Mikrobioma dan Penyediaan Hara bagi Tanaman PDF

MIKROBIOMA UNTUK PENYEDIAAN HARA TANAMAN Irfan D.Prijambada Profesor Mikrobiologi Pertanian  HARA YANG DIPERLUKAN TANAMAN Hara Makro UNSUR SIMBOL...

MIKROBIOMA UNTUK PENYEDIAAN HARA TANAMAN Irfan D.Prijambada Profesor Mikrobiologi Pertanian  HARA YANG DIPERLUKAN TANAMAN Hara Makro UNSUR SIMBOL BENTUK YANG DISERAP KANDUNGAN TANAMAN DALAM TANAMAN Nitrogen N NO3-, NH4+ 4,0% Fosfor P PO43-, HPO42-, H2PO4- 0,5% Kalium K K+ 4,0% Magnesium Mg Mg2+ 0,5% Sulfur S SO42- 0,5% Kalsium Ca Ca2+ 1,0%  HARA YANG DIPERLUKAN TANAMAN Hara Mikro UNSUR SIMBOL BENTUK YANG DISERAP KANDUNGAN TANAMAN DALAM TANAMAN Besi Fe Fe2+, Fe3+ 200 ppm Mangaan Mn Mn2+ 200 ppm Seng Zn Zn2+ 30 ppm Tembaga Cu Cu2+ 10 ppm Boron B BO32-, B4O72- 60 ppm Molibdenum Mo MoO42- 2 ppm Klorin Cl Cl- 3000 ppm  HARA YANG DIPERLUKAN TANAMAN Unsur penting tetapi tidak sebagai pupuk UNSUR SIMBOL BENTUK YANG DISERAP KANDUNGAN DALAM TANAMAN TANAMAN Karbon C CO2 40% Hidrogen H H2O 6% Oksigen O O2, H2O 40%  HARA MAKRO Fungsi nitrogen dalam tumbuhan a) Penyusun asam amino, protein, enzim, asam nukleat, dan klorofil b) Nisbah C/N, nisbah karbohidrat/protein - Nisbah C/N tinggi, tumbuhan memilih reproduktif - Nisbah C/N rendah, tumbuhan memilih tumbuh vegetatif c) Dibutuhkan untuk pertumbuhan cepat, dan memberi warna hjau pada tumbuhan d) Transaminasi NO3- → NH4+ → Asam glutamat → asam amino lainnya → Protein  HARA MAKRO Defisiensi dan keracunan nitrogen pada tumbuhan a) Defisiensi a)Pertumbuhan terhambat b)Daun tua menguning b) Keracunan/kelebihan a) Pemanjangan bagian atas tumbuhan b) Daun berwarna gelap, berair dan empuk  HARA MAKRO Gejala kekurangan nitrogen pada tumbuhan Daun muda Pergerakan asam amino Daun tua Daun tua (di bagian bawah) menjadi menguning karena nitrogen bergerak ke atas, ke arah daun yang muda  HARA MAKRO Pupuk nitrogen untuk tumbuhan Amonium nitrat (NH4NO3) Kalsium nitrat (Ca(NO3)2 Kalium nitrat (KNO3) Urea (CO(NH2)2 a) Sebagian besar tumbuhan menyukai campuran NH4+ dan NO3- b) Pupuk organik (pupuk kandang dan kompos) secara lambat melepaskan NH4+ dan NO3- c) Pupuk nitrogen juga bisa diberikan melalui daun HARA MAKRO Nitrogen Pupuk Hewan N2 Tampungan Petir Udara Nitrogen Tumbuhan 78% Tanah Fiksasi oleh mikroba NH4+ NO3_ Pelindian  HARA MAKRO Nitrogen a)Fiksasi Nitrogen Transformasi N udara menjadi bentuk nitrogen yang dapat diserap oleh tumbuhan Dilakukan oleh bakteri penambat nitrogen: Rhizobium (simbiotik) ditemukan di akar tumbuhan leguminosa (kacang-kacangan, kedelai) Azotobacter, Beijerinckia, Klebsiella, Cyanobacteria (non-simbiotik)  HARA MAKRO Nitrogen a)Fiksasi Nitrogen Transformasi N udara menjadi bentuk nitrogen yang dapat diserap oleh tumbuhan Dilakukan oleh bakteri penambat nitrogen: Rhizobium (simbiotik) ditemukan di akar tumbuhan leguminosa (kacang-kacangan, kedelai) dan Frankia Azotobacter, Beijerinckia, Klebsiella, Cyanobacteria (non-simbiotik)  HARA MAKRO Nitrogen a)Fiksasi Nitrogen Dilakukan oleh bakteri penambat nitrogen anaerob: Clostridium, Desulfovibrio, Purple-sulphur bacteria, Purple-non- sulphur bacteria, Green sulphur bacteria Bakteri penambat nitrogen asosiatif: Azospirillum PROSES TRANSFORMASI NITROGEN MENJADI NITRAT DI DALAM TANAH MIKROBIA PENAMBAT NITROGEN SIMBIOTIK Mikrobia penambat nitrogen simbiotik membentuk struktur khas yang disebut nodule (bintil). Ada mikrobia yang membentuk bintil akar (root nodule), namun ada juga yang membentuk bintil batang (stem nodule). Bintil akar: Kelompok Rhizobium dengan tanaman legume: kedelai, kacang tanah Bintil batang: Azorhizobium caulinodans dengan tanaman Sesbania rostrata Nodule (bintil akar) pada kedelai Nodule (bintil akar) pada kedelai Stem nodule (bintil batang) pada yang bagus yang tidak bagus Sesbania sp Sumber: Sumber: https://www.ilsoyadvisor.com/on- https://www.reed.edu/biology/Nitrogen/ farm/ilsoyadvisor/soybean-nodules-and-nitrogen-demand Nfix1(legumes).html  Azolla-Anabaena Azolla adalah tumbuhan paku-pakuan air yang berasosiasi secara simbiotik dengan cyanobacteria penambat nitrogen, Anabaena azollae. Azolla terdapat di berbagai habitat air, misalnya sawah, sungai. Azolla termasuk dalam family Saliviniaceae Azolla yang bersimbiosis dengan Anabaena dapat dimanfaatkan sebagai pupuk hayati (biofertiliser) nitrogen bagi tanaman. Azolla juga dapat dimanfaatkan dalam fitoremediasi untuk menyerap logam-logam berat.  Simbiosis Azolla- Anabaena akan saling menguntungkan. Anabaena akan menyumbangkan nitrogen yang diperlukan oleh tanaman Azolla, sedangkan Azolla memberikan lingkungan mikro yang diperlukan oleh Anabaena. Sumber: http://theazollafoundation.org/azolla/the-azolla-anabaena- symbiosis-2/ PERAIRAN TERCEMAR HARA NITROGEN  HARA MAKRO Fosfor a) Di dalam tanah a) Mineral apatit [Ca5F(PO4)3], ditemukan secara alami b) Bersifat relatif stabil c) Mobilitas (kelarutan) rendah, pemberian di atas permukaan tanah kurang efektif b) Fungsi bagi tumbuhan a) Penyusun asam nukleat (DNA, RNA), b) Penyusun fosfolipida c) Penyusun senyawa berenergi (ADP, ATP) c) Benih mengandung P tinggi  HARA MAKRO Defisiensi dan keracunan fosfor pada tumbuhan a) Unsur P bersifat mudah bergerak di dalam jaringan tumbuhan (Defisiensi terjadi di daun tua) b) Defisiensi: daun berwarna tua, di daun tua warna menjadi agak ungu c) Kelebihan: menyebabkan defisiensi Zn, Cu, Fe, dan Mn SUMBER FOSFOR Sumber fosfor adalah batuan yang mengandung mineral apatit atau hidroksi apatit. Fosfor terbebas dari batuan ketika batuan tersebut mengalami pelapukan.  Mikrobia Pelarut Phosphat Beberapa kelompok mikrobia pelarut P: Phosphate-solublising Bacteria (PSB) Phosphate-solubilising Fungi (PSF) Phosphate-solubilising Actinomycetes (PSA) Diagram proses pelarutan P oleh mikrobia pelarut P: PSB, PSF, dan PSA. Sumber: Tian, J.; Ge, F.; Zhang, D.; Deng, S.; Liu, X. Roles of Phosphate Solubilizing Microorganisms from Managing Soil Phosphorus Deficiency to Mediating Biogeochemical P Cycle. Biology 2021, 10, 158. https://doi.org/10.3390/ biology10020158  Mikrobia Pelarut Phosphat Bakteri Fungi Azotobacter Aspergillus Bacillus Cephalosporium Burkholderia Penicillium Enterobacter Fusarium Erwinia Alternaria Kushneria Cladosporium Paenibacillus Sclerotium Ralstonia Trichoderma Proses pelarutan fosfat terjadi sejalan dengan pelarutan logam Gluconic acid Acetic acid  Pelarut Ca-Fosfat Pelarut Al-Fosfat Pelarut Al-Fosfat Perbedaan penghasilan asam organik oleh bakteri pelarut fosfat  HARA MAKRO Fosfor, Penyebarannya “KLIK AWANNYA” Air hujan melarutkan fosfor yang terlepas dari batuan dan menyebarkannya. “KLIK AWANNYA”. P P PP P Fosfor yang masuk ke air dan kemudian ke dalam tanah diserap oleh akar tanaman. DAUR FOSFOR ‘KLIK AKAR TUMBUHAN“ Tumbuhan menyerap fosfor terlarut melalui akar. Dengan demikian tumbuhan dapat memenuhi kebutuhan untuk mensintesis DNA, ATP, dan fosfolipidanya Siput sebagai konsumen pertama P P mendapatkan fosfor melalui P konsumsi tumbuhan. P P Mikroba dekomposer mendaurkan lebih lanjut sisa mahluk hidup yang P telah mati. CAMPUR TANGAN MANUSIA Daur Fosfor terganggu oleh campur tangan manusia melalui pemberian pupuk fosfat dalam rangka peningkatan produksi tanaman.  HARA MAKRO Pupuk fosfor untuk tumbuhan Superfosfat Single superphosphate (8.6% P): CaH4(PO4)2 Triple superphosphate (20% P): CaH4(PO4)2 Amonium fosfat:(NH4)2PO4, NH4HPO4 Tulang Bentuk yang bisa diserap tumbuhan: PO43-, HPO42-, H2PO4- Serapan P dipengaruhi pH PENGARUH PEMBERIAN PUPUK FOSFOR TERHADAP LINGKUNGAN PERAIRAN Fosfor yang dimaksudkan untuk meningkatkan produksi tanaman seringkali tercuci larut oleh air hujan dan masuk ke sungai, telaga, dan danau. HENTIKAN HUJANNYA BUAT HUJAN P P Fosfor yang masuk ke dalam sungai, telaga, P P P atau danau menjadi “pupuk”bagi alga yang P P hidup di sungai, telaga, atau danau tersebut dan menyebabkannya tumbuh sangat hebat. Hal yang sering disebut sebagai “algal blooms”. Ketika alga tersebut mati, dekomposisi bahan penyusun tubuh alga memerlukan oksigen yang mengakibatkan ketidaktersediaan oksigen bagi mahluk hidup lain seperti ikan. PERAIRAN TERCEMAR HARA FOSFOR PERAIRAN TERCEMAR HARA FOSFOR ALGAL BLOOM  HARA MAKRO Kalium 1) Di dalam tanah - Dalam jumlah besar/konsentrasi tinggi di tanah mineral - kensentrasi rendah di tanah organik 2) Fungsi - Aktivator enzim - Regulator pergerakan air melewati membran dan stomata (Fungsi sel penjaga)  HARA MAKRO Defisiensi dan keracunan pada tumbuhan serta pemupukan kalium 3) Defisiensi dan keracunan - Defisiensi: Pinggiran daun mengalami nekrosis dan mengalami pencoklatan Daun yang lebih tua lebih terpengaruh - Keracunan: Ujung daun dan tepi daun mengalami nekrosis 4) Pupuk - Kalium klorida (KCl) - kalium sulfat (K2SO4) - Kalium nitrat (KNO3) TEPI DAUN YANG MENGALAMI NEKROSIS KARENA DEFISIENSI KALIUM DEFISIENSI MAKRONUTRIEN (N, P, K) PADA SLADA Kontrol -N -P -K -N, P, K DEFISIENSI MAKRONUTRIEN (N, P, K) PADA KACANG Kontrol -N -P -K -N, P, K  HARA MAKRO Kalsium 1) Di dalam tanah - Ada dalam jumlah besar - Mempengaruhi ketersediaan ion lain 2) Fungsi di dalam tumbuhan - Penyusun dinding sel - Terlibat dalam fungsi membran sel - Dalam bentuk kalsium pektat Kalsium pektat adalah senyawa yang tidak larut dalam jaringan tumbuhan  HARA MAKRO Defisiensi dan keracunan kalsium pada tumbuhan 1) Defisiensi dan keracunan - Gejala defisiensi pada daun muda dan trubus baru kerdil, daun mengalami distorsi, titik-titik nekrosis, layu ujung pertumbuhan, busuk di pangkal buah - Belum ditemukan gejala keracunan Ca 2) Pemupukan - Bubuk CaCO3·MgCO3 - Kapur (CaCO3), Gipsum (CaSO4) - Superfosfat - Bubuk tulang BUSUK DI PANGKAL BUAH PADA TANAMAN TOMAT KARENA DEFISIENSI CA PENGARUH KALSIUM PADA INDUKSI AKAR STEK MAWAR  HARA MAKRO Belerang 1) Di dalam tanah - Dalam bentuk pirit (FeS2), sulfida (Kompleks S-mineral), sulfat (mengandung SO42-) - Sebagian besar berada dalam bahan oorganik - Hujan asam mengandung sulfur 2) Fungsi bagi tumbuhan - Penyusun asam amino (metionin, sistein) - Penyusun koenzim dan vitamin - Menentukan aroma kuat (bawang merah, bawang putih)  HARA MAKRO Defisiensi dan keracunan belerang pada tumbuhan 3) Defisiensi dan keracunan - Defisiensi: menguning pada tumbuhan muda (S tidak mobile) - Keracunan: Belum pernah teramati 4) Pupuk - Gipsum (CaSO4) - Magnesium sulfat (MgSO4) - Amonium sulfat [(NH4)2SO4] - Elemental sulfur (S)  HARA MAKRO Magnesium 1) Di dalam tanah - Dalam bentuk kation dapat ditukar (Mg2+) - Mirip dengan Ca2+ sebagai kation 2) Fungsi dalam tumbuhan - Komponen utama molekul klorofil - Kofaktor pada beberapa enzim  HARA MAKRO Defisiensi dan keracunan magnesium pada tumbuhan 3) Defisiensi dan keracunan - Defisiensi: Klorosis di jaringan angkut daun tumbuhan tua (Mg sangat tidak mobile) - Kelebihan: menyebabkan defisiensi Ca, K 4) Pupuk - Dolomit (campuran CaCO3·MgCO3) - Garam Epsom (MgSO4) - Magnesium nitrat [Mg(NO3)2] - Magnesium sulfat (MgSO4) GEJALA DEFISIENSI MAGNESIUM Klorosis di jaringan angkut daun tua  HARA MIKRO Besi (Fe) Mangaan (Mn) Boron (B) Zinc (Zn) Molibdenum (Mo) Tembaga (Cu) Khlorine (Cl) Biasanya tercukupi oleh kandungan senyawa tersebut dalam air irigasi. Defisiensi dan keracunan terjadi pada pH ekstrim PENGARUH PH TERHADAP KETERSEDIAAN NUTRIEN  HARA MIKRO Besi - Penyusun sitokrom, sistem yang diperlukan untuk fotosintesis - Dibutuhkan untuk fiksasi nitrogen (nitrat reduktase) dan respirasi - Defisiensi Gejala: Klorosis jaringan angkut pada tumbuhan muda Fe tidak mobile Klorosis karena defisiensi besi terjadi pada pH tinggi Penanganan 1) Menggunakan pengkhelat 2) Menurunkan pH Pengkhelat besi GEJALA KEKURANGAN HARA BESI 1 2 3 4 A B 1-Piggyback Plant, 2- Petunia, 3-Silver Maple, 4-Rose (A-normal, B-Fe-deficient) KERACUNAN MIKRONUTRIEN B Cu Fe Mn Mo Zn Kontrol 0.25 0.5 1 2 3 4 5 6 Konsentrasi (mM) GEJALA KEKURANGAN MOLIBDENUM PADA POINSETTIA TERIMAKASIH