Ambang Batas Fe Dalam Pupuk Organik Yang

24
II.
2.1.
TINJAUAN PUSTAKA
Tanah Sawah di Indonesia
Tanah sawah adalah tanah yang digunakan untuk bertanam padi sawah, baik
terus menerus sepanjang tahun maupun bergiliran dengan tanaman palawija.
Istilah tanah sawah bukan merupakan istilah taksonomi, tetapi merupakan istilah
umum seperti halnya tanah hutan, tanah perkebunan, tanah pertanian dan
sebagainya (Sarwono et al., 2004). Segala macam jenis tanah dapat disawahkan
asalkan air cukup tersedia. Di samping itu, padi sawah juga ditemukan pada
berbagai macam iklim yang jauh lebih beragam dibanding dengan jenis tanaman
lain, dengan demikian sifat tanah sawah sangat beragam sesuai sifat tanah asalnya.
Tanah sawah mempunyai beberapa nama dalam sistem klasifikasi tanah,
yaitu: rice soils, lowland paddy soil, artificial hydromorphic soil, dan aquorizem.
Dudal (1964) dalam Wahyunto (2009) menyebutkan bahwa lahan sawah terdapat
pada tanah-tanah: Alluvial, Gley humus rendah, Grumusol, Latosol, Andosol,
Regosol, Podsolik Merah Kuning, dan Planosol. Dalam sistem klasifikasi tanah
FAO (World Reference base for Soil Resources) tanah sawah termasuk grup tanah
Anthrosols (FAO, 1998). Tanah sawah dicirikan oleh horizon Antra-aquic yaitu
adanya lapisan olah dan lapisan tapak bajak. Eswaran et al., (2001) dalam
Hardjowigeno et al., 2004 menyebutkan sebagian besar lahan sawah di Indonesia
dan Asia Tenggara umumnya terdapat pada tanah-tanah ordo Inceptisol, Ultisol,
Oxisol, dan sebagian kecil pada tanah-tanah ordo Vertisol, Mollisol, dan Histosol.
Jenis-jenis tanah utama yang umumnya digunakan sebagai lahan sawah di
Indonesia disajikan pada Tabel 1.
Soepraptohardjo dan Suhardjo (1978) menjelaskan bahwa tanah sawah
dataran rendah didominasi (55%) oleh subordo Aquepts dan Aquents (Aluvial dan
tanah Glei), sedangkan tanah sawah di daerah lahan kering (upland) didominasi
(17%) oleh subordo Udepts (Latosol dan Regosol).
25
Tabel 1. Tanah-tanah sawah di Indonesia
No.
Ekosistem Sawah
A
Dataran rendah (Low land)
Aquept, Aquent
(Alluvial dan tanah Glei)
Dataran tinggi/ lahan kering (Upland)
Udept
(Latosol dan Regosol)
Komplek (kombinasi A dan B)
55%
Endoaquert (Grumusol)
Subordo: Aquert, Udert, dan Ustert
Tropudult dan Oxisol (Podzolik Merah Kuning)
Subordo: Aquult dan Paleudult, serta Aquox dan Udox
Alfisol dan Andisol (Mediteran Merah Kuning dan Andosol)
Subordo: Udalfs, Ustalfs, dan Aquands
7%
Sawah bukaan baru: Tropudult (Podzolik Merah Kuning)
Sawah bukaan baru: Oxisols (Latosols, Lateritik
10%
1%
Jumlah
100%
B
C
1
2
3
4
5
Sebaran
17%
6%
4%
Sumber : Soepraptohardjo dan Suhardjo (1978) dan Hardjowigeno et al., (2004)
Ordo tanah sawah lainnya, adalah Vertisol (Grumusol), terutama mencakup
sub ordo Aquert, Uddert, dan Ustert (sekitar 7%). Tanah sawah yang termasuk
ordo tanah Ultisol dan Oxisol (Podsolik Merah Kuning), dengan subordo utama
Aquults dan Udults, serta Aquox dan Udox (sekitar 6%). Tanah sawah yang
termasuk dalam ordo Alfisol dan Andisol (Mediteran Merah Kuning dan Andosol)
sebagian besar termasuk dalam sub ordo Udalfs, Ustalfs, dan Aquands (sekitar
4%). Beberapa tanah sawah bukaan baru pada daerah lahan kering di luar Pulau
Jawa, umumnya termasuk dalam ordo Ultisol dan Oxisol (Podzolik Merah
Kuning, Lateritik, Latosol). Tanah sawah yang termasuk dalam ordo Oxisol
jumlahnya masih sangat sedikit diperkirakan <1% dari seluruh tanah sawah yang
ada (Ritung dan Suharta, 2007).
26
Pada umumnya tanah sawah yang berasal dari aluvial dicirikan oleh adanya
lapisan tapak bajak, berwarna glei dan karatan (mottles). Menurut Fanning dan
Fanning (1989) dalam Prasetyo dan Setyorini (2008) pembentukan karatan dan
glei pada tanah sawah, antara lain:
a. Pada musim kering tanah sawah sering menjadi retak-retak dengan kedalaman
yang bervariasi. Pada kondisi ini oksigen dapat masuk melalui retakan atau
melalui lubang-lubang akar, sehingga Fe2+ yang terbebaskan pada waktu
penggenangan dan berada di permukaan retakan akan teroksidasi menjadi Fe 3+
dan mengendap sebagai karatan dari oksida besi pada permukaan ped. Model
semacam ini banyak dijumpai pada tanah sawah yang bersifat vertik. Ketika
terjadi penggenangan lagi, oksida besi (karatan) yang dipermukaan ped akan
tereduksi, dan Fe2+ yang terbawa air dapat meresap masuk ke dalam struktur
tanah, sehingga teroksidasi lagi dan terendapkan di bagian dalam dari ped.
b. Model sederhana yang menggambarkan proses pembentukan karatan dan
warna glei pada tanah sawah ditujukan pada Gambar 2. Lapisan B adalah
lapisan yang sering mengalami proses bergantian antara oksidasi dan reduksi.
Pada waktu terendam air, Fe3+ yang tidak larut akan tereduksi menjadi Fe2+
yang dapat larut dan mudah terbawa air hingga ke permukaan lapisan A
ataupun lapisan C. Ketika kondisi kering (oksidasi) terjadi lagi, maka Fe 2+ akan
mengendap sebagai Fe3+ yang berupa karatan, di lapisan B maupun di
permukaan lapisan A. akibatnya bila proses oksidasi reduksi berjalan terus
menerus maka tanah di lapisan B akan mempunyai warna kombinasi antara
warna karatan dengan warna glei. Warna glei muncul dikarenakan ada bagian
dari tanah di lapisan B yang menjadi kekurangan Fe, karena pada waktu
reduksi, Fe2+ dari lapisan B banyak yang terangkut air.
c. Proses yang terjadi pada lapisan yang selalu jenuh air (lapisan C) berbeda
dengan lapisan B dimana proses oksidasi reduksi terjadi secara bergantian.
Pada lapisan C yang selalu jenuh air, proses yang terjadi hanyalah reduksi saja.
Pada kondisi tidak terdapat komplek anion organik dalam lapisan C, dan
kelarutan Fe2+ sangat rendah, bahkan bila pH-nya > 6,5 kelarutannya menjadi
nol.
27
Lapisan A
Permukaan tanah
Fe2+
Lapisan B
Oksidasi-reduksi
Fe3+
Fe2+
Lapisan C
Selalu jenuh air
Fe2+
Gambar 2. Ilustrasi pembentukan karatan dan lapisan glei pada tanah sawah
(Prasetyo et al., 2004)
2.2.
Pupuk organik
Pupuk organik adalah nama kolektif untuk semua jenis bahan organik asal
tanaman dan hewan yang dapat dirombak menjadi hara tersedia bagi tanaman.
Pupuk organik menurut Anonim (2005) dapat didefinisikan sebagai pupuk yang
berasal dari sisa-sisa tanaman, hewan atau manusia seperti pupuk kandang, pupuk
hijau, dan kompos baik yang berbentuk cair maupun padat. Pupuk organik bersifat
“bulky” dengan kandungan hara makro dan mikro rendah sehingga perlu
diberikan dalam jumlah banyak. Permentan No. 28 Tahun 2009 mengemukakan
bahwa pupuk organik adalah pupuk yang sebagian besar atau seluruhnya terdiri
atas bahan organik yang berasal dari tanaman dan atau hewan yang telah melalui
proses rekayasa, dapat berbentuk padat atau cair yang digunakan mensuplai bahan
organik untuk memperbaiki sifat fisik, kimia, dan biologi tanah. Definisi tersebut
menunjukkan bahwa pupuk organik lebih ditujukan kepada kandungan C-organik
atau bahan organik daripada kadar haranya; nilai C-organik itulah yang menjadi
pembeda dengan pupuk anorganik (Suriadikarta dan Simanungkalit, 2006).
Komposisi hara pupuk organik bergantung pada sumber bahan pupuk, yaitu
dari pertanian dan nonpertanian. Dari pertanian dapat berupa sisa panen dan
kotoran ternak, sedangkan dari nonpertanian antara lain adalah sampah organik
kota dan limbah industri. Pembagian sumber bahan dasar pupuk organik secara
lebih detail disajikan dalam Tabel 2 (Kurnia et al., 2001). Kotoran hewan yang
28
berasal dari usaha tani pertanian antara lain adalah ayam, sapi, kerbau, kambing,
dan sebagainya. Komposisi hara pada masing-masing kotoran hewan sangat
bervariasi tergantung pada jumlah dan jenis makanannya (Tabel 3). Secara umum,
kandungan hara dalam kotoran hewan lebih rendah daripada pupuk kimia. Oleh
karena itu, aplikasi dari pemberian pupuk kandang ini lebih besar daripada pupuk
anorganik.
Tabel 2. Sumber bahan dan bentuk pupuk organik yang umum digunakan di
Indonesia
Sumber
Pertanian
Non Pertanian
Asal bahan
Bentuk
- Pangkasan tanaman legume
- Padat
- Sisa hasil panen tanaman
- Padat
- Limbah ternak besar
- Padat dan cair
- Limbah ternak unggas
- Padat
- Kompos
- Padat
- Limbah organik kota
- Padat dan cair
- Limbah penggilingan padi
- Padat dan cair
- Limbah organik pabrik gula
- Padat dan cair
- Limbah organik pabrik kayu - Padat
(serbuk gergaji)
- Gambut (abu bakar gambut)
- Padat
- Limbah pabrik bumbu masak
- Padat dan cair
Sumber : Kurnia et al., 2001.
Tabel 3. Kandungan hara dari beberapa pupuk kandang
Sumber
Sapi perah
Sapi daging
Kuda
Unggas
Domba
N
P
K
Ca
Mg
S
Fe
----------------------------------- % -----------------------------------0,53
0,35
0,41
0,28
0,11
0,05
0,004
0,65
0,15
0,30
0,12
0,10
0,09
0,004
0,70
0,10
0,58
0,79
0,14
0,07
0,010
1,50
0,77
0,89
0,30
0,88
0,00
0,100
1,28
0,19
0,93
0,59
0,19
0,09
0,020
Sumber : Tan (1994) dalam Suriadikarta dan Setyorini (2006)
29
Menurut Karama et al., (1991), karakteristik umum yang dimiliki oleh
pupuk organik adalah:
1. Pada umumnya memiliki kandungan hara rendah, tergantung jenis bahan
dasarnya
2. Ketersediaan unsur hara lambat
3. Penggunaan pupuk organik sebaiknya harus diikuti dengan pupuk
anorganik yang lebih cepat tersedia untuk menutupi kekurangan hara dari
pupuk organik
Menurut Yuwono (1996), beberapa keuntungan dari pupuk organik terhadap
kesuburan tanah, antara lain :
a. Bahan organik dalam proses mineralisasi akan melepaskan hara tanaman
dengan lengkap (N, P, K, Ca, Mg, S, serta hara mikro) dalam jumlah tidak
tentu dan relatif kecil
b. Dapat memperbaiki struktur tanah, menyebabkan tanah menjadi ringan
untuk diolah dan mudah ditembus akar
c. Tanah lebih mudah diolah untuk tanah-tanah berat
d. Meningkatkan daya memegang air (water holding capacity) sehingga
kemampuan tanah untuk menyediakan air menjadi lebih banyak.
Kelengasan air tanah lebih terjaga
e. Permeabilitas tanah menjadi lebih baik. Menurunkan permeabilitas pada
tanah bertekstur kasar (berpasir), sebaliknya meningkatkan permeabilitas
pada tanah bertekstur sangat lembut (liat)
f. Meningkatkan KTK (Kapasitas Tukar Kation ) sehingga kemampuan
mengikat kation menjadi lebih tinggi, akibatnya apabila dipupuk dengan
dosis tinggi hara tanaman tidak mudah tercuci
g. Memperbaiki kehidupan biologi tanah (baik hewan tingkat tinggi maupun
tingkat rendah) menjadi lebih baik karena ketersediaan makanan lebih
terjamin
h. Dapat meningkatkan daya sangga (buffering capasity) terhadap goncangan
perubahan drastis sifat tanah
30
i. Mengandung mikroba dalam jumlah cukup yang berperanan dalam proses
dekomposisi bahan organik
Menurut Karama et al., (1991), ada beberapa alasan mengapa akhir-akhir ini
muncul
pemikiran kembali
penggunaan pupuk organik makin banyak
disampaikan pada berberbagai kesempatan, yaitu:
1. Meningkatnya pencemaran lingkungan dengan makin banyaknya
industri peternakan dan industri lain yang membutuhkan pemanfaatan
limbah yang tepat untuk mengurangi pencemaran lingkungan
2. Makin rendahnya bahan organik tanah tanah pertanian
3. Makin berkurangnya kesuburan tanah meskipun pemberian pupuk
anorganik makin tinggi
4. Produk dari organic farming lebih baik dari pada hasil tanaman dengan
menggunakan pupuk anorganik
5. Ketidakmampuan petani untuk menggunakan pupuk anorganik karena
harga yang relatif mahal
Saat ini, pembuatan pupuk organik banyak dilakukan dalam skala industri
karena minimnya tenaga kerja di pedesaan. Hanya sedikit petani yang dapat
memproduksi pupuk organik untuk memenuhi kebutuhannya. Sebagian petani
membeli pupuk organik dari pabrik lokal maupun impor. Pemakaian pupuk
organik akan semakin meningkat dari tahun ke tahun, maka sangat diperlukan
regulasi atau peraturan mengenai persyaratan yang harus dipenuhi oleh pupuk
organik agar memberikan manfaat maksimal bagi pertumbuhan tanaman dan di
sisi lain tetap menjaga kelestarian lingkungan.
Pupuk yang digunakan secara in situ di lahan pertanian tidak memerlukan
pengawasan dan pengaturan tertentu. Namun apabila pupuk organik tersebut
diproduksi dan diedarkan secara luas untuk dijual secara komersial diperlukan
suatu regulasi agar pupuk organik yang diperjualbelikan tersebut memenuhi
standar mutu yang dapat diterima. Negara-negara Asia, masing-masing
mempunyai peraturan pengawasan yang berbeda-beda. Di Indonesia, persyaratan
teknis pupuk organik di atur dalam Permentan No. 28/Permentan/SR.130/5/2009.
Persyaratan-persyaratan tersebut disajikan dalam Tabel 4.
31
Tabel 4. Persyaratan teknis minimal pupuk organik
No.
Parameter
1.
2.
3.
4.
C-organik (%)
C/N rasio
Bahan ikutan (%)
Kadar air (%):
Granula
Curah
Kadar logam berat
As (mg kg-1)
Hg (mg kg-1)
Pb (mg kg-1)
Cd (mg kg-1)
pH
Kadar total
P2O5 (%)
K2O (%)
Mikroba pathogen
(E. coli, Salmonella) cfu/g
Kadar unsur mikro :
Zn, Cu, Mn (mg kg-1)
Co (mg kg-1)
B (mg kg-1)
Mo (mg kg-1)
Fe (mg kg-1)
5.
6.
7.
8.
9.
Kandungan
Padat
> 12
15 - 25
<2
Cair
≥4
<2
4 - 15*)
15 - 25*)
-
≤ 10
≤ 1
≤ 50
≤ 10
4-8
≤ 10
≤ 1
≤ 50
≤ 10
4-8
< 6**
< 6**
< 102
<2
<2
< 102
min 0, maks 5000
min 0, maks 20
min 0, maks 2500
min 0, maks 10
min 0, maks 8000
min 0, maks 1000
min 0, maks 5
min 0, maks 500
min 0, maks 1
min 0, maks 800
Sumber : Permentan No. 28 Tahun 2009
2.3. Besi di Dalam Tanah dan Tanaman
Senyawa besi di dalam tanah terdiri dari berbagai bentuk. Besi merupakan
unsur utama berbagai mineral dan bahan organik tanah. Sumber unsur Fe di dalam
tanah bisa berupa batuan yang mengandung Fe-silikat, mineral sulfida, dan
senyawa Fe-oksida atau hidroksida. Selain itu, pada beberapa bagian di dalam
tanah, Fe ditemukan di lapisan alumino-silikat: nontronit, montmorilonit,
vermikulit, dan klorit (Orlov, 1992 dalam Pujiastuti, 1995).
32
Senyawa Fe di dalam tanah diklasifikasikan oleh Zonn dalam Orlov (1992)
dalam Pujiastuti, 1995) sebagai berikut: (1) Fe-silikat, (2) Fe-nonsilikat (bebas).
Reaksi senyawa Fe yang terjadi di dalam tanah yaitu mobilisasi senyawa Fe
melalui proses dekomposisi (pelapukan) mineral-mineral Fe dan mineralisasi
senyawa organik, reaksi okidasi-reduksi, pembentukan senyawa organomineral
(umumnya merupakan senyawa kompleks), interaksi adsorpsi, dan pembentukan
senyawa-senyawa hidroksida, sulfida, dan fosfat.
Umumnya, Fe dalam bentuk Fe(II) dan Fe(III), ion hidroksida, beberapa
fosfat dan sulfida menjadi bagian dalam reaksi oksidasi-reduksi. Nilai potensial
reduksi oksidasi normal untuk Fe3+ - Fe2+ yaitu 0,77 V pada suhu 25°C. Berikut
ini adalah persamaan rekasi redoks dalam tanah untuk senyawa Fe:
1. Fe(OH)3 + 4H+ + e-
Fe2+ + 3H2O
2. α-FeOOH + 3H- + e-
Fe2+ + H2O
3. α-Fe2O3 + 6H- + 2e-
2Fe2+ + 3H2O
Ponnamperuma (1978) menyatakan bahwa penggenangan membatasi difusi
oksigen ke dalam tanah, sehingga mereduksi Fe oksida dan meningkatkan kadar
Fe(II) dalam larutan tanah dari 0,07 sampai 6600 mg kg-1.
2.4. Toksisitas Besi pada Tanaman Padi
Besi (Fe) merupakan salah satu unsur hara esensial bagi tumbuhan. Dalam
tanaman, besi berfungsi sebagai penyusun klorofil, kofaktor enzim, dan berperan
dalam perkembangan kloroplas. Besi juga berperan pada transfer elektron dalam
respirasi (Suhartini, 2004). Kekurangan besi menyebabkan terhambatnya
pembentukan klorofil dan fungsi beberapa enzim menjadi tidak sempurna. Besi
merupakan unsur hara mikro yang dibutuhkan tanaman dalam jumlah yang sangat
sedikit, konsentrasi besi dalam jaringan tanaman dinyatakan normal pada kisaran
100-200 mg kg-1. Apabila kadar besi dalam larutan tanah berada pada konsentrasi
lebih dari 300 mg kg-1, kondisi ini dapat menyebabkan keracunan pada tanaman
padi (Tanaka dan Tadano, 1972).
33
Keracunan besi pada tanaman padi dapat diamati dengan melihat beberapa
gejala pada daun diantaranya gejala daun yang berkarat (bronzing) dan berwarna
coklat gelap, serta sistem perakaran tanaman yang kurang berkembang
(Yamanouchi & Yoshida, 1981).
Tanaman padi memiliki suatu kecenderungan untuk menyerap besi lebih
tinggi dibanding hampir semua tanaman, dan Fe 2+ adalah jenis besi yang umum
terdapat di dalam tanaman padi. Setelah besi masuk ke dalam se-sel korteks akar,
besi yang teroksidasi dapat masuk ke dalam tanaman melalui xilem melalui
simplas setelah melewati Pita Kaspari. Menurut Yeo et al., (1987), Fe2+ dapat
masuk ke xilem baik secara simplas maupun apoplas atau melalui bagian akar
yang rusak setelah akar mengalami kerusakan karena penarikan bibit dari
pesemaian. Dalam xilem, Fe2+ diangkut mengikuti aliran transpirasi menempuh
jarak yang sangat panjang menuju ruang-ruang antar sel. Di dalam sel daun, Fe2+
bertindak sebagai katalisator pembentukan beberapa jenis oksigen aktif
superoksida, radikal hidroksida, dan H2O2 (Marschner, 1995). Reaksi akan terus
meningkat jika besi terdapat secara berlebihan, dan besi sendiri dapat menjadi
sangat reaktif sebagai perferil radikal atau dapat menyebabkan terjadinya reaksi
oksidasi senyawa fenol membentuk polifenol dan akan terakumulasi di daerah
kloroplas pada daun. Radikal bebas pada akhirnya akan mengoksidasi klorofil
sehingga aktivitas fotosintetis terhambat (Monteiro & Winterbourn, 1988 dalam
Amnal, 2009).
Keracunan
besi
pada
tanaman
dapat
mengganggu
proses-proses
metabolisme dan menyebabkan kerusakan tanaman padi yang ditandai oleh daun
yang berkarat (bronzing), struktur daun kaku dan berwarna coklat gelap serta
kurang berkembangnya sistem perakaran. Gejala visual dari keracunan besi adalah
akibat adanya akumulasi oksidasi polifenol membentuk bronzing pada daun
tanaman padi. Gejala bronzing kelihatan secara penuh pada daun-daun yang
bertindak sebagai sumber fotosintetis dimulai dengan adanya noda coklat kecil
yang terus menyebar dari ujung daun ke pangkal daun. Gejala lebih lanjut yang
terlihat adalah ujung daun menguning dan mengering, diikuti dengan laju respirasi
yang sangat tinggi yang pada akhirnya seluruh daun menjadi kekuningan dan
34
berwarna coklat yang disebut karat, atau akan berwarna coklat ungu, kaku dan
keras, merupakan suatu kondisi yang menunjukkan tingkat besi yang sangat parah
(Yamanouchi & Yoshida, 1981).
Keracunan besi yang terjadi pada tanaman padi yang dimulai sejak fase
vegetatif akan berpengaruh terhadap pertumbuhan tinggi tanaman. Tanaman akan
menjadi kerdil dan perkembangan fase reproduktif terhambat, akibatnya tanaman
menghasilkan sedikit malai dan bulir kopong (Abu et al., 1989). Berkaitan dengan
hal tersebut Ayotade (1979) mengemukakan bahwa keracunan besi pada varietas
yang sangat peka menyebabkan umur panen mundur selama 20-25 hari atau
tanaman tidak akan menghasilkan bunga. Tanaman padi memiliki kemampuan
untuk mempertahankan besi di dalam akar, meskipun demikian besi juga dapat
ditranspor ke bagian atas tanaman (Audebert & Sahrawat, 2000).
Amnal (2009) menambahkan bahwa respon fisiologis tanaman padi
terhadap cekaman besi terlihat dari gejala bronzing pada daun, tanaman menjadi
kerdil, pertumbuhan akar terhambat, biomasa tanaman rendah, usia panen lambat,
dan produksi tanaman menurun.