Fisiologi TumbuhanFisiologi Tumbuhan

Hara dan TanahHara dan Tanah

Peranan dan aplikasinyaPeranan dan aplikasinya

MATERI MATERI

Tubuh kita, hewan, tanaman tersusun atas Tubuh kita, hewan, tanaman tersusun atas materi. materi.

Materi terdiri atas unsur kimia ( C, H, O, N, Materi terdiri atas unsur kimia ( C, H, O, N, P dst. P dst.

Proses fotosintesis terbentuk karbohidrat, Proses fotosintesis terbentuk karbohidrat, pati , sellulose dstpati , sellulose dst

Daur materi disebut dengan biogeokimia. Daur materi disebut dengan biogeokimia. (biologi, geologi, dan kimia). Daur (biologi, geologi, dan kimia). Daur biogeokimia merupakan jaring kehidupan. biogeokimia merupakan jaring kehidupan.

TANAMAN

RESIDU

TANAH

KEHILANGAN : pencucian, erosi, denitrifikasi, volatilisasi

KEHILANGAN : pencucian, erosi, denitrifikasi, volatilisasi

ATMOSFER:

Fiksasi N, nitrat, sulfat

TANAMAN

TANAH

RESIDU

PANEN

PUPUK

ATMOSFER

KEHILANGAN

TANAMAN

RESIDU

TANAH

TERNAK

ATMOS-FER, 235

Daging, susu, 90

Pakan, 200

Pupuk, 125

Erosi, pencucian, denitrifikasi, dll, 475

PRODUKSI TANAMAN

PRODUKSI TERNAK

TANAMAN PAKAN DALAM ROTASI

RABUK KANDANG

RESIDU / LIMBAH

TANAMAN

PUPUK

PESTISIDA

TANAMANROTASI KULTIVASI

Gulma Hama Penyakit

Anorganik Organik

UNSUR HARAUNSUR HARA

Definisi ..?Definisi ..? Pengelompokan..?Pengelompokan..? Bagaimana peran dan Bagaimana peran dan

mekanisme mekanisme masuknya ke dalam masuknya ke dalam tumbuhan..?tumbuhan..?

definisidefinisi

Unsur hara : unsur kimia yang dibutuhkan Unsur hara : unsur kimia yang dibutuhkan secara mutlak bagi tumbuhan utk secara mutlak bagi tumbuhan utk menyelesaikan satu siklus hidupnya.menyelesaikan satu siklus hidupnya.

Unsur kimia yang apabila tidak tersedia Unsur kimia yang apabila tidak tersedia cukup akan menimbulkan gejala cukup akan menimbulkan gejala defisiensi.defisiensi.

Unsur hara = mineralUnsur hara = mineral

GEJALA DEFISIENSI

UNSUR HARA PADA

TANAMAN

Pertumbuhan tanaman yg tidak normal dapat disebabkan oleh adanya defisiensi satu atau lebih unsur hara, gangguan dapat berupa gejala visual yang spesifik.

Occurrence of symptoms:1. Kegagalan pertumbuhan pd saat perkecambahan2. Pertumbuhan tanaman sangat kerdil3. Munculnya gejala spesifik pad daun, pd waktu tertentu4. Internal abnormalities, misalnya penyumbatan jaringan pembuluh 5. Tertundanya kemasakan tanaman6. Penurunan hasil tanaman7. Kualitas tanaman: kandungan protein, minyak, pati, daya simpan8. …..

Gejala defisiensi bersifat relatif, seringkali defisiensi satu unsur hara bersamaan dengan kelebihan unsur hara lainnya.Di lapangan tidak mudah membedakan gejala-gejala defisiensi.Tidak jarang gangguan hama dan penyakit menyerupai gejala defisiensi unsur hara mikro.Gejala dapat terjadi karena berbagai macam sebab

pengelompokanpengelompokan

Makro : dibutuhkan dalam jml banyakMakro : dibutuhkan dalam jml banyak Mikro : dibutuhkan dalam jumlah sedikitMikro : dibutuhkan dalam jumlah sedikit Tambahan : dibutuhkan oleh species tertentuTambahan : dibutuhkan oleh species tertentu

Asal unsur haraAsal unsur hara Tanah dan atmosferTanah dan atmosfer Transport : simplast Transport : simplast

dan apoplasdan apoplas

Sifat dan Ciri Tanaha. Warna tanah: Coklat - hitamb. Merangsang Granulasic. Menurunkan plastisitas, kohesid. Meningkatkan kemampuan menahan aire. Meningkatkan kapasitas jerapan kationf. Meningkatkan ketersediaan harag. Ekstraksi hara dari mineral-mineral

INTERAKSI ANTAR JASAD INTERAKSI ANTAR JASAD HIDUP TANAH TANAH HIDUP TANAH TANAH

HUBUNGAN YANG MENGUNTUNGKANHUBUNGAN YANG MENGUNTUNGKAN - ASOSIASI (- ASOSIASI (AzotobacterAzotobacter sp, MPFsp, MPF))

- SIMBIOSIS (Mikorhiza, - SIMBIOSIS (Mikorhiza, RhizobiumRhizobium))

HUBUNGAN YANG MERUGIKANHUBUNGAN YANG MERUGIKAN - PATOGENESIS (Patogen)- PATOGENESIS (Patogen)

- PARASITISME (Virus)- PARASITISME (Virus)

INTERAKSI JASAD MIKRO INTERAKSI JASAD MIKRO TANAH DENGAN TANAMANTANAH DENGAN TANAMAN

Lingkungan RhizosferLingkungan RhizosferSenyawa Eksudat TanamanSenyawa Eksudat TanamanPopulasi Jasad Mikro RhizosferPopulasi Jasad Mikro RhizosferPergerakan Mikroflora dalam RhizosferPergerakan Mikroflora dalam RhizosferTipe Asosiasi Jasad Hidup Tanah - Akar Tipe Asosiasi Jasad Hidup Tanah - Akar

TanamanTanaman

PERAN PENTING JASAD HIDUP PERAN PENTING JASAD HIDUP TANAHTANAH

DAUR UNSUR HARADAUR UNSUR HARAPEMBENTUKAN BAHAN ORGANIKPEMBENTUKAN BAHAN ORGANIKPENAMBATAN NPENAMBATAN N22

BIOKONTROLBIOKONTROLBIOTEKNOLOGIBIOTEKNOLOGI

DAUR KARBON DAUR KARBON

PERANAN JASAD HIDUP TANAH DALAM DAUR PERANAN JASAD HIDUP TANAH DALAM DAUR KARBONKARBON

KARAKTERISTIK BAHAN ORGANIK TANAHKARAKTERISTIK BAHAN ORGANIK TANAH SENYAWA HIDROKARBON DALAM TANAHSENYAWA HIDROKARBON DALAM TANAH JASAD HIDUP TANAH DALAM TRANSFORMASI JASAD HIDUP TANAH DALAM TRANSFORMASI

SENYAWA HIDROKARBONSENYAWA HIDROKARBON PENGARUH FAKTOR LINGKUNGAN DALAM PENGARUH FAKTOR LINGKUNGAN DALAM

DAUR KARBONDAUR KARBON

A. Fotosintesis B. Respirasi tanaman

C. Respirasi hewan D. Jazad mikro ototrofik

E. Respirasi jazad mikro

Gambar 4.1 Skema Daur Karbon Tanah

C- hewan

C-tumbuhan

Bahan organik tanah sel jazad mikro, residu pembusukan

Karbon dioksida

A B

DE

C

PERANAN JASAD HIDUP TANAH PERANAN JASAD HIDUP TANAH DALAM DAUR KARBONDALAM DAUR KARBON

PRODUSEN KARBON PRIMERPRODUSEN KARBON PRIMER KONSUMENKONSUMEN DEKOMPOSER ada 3 proses utamaDEKOMPOSER ada 3 proses utama : :

DEKOMPOSISIDEKOMPOSISI MINERALISASIMINERALISASI

RESPIRASIRESPIRASI

KARAKTERISTIK BAHAN KARAKTERISTIK BAHAN ORGANIKORGANIK

JENIS (RESIDU TANAMAN, LIMBAH JENIS (RESIDU TANAMAN, LIMBAH TERNAK, SEL-SEL JASAD MIKRO)TERNAK, SEL-SEL JASAD MIKRO)

JUMLAH (TGT PENGGUNAAN LAHAN)JUMLAH (TGT PENGGUNAAN LAHAN)KOMPOSISI (TGT JENIS TANAMAN)KOMPOSISI (TGT JENIS TANAMAN)

SENYAWA HIDROKARBON SENYAWA HIDROKARBON DALAM TANAHDALAM TANAH

SUMBER :SUMBER :EKSKRESI BINATANG TANAHEKSKRESI BINATANG TANAHEKSUDASI TUMBUHANEKSUDASI TUMBUHANSISA-SISA TUMBUHAN DAN BINATANG SISA-SISA TUMBUHAN DAN BINATANG

YANG TELAH MATIYANG TELAH MATIPESTISIDAPESTISIDA

JASAD HIDUP TANAH DALAM TRANSFORMASI JASAD HIDUP TANAH DALAM TRANSFORMASI SENYAWA HIDROKARBONSENYAWA HIDROKARBON

HIDROKARBON DALAM TANAH

PERUBAHANPERUBAHAN

DIPECAHDIPECAH

DISINTESISDISINTESIS

SENYAWA SENYAWA KOMPLEKSKOMPLEKS

SENYAWASENYAWAKOMPLEKSKOMPLEKS

JASAD HIDUPTANAH

FAKTORLINGKUNGAN

DAUR NITROGENDAUR NITROGEN

TINJAUAN UMUMTINJAUAN UMUMPENAMBATAN NITROGENPENAMBATAN NITROGEN

MINERALISASI/IMOBILISASI NMINERALISASI/IMOBILISASI NNITRIFIKASINITRIFIKASI

DENITRIFIKASI DENITRIFIKASI

DIPERLUKAN PALING BANYAK OLEH DIPERLUKAN PALING BANYAK OLEH TANAMANTANAMAN

BAGIAN DARI ASAM AMINOBAGIAN DARI ASAM AMINOMEMPENGARUHI KUALITAS AIR DAN MEMPENGARUHI KUALITAS AIR DAN

ATMOSFERATMOSFER

Daur nitrogen

Tanaman

Herbivora

Organik NNH4

+

NO3-

Fiksasi Nonsimbiotik

Dekomposisi

Ammonifikasi

Immobilisasi

Nitrifikasi

Assimilasi/disimilasi

Reduksi N03-

Fiksasi Simbiotik

N2Atmosfer

Tanah

PENAMBATAN NITROGENPENAMBATAN NITROGEN

ENZIMATIK (NITROGENASE)ENZIMATIK (NITROGENASE)SENSITIF TERHADAP OKSIGENSENSITIF TERHADAP OKSIGENPROSES : NPROSES : N22 → NH→ NH33

65 % KEB. N PERTANIAN DUNIA 65 % KEB. N PERTANIAN DUNIA Reaksi Reaksi ::

NN22 + 8H + 8H++ + 8e + 8e__ + 16 Mg ATP + 16 Mg ATP → → 2NH2NH33 + H + H22 + +

16 Mg ADP + 16 Pi16 Mg ADP + 16 Pi

SISTEMSISTEM

FREEFREE LIVINGLIVING ( (AzotobacterAzotobacter spsp))ASOSIASI (ASOSIASI (AzospirillumAzospirillum spsp))SIMBIOSIS (SIMBIOSIS (RhizobiumRhizobium spsp))

FREEFREE LIVINGLIVING

KONDISI : KONDISI : aerob, mikroaerofilik aerob, mikroaerofilik & & anaerob anaerob LOKASI : tanah di luar rhizosferLOKASI : tanah di luar rhizosfer FAKTOR :FAKTOR : sumber energi, kombinasi sumber energi, kombinasi

nitrogen (amonium dan nitrat), pengaruh nitrogen (amonium dan nitrat), pengaruh oksigen terhadap enzim nitrogenase, dan oksigen terhadap enzim nitrogenase, dan pengaruh lingkungan lainnyapengaruh lingkungan lainnya

JASAD MIKRO : JASAD MIKRO : AzotobacterAzotobacter, , AzospirillumAzospirillum, , dan dan Methanosarcina.Methanosarcina.

JUMLAH : SANGAT RENDAHJUMLAH : SANGAT RENDAH

ASOSIASIASOSIASI

LOKASI : rhizosfer, korteks, jaringan LOKASI : rhizosfer, korteks, jaringan vaskular akar, musigelvaskular akar, musigel

JASAD MIKRO :JASAD MIKRO :AcetobacterAcetobacter diazotrophicusdiazotrophicus

Jumlah Jumlah :: 5 – 25 kg N/ha/th. 5 – 25 kg N/ha/th.

SIMBIOSISSIMBIOSIS

LEGUMINOSE DAN RHIZOBIUMLEGUMINOSE DAN RHIZOBIUMFRANKIA DAN AKTINOMISETESFRANKIA DAN AKTINOMISETESAZOLLA DAN CYANOBACTERIUMAZOLLA DAN CYANOBACTERIUM

RHIZOBIUM DAN LEGUMINOSERHIZOBIUM DAN LEGUMINOSE

CIRI : TERBENTUK BINTIL AKARCIRI : TERBENTUK BINTIL AKARJUMLAH : 57 – 169 Kg N/Ha/ThJUMLAH : 57 – 169 Kg N/Ha/ThPROSES : INFEKSI, PENETRASI, PROSES : INFEKSI, PENETRASI,

PEMBENTUKAN BENANG INFEKSI, PEMBENTUKAN BENANG INFEKSI, PEMBENTUKAN BAKTEROID, PEMBENTUKAN BAKTEROID, PEMBENTUKAN BINTIL AKARPEMBENTUKAN BINTIL AKAR

CATATAN PENTINGCATATAN PENTING

INFEKTIVITASINFEKTIVITASSTRAIN SELEKTIVITASSTRAIN SELEKTIVITAS

EFEKTIVITASEFEKTIVITAS

CATATAN CATATAN

Bintil akar efektif Bintil akar efektif : bagian dalam: bagian dalam berberwarna warna merah merah

Faktor pembentukan bintil dan Faktor pembentukan bintil dan penambatan Npenambatan N22 : pH: pH, suhu, unsur hara, , suhu, unsur hara,

salinitas dan alkalinitas. salinitas dan alkalinitas.

FrankiaFrankia dan dan aktinorhizalaktinorhizal

Simbiosis anta Simbiosis anta Frankia Frankia & & tanaman tanaman angiosperma angiosperma

CiriCiri : : terbentuknya bintil terbentuknya bintilManfaat :Manfaat : tanaman kehutanan dan tanaman kehutanan dan

reklamasi tambangreklamasi tambangJumlah N Jumlah N : : 57 – 169 kg N 57 – 169 kg N22/ha/th./ha/th.

AnabaenaAnabaena azollaeazollae

Manfaat :Manfaat : pupuk hijau lahan sawah pupuk hijau lahan sawahSifat :Sifat : mudah dekomposisi karena rasio mudah dekomposisi karena rasio

C/N rendahC/N rendahOrganela :Organela : heterosit cyanobacterium heterosit cyanobacterium Aplikasi Aplikasi : : meningkatkan produksi padi meningkatkan produksi padi

sawah sebesar 1 ton/ha.sawah sebesar 1 ton/ha.

FIKSASI N SECARA BIOLOGIS

Legume N-fixed, kg/ha

Kac.tunggak 100Kac. Kapri 72Kedelai 65Kac. Buncis 45Kac. Tanah 44

ASPEK LINGKUNGAN DAUR ASPEK LINGKUNGAN DAUR NITROGENNITROGEN

kadar nitrat yang tinggi di dalam air tanah kadar nitrat yang tinggi di dalam air tanah dan air permukaandan air permukaan

kontribusi gas-gas nitrogen yang dapat kontribusi gas-gas nitrogen yang dapat menyebabkan terjadinya hujan asam, menyebabkan terjadinya hujan asam, rusaknya lapisan ozon, pemanasan globalrusaknya lapisan ozon, pemanasan global

eutrofikasi.eutrofikasi.

TugasTugas MandiriMandiri//PR PR Buatlah bagan ilustrasi fiksasi biologi N Buatlah bagan ilustrasi fiksasi biologi N

yang dilengkapi dengan contoh organisme, yang dilengkapi dengan contoh organisme, tanaman, sistem yang terlibat dan kondisi tanaman, sistem yang terlibat dan kondisi lingkungan yang diperlukan!lingkungan yang diperlukan!

Membuat rangkuman salah satu peranan Membuat rangkuman salah satu peranan jamur, bakteri, dan cacing tanah dalam jamur, bakteri, dan cacing tanah dalam meningkatkan pertumbuhan tanaman. meningkatkan pertumbuhan tanaman.

Mineralisasi dan Imobilisasi Mineralisasi dan Imobilisasi NitrogenNitrogen

Definisi : Definisi : pembentukan nitrogen pembentukan nitrogen AAnorganik dari nitrogen norganik dari nitrogen organik organik

Proses :Proses : amonifikasi amonifikasi dan dan nitrifikasi nitrifikasi Kondisi : aerobKondisi : aerob

Mineralisasi nitrogenMineralisasi nitrogenAmonifikasiAmonifikasi

Enzim :

• ekstraseluler (proteinase, protease, peptidase, kitinase, kitobiase, lisozim, endonuklease, eksonuklease, urease)

• intraseluler (deaminase) mikroba

Jasad mikro : heterotrof

NitrifikasiNitrifikasiJasad mikro :Jasad mikro : nitrosomonasnitrosomonas, ,

nitrosococcusnitrosococcus, , nitrosospiranitrosospira (pengoksidasi NH(pengoksidasi NH33) )

nitrobacternitrobacter, , nitrospinanitrospina, , nitrococcusnitrococcus, dan , dan nitrospiranitrospira (pengoksidasi N0(pengoksidasi N022). ). Reaksi yang terjadi dalam Reaksi yang terjadi dalam proses nitrifikasi adalah :proses nitrifikasi adalah :

NH3 + 1,5 O2 → NO2- + NH3 + 1,5 O2 → NO2- + H+ + H2OH+ + H2O

NO2- + ½ O2 → NO3-NO2- + ½ O2 → NO3-

MineralisasiMineralisasi

Reaksi :Reaksi : NHNH33 + 1,5 O + 1,5 O22 → NO → NO22

00 + H + H++ + H + H22OO

NONO22-- + ½ O + ½ O22 → NO → NO33

--

Faktor :Faktor :

populasi bakteri nitrifikasi, aerasi tanah, populasi bakteri nitrifikasi, aerasi tanah, ketersediaan substrat, pH tanah, faktor ketersediaan substrat, pH tanah, faktor lingkungan, penghambat alelokimialingkungan, penghambat alelokimia

ImobilisasiImobilisasi

Konversi N-anorganik menjadi N-organikKonversi N-anorganik menjadi N-organikPrediksi berdasarkan rasio C/N :Prediksi berdasarkan rasio C/N :

< 20/1 : mineralisasi< 20/1 : mineralisasi

> 20/1 : imobilisasi> 20/1 : imobilisasi

Rasio C/N :Rasio C/N :

Bakteri : 4 - 5Bakteri : 4 - 5

Jamur : 15Jamur : 15

Denitrifikasi NitrogenDenitrifikasi Nitrogen

Definisi : Definisi : reduksi nitrat menjadi gas reduksi nitrat menjadi gas nitrogen (N0, Nnitrogen (N0, N220 dan N0 dan N22))

Kondisi : anaerobKondisi : anaerobBakteri : Bakteri : organotrof (organotrof (AlcaligenesAlcaligenes, , AgrobacteriumAgrobacterium, ,

AzospirillumAzospirillum)) fototrof ( fototrof ( RhodopseudomonasRhodopseudomonas) dan Litotrof ) dan Litotrof

((BradyrhizobiumBradyrhizobium, , NitrosomonasNitrosomonas, , ThiobacillusThiobacillus))

ENZIMENZIMDenitrifikasi Denitrifikasi terjadi melalui 4terjadi melalui 4 lintasan lintasan, , diatur oleh diatur oleh 44

enzimenzimEnzim yang terlibat Enzim yang terlibat : : nitrat reduktasenitrat reduktase//NarNar ( (mereduksi mereduksi nitrat mjd nitrit)nitrat mjd nitrit) nitrit reduktasenitrit reduktase//NirNir ( (mereduksi nitrit mjd oksida nitrit)mereduksi nitrit mjd oksida nitrit) oksida nitrit reduktaseoksida nitrit reduktase//NorNor ( (mereduksi oksida nitrit mereduksi oksida nitrit

mjd nitrous oksida)mjd nitrous oksida) oksida nitrous reduktaseoksida nitrous reduktase//Nos, yang berfungsi untuk Nos, yang berfungsi untuk

mereduksi nitrous oksida menjadi Nmereduksi nitrous oksida menjadi N22). ).

FaktorFaktor

aerasi tanahaerasi tanahketersediaan nitratketersediaan nitrat

ketersediaan karbonketersediaan karbon faktor lingkunganfaktor lingkungan