ANALISIS PENGARUH SULFUR TERHADAP PERTUMBUHAN TANAMAN
Latar Belakang
Setiap tanaman memerlukan paling sedikit 16 unsur atau zat hara agar pertumbuhannya normal. Dari ke-16 unsur tersebut, 3 unsur (karbon, hidrogen, dan oksigen) diperoleh dari udara, sedangkan 13 unsur lagi disediakan oleh tanah. Unsur esensial bagi tanaman tersebut dibedakan lagi ke dalam unsur makro dan mikro, dimana unsur makro merupakan unsur yang dibutuhkan dalam jumlah besar, dan mikro merupakan unsur yang dibutuhkan dalam jumlah sedikit. Untuk dapat tanaman tumbuh dengan normal, maka kesemua unsur esensial tersebut harus terpenuhi.
Salah satu unsur hara makro esensial bagi tanaman yang akan dibahas pada makalah ini adalah unsur hara belerang/ sulfur (S). Sulfur merupakan salah satu unsur yang banyak dibutuhkan oleh tanaman. Sulfur memiliki fungsi dan peran penting, yang mana pemenuhannya bagi tanaman harus dengan jumlah yang sesuai kebutuhan. Salah satu peran penting sulfur bagi tanaman yaitu untuk pembentukan asam amino. Apabila tanaman mengalami kekurangan ataupun kelebihan unsur S, maka tanaman tersebut akan mengalami atau menimbulkan gejala-gejala ketidak normalan yang dapat mempengaruhi pertumbuhan tanaman. Untuk itu sangat penting mempelajari dan membahas lebih lanjut mengenai unsur sulfur, baik fungsi dan perananannya bagi tanaman, keterkaitannya dengan pertumbuhan tanaman, serta gejala yang ditimbulkan apabila tanaman mengalami kekurangan atau kelebihan sulfur.
Unsur Hara Sulfur
Unsur sulfur lebih dikenal dengan nama belerang. Sulfur bisa didapatkan dalam tanah dengan dua bentuk utama, yaitu bentuk organik dan bentuk anorganik. Unsur ini diserap oleh tanaman hampir seluruhnya dalam bentuk ion sulfat (S042-) dan hanya sejumlah kecil sebagai gas belerang (SO2) yang diserap langsung dari tanah dan atmosfir. Berdasarkan bentuknya di dalam tanah, S dapat dikelompokkan menjadi sulfat organik, sulfat terlarut, sulfat terabsorpsi, S-elemen, dan sulfida. Sulfur merupakan bagian (constituent) dari hasil metabolisme senyawa-senyawa kompleks.
Unsur sulfur selain bisa didapat dalam tanah, juga terdapat dalam pupuk. Misalnya dalam pupuk ZA dan ponska. Dalam pupuk ZA, di dalamnya terdapat kandungan unsur N dan S, yang mana kandungan unsur nitrogennya (N) sebesar 21% dan sulfur (S) sebesar 24%. Sedangkan dalam pupuk ponska (15, 15, 15, 10), unsur sulfurnya terkandung sebesar 10%. Unsur hara sulfur merupakan salah satu unsur hara makro yang dibutuhkan oleh tanaman.
Fungsi Unsur Hara Sulfur bagi Tanaman
Pada umumnya sulfur atau belerang dibutuhkan tanaman dalam pembentukan asam amino beberapa jenis protein dalam bentuk cystein, methionin serta thiamine. Disamping itu S juga merupakan bagian dari biotin, tiamin, ko-enzim A dan glutationin. Diperkirakan 90% S dalam tanaman ditemukan dalam bentuk asam amino, yang salah satu fungsi utamanya adalah penyusun protein yaitu dalam pembentukan ikatan disulfida antara rantai-rantai peptida.
Sulfur juga berfungsi sebagai aktivator, kofaktor atau regulator enzim dan berperan dalam proses fisiologi tanaman. Selain fungsi yang dikemukakan di atas, peranan S dalam pertumbuhan dan metabolisme tanaman sangat banyak dan penting, diantaranya yaitu merupakan bagian penting dari ferodoksin, suatu komplex Fe dan S yang terdapat dalam kloroplas dan terlibat dalam reaksi oksidoreduksi dengan transfer elektron serta dalam reduksi nitrat dalam proses fotosintesis. Sulfur terdapat dalam senyawa-senyawa yang mudah menguap yang menyebabkan adanya rasa dan bau pada rumput-rumputan dan bawang-bawangan. Sulfur dikaitkan pula dengan pembentukan klorofil yang erat hubungannya dengan proses fotosintesis dan ikut serta dalam beberapa reaksi metabolisme seperti karbohidrat, lemak dan protein. Sulfur juga dapat merangsang pembentukan akar dan buah serta dapat mengurangi serangan penyakit.
Lebih jelasnya fungsi dan peran sulfur bagi tanaman, dapat dituliskan sebagai berikut:
Berperan dalam pembentukan bintil-bintil akar.
Merupakan unsur yang penting dalam beberapa jenis protein dalam bentuk cystein, methionin serta thiamine.
Membantu pertumbuhan anakan produktif.
Membantu pembentukan butir hijau daun.
Berperan dalam pembentukan klorofil serta meningkatkan ketahanan terhadap jamur.
Pada beberapa jenis tanaman antara lain berfungsi membentuk senyawa minyak yang menghasilkan aroma dan juga aktifator enzim membentuk papain.
Sebagian besar sulfur di dalam tanah berasal dari bahan organik yang telah mengalami dekomposisi dan sulfur elemental (bubuk/ batu belerang) dari aktivitas vulkanis. Sulfur yang larut dalam air akan segera diserap tanaman, karena unsur ini sangat dibutuhkan tanaman terutama pada tanaman-tanaman muda.
Keterkaitan Unsur Hara Sulfur bagi Pertumbuhan Tanaman
Unsur hara Sulfur (S) bersama dengan kalsium dan magnesium merupakan hara tanaman sekunder. Hal ini berarti Sulfur dibutuhkan tanaman dalam jumlah banyak tetapi lebih sedikit dari unsur Nitrogen (N), Phosphosr ( P), dan kalium (K). Menurut Goeswono Soepardi (1983) S merupakan penyusun asam amino metionin dan sistein. Struktur protein dalam tanaman sebagian besar ditentukan oleh gugusan S. Unsur ini juga dikenal sebagai hara penting yang diperlukan untuk produksi khlorofil karena pada umumnya S yang dibutuhkan untuk pertumbuhan optimal tanaman bervariasi antara 0.1 sampai 0.5% dari bobot kering tanaman (Marschner, 1995).
Unsur Hara Sulfur dalam Tanah
Total S dalam tanah bervariasi mulai dari sangat sedikit sampai dengan 1000 mg S kg-1 tanah (0.1%), nilai yang lebih tinggi dapat ditemui pada tanah-tanah bermasalah seperti tanah salin dan tanah sulfat masam (Fox, 1986). Sulfur dalam tanah terdapat dalam bentuk organik dan anorganik. Bentuk S anorganik penting ada dalam tanah sebab sebagian besar sulfur diambil oleh tanaman dalam bentuk SO42-(sulfat), begitu juga bentuk S organik juga penting ada dalam tanah karena dapat meningkatkan total S tanah (Schulte, 2012). Hampir semua sulfur dalam tanah tropis yang tidak dipupuk terdapat dalam bentuk organik. Kadar S dalam tanah bervariasi dan dipengaruhi oleh penambahan sulfur dari bahan organik, air irigasi, udara, pupuk dan pestisida. Sulfur diserap oleh tanaman dalam bentuk sulfat (SO42-) dan hanya sebagian kecil sulfur dalam bentuk gas SO2 yang diserap langsung oleh tanaman dari tanah dan atmosfer.
Bentuk S tersebut merupakan S anorganik yang bersifat aktif di dalam tanah. Sulfur anorganik dihasilkan dari dekomposisi senyawa organik yang mengandung S dan dari pupuk pembawa S (Nurman, 2013). Bentuk sulfur anorganik yaitu SO42- terlarut, SO42- terjerap, SO42- tak larut dan S anorganik tereduksi. SO42- terlarut dan terjerap merupakan fraksi sulfur yang dapat tersedia bagi tanaman (Tisdale et.al, 1985).
Gambar 1. Siklus Sulfur di Alam
Ketersediaan S dalam tanah tergantung pada beberapa faktor terutama redoks potensial tanah, kandungan bahan organik, aktivitas mikroorgnisme tanah, kualitas air pengairan dan air hujan (Blair et.al., 1986). Penambahan sulfur baik yang berasal dari bahan organik maupun anorganik pada beberapa sistem pertanian dapat meningkatkan bahan organik, total sulfur organik, dan mineralisasi S. Tanaman mendapatkan sulfat tersedia selain dari tanah dan pupuk yang membawa S juga mendapatkan sulfur dari air pengairan, air hujan, dan udara. Oleh karena itu untuk menduga kebutuhan sulfur tanaman dalam rangka penentuan dosis pupuk tidak cukup hanya berdasarkan pengamatan S tanah. Dalam keadaan anaerob seperti pada lahan sawah yang tergenang terjadi reduksi
sulfat menjadi sulfida. Menurut Anwar (2000), bahwa sulfat bertendensi tidak mantap dalam lingkungan anaerobik. Reduksi sulfat menjadi sulfida (H2S) oleh bakteri Desulvovibrio desulfuricans, yang selanjutnya bereaksi dengan ion Fe2+ dalam larutan dan membentuk ferro sulfida (FeS) atau "macknawite", kemudian bereaksi dengan sulfur (S) dan menghasilkan
FeS2 (ferro disulfida) dengan reaksi sebagai berikut :
1. Fe(OH)2 + H2S FeS + 2 H2O
2. FeS + S +e FeS2
Reaksi tersebut berkaitan dengan oksidasi bahan organik (elektron donor atau proton donor) atau respirasi yang memerlukan alternatif elektron akseptor (Oksigen, Nitrat, Oksida mangan, besi, sulfat yang akan direduksi). Reaksi tersebut akan mengakibatkan berkurangnya sulfat tersedia bagi tanaman di dalam tanah. Sulfat dalam tanah aerob dapat tereduksi oleh bakteri membentuk H2S yang pada gilirannya akan bereaksi dengan logam -logam berat menghasilkan sulfida-sulfida yang sangat tidak larut. Selain itu, tingginya kandungan Ca2+ pada tanah dapat mengurangi kelarutan SO42-(Engelstad, 1997). Oleh karena itu pada tanah-tanah alkalin dan tanah yang dikapur berlebihan tanaman sering mengalami kekurangan sulfur. Senyawa organik yang dilepaskan eksudat akar dan mikroba memegang peranan penting dalam menentukan ketersediaan ion sulfat dalam tanah. Kimura et.al. (1991) menyatakan bahwa ion sulfat dalam tanah akan direduksi oleh H2 yang berasal dari eksudat dan H2 yang dilepaskan oleh bahan organik. Sejumlah sulfur ditemukan pada permukaan horizon dalam bentuk S organik. Secara umum S organik pada top soil permukaan lebih tinggi dari pada subsoil.
Secara umum jumlah S yang termineralisasi dari tanah secara tidak langsung berhubungan dengan tipe tanah, C, N atau S, C:N, N:S, C:S rasio, pH tanah, atau N yang termineralisasi. Rasio C:S menunjukkan ukuran kemudahan bahan organik melepaskan sulfat ke dalam tanah. Freney (1986) mengemukakan bahwa SO42+ dilepaskan dari bahan organik pada saat C:S rasio dibawah 200 dan diimobilisasi saat rasio lebih besar dari 400. Immobilisasi dan mineralisasi terjadi keduanya pada saat rasio antara 200 dan 400. Oleh karena itu, pupuk organik yang akan diberikan harus telah dikomposkan terlebih dahulu sehingga nilai rasio C:S nya dibawah 200.
Contoh Fungsi Sulfur Bagi Tanaman Padi
Belerang (sulfur) pada padi diperlukan untuk sintesis asam amino cystein, methionin, dan thiamine, yang selanjutnya membentuk protein. Selain itu sulfur juga sangat membantu perkembangan pucuk, akar dan anakan.
Padi sawah yang mengalami kekurangan sulfur umurnya lebih panjang dengan persentase kehampaan gabah yang tinggi, untuk mengatasi kekahatan sulfur pada padi, perlu dilakukan upaya perbaikan kualitas dan produktivitas tanah melalui pemberian pupuk anorganik dan pupuk organik.
Salah satu sumber S anorganik yang baik untuk padi sawah adalah pupuk amonium sulfat [(NH4)2SO4] karena dapat memasok S yang tersedia bagi tanaman, yaitu sulfat (SO42-).
Transformasi Unsur Hara Sulfur Pada Daur Belerang dan Jalur Penyerapan Tanaman
Gambar 2. Siklus Sulfur pada Daur Belerang
Belerang di dalam tanah didapatkan dari sisa-sisa tanaman, kotoran hewan, pupuk sulfur dan sulfat (SO42-) dan juga hujan asam. Bahan organik tanah yang tersusun dari dekomposisi sisa-sisa tanaman dan kotoran hewan yang kemudian dioksidasi oleh bakteri oksidasi menjadi bentuk sulfat (SO42-). Sulfat kemudian mengalami reduksi oleh bakteri menjadi sulfide (S2-), hasil dari reduksi sulfat oleh bakteri residual mengalami proses volatilisasi menjadi gas dalam bentuk H2S. sebagian lainnya mengalami proses leaching, sebagiannya lagi diserap oleh tanaman sebagai sumber nutrisi sekunder. Sulfat juga mengalami proses immobilisasi oleh bakteri asimilisasi diubah menjadi bahan organik tanah kembali.
Proses transformasi sulfur sangat mirip dengan transformasi nitrogen, sulfur organik dan sulfur sulfide yang tereduksi bereaksi dengan oksigen membentuk sulfat (SO4-) tersedia pada kondisi hangat, tanah yang teraerasi baik. Proses ini sangat mirip dengan konversi nitrogen organik menjadi ammonium (NH4+) dan nitrat (NO3-). Sulfat kemudian diikat oleh bacteria selama proses dekomposisi sisa-sisa tanaman yang kaya karbon. Sulfur tersedia dapat juga diubah menjadi sulfide pada air tanah. Kondisi hangat pada tanah ataupun saat aerasi meningkat, sulfide yang tak tersedia bereaksi dengan oksigen untuk kembali membentuk sulfat tersedia (Schulte,E and Kelling, K.E, 2012).
Gambar 3. Proses Transformasi Sulfur
Unsur S diserap oleh akar tanaman dari dalam tanah dalam bentuk ion sulfat (SO42-) yang kemudian mengalami proses reduksi dan asimilasi oleh tanaman menjadi APS (Adenosin Phospho Sulphate) dengan bantuan enzim ATP sulfurylase yang mengubah ATP menjadi PPi. Kemudian APS diubah menjadi Sulfit (SO32-) yang kemudian diubah menjadi sulfide (S2-). Sulfida diubah menjadi Sistein yang diubah lagi menjadi Sulfur organik.
Belerang di dalam tanah didapatkan dalam dua bentuk utama yaitu bentuk organik dan bentuk anorganik. Unsur ini diserap oleh tanaman hampir seluruhnya dalam bentuk ion sulfat (S042-) dan hanya sejumlah kecil sebagai gas belerang (SO2) yang diserap langsung dari tanah dan atmosfir. Berdasarkan bentuknya di dalam tanah, S dapat dikelompokkan menjadi sulfat organik, sulfat terlarut, sulfat terabsorpsi, S-elemen, dan sulfida.
Tanaman membutuhkan sulfur sebanyak jumlah phosphor. Sulfur ditemukan di sistin, sistein dan methionin, asam amino yang menyusun protein tanaman. Sulfur mengaktifkan sistem enzim tertentu dan sebagai komponen pada beberapa vitamin (Vitamin A). Walaupun sulfur dideskripsikan sebagai unsur hara sekunder, sebagian besar dikarenakan tanaman tidak mengalami defisiensi unsur sulfur sesering unsur hara seperti nitrogen, phosphor, kalium. Pada kenyataannya, banyak tanaman budidaya mengandung jumlah rerata yang cukup pada unsur sulfur dan unsur fosfat (Schulte,E and Kelling, K.E, 2012).
Metabolisme Unsur S dalam Tanaman
Peranan S dalam pertumbuhan dan metabolisme tanaman sangat banyak dan penting, diantaranya merupakan bagian penting dari ferodoksin, suatu komplex Fe dan S yang terdapat dalam kloroplas dan terlibat dalam reaksi oksidoreduksi dengan transfer elektron serta dalam reduksi nitrat dalam proses fotosintesis, S terdapat dalam senyawa-senyawa yang mudah menguap yang menyebabkan adanya rasa dan bau pada rumput-rumputan dan bawang-bawangan. Sulfur dikaitkan pula dengan pembentukan klorofil yang erat hubungannya dengan proses fotosintesis dan ikut serta dalam beberapa reaksi metabolisme seperti karbohidrat, lemak dan protein. Sulfur juga dapat merangsang pembentukan akar dan buah serta dapat mengurangi serangan penyakit (Tisdaleet al. 1985 ).
Tanaman membutuhkan sulfur dalam jumlah yang hampir sama dengan fosfor. Oleh karena itu, untuk menunjang pertumbuhan tanaman yang optimal diperlukan ketersediaan sulfur yang cukup tinggi di dalam tanah. Selanjutnya diungkapkan pula bahwa sulfur merupakan penyusun protein dan diduga erat berhubungan dengan reduksi nitrat, sehingga tanaman yang kekurangan sulfur ditandai dengan adanya akumulasi nitrat.
Contoh Kasus: Kebutuhan Sulfur dalam Tanaman Padi
Belerang (sulfur) pada padi diperlukan untuk sintesis asam amino cystein, methionin, dan thiamine, yang selanjutnya membentuk protein. Selain itu sulfur juga sangat membantu perkembangan pucuk, akar dan anakan.
Padi sawah yang mengalami kekurangan sulfur umurnya lebih panjang dengan persentase kehampaan gabah yang tinggi, untuk mengatasi kekahatan sulfur pada padi, perlu dilakukan upaya perbaikan kualitas dan produktivitas tanah melalui pemberian pupuk anorganik dan pupuk organik.
Salah satu sumber S anorganik yang baik untuk padi sawah adalah pupuk amonium sulfat [(NH4)2SO4] karena dapat memasok S yang tersedia bagi tanaman, yaitu sulfat (SO42-).
Sulfur banyak diserap oleh tanaman padi selama masa pertumbuhan dan mencapai maksimum pada fase pembungaan. Pada fase ini, sulfur terakumulasi di daun, sebagian besar di daun muda. Kadar S-total di daun dan batang padi tinggi pada awal pertumbuhan. Setelah stadia itu, sulfur disimpan dalam daun dan tangkai, kemudian ditranslokasikan ke gabah (Fox dan Blair, 1986). Oleh karena itu, sulfur harus tersedia pada awal pertumbuhan sampai sekurang-kurangnya pada fase anakan aktif untuk memperoleh hasil yang optimal.
Kekurangan sulfur akan menghambat sintesis protein, akibatnya terjadi akumulasi asam-asam amino yang tidak mengandung S di dalam tanaman. Oleh karena itu, jaringan tanaman yang kekurangan sulfur mempunyai nisbah N-organik/S-organik yang lebih tinggi (70/1 – 80/1) dari pada jaringan tanaman normal. Nisbah ini dapat dijadikan petunjuk apakah suatu tanaman mendapat suplai S yang cukup atau tidak (Agung, 2009). Cara penanganan kekurangan unsur sulfur adalah dengan menambahkan pupuk kimia ZA (S=20%), Phonska (S=10%), serta pupuk daun yang mengandung unsur S.
Gejala Defisiensi Kekurangan Unsur Hara Sulfur pada Tanaman
Jumlah S yang dibutuhkan oleh tanaman sama dengan jumlah fosfor (P). Kekahatan S menghambat sintesis protein dan hal inilah yang dapat menyebabkan terjadinya klorosis seperti tanaman kekurangan nitrogen. Kahat S lebih menekan pertumbuhan tunas dari pada pertumbuhan akar. Gejala kahat S lebih nampak pada daun muda dengan warna daun yang menguning sebagai mobilitasnya sangat rendah di dalam tanaman dan Penurunan kandungan klorofil secara drastis pada daun merupakan gejala khas pada tanaman yang mengalami kahat S. Kahat S menyebabkan terhambatnya sintesis protein yang berkorelasi dengan akumulasi N dan nitrat organik terlarut.
Kekurangan unsur hara Belerang (S)
a. Daun-daun muda mengalami klorosis (berubah menjadi kuning), perubahan warna umumnya terjadi pada seluruh daun muda, kadang mengkilap keputih-putihan dan kadang-kadang perubahannya tidak merata tetapi berlangsung pada bagian daun selengkapnya
b. Perubahan warna daun dapat pula menjadi kuning sama sekali, sehingga tanaman tampak berdaun kuning dan hijau, seperti misalnya gejala-gejala yang tampak pada daun tanaman teh di beberapa tempat di Kenya yang terkenal dengan sebutan,Tea Yellow, atau,yellow Disease,
c. Tanaman tumbuh terlambat, kerdil, berbatang pendek dan kurus, batang tanaman berserat, berkayu dan berdiameter kecil
d. Pada tanaman tebu yang menyebabkan rendemen gula rendah
e. Jumlah anakan terbatas
Gejala kekurangan Sulfur (S): Pangkal daun berwarna kuning dan bergaris-gasir. Gejala nampak pada daun yang terletak dekat pucuk seperti pada gambar berikut ini:
Gambar 4. Gejala Kekurangan Unsur Sulfur pada Tanaman
Jurnal Rujukan
