokrom. Penyerapan unsur hara pada dasarnya mirip dengan penyerapan air, tetapi karena unsur hara banyak yang diserap dalam bentuk ion (bermuatan), maupun banyak bentuk dan ukuran, maka dalam penyerapan unsur hara sering terjadi peristiwa antagonistik maupun sinergistik.

Penyerapan ion dari larutan tanah ke sitoplasma terjadi melalui ikatan ion dengan binding site pada senyawa pembawa yang terdapat pada permukaan membran plasma. Kompetisi antar ion terjadi apabila hanya ada satu binding site untuk beberapa jenis ion. Kompetisi antar ion antara lain dipengaruhi oleh konsentrasi ion. Bertambah besar konsentrasi salah satu ion akan meningkatkan kompetisi ion tersebut untuk mendapatkan binding site. Penyerapan beberapa jenis ion terhambat oleh ion lain yang tidak bersifat kompetitif dan bersifat efektif pada konsentrasi ion yang sangat rendah. Hambatan ini disebut antagonisme. Contoh antagonisme adalah antara ion Ca2+ dan K+. Mekanisme antagonisme ion belum diketahui tetapi diduga berkaitan dengan membran plasma dan konsentrasi ion.

Penyerapan unsur hara pada dasarnya mirip dengan penyerapan air, tetapi karena unsur hara banyak diserap dalam bentuk ion (bermuatan) serta banyak bentuk dan ukuran, maka dalam penyerapan unsur hara sering terjadi peristiwa antagonistic ataupun sinergistik. Sel yang aktif untuk menyerap unsur hara adalah sel-sel meristematis yang terletak di ujung akar. Ada sedikit perbedaan dengan sel sel yang aktif untuk menyerap air.

Setelah unsur hara masuk ke dalam sel-sel meristem ujung akar, kemudian akan ditranspor ke seluruh sel penyusun tubuh yang memerlukan. Dalam transpornya, unsur hara harus dalam keadaan terlarut di dalam air. Di dalam akar ion akan bergerak dari korteks ke stele melalui dua cara yaitu melewati dinding sel dan ruang ekstraselular (antarsel) yang disebut apoplas dan bergerak dari sel-sel (pengangkutan melewati plasma sel) yang disebut simplas. Ion-ion dalam konsentrasi tinggi cenderung bergerak cepat dengan cara apoplas kemudian melewati endoderm dan masuk aliran transpirasi xilem. Transpor ke apoplas terhalang oleh adanya penebalan suberin (membentuk pita kaspari) pada dinding endoderm sehingga endodermis menjadi tidak permeable terhadap pergerakan air. Oleh karena itu, transpor larutan dari korteks ke stele terjadi secara simplas (melalui sel-sel endodermis). Di daerah penebalan ini terdapat daerah yang bocor (leaky) yang biasanya ditemukan pada daerah meristem apikal yang terjadi diferensiasi dari beberapa tipe sel yang belum sempurna.

Dalam penyerapan unsur hara banyak faktor yang mempengaruhi. Beberapa di antaranya adalah:

a. Temperatur, semakin meningkat temperatur sampai titik optimal, semakin cepat penyerapan unsur hara, sebab dengan meningkatnya temperatur metabolism meningkat sehingga ketersediaan tenaga semakin banyak. Akibatnya penyerapan aktif semakin meningkat. Meningkatnya temperatur juga akan meningkatkan tenaga kinetik unsur-unsur. Akibatnya penyerapan pasif juga meningkat.

b. Cahaya, akan meningkatkan laju fotosintesis, sehingga ketersediaan substrat respirasi meningkat. Akibatnya ketersediaan tenaga semakin banyak, sehingga penyerapna aktif meningkat.

c. Aerasi, adanya aerasi yang baik, metabolisme berjalan baik. Akibatnya ketersediaan tenaga semakin banyak, sehingga penyerapan aktif meningkat.

d. Keasaman (pH), ketersediaan unsur-unsur di dalam tanah sangat tergantung pada pH tertentu. Contoh: pada pH basa, ketersediaan P sangat rendah, sehingga penyerapan P lambat.

e. Interaksi antar ion, bila interaksi antar ion bersifat sinergis, maka dengan terserapnya ion yang satu akan mempercepat penyerapan ion yang lain. Sebaliknya bila interaksi antar ion bersifat antagonis, maka dengan terserapnya ion yang satu akan menghambat penyerapan ion yang lain.

f. Pertumbuhan, semakin cepat pertumbuhan akan semakin cepat penyerapan unsur hara. Hal ini dikarenakan untuk membentuk protoplasma baru diperlukan unsur-unsur dari luar.