mkt – hubungan tanah dan tanaman

Bahan Kajian MK. Manajemen Kesuburan Tanah
HUBUNGAN
TANAH - UNSUR HARA –
TANAMAN
Smno.jurstnh.fpub.jun2013
The Chemical Soil Properties
Tanaman sebagai produsen primer
memerlukan unsur-unsur mineral
yang diambilnya dari tanah dan
menggabungkannya dengan
Karbon Dioksida (CO2) (dari
udara) dan Air (H2O) (dari tanah)
untuk menghasilkan gula,
karbohidrat dan protein, yang
diperlukan untuk
pertumbuhannya.
Tanaman melakukan proses ini
dengan menggunakan energi
matahari untuk menggabungkan
unsur kimia menjadi protein dan
karbohidrat.
. http://phasm.co.uk/guerrilla-soil-science/soil-properties/
UNSUR HARA TANAMAN.
Rhizobacteria found in
the soil layer bound to
the plants roots can
enhance plant growth by:
1. producing chemicals
to promote plant
growth
2. producing antibiotics
to protect roots from
disease
3. absorbing toxic
metals
4. making nutrients
more available
http://moodle.unitec.ac.nz/mod/book/view.php?id=146240&chapterid=8786
. Kapasitas air yang tersedia
Jumlah air yang diambil oleh
tanaman tergantung pada sifat fisik
dan kimia tanah, dan kerapatan akar,
kedalaman perakaran, kebutuhan
tanaman dan durasi pertumbuhan
tanaman.
Kapasitas air yang tersedia untuk
dua tanaman yang berbeda
direpresentasikan sebagai “kaleng”
air .
Daerah biru dan merah mewakili
kapasitas air yang tersedia untuk
tanaman yang berbeda
kemampuannya menyerap air.
Air yang tersimpan di daerah
permukaan (merah) rawan
penguapan dan mungkin tidak
tersedia bagi tanaman.
. http://www.apsim.info/Portals/0/APSoil/SoilMatters/Mod1/2_12.htm
PENYERAPAN AIR DAN HARA OLEH AKAR.
Bulu-bulu akar menyerap air dan hara
drai dalam tanah
Most of the water is
absorbed by the
plants is through root
hair zone.
The figure shows the
pathway of soil water
into root system.
http://preuniversity.grkraj.org/html/4_PLANT_AND_WATER_RELATIONSHIP.htm
Penyerapan Air oleh Akar Tanaman
1. The surface area of the
roots is increased by root
hairs.
2. Most of the water and
mineral ions are absorbed
by root hair cells.
3. Water is absorbed by
osmosis.
4. Most of the mineral ions
are absorbed by active
transport.
http://www.skinnerscience.com/Biology/gcse%20unit3%20revision%20notes.htm
.KTK dan Ketersediaan Hara
Kation tukar, tersedia bagi
tanaman.
Akar tanaman juga memiliki
kapasitas tukar kation.
Ion hidrogen dari bulu akar
dan mikroorganisme dapat
menggantikan kation hara
dari kompleks pertukaran
koloid tanah.
Kation hara kemudian
dilepaskan ke dalam larutan
tanah dan diserap oleh akar
tanaman dan organisme
tanah.
Kation larut ini mungkin
akan hilang bersama air
drainase.
http://www.tankonyvtar.hu/hu/tartalom/tamop425/0032_talajtan/ch05s07.html.
Unsur hara Mineral dalam Tumbuhan
• TUMBUHAN:
• MAMPU membuat senyawa organik dari senyawa
anorganik dan unsur-unsur yang ada di lingkungannya
(autotrophic)
• Semua kebutuhan C, H, dan O disuplai dalam bentuk
CO2, dan H2O
• Mampu mendapatkan semus unsur hara lainnya dari
tanah , sehingga ia 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 MAKRO
Unsur Hara MIKRO
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 karakteristik,
gejala-gejala ini mencerminkan fungsi unsur hara
tersebut dalam metabolisme tumbuhan
Defisiensi vs. Kecukupan Hara
Pola-pola defisiensi hara
• Lokasi gejala defisiensi
mencerminkan
mobilitas unsur hara
• Unsur hara diredistribusikan 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
Biochemical functions of mineral
nutrients
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
Esensialitas unsur hara mineral
• Kelompok IV:
– Unsur hara ini mempunyai fungsi penting dalam reaksireaksi yang melibatkan transfer elektron.
– Beberapa unsur hara juga terlibat dalam pembentukan
hormon pertumbuhan – Zinc
– Reaksi cahaya dari photosynthesis - Copper
Fungsi Biokimia Unsur Hara Mineral
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
Tanah memepengaruhi penyerapan unsur hara
• pH affects the growth of plant roots
and soil microbes
• Root growth favors a pH of 5.5 to 6.5
• Acidic conditions weathers rock and
releases potassium, magnesium,
calcium, and manganese.
• The decomposition of organic material
lowers soil pH.
• Rainfall leaches ions through soil to
form alkaline conditions
Tanah memepengaruhi penyerapan unsur
hara
• Negatively charged soil particles
affect the absorption of mineral
nutrients
• Cation exchange occurs on the
surface of the soil particle
• Cations (+ve charged ions) bind to
soil as it is –ve charded
• If potassium binds to the soil it can
displace calcium from the soil
particle and make it available for
uptake by the root
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
• Calcium
– Apical region
• Iron
– Apical region (barley)
– Or entire root (corn)
• 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
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
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
• Ectotrophic Mycorrhizal
fungi
– 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
• Vesicular arbuscular
mycorrhizal fungi
– Hyphae grow in dense
arrangement , both within the root
itself and extending out from the
root into the soil
– After entering root, either by root
hair or through epidermis hyphae
move through regions between cells
and penetrate individual cortex
cells.
– Within cells form oval structures –
vesicles – and branched structures
– arbuscules (site of nutrient
transfer)
– P, Cu, & Zn absorption improved by
hyphae reaching beyond the nutrientdepleted zones in the soil near the root
Unsur hara bergerak dari fungi ke sel-sel
akar tumbuhan
• Ectotrophic Mycorrhizal
– Occurs by simple diffusion from the hyphae in the hartig net to
the root cells
• Vesicular arbuscular mycorrhizal fungi
– 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
Memanipulasi transpor unsur hara dalam tumbuhan
1. Increase plant growth and yield
2. Increase plant nutritional quality and density
3. Increase removal of soil contaminants (as in
phytoremediation)
Dinamika unsur
hara nitrogen
dalam tanah
melibatkan
reaksi-reaksi
amonifikassi,
nitrifikasi dan
denitrifikasi.
Akar tanaman
menyerap ionion ammonium
dan nitrat dari
dalam tanah
Dinamika unsur
hara fosfor (P)
dalam tanah
melibatkan reaksireaksi mineralisasi,
pelarutan dan
pengendapan, dan
pengikatanpelepasan anion
fosfat.
Akar tanaman
menyerap anion
fosfat dari dalam
tanah
Dinamika unsur hara
belerang dalam tanah
melibatkan reaksireaksi mineralisasi
belerang dari bahan
organik, oksidasireduksi dan
pengikatanpelepasan.
Akar tanaman
menyerap anion
sulfat dari dalam
tanah
Dinamika unsur
hara kalium dalam
tanah didominasi
oleh reaksi-reaksi
fisiko-kimia yang
melibatkan koloid
tanah.
Akar tanaman
menyerap kation K+
dari dalam tanah
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