Peran Koloidal Tanah dan Bahan Organik Tanah dalam Mengatur Unsur Hara Tanaman

1. Mineral Liat dan Koloid Organik

Mineral liat merupakan salah satu komponen tanah yang dapat menentukan sifat fisik dan kimia tanah dan sebagai pusat dalam proses reaksi pertukaran ion di dalam tanah (Matondang, 2014). Pada umumnya, mineral liat memiliki ukuran kurang dari 2µ dan hanya dapat dilihat melalui bantuan mikroskop elektron.

Madjid (2009) menjelaskan bahwa pembentukan sifat mineral liat dipengaruhi oleh susunan kimia pembentuknya yang tetap dan tertentu, terutama berkaitan dengan penempatan internal atom-atom nya, sifat fisika-kimia dengan batasan waktu tertentu, dan kecenderungan membentuk geometris tertentu.

Mineral liat adalah lapisan silikat yang biasanya terbentuk sebagai produk dari pelapukan kimia mineral primer silikat lainnya di permukaan bumi. Mereka ditemukan paling sering pada serpihan, jenis yang paling umum dari batuan sedimen. Pada iklim dingin, kering, atau sedang, mineral liat cukup stabil dan merupakan komponen penting dari tanah.

Mineral liat bertindak sebagai "spons kimia" yang memegang air dan nutrisi tanaman terlarut dari mineral lainnya. Hal ini berkaitan dengan kehadiran muatan listrik tidak seimbang pada permukaan partikel liat, dimana beberapa permukaan bermuatan positif (menarik ion negatif), sedangkan permukaan lainnya bermuatan negatif (menarik ion positif).

Mineral liat juga memiliki kemampuan untuk menarik molekul air. Karena penarikan ini merupakan fenomena permukaan, hal itu disebut adsorpsi (yang berbeda dari penyerapan, karena ion dan air tidak tertarik jauh di dalam partikel liat). Mineral liat menyerupai mika dalam komposisi kimia, kecuali mereka memiliki ukuran sangat halus. Seperti mika, mineral liat berbentuk seperti serpihan dengan tepi tidak teratur dan satu sisi halus (Al-Ani dan Sarapaa, 2008).

Mineral liat memiliki dua muatan yang menimbulkan reaksi pertukaran kation. Muatan tersebut yakni muatan negatif dan muatan positif. Muatan negatif bersumber dari substitusi isomorfik dan disosiasi H+ dari gugus OH. Selanjutnya, muatan positif bersumber dari ion-ion H+ dan OH-.

Kunjungi juga : Laporan Praktikum Kadar Air Tanah, Berat Volume, dan pH Tanah

Koloid organik (humus) adalah bahan organik yang tidak dapat lapuk lagi dan ukurannya sangat kecil. Koloid humus seperti halnya koloid liat juga bermuatan negatif, perbedaan utama dari koloid unsur dengan koloid anorganik adalah bahwa  humus tersusun dari  oleh C, H dan O sedangkan liat tersusun dari Al, Si, dan O. Humus bersifat amorft, mempunyai KTK yang lebih tinggi dari mineral liat, sumber muatan unsur ini diduga berasal dari  gugus karboksil (-COOH) dan Fenolik (-OH).

Muatan dalam humus adalah muatan bergantung pH, dalam keadaan masam H+  diikat kuat dalam dalam  gugusan karboksil atau phenol, tetapi ikatan tersebut menjadi lemah apabila pH menjadi lebih tinggi, akibatnya disosialisasi H+ meningkat dengan naiknya pH tanah, sehingga muatan unsur dalam koloid humus yang dihasilkan meningkat pula.

Koloid humus inilah yang sangat berperan dalam sistem pertukaran kation pada tanah gambut, ukuran partikel-nya yang sangat kecil menyebabkan jumlah total luas permukaannya semakin besar sehingga jumlah kapasitas tukar kation pada tanah gambut menjadi sangat tinggi. Akan tetapi KTK yang tinggi pada tanah gambut tidak terlalu bagus untuk budidaya tanaman dikarenakan kation-kation yang dipertukarkan dalam konteks serapan tanahnya berupa asam-asam organik dan ion logam berat yang dapat meracuni tanaman.

Kapasitas tukar kation (KTK) tanah gambut relatif tinggi (115 – 270%), tetapi relatif rendah bila dihitung atas dasar volume tanah di lapangan. Kejenuhan basa tanah gambut relatif rendah, yakni 5,4 – 13,6 % sedangkan nisbah C/N relatif tinggi yakni berkisar antara 24,0 – 33,4 (Suhardjo & Widjaja-Adhi, 1976). 

2. Pertukaran Kation dan Anion

Pertukaran kation dan anion adalah pertukaran anion yang diubah menjadi beberapa bentuk. Pertukaran ion adalah proses dimana satu bentuk ion dalam senyawa dipertukarkan untuk beberapa bentuk, yaitu kation ditukar dengan kation dan anion ditukar dengan anion. Pertukaran ion berlangsung secara reversibel dan dapat diregenerasi atau diisi dengan ion-ion yang diinginkan melalui pencucian dengan ion-ion yang berlebih.

Pertukaran ion secara luas digunakan untuk pengolahan air dan limbah cair, terutama digunakan pada proses penghilangan kesadahan dan dalam proses demineralisasi air. Kapasitas penukaran ion ditentukan oleh jumlah gugus fungsional per-satuan massa resin. Dalam hal ini, bentuk pertukaran ion terbagi menjadi 3 macam, yaitu:

• Penukar kation yaitu pertukaran ion yang bermuatan positf 
• Penukar anion yaitu pertukaran ion yang bermuatan negatif 
• Pertukaran atmosfer yaitu dapat melakukan pertukaran baik kation maupun anion secara simultan. 

Proses pertukaran ion terjadi secara berkelanjutan sampai resin telah jenuh dengan ion yang ditukarkan. Oleh karena itu, jika resin telah jenuh dengan ion yang dipertukarkan, maka dapat diregenerasi dengan asam atau basa (Ita Ulfin, 2013).

3. Keasaman Tanah: Proses dan Pengelolaan

Larutan tanah adalah air tanah yang mengandung ion-ion terlarut yang merupakan hara bagi tanaman. Konsentrasi ini sangat beragam dan tergantung pada jumlah ion terlarut serta jumlah bahan pelarut atau air.  Di waktu musim kering dimana air banyak menguap maka konsentrasi garam akan bertambah, hal ini ditemukan di daerah yang memiliki iklim kering.

Sebaliknya di daerah yang basah konsentrasi garam sering berubah-ubah secara drastis. Kadar garam yang tinggi berbahaya bagi pertumbuhan tanaman. Kadar garam sebanyak 0,5 % saja sudah berbahaya bagi tanaman karena kadar tersebut sama dengan 10 ton garam di lapisan 20 cm teratas (lapisan olahan) (Rismunandar, 2001).

Reaksi tanah yang penting adalah masam, netral atau alkalin. Pernyataan ini didasarkan pada jumlah ion H dan OH dalam larutan tanah. Bila didalam tanah ditemukan ion H lebih banyak dari ion OH, maka disebut masam. Bila ion H sama dengan OH, maka disebut netral, dan bila ion OH lebih banyak dari ion H maka disebut alkalin. Berdasarkan pengertian, sifat reaksi tersebut dinilai berdasarkan konsentrasi ion H dan dinyatakan dengan pH. dengan kata lain, pH tanah = -log (H) tanah.

Suatu tanah disebut masam dengan 7, dan basa bila lebih dari 7. Bila konsentrasi ion H bertambah maka ion pH turun dan sebaliknya bila konsentrasi ion OH bertambah pH naik. Distribusi ion H dalam tanah tidak homogen. Ion H lebih banyak diserap dari pada ion OH, maka ion H lebih pekat didekat permukaan koloid, sedangkan ion OH sebaliknya dengan demikian pH lebih rendah di dekat koloid daripada tempat yang jauh dari koloid (Agus et.al,2008).

Kunjungi juga : Laporan Praktikum Faktor Erodibilitas Tanah (KTA)

Kisaran pH tanah mineral biasanya terdapat antar pH 3,5 sampai 10 atau lebih, untuk tanah gambut kisaran pH nya adalah sekitar kurang dari 3,0 , sebaliknya tanah alkalin biasanya bisa menunjukan pH lebih dari 11,0 . secara sederhana kisaran pH tanah itu ditunjukkan pada gambar 7-3. Kisaran pH tanah mineral di daerah basah berbeda dengan daerah kering. Di wilayah basah kisaran pH itu berada antara sedikit dibawah 5 hingga sedikit diatas 7. Sedangkan di wilayah kering berada sedikit antara di bawah 7 dan diatas 9 (Hardjowigeno, 2003).

4. Bahan Organik Tanah: Genesis dan Dekomposisi

Tanah tersusun oleh bahan padatan, air dan udara. Bahan padatan ini meliputi bahan mineral berukuran pasir, debu dan liat serta bahan organik. Bahan organik tanah biasanya menyusun sekitar 5% bobot total tanah, meskipun hanya sedikit tetapi memegang peranan penting dalam menentukan kesuburan tanah, baik secara fisik, kimiawi dan biologi tanah.

Sebagai komponen tanah yang berfungsi sebagai media tumbuh, maka bahan organik juga berpengaruh secara langsung terhadap perkembangan dan pertumbuhan tanaman dan mikroba tanah, yaitu sumber energi, hormon, vitamin dan senyawa perangsang tumbuh lainnya (Hanafiah, 2005).

Bahan organik tanah adalah fraksi organik tanah yang berasal dari biomassa tanah dan biomassa luar tanah. Biomassa tanah adalah massa total flora dan fauna tanah hidup serta bagian vegetasi yang hidup dalam tanah (akar). Biomassa luar tanah adalah massa bagian vegetasi yang hidup diluar tanah (daun, batang, cabang, ranting, bunga, buah dan biji). Bahan organik dibuat dalam organisme hidup dan tersusun atas banyak senyawa karbon (Notohadiprawiro, 2000).

Dekomposisi menurut Dephut dalam Haneda (2012) adalah penghancuran secara metabolik bahan organik dengan hasil sampingan berupa energi, materi anorganik dan bahan organik lain yang lebih sederhana. Hanafiah (2007) menjelaskan secara umum faktor-faktor yang mempengaruhi laju dekomposisi ini meliputi faktor bahan organik dan faktor tanah. Faktor bahan organik meliputi komposisi kimiawi, nisbah C/N, kadar lignin dan ukuran bahan, sedangkan faktor tanah meliputi temperatur, kelembaban, tekstur, struktur dan suplai oksigen, serta reaksi tanah, ketersediaan hara terutama N, P, K, dan S. 

5. Pengaruh Bahan Organik Tanah Terhadap Kesuburan Tanah

Pada prinsipnya, peningkatan efesiensi kesuburan tanah dilakukan dengan pendekatan. Pendekatan pertama ditempuh melalui usaha peningkatan daya dukung tanah dengan input hayati, baik berupa organik maupun mikroba. Dengan meningkatkan kapasitas kesuburan tanah, efisiensi penggunaan pupuk oleh tanaman dapat diperoleh.

Pendekatan kedua lebih menekankan pada upaya perakitan produk baru yang lebih efisien dalam pengertian dosis aplikasi dikurangi karena efektivitas produk pupuknya ditingkatkan atau biaya produksinya dapat direduksi (Goenadi, 2006).

Upaya peningkatan kesuburan tanah adalah dengan penambahan bahan organik atau pupuk organik. Thamrin (2000) melaporkan bahwa pemberian bahan organik mampu meningkatkan hasil gabah padi kering panen secara nyata. Dalam praktiknya penggunaan pupuk organik masih jarang dilakukan petani karena jumlah yang dibutuhkan persatuan luas sangat besar.

Sebagai contoh Mowidu (2001) melaporkan bahwa dengan pemberian 20-30 ton/ha bahan/pupuk organik, terlihat dampaknya terhadap peningkatan porositas total, jumlah pori berguna, jumlah pori penyimpanan lengas dan kematanpan agregat serta menurunkan kerapatan zarah, kerapatan bongkah dan permeabilitas.

Lebih lanjut Andoko (2006) menjelaskan bahwa dosis pupuk organik untuk budidaya organik sebanyak 5 ton pupuk kandang matang atau sekitar 3 ton dalam bentuk kompos. Dengan besarnya dosis pupuk organik inilah yang menyebabkan petani masih jarang menggunakan pupuk organik di lahan usahanya, karena memerlukan tambahan tenaga kerja dan transportasi sehingga biaya produksi juga bertambah.

Untuk mengatasi takaran pupuk organik yang besar adalah mengekstraksi pupuk organik menjadi asam humat, yang merupakan senyawa aktif dari pupuk organik (kompos) sehingga dosis yang diberikan dapat dikurangi. Untuk meningkatkan kandungan hara pada pupuk organik dapat ditambahkan mineral pupuk anorganik, mineral alami dan mikroba penyubur tanah yang merupakan usaha manifuasi dari sifat pupuk organik dikenal sebagai model pupuk organik modifikasi.

Kunjungi juga : Materi Penetapan Kadar Air dan pH Tanah

Pupuk Organik Modifikasi merupakan pupuk organik yang dilengkapi dengan pupuk anorganik dan bahan mineral alami serta mikroba penyubur tanah. Bahan baku pembuatan pupuk organik modifikasi adaah asam humat dari ekstraksi pupuk organik. Asam humat merupakan bahan makro molekul polielektrolit yang memiliki seperti COOH, -OH fenolat maupun –OH alkoholat, sehingga asam humat memiliki peluang untuk berikatan dengan ion basa dari mineral pupuk dan mineral alami, serta menambah unsur hara makro dan mikro (Stevenson, 1982 dan Schnitzer, 1991).

Penambahan mineral alami yaitu tepung darah menambah unsur N dan P, tepung tulang menambah unsur P dan Ca, dan tepung cangkang menambah Ca. penambahan mineraliat bertujuan sebagai bahan perekat dan pengikat unsur hara pupuk anorganik dan mineral alam. Penambahan zeolit dan bahan kapur sebagai bahan pembawa dan mempertahankan/meningkatkan pH bahan serta menambah kandungan hara Ca dan Mg. Sedangkan penambahan mikroba bertujuan untuk menambah unsur hara bagi tanaman.

Hasil penelitian Suhardi (2007) melaporkan bahwa pemberian asam humat pada dosis 500 mg memberikan pengaruh terbaik pada pertumbuhan, serapan P serta hasil tanaman kedelai. Senyawa asam humat juga berperan dalam pengikatan unsur kimia anorganik basa dan logam berat atau unsur toksik dalam tanah dan air.

Selain itu asam humat dapat meningkatkan kapasitas kandungan air tanah, membantu dalam menahan pupuk anorganik larut air, menaikkan aerasi tanah, dan juga dapat menaikkan fotokimia dekomposisi pestisida dan senyawa-senyawa organik toksik. Dengan demikian sudah selayaknya pupuk-pupuk organik yang kaya akan humus ini menggantikan peranan dari pupuk-pupuk sintesis dalam menjaga kualitas tanah (Agrosatya, 2009).

Pustaka:

Agus, F. dan I.G. M. Subiksa. 2008. Lahan Gambut: Potensi untuk Pertanian dan Aspek Lingkungan. Balai Penelitian Tanah dan World Agroforestry Centre (ICRAF). Indonesia, Bogor.

Andoko, A. 2006. Budidaya Padi secara Organik. Penebar Swadaya. Jakarta

Agrosatya, Sinly Evan Putra. 2009. Humus, Material Organik Penyubur Tanah. http://www.agrosatya.com diakses 04 Oktober 2019, 17:56

Budi, S. & Sari, S. 2015. Ilmu dan Implementasi Kesuburan Tanah. UMM Pres.  Malang.

Goenadi, D Hajar. 2006. Pupuk dan Teknologi Pemupukan. Berbasis Hayati. Dari cawan Petri ke Lahan Petani. Yayasan John Hi-tech Idetama. Jakarta

Hakim, Nurjati, dkk. 1986. Dasar-dasar Ilmu Tanah. Universitas Lampung. Lampung

Hardjowigeno, H. Sarwono. 2002. Ilmu Tanah. Akademika Pressindo. Jakarta

Madjid, A. 2009. Dasar-Dasar Ilmu Tanah. USP Press. Palembang.

Mowidu. 2001. Peranan Bahan Organik dan Lempung terhadap Agregasi dan Agihan ukuran Pori pada Entisol. Tesis Pascasarjana. Universitas Gajah Mada. Yogyakarta

Notohadiprawiro, dkk. 2006. Pengelolaan Kesuburan Tanah dan Peningkatan Efesiensi Pemupukan. Universitas Gajah Mada. Yogyakarta

Pairunan, Anna K, dkk. 1999. Dasar-Dasar Ilmu Tanah. Badan Kerjasama Perguruan Tinggi Negeri Indonesia Timur. Makassar

Rosmarkam dan Yuwono. 2002. Ilmu Kesuburan Tanah. 2002. Kanisius. Jakarta

Suhardi. 2007. Pengaruh Pemberian Pupuk Fosfat dan Asam Humat terhadap Keragaman Pertumbuhan dan Hasil Kedelai pada Ultisol. Jurnal Agriculture. Vol. 9 No. 2. Fakultas Pertanian Universitas Bengkulu. Bengkulu

Suhardjo, H. and I P.G. Widjaja-Adhi. 1976. Chemical Characteristics of the Upper 30 cm of Peat Soils from Riau. ATA 106. Soil Res. Inst. Bogor. Bull. 3: 74-92.

Thamrin. 2000. Perbaikan Beberapa Sifat Fisik dan Typic Kanhapludults dengan Pemberian Bahan Organik pada Tanaman Padi Sawah. Skripsi. Faperta, Universitas Padjajaran, Bandung. (Tidak dipublikasikan)