INFORMASI PENDALAMAN SEPUTAR KUALITAS BAHAN ORGANIK

Jika kita berhadapan dengan suatu bahan organik disertai informasi karakteristik kimianya (data analisis kimia)

1.  Bila kandungan N lebih dari 2,5% bahan organik ini dikatakan berkualitas tinggi, maka ada dua kemungkinan :

 a.  Bila kandungan lignin kurang dari 15% dan polyphenol kurang dari 4%, maka :

1) Bahan organik tersebut dibenamkan bersamaan dengan saat tanam tanaman semusim, sebagai pupuk in-situ.     

2) Bahan organik tersebut jangan dicampur dengan pupuk atau bahan organik berkualitas tinggi, karena akan hilang percuma.

b.  Bila kandungan lignin lebih dari 15 %:

Bahan organik  tersebut dicampur dengan pupuk atau bahan organik lain yang berkualitas tinggi (kandungan N lebih dari 2,5 %)

2.  Bila kandungan N kurang dari 2,5 %, dibagi dua kelompok berdasarkan kandungan ligninnya :

a.  Bila kandungan lignin kurang dari 15 %, maka direkomendasikan :

1)  Bahan organik tersebut dicampur dengan pupuk atau ditambahkan pada kompos.

2)  Bahan tersebut jangan disebar pada permukaan tanah untuk menekan evaporasi dan erosi, karena cepat melapuk sehingga cepat hilang dan tidak dapat menjaga kondisi air tanah.

b.  Bila kandungan lignin lebih dari 15 %, maka :

Bahan organik ini dapat disebar pada permukaan tanah sebagai mulsa untuk menekan   evaporasi dan erosi.

  Prosedur sederhana untuk menentukan cara pengelolaan bahan organik yang tepat seperti contoh  (Gambar 4.7) sebenarnya dapat dikembangkan sendiri oleh para praktisi dan petani berdasarkan pengetahuan dan pengalaman yang dimiliki, karena tidak semua kasus bisa mengikuti pola aturan ilmiah di atas. Sebagai contoh, sebuah pedoman serupa dikembangkan oleh petani di Zimbabwe berdasarkan pengalaman dan kebutuhan mereka (Giller, 1999). Pedoman ini  didasarkan pada karakteristik bahan secara sederhana yaitu warna daun (Gambar 4.7 b). Penggunaan pedoman ini dapat dijelaskan sebagai berikut :

1.  Bila daun berwarna hijau ,ada dua kelompok :

a.  Apabila daun tidak berserat dan mudah hancur, terasa sangat kelat (Bahasa Jawa : sepet), maka direkomendasikan :

Bahan organik tersebut dapat dibenamkan in-situ bersamaan dengan waktu tanam tanaman semusim.

b. Apabila daun berserat dan tidak mudah hancur, tidak terasa kelat, maka direkomendasikan :

1)  Bahan organik tersebut jangan dibenamkan in-situ bersamaan dengan waktu tanam tanaman semusim.

2)  Bahan tersebut sebaiknya dicampur dengan pupuk atau bahan organik lain yang berkualitas tinggi.  

2.  Bila daun berwarna kuning dipisahkan menjadi dua kelompok :

a.  Apabila mudah hancur sperti tepung, maka direkomendasikan :

1)  Bahan organik tersebut dicampur dengan pupuk atau ditambahkan pada kompos.

2)  Bahan organik tersebut jangan disebar pada permukaan tanah sebagai mulsa karena bahan organik cepat melapuk sehingga tidak dapat untuk menekan evaporasi dan erosi.  

b.  Apabila tidak mudah hancur bila kering, maka direkomendasikan :

Bahan organik tersebut dapat disebar pada permukaan tanah sebagai mulsa untuk menekan evaporasi dan erosi.

FAKTOR-FAKTOR YANG BERPENGARUH PADA PENYERAPAN HARA

Pada penyerapan aktif dibutuhkan sejumlah energi respirasi (berupa ADP, NAD⁺dan NADP⁺) untuk pelaksanaannya, maka faktor-faktor yang memperngaruhi proses respirasi secara tidak langsung juga akan memengarugi proses penyerapan hara. Faktor-faktor ini meliputi ketersediaan substrat untuk respirasi, temperatur dan oksigen.

1. Substrat merupakan bahan yang akan diurai menjadi senyawa sederhana melalui serangkaian reaksi respirasi, meliputi pati, fruktan dan gula. Oleh karena itu jika ketersediaan substrat ini rendah, laju respirasi juga rendah, sehingga energi kimiawi yang dihasilkan dari penguraian bahan-bahan ini juga rendah. Pada kondisi starvasi (defisiensi bahan cadangan nutrisi) sangat parah, protein juga akan dioksidasi menjadi asam-asam amino penyusunnya. Karena unsur N merupakan penyusun utama protein, gejala defisiensi N yang ditandai menguningnya dedaunan tua merupakan konsekuensi adanya oksidasi protein dan senyawa mengandung N pada kloroplast.
2. Nilai Q₁₀ untuk respirasi pada temperatur 50-250⁰C adalah 2,0-2,5 yang berarti laju respirasi pada kisaran temperatur ini akan meningkat 2,0-2,5 kali lipat utnuk setiap kenaikan temperatur sebesar 100⁰C. Jika temperatur sebesar 350⁰C, laju respirasi tetap meningkat tetapi dengan nili Q10 yang lebih rendah sebagai konsekuensi adanya penetrasi oksigen melalui kutikula atau peridermis yang lebih rendah dari kebutuhan. Pada temperatur yang lebih tinggi lagi (sekitar 400⁰C), laju respirasi mulai menurun sebagai konsekuensi sebagian enzim-enzim yang terlibat mulai menderita denaturasi.
3. Ketersediaan oksigen memengaruhi laju respirasi tetapi dengan efek yang bervariasi baik antar spesies maupun antar organ tanaman. Fluktuasioksigen di atmosfer maupun pada tanah-tanah yang poreus (beraerasi baik) tidak akan memengaruhi laju respirasi karena kelimpahannya. Mitokondria tetap berfungsi normal pada kadar oksigen serendah 0,05%, padahal di udara tersedia 21%, karena tingginya afinitas sitokrom oksidase terhadap oksigen. Fluktuasi oksigen mulai berpengaruh terhadap respirasi akar pada tanah-tanah yang beraerasi buruk, baik akibat bertekstur liat, pemadatan tanah batas akibat jenuh air, sehingga ketersediaan oksigen terbatas akibat laju diffusi oksigen dalam air yang jauh lebih lambat dari udara.

 Pengaruh pemadatan terhadap penyerapan hara yang dikaitkan dengan terhambatnya respirasi bersifat spesifik, lawton menyimpulkan bahwa laju penurunan serapan K lebih besar dibanding laju penurunan serapan P atau N. Pada jagung, pengaruh minimal hanya terhadap serapan Ca .

Disamping laju respirasi, penyerapan hara ditentukan oleh jumlah dan ketersediaan hara dalam tanah, serta intensitas dan ekstensitas sistem perakaran tanaman yang terkait dengan taraf dan laju pertumbuhan tetanaman. Demikian juga dengan intensitas dan ekstensitas interaksi akar –mikroorganisme tanah. Adanya simbiosis fungi ektodan /atau endo-mikoriza-akar, lewat pembentukan pipa eksternal yang berfungsi sebagai bulu-bulu akar dan enzim ekstraseluler fosfatase, sangat membantu tanaman dalam penyerapan unsur-unsur hara terutama P. Demikian juga, jika ada fiksasi N-simbiotik (seperti Azospirillum brasiliense) terhadap penyerapan N.

Peningkatan Karbon pada Lahan Terdegradasi

          Problem degradasi tanah dan lingkungan umumnya lebih parah di daerah tropis daripada temperate, di daerah kering daripada daerah basah, dan iklim panas daripada dingin. Diperkirakan diseluruh dunia tanah terdegradasi sekitar 2 milyar hektar dan 75% berada di daerah tropis (Oldeman, 1994). Degradasi tanah dapat disebabkan oleh banyak proses, termasuk erosi tanah yang dipercepat, salinisasi, kerusakan karena pertambangan dan aktivitas perkotaan, penggembalaan berlebih dan kontaminasi dari polutan industri (Lal, 1997).

          Perbaikan terhadap lahan terdegradasi meliputi penanaman dengan vegetasi asal, penanaman tanaman penutup tanah yang cepat tumbuh, penggunaan pupuk organik dan anorganik. Apabila bahan organik tanah keadaannya telah mengalami penurunan yang sangat drastis, sedangkan kemampuan tanah untuk mengikat bahan organik masih berfungsi maka perbaikan dengan peningkatan bahan organik tanah. Tingkat penyerapan karbon melalui restorasi tanah sangat ditentukan oleh sifat-sifat tanah, metode restorasi yang dilakukan, karakteristik eko-regional, dan pol karbon organik awal di bawah kondisi alaminya.

BAHAN HUMAT

A.    Definisi

Dalam hubungannya dengan bahan organik tanah, saat ini bahan humat didefinisikan sebagai sekumpulan bahan dengan berat molekul relatif tinggi, berwarna coklat sampai hitam yang dibentuk melalui reaksi sintesis sekunder. Bahan humat dibagi menjadi tiga kelompok utama yaitu asam humat (AH), asam fulfat (AF) dan humin. Ketiga istilah ini digunakan sebagai nama generik untuk menjelaskan material berwarna atau fraksi yang didapat berdasarkan karakteristik kelarutan. Setiap fraksi merupakan campuran heterogen dari bahan organik yang memiliki berat molekul dan kisaran luasan dan muatan negatif.

Salah satu persoalan utama dalam menjelaskan bahan humat adalah tidak adanya definisi yang tepat untuk berbagai fraksi humus tertentu. Sayangnya, istilah-istilah (definisi) tersebut tidak konsisten. Isitilah humus digunakan oleh beberapa ahli tanah sebagai sinonim bahan organik tanah yang ditujukan pada semua bahan organik di dalam tanah termasuk bahan humat.  Istilah humus juga sering digunakan untuk mewakili bahan humat.

Bahan humat menyusun 70%-80% bahan organik di tanah mineral. Namun demikian, dalam bentuk fraksi dan bukan dalam bentuk keseluruhan bahan humat.  Hal ini disebabkan setiap fraksi mencerminkan sifat yang pasti dan penting. Setiap fraksi memiliki kemampuan kuat untuk berinteraksi dengan ion, oksida, hidroksida, mineral dan bahan organik lain untuk membentuk asosiasi yang stabil di dalam air.

Heterogenitas tersebut dan juga karakterisitk dan struktur bahan humat bersifat mendua, menimbulkan pertanyaan apakah bahan humat dari jenis tanah yang berbeda akan sama? Berbagai usaha untuk mengisolasi komponen tunggal secara  murni dan mengidentifikasi strukturnya selalu gagal.

Christopher (1996) menyatakan bahwa terdapat pendapat (yang masih diperdebatkan) bahwa bahan humat dibagi menjadi dua grup yaitu:

1.    Bahan humat di tanah temperate, dimana asam humat lebih memperbaiki sifat tanah daripada asam fulfat

2.    Bahan humat di tanah tropis, dimana asam fulfat lebih memperbaiki sifat tanah.

3.    Bahan humat di tanah arktik, temperate, subtropis dan tropis memiliki struktur yang sama. Sejumlah peneliti juga menemukan bahwa bahan humat dari berbagai tempat dengan iklim, tipe tanah dan pengelolaan yang berbeda memiliki ciri yang umumnya sama. Namun demikian, bahan humat dari lingkungan yang sangat berbeda, misalnya bahan humat dari tanah, air, aliran air, air bawah tanah, laut dan lautan berbeda.

B.  Pembentukan Bahan Humat

Pembentukan bahan humat adalah aspek kimia humus yang paling akhir dimengerti dan merupakan hal yang paling banyak diperdebatkan. Pengkajian mengenai subjek ini yang berupa  penelitian yang lama dan terus menerus dapat dibuktikan berdasarkan latar belakang teori dan prakteknya.

Terdapat beberapa lintasan untuk pembentukan bahan humat selama pelapukan sisa tanaman dan binatang di dalam tanah (Gambar 1). Lintasan-lintasan yang penting diperlihatkan di gambar ini, menurut teori klasik yang diperkenalkan oleh Waksman (1932), bahwa bahan humat mewakili lignin yang dimodifikasi (lintasan 1) tetapi umumnya saat ini, lintasan pembentukan humat melibatkan kinon (lintasan 2 dan 3).  Pada kenyataannya, keempat lintasan harus dianggap sebagai mekanisme sintesis asam humat dan fulfat di alam, termasuk kondensasi gula amina (lintasan 4). Keempat lintasan dapat berlangsung di semua tanah, tetapi tidak dengan intensitas dan kepentingan yang sama. Lintasan lignin mungkin mendominasi tanah dengan drainase buruk dan sediment basah (rawa, dll)  sedangkan  sitensis dari polifenol lebih berperan di tanah hutan tertentu.

Bahan humat terdiri atas tiga bentuk yaitu asam humat, asam fulfat, dan humin :

1.         Asam humat ; merupakan fraksi dari bahan humat ini tidak larut di dalam air di bawah kondisi asam (pH < 2), tetapi larut pada pH yang lebih tinggi. Asam ini dapat diekstraksi dari tanah dengan berbagai pereaksi dan asam ini tidak larut di dalam asam encer.  Asam humat adalah komponen dapat diekstrak utama pada bahan humat tanah.  Asam ini berwarna coklat gelap sampai hitam.

2.         Asam fulfat ; merupakan fraksi dari bahan humat ini larut dalam air di bawah semua kondisi pH.  Asam ini tetap berada di dalam larutan setelah asam humat diihilangkan melalui pengasaman. Asam fulfat berwarna kuning muda sampai coklat kuning.

3.         Humin ; merupakan fraksi bahan humat ini tidak larut di dalam air (pada semua pH) dan tidak larut di dalam basa. Humin berwarna hitam.

C.   MANFAAT BAHAN HUMAT

1.        Asam humat

Berdasarkan struktur molekulnya,  asam humat dapat memberikan banyak manfaat pada produksi tanaman. Asam humat membantu pemisahan liat dan tanah padat, membantu mentransfer unsur hara mikro dari tanah ke tanaman, meningkatkan retensi air, meningkatkan laju perkecambahan benih dan penetrasi akar, dan merangsang perkembangan  populasi mikroflora di dalam tanah.

Asam humat murni  bukanlah suatu pupuk, tetapi dapat dimanfaatkan sebagai pelengkap  pupuk. Asam humat terutama membantu berpindahnya hara mikro dari tanah ke tanaman, dan manfaatnya  telah terbukti  di lapangan.

Asam humat dapat meningkatkan pertumbuhan tanaman melalui beberapa cara yaitu:  memantapkan  agregat tanah, penetrasi air, transfer unsur hara mikro, dan  penghilangan air tanah

a.    Memantapkan  agregat tanah

Tanah-tanah dengan kandungan liat tinggi dapat menjadi padat dan kompak sehingga dapat menahan perakaran tanaman. Dua alasan yang diajukan adalah:

1)   Garam di dalam tanah menetralkan muatan negatif sehingga partikel liat menjadi terpisah satu sama lain. 

2)   Persentase liat di dalam tanah sangat tinggi sehingga muatan positif pada sisi  suatu partikel liat berkombinasi dengan muatan negatif pada permukaan datar yang lain, membentuk suatu struktur tiga dimensi struktur yang ketat

Dalam pembentukan agregat, asam humat bertindak sebagai agen pengikat tanah yang mengikat partikel koloid liat menjadi mikroagregat.

b.   Meningkatkan penetrasi Air

Asam humat menyebabkan partikel liat berada di ujung asam humat, dengan demikain air dapat berpenetrasi di antara partikel liat tersebut.  Fenomena di atas dapat  terjadi melalui  dua cara dua yaitu :

1)   Asam humat dapat mensegregasi garam dan memindahkannya dari permukaan partikel liat. Muatan negatif total yang dihasilkan menyebabkan partikel terlepas satu sama lain, dan mejadikan struktur tanah lebih remah.

2)   Gugus karboksil pada molekul asam humat terikat pada sisi partikel yang bermuatan positif. Ikatan ini menghilangkan  gaya tarik antara muatan positif di sisi suatu partikel dengan muatan negatif pada  permukaan datar dari partikel  lain.

Fenomena tersebut, disebut aksi koloidal, akan meremahkan tanah, memudahkan akar menembus tanah. Pengaruh asam humat pada tanah berliat  terlihat lebih jelas pada jangka waktu yang panjang. Pada tanah liat berat, efek tersebut akan terlihat setelah enam bulan atau lebih. 

c.    Transfer unsur hara mikro

Asam humat memiliki kapasitas tukar kation tinggi.  Pengambilan ion oleh asam humat bergantung pada ketersediaan suatu ion untuk menggantikan posisi ion yang dilepaskan.  Asam humat dapat memegang kation sehingga kation dapat diserap oleh akar tanaman, memperbaiki  pertukaran unsur hara mikro dan memindahkannya  pada sistem perakaran tanaman.

Karena sistem perakaran bermuatan negatif,  asam humat bergerak mendekati akar sehingga muatan negatif akar melebihi muatan negatif asam humat. Hara mikro dilepaskan dari molekul asam humat dan masuk ke membran akar.  Asam humat dan hara mikro di permukaan akar diserap dan memasuki sistem metabolisme tanaman. Dengan demikian asam humat berperan penting sebagai medium pengangkut unsur hara dari tanah ke tanaman. Ion positif lebih mudah diserap akar tanaman. Asam humat memegang kation sehingga kation dapat dengan mudah diserap oleh akar tanaman dan meningkatkan pemindahan hara mikro ke sistem perakaran tanaman.

d.   Penghilangan Air tanah

Asam humat menghambat penguapan air dari tanah. Ini penting di dalam tanah terutama jika liat tidak tersedia atau hanya ada pada konsentrasi rendah, di daerah kering, dan di tanah berpasir tanpa kemampuan untuk menahan  air.

Dengan adanya air, sebagian kation yang diadsorpsi oleh asam humat akan terionisasi dan kation ini sedikit menjauhi sisi oksidasi asam humat. Keadaan ini memperbaiki kembali sebagian  gaya tarik ion positif yang terikat. 

Air adalah suatu molekul dipolar dan bermuatan netral, ujung molekul air mengandung atom oksigen yang berikatan lemah dengan ion. Hidrogen atau ujung  negatif molekul air  secara parsial dinetralkan, dan  meningkatkan daya tarik menarik sisi postitif ion  hidrogen tersebut. Oksigen dari molekul air lain terikat dengan ujung molekul  hidrogen  sampai  gaya tarik molekul air terlepas.

Keadaan tersebut mengurangi laju penguapan sekitar 30%. Asam humat dengan nyata dapat berpengaruh terhadap pengurangan penguapan air dan peningkatan penggunaan air oleh tanaman pada tanah tidak berliat, kering, dan tanah-tanah berpasir.

e.    Menstimulasi perkembangan mikroorganisme

Asam humat merupakan sumber fosfat dan karbon yang dapat menstimulasi populasi mikroflora dan merupakan tempat untuk mikroflora berkolonisasi. Bakteri mengeekskresikan  enzim yang bertindak sebagai katalisator, membebaskan kalsium dan fosfor dari fosfat kalsium yang tidak dapat larut, serta besi dan fosfor dari senyawa fosfat besi yang tidak dapat larut.  Unsur kalsium, fosfor, dan besi yang dibebaskan akan  diserap oleh asam humat sehingga  unsur-unsur tersebut hanya sedikit  tersedia untuk bakteri.

Selanjutnya, bakteri  distimulasi untuk mengeluarkan enzim secara berlebih yang akan membebaskan kalsium, besi,  fosfor, sampai kebutuhan  asam humat dan bakteri akan ketiga unsur di atas tercukupi. Dengan cara yang sama, unsur hara mikro juga dikonversi menjadi bentuk yang lebih mudah  digunakan oleh tanaman.

f.     Perkecambahan Benih 

Pengaruh asam humat pada perkecambahan benih sama dengan pengaruh pada tanaman yang telah berakar. Asam humat, membawa unsur hara mikro dan air ke dalam benih melalui pori-pori, kemudian merangsang pertumbuhan.

Mekanisme pemindahan nampaknya sama seperti mekanisme untuk IBA (indole butyric acid)   tetapi mekanisme  yang tepat belum diketahui. Dengan adanya asam humat, tidak hanya kecepatan berkecambah yang meningkat, tetapi juga persentase perkecambahan.    

g.    Efisiensi Penggunaan Pupuk

Asam humat dapat digunakana bersamaan dengan pupuk karena asam  humat  mampu menyerap komponen pupuk dan meningkatkan pelepasan mereka ke  tanaman. Jika penggunaan pupuk dan asam humat dilakukan secara bijaksana, kesuburan tanah dengan kandungan bahan organik rendah, dan pada tanaman yang tumbuh didaerah kering   akan meningkat.

2.    Peran bahan humat dalam agregasi tanah

Jika bahan humat dari tempat yang berbeda memiliki struktur yang sama, mengapa terdapat efisiensi ganda dari asam humat dan asam fulfat di tanah temperat dan tropis?  Hal tersebut tergantung dari jumlahnya. Asam humat  lebih memperbaiki sifat tanah temperate daripada tanah tropis karena  jumlah nya lebih besar di tanah temperate. 

Dengan cara yang sama, asam fulfat memperlihatkan performa yang lebih baik di tanah tropis karena kandungan asam tersebut di tanah tropis lebih besar daripada tanah temperat. Salah satu alasan mengapa asam fulfat lebih banyak di tanah tropis karena kecepatan turnover bahan organik lebih tinggi. Degradasi genesis bahan humat, menyebabkan asam humat dikonversi menjadi asam fulfat, dan hal ini lebih intensif terjadi di tanah tropis daripada tanah temperate.

Beberapa teori (masih diperdebatkan) mengenai peran asam humat dan fulfat dalam agregasi adalah:

a.    Asam fulfat lebih baik daripada asam humat karena asam fulfat lebih kecil, memiliki muatan lebih banyak dan lebih polar daripada asam humat (Gambar 4)

b.    Asam humat berukuran besar sehingga tidak efektif sebagai agen pengikat, gugus fungsi tidak cukup  bebas untuk terikat pada partikel liat (Gambar 5)

c.    Asam fulfat lebih asam dari asam humat karena mengandung gugus fungsi karboksilik yang lebih banyak. Bersama dengan gugus karboksiloik, gugus fenolik –OH merupakan faktor utama dalam kapasitas tukar kation bahan organik, sama halnya dengan pembentukan kompleks dengan logam. Gugus karboksil lebih reaktif daripada gugus fenolik-OH karena gugus karboksil lebih mudah berdisosiasi.

Penelitian sebelumnya menunjukkan bahwa asam humat lebih baik dari asam fulfat. Beberapa hasil penelitian mengungkapkan bahwa bahan humat di agregat yang stabil memiliki berat lebih tinggi  (> 100000)  daripada bahan humat di agregat tidak stabil. Bahan dengan berat molekul tinggi ini didominasi oleh asam humat, dan bahwa gugus fenolik-OH disini bersifat lebih efektif daripada gugus karboksil dalam mendukung kestabilan agregat.