Pengantar Ilmu Pertanian

Pengantar Ilmu Pertanian
(IPB 107), SKS =2(2-0)
TOPIK :
DAUR HARA KEHIDUPAN
TIK :
Setelah mengikuti kuliah ini, anda
akan dapat menjelaskan Daur Hara
Kehidupan.
1. PELESTARIAN KEHIDUPAN PERLU KESETIMBANGAN
Keperluan makanan semua bentuk makhluk hidup ada
dalam kesetimbangan
fotosintesis
Energi
surya
Tumbuhan
Makhluk hidup
lain
Fotosintat = hasil fotosintesis
Zat-zat anorganik dlm tanah, air, uara diserap tumbuhan
sbg penyusun molekul organik, terbentuklah makanan
manusia dan pakan hewan
Zat-zat organik yg tdk digunakan akan tersimpan lama,
misalnya kayu pd tumbuhan dan gas bumi dlm perut bumi
Bakteri pembusuk mengurai kembali zat-zat organik mjd
air, karbondioksida, amoniak dan garam mineral
2. TUGAS PERTANIAN BAGI MANUSIA
Sistem biologi :
Suatu aliran energi dan zat hara yang kontinyu melalui
suatu jaring-jaring berbagai daur atau siklus yang saling
berkaitan.
Tugas pertanian :
Menyalurkan arus sistem biologi melalui jalur-jalur yang
menguntungkan bagi satu species tunggal, yaitu
manusia
Berbagai masyarakat tumbuhan diganti dengan varietasvarietas yang dibudidayakan (kultivar=cultifated variety)
Hasil pertanian budidaya : udang tambak, madu lebah,
hutan jati buatan
3. SASARAN TEKNOLOGI DALAM PEMBANGUNAN
• Tujuan teknologi pertanian :
Menyalurkan arus zat hara yang lewat melalui daur
pangan untuk sebesar-besarnya kepentingan rakyat
• Ciri utama pertanian modern :
Keberhasilan meningkatkan kepentingan pangan
melalui percepatan arus zat hara melalui arus itu
• Pertanian modern dicapai dg cara usaha mempercepat
pengembalian zat hara dari tumbuhan dan hewan ke
dalam tanah shg diserap kembali oleh tumbuhan baru
• Usaha mempercepat pemulihan unsur hara :
pengolahan tanah, pengawetan tanah, pengairan lahan
kering pengeringan lahan terendam dan pasang surut
• Tercakup dalam ilmu tanah, pengolahan tanah, teknik
tanah dan air
4. PERIMBANGAN PEMANFAATAN ENERGI SURYA DI BUMI
Bumi menyerap sebagian besar energi surya,
namun sebagian kecil untuk keperluan kehidupan
60% dipantulkan ke angkasa, sisanya diserap
atmosfer, laut, daratan, diradiasikan sebagai
panas
Dlm tumbuhan, sinar surya diserap oleh pigmen
klorofil yang mampu menyerap cahaya merah dan
biru
Pigmen lain : karoten, mampu menyerap warna
merah
Energi
fotosintesis
Tumbuhan
Karbohidrat +
CO2
+
H2O
• Energi yg dihasilkan digunakan utk proses oksidasi
(bernafas)
• Bernafas : cara makhluk hidup mendapatkan energi
• Karbon hasil fotosintesis = karbon terikat
• Fungsi karbon terikat : metabolisme tumbuhan
• Sisa karbon terikat disimpan sbg polisakarida
• Selulose : polisakarida terlazim dikandung oleh tumbuhan
▪ Selulose : bahan organik berbentuk serat pembentuk
kekekaran batang dan daun tumbuhan
▪ Polisakarida lain yg berfungsi sbg cadangan energi
adalah amilum (pati), tersimpan dlm umbi, rhizoma,
umbi batang, kormus
▪ Selulose dan pati merupakan asupan energi bagi
hewan
▪ Perbedaan keperluan hara hewan & tumbuhan :
- Hara tumbuhan
unsur-unsur kimia
Perlu unsur makro N, Ca, P, Mg, K, S, Fe, Mn, Zn,
molibden, bor
Tidak perlu asam amino dan vitamin
- Hara hewan
senyawa organik
Perlu nitrogen dalam bentuk asam amino, kecuali
ruminansia (pemamah biak)
• Unsur makro yg diperlukan : Ca, P, Mg, K, Na, Cl, S
• Ruminansia dpt memanfaatkan jasad renik dlm
rumennya sbg penghasil asam amino dan vitamin
• Hewan bukan ruminansia memerlukan vitamin A, D, E,
K, asam askorbat, tiamin, riboflavin, niasin, vitamin B6, asam pantotenat, vitamin B-12
• Unsur mikro yang dibutuhkan : semua unsur
pembentuk hemoglobin, mangan, seng, selenium
• Hewan dan tumbuhan memerlukan karbon, hidrogen
dan oksigen.
Hewan : dlm bentuk karbodioksida, oksigen, air
Tumbuhan : dlm bentuk polisakarida
Faktor penyebab meningkatnya suhu bumi :
• Karbondioksida sisa pernafasan
• Limbah lain sbg efek teknologi
• Pembangunan
• Populasi tumbuhan hijau berkurang
5. APA YANG DIPERLUKAN TUMBUHAN UNTUK
PERTUMBUHANNYA ?
• Tumbuhan hanya perlu unsur hara utk
pertumbuhannya, dlm bentuk karbondioksida,
oksigen dan air
• Karbondioksida dan oksigen tersedia tanpa batas di
bumi
• Air, sering dijadikan faktor pembatas pertumbuhan
sehingga perlu usaha pengairan, bahkan hujan
buatan utk meningkatkan hasil pertanian
• Pertumbuhan tanaman tergantung pada kemampuan
tanah menyerap da menyeian unsur hara yang
diperlukan
• Derajat keasaman (pH) tanah
6. APAKAH TANAH ITU ?
• Tanah terbentuk dari pelapukan dan penghancuran batuan di
permukaan bumi, dlm bentuk mineral kristal dan amorf
• Proses pembentukan tanah dipengaruhi lingkungan fisik dan biologi
• Lapisan penyusun tanah : horizon
• Susunan horizon tanah :
- Serasah : top soil (pucuk tanah) - Batuan empuk
- Butir organik mineral
- Butir-butir halus (subsolum)
- Batuan induk
Fungsi tanah :
Sumber penyedia unsur hara
Persentase lebih halus (%)
Tempat peralihan bentuk zat dalam daur makanan
Bagian-bagian anorganik tanah :
• Fraksi liat
• Fraksi debu
• Fraksi pasir
• Fraksi kerikil
Liat
Diameter partikel (mm)
Debu
Pasir
Bagian organik tanah disebut HUMUS, tersusun dari
koloid yg mudah menyerap zat hara.
Gravel
PARTIKEL TANAH
Ukuran partikel tanah: halus
Klasifikasi partikel tanah:
kasar
Tekstur tanah :
Tanah liat :
Tanah liat berpasir
Tanah lempung
Tanah lempung berpasir
Tanah berpasir : bersifat sarang
Tanah yg subur berstruktur remah, yaitu tersusun atas
koloid yg direkat oleh bahan organik hasil buangan
jasad renik
Ukuran koloid berkaitan dg kemampuan menyerap ion
Pemupukan dg zat anorganik : cara utk mengubah
kesetimbangan ion utk kepentingan peresapan zat
hara
KLASIFIKASI TANAH (TEKSTUR)
Berdasarkan distribusi ukuran partikel tanah dan plastisitas
Menggunakan:
Segi-tiga tekstur
untuk pertanian
International Society of Soil Science (ISSS)
US Department of Agriculture (USDA)
1.
2.
100
0
90
10
80
20
70
30
1
60
40
Y% 50
50 Z%
40
30
20
5
0
6
100 90
100
7
2
10
8
9
4
70
60
50
X%
40
30
10
50 Z%
2
4
60
6
3
70
5
20
0
0
80
9
10
90
20
40
Y% 50
30
100
80
30
1
60
80
12
20
70
70
11
10
80
40
8
12
90
7
10 11
100 90
USDA:
1: clay
2: silty clay
3: silty clay loam
4: sandy clay
5: sandy clay loam
6: clay loam
7: silt
8: silt loam
9: loam
10: sand
11: loamy sand
12: sandy loam
0
90
60
3
10
ISSS:
1: heavy clay
2: sandy clay
3: sandy clay loam
4: sandy loam
5: loamy sand
6: sand
7: light clay
8: clay loam
9: loam
10: silty clay
11: silty clay loam
12: silt loam
80
70
60
50
X%
40
Contoh:
Leuwikopo : Pasir (x) 25%, Liat (y) 62%, Debu (z) 13%
30
100
20
10
0
DAUR HARA KEHIDUPAN 2
Unsur Hara
• Unsur hara adalah bagian dari tanah
yang diperlukan oleh tanah untuk
pertumbuhannya
• Unsur hara esensial adalah unsur hara
yang sangat diperlukan bagi tanaman,
fungsinya tidak dapat digantikan oleh
unsur lain apabila jumlahnya tidak
cukup tanaman tidak dapat tumbuh
dengan normal
Unsur hara esensial
Unsur hara esensial
17
unsur makro: C, H, O, N, P, K, Ca, Mg
dan S (diperlukan dalam jumlah
besar)
unsur mikro: Fe, Mn, B, Mo, Cu, Zn, Cl
dan Co (diperlukan dalam jumlah
sangat kecil, apabila berlebihan akan
menjadi racun)
HUKUM MINIMUM JUSTUS VON LIEBIG
Abad 19 Justus Von Liebig, ahli kimia Jerman mengemukakan
HUKUM MINIMUM KESUBURAN TANAH
Daya kemampuan menghasilkan tanah ~ kemampuan tahang kayu
memuat suatu cairan
Abad 19 Justus Von Liebig, ahli kimia Jerman mengemukakan
HUKUM MINIMUM KESUBURAN TANAH
Daya kemampuan menghasilkan tanah ~ kemampuan tahang kayu
memuat suatu cairan
Tanah yg ideal mempunyai unsur hara yang seimbang shg
kemampuan produksinya maksimum
Jika tanah kekurangan satu jenis unsur hara tertentu, kemampuan
produksi tidak maksimum
Daya menghasilkan suatu lahan tertentu ditentukan oleh unsur hara
yang terendah kadarnya di dalam tanah tsb
Pemupukan
upaya meningkatkan kadar unsur hara
Kelemahan :
Tidak memperhitungkan interaksi antara berbagai unsur hara yg
menyebabkan hasilnya akan melonjak jika unsur hara tersedia dlm
nisbah tertentu
Keseimbangan unsur hara
• Agar tanaman dapat tumbuh
dengan baik perlu adanya
keseimbangan jumlah unsur hara
dalam tanah sesuai dengan
kebutuhan tanaman
Akibat ketidakseimbangan:
1. kelebihan Cu atau sulfat akan menghambat
penyerapan Mo
2. kelebihan Zn, Mn dan Cu dapat menyebabkan
defisiensi Fe
3. kebanyakan P dapat menyebabkan kekurangan Zn,
Fe dan Cu
4. kelebihan N menyebabkan kekurangan Cu
5. kelebihan N dan K mempersulit penyerapan Mn
6. kelebihan kapur menghambat penyerapan B
7. kelebihan Fe, Cu dan Zn mengurangi penyerapan Mn
DAUR KARBON
• Karbon diambil dari gas CO2 oleh tumbuhan utk
fotosintesis
• CO2 juga dihasilkan oleh tumbuhan dan hewan sbg
hasil pernafasan
• Daur karbon melibatkan dua proses yang bersaingan,
fotosintesis dan pernafasan
• Fotosintesis : CO2 + H2O
C6H12O6 + O2
• Energi dari karbohidrat digunakan utk pernafasan
Pernafasan : C6H12O6 + O2
CO2 + H2O + energi
• Walau energi hasil fotosintesis berlebih, jika
pengembalian dlm bentuk CO2 terlalu cepat dpt
menyebabkan kerusakan bumi
Gambar 1 (Daur Karbon)
DAUR NITROGEN
Nitrogen merupakan unsur hara pembatas dlm hukum
Justun Von Liebig
Nitrogen menjadi penyusun utama protein, diperlukan
oleh tumbuhan dan hewan dlm jumlah besar
Sejumlah besar nitrogen hilang akibat tanah mengalami
pembasuhan oleh gerak aliran air dan kegiatan jasad renik
Atmosfer mengandung 80% nitrogen bebas
Nitrogen dibutuhkan tumbuhan dalam bentuk terikat (dlm
bentuk senyawa dengan unsur lain)
Fiksasi nitrogen : pembentukan nitrogen dlm bentuk
terikat, terjadi di dlm tanah oleh bakteri
Jenis bakteri pengikat nitrogen terefisien bersifat
simbiotik, dpt mengikat protein jika bekerjasama dg akar
tumbuhan polong dan rumpun tropik
Dalam tanah, nitrogen terdapat dalam bahan organik tanah
di berbagai tahap pembusukan, namun blm dpt
dimanfaatkan tumbuhan
Nitrogen dimanfaatkan tumbuhan dlm bentuk ion amonium
(NH4+) atau ion nitrat (NO3+)
Tahapan penguraian asam amino mjd nitrogen anorganik :
- NH4+ dibebaskan dari asam amino, diubah jadi NO2- NO2- segera diubah oleh tumbuhan hijau mjd NO3+,
Bakteri penghasil ion nitrit dan nitrat bersifat ototrof dan
aerob (perlu oksigen), shg kehidupannya dipengaruhi
oleh aerasi tanah, suhu dan kandungan air dlm tanah
- Proses pemanenan menyebabkan nitrogen terikat hilang,
diambil oleh bakteri pengubah nitrat menjadi nitrogen
- Proses perubahan nitrit mjd nitrogen bersifat an aerob
(hanya berlangsung dlm kondisi tanpa oksigen)
Gambar 2 (Daur Nitrogen)
Nitrat sangat mudah larut dlm tanah sehingga cepat hilang
krn proses pembusukan
Taraf ketersediaan nitrogen dlm tanah tergantung pada
banyaknya bahan organik, populasi jasad renik, tingkat
pembasuhan
Dlm keadaan alami terjadi keseimbangan antara laju
pertumbuhan dan gaya-gaya yg menentukan penyediaan
nitrogen dlm tanah
Pemanenan menyebabkan terkurasnya nitrogen krn
pengambilan bahan organik dan erosi
Hal ini menyebabkan pertanian intensif sangat tergantung
pada tambahan pupuk nitrogen
Awalnya nitrogen berasal dari sumber organik, terutama
guano (kotoran burung)
Saat ini nitrogen dibuat menurut proses Haber-Bosch :
nitrogen + hidrogen
amoniak
UNSUR HARA LAIN
• Unsur hara lain yg penting bagi tumbuhan selain nitrogen
adalah fosfor, kalium, kalsium, magnesium, belerang
• Fosfor terdapat dlm asam nukleat berperan mengangkut
energi, diperlukan dlm jumlah kecil dlm bentuk
superfosfat
• Fosfor lebih tahan pembasuhan, ketersediaannya
tergantung pd pH tanah
• Kalium diperlukan dlm jumlah agak banyak, tersedia sbg
ion dapat-tukar teresap pd permukaan koloid tanah
• Humus kaya kalium, tetapi dlm bentuk yg tdk dapat
dimanfaatkan langsung sehingga perlu pemupukan
• Pupuk Kalium yg dibutuhkan dlm bentuk Kalium Khloride