PERGERAKAN UNSUR HARA Tugas Mata Kuliah : Pergerakan Hara dalam Sistem Tanah Tanaman Dosen : DR. Ir. La Ode Safuan, M.P. Mahasiswa : Sri Ambardini
Morfologi (bentuk tubuh) dan anatomi (struktur internal) tumbuhan yang tergolong dalam
kelompok tumbuhan berbunga (angiospermae) merupakan tumbuhan yang paling
beraneka ragam dan paling tersebar luas, saat ini tercatat sekitar 275.000 spesies yang terbagi dalam dua kelas, yaitu monokotil dan dikotil. Morfologi dasar tumbuhan menunjukkan sejarah evolusinya sebagai organisme terrestrial. Suatu tumbuhan darat harus menempati dua lingkungan yang sangat berbeda, yaitu tanah dan udara, pada waktu bersamaan dan harus mengambil sumberdaya dari keduanya. Tanah menyediakan air dan mineral, udara merupakan sumber utama CO2, namun cahaya tidak bisa menembus jauh ke dalam tanah. Solusi evolisioner terhadap pemisahan sumberdaya ini adalah diferensiasi tubuh tumbuhan menjadi dua sistem utama, yaitu: sistem akar (root system) yang berada di bawah permukaan tanah dan sistem tunas ( shoot system) yang terdapat di permukaan tanah yang terdiri dari batang, daun, dan bunga.
Gambar 1. Morfologi Tumbuhan Angiospermae
Tidak satupun diantara kedua sistem tubuh tumbuhan ini yang dapat hidup tanpa ada sistem yang lainnya. Jika tumbuhan tidak memiliki kloroplas dan hidup di kegelapan, maka akar akan kegelapan tanpa gula dan nutrient (zat hara) organic lainnya yang didatangkan dari jaringan fotosintetik sistem tunas. Sebaliknya, sistem tunas bergantung pada air dan mineral yang diserap dari tanah oleh akar. Jaringan vaskuler (pembuluh), yang kontinu di seluruh tubuh tumbuhan, mengangkut zat-zat antara akar dan tunas. Kedua jenis jaringan vaskuler tersebut adalah xylem, yang mengirim air dan mineral yang terlarut ke atas dari akar ke tunas, dan floem, yang mengangkut makanan yang dibuat di daun yang sudah dewasa ke akar dan ke bagian-bagian sistem tunas, seperti daun dan buah yang sedang berkembang. Pada tumbuhan. Transport/pergerakan unsur hara terjadi pada tiga tingkatan, yaitu: 1.
Pengambilan dan pembebasan air dan zat-zat terlarut oleh individu sel, seperti penyerapan air dan mineral dari tanah oleh sel-sel akar.
2.
Transpor bahan-bahan jarak pendek dari sel ke sel pada level jaringan dan organ, seperti pengangkutan gula dari sel-sel fotosintetik daun yang telah dewasa ke dalam pembuluh tapis floem, dan
3.
Transpor jarak jauh cairan di dalam xylem dan floem pada seluruh tingkatan tumbuhan tersebut secara utuh.
Gambar 2. Gambaran umum transpor pada tumbuhan
Keterangan Gambar 2. 1.
Akar menyerap air dan mineral yang terlarut dari tanah.
2.
Akar juga mempertukarkan gas dengan ruangan udara tanah, dengan memasukkan O2 dan membebaskan CO2. Pertukaran gas mendukung respirasi seluler sel-sel akar.
3.
Air dan mineral diangkut ke atas sebagai getah xylem di dalam xylem, dari akar menuju ke sistem tunas.
4.
Transpirasi, yaitu kehilangan uap air dari daun (sebagian besar melalui stomata), menciptakan suatu gaya did lam daun yang menarik getah xylem ke atas.
5.
Daun juga mempertukarkan CO2 dan O2 melalui stomata, yang mengambil CO 2 untuk fotosintesis dan membebaskan O2.
6.
Gula dihasilkan melalui fotosintesis di dalam daun, dan
7.
Diangkut di dalam floem menuju akar serta bagian tumbuhan lain dalam bentuk larutan yang disebut getah floem.
Transpor jarak dekat yang terjdi pada proses pengangkutan air dan mineral yang diserap akar dari sel-sel luar ke sel-sel bagian dalam biasa disebut sebagai transport lateral karena arahnya disepanjang tubuh radial organ tumbuhan tersebut, bukan turun naik disepanjang tubuh tumbuhan. Terdapat mekanisme khusus pada tranpor jarak dekat arah lateral dengan tiga rute yang ditempuh, yaitu: 1.
Bahan – bahan bergerak keluar dari satu sel, menembus dinding sel, dan masuk ke dalam sel tetangga, yang kemudian bisa meneruskan bahan itu ke sel berikutnya dalam jalur itu melalui mekanisme yang sama. Rute trans membrane ini memerlukan penembusan berulang pada membrane plasma, seiring dengan keluarnya zat terlarut dari sel yang satu memasuki sel yang berikutnya.
2.
Melalui simplas, kontinum sitosol di dalam jaringan tumbuhan, hanya memerlukan satu kali penembusan membrane plasma. Setelah memasuki sel, zat terlarut dan air kemudian dapat bergerak dari sel ke sel melalui plasmodesmata.
3.
Untuk transport lateral di dalam jaringan atau organ tumbuhan, adalah disepanjang apoplas, yaitu jalur ekstraseluler yang terdiri dari didinding sel dan ruangan ekstraseluler. Sebelum memasuki suatu sel, air dan zat terlarut dapat bergerak dari satu tempat ke
tempat yang lain di dalam akar atau organ lain disepanjang jalan kecil yang disediakan oleh kontinum didnding-dinding sel tersebut.
Transpor jarak dekat dapat terjadi melalui proses difusi namun proses difusi sangat lambat untuk bisa berfungsi dalam transpor jarak jauh di dalam tubuh tumbuhan, misalnya transport air dan mineral dari akar ke daun. Air dan zat terlarut bergerak di dalam pembuluh xylem dan pembuluh tapis melalui aliran massal (bulk flow), yaitu pergerakan cairan yang digerakkan oleh tekanan. Pada floem, tekanan hidrostatik yang dihasilkan pada satu ujung pembuluh tapis ini mendorong getah ke ujung yang berlawanan pada pembuluh tersebut. Pada xylem, sesungguhnya teganganlah, yaitu suatu tekanan negative, yang menggerakkan transport jarak jauh tersebut. Transpirasi, penguapan air dari suatu daun, mengurangi tekanan pada xylem daun. Ini akan menghasilkan suatu tegangan yang menarik getah xylem ke atas dari akar. Dalam hal penyerapan hara melalui akar, t erdapat beberapa fase dalam proses penyerapan hara tersebut. Fase pertama hara berpindah tempat dalam tanah dari suatu tempat ke permukaan akar tanaman. Kemudian setelah sampai permukaan akar (bulu akar), masuk ke dalam akar yang dari sini ditranslokasikan ke organ tanaman lain termasuk daun, buah dan batang.
Perpindahan ion dari tanah ke permukaan akar memiliki tiga macam pergerakan yaitu:
1. Intersepsi dan persinggungan
Pertumbuhan akar tanaman dan terbentuknya bulu akar yang baru menyebabkan terjadinya persinggungan antara akar dan tanah yang didalamnya terkandung ion hara (terjerap). Pertumbuhan akar dan bulu akar ini menembus pori agregat tanah dan bersinggungan langsung dengan ion yang ada. Apabila ion berada dalam bentuk tersedia (available), maka terjadi pertukaran ion dan kemudian ion ini masuk ke dalam akar. Memanjangnya akar-akar tanaman berarti memperpendek jarak yang harus ditempuh unsur – unsur hara untuk mendekati akar tanaman melalui aliran massa ataupun difusi. Seperti masa tanah, akar tanaman dianggap mempunyai KPK yang nilainya berbeda antara tanaman satu dan tanaman lainnya. KPK akar bersumber dari gugus karboksil (seperti dalam bahan organik): COOH < – > COO¯ + H . Nilai ⁺
KPK akar besarnya 10-100 (me/ 100 g akar). Dengan demikian, pertukaran ion yang berada dalam tanah dan ion yang berada di sekitar akar dianggap sebagai pertukaran ion biasa (ion exchange). Akar tanaman legume mempunyai dua kali KPK akar tanaman monokotil, termasuk serelia (padi-padian) dan rerumputan. Tanaman yang mempunyai KPK akar tinggi ada kecenderungan senang menyerap kation bervalensi dua (Ca, Mg). Sedangkan tanaman serelia cenderung menyerap ion yang bervalensi satu (H, K, Cl).
Gambar 3. Teori Kontak Pertukaran Permukaan akar dengan Tanah Sumber : www.tutorvista.com/…/passive-absorption.php
Estimasi sumbangan intersepsi akar terhadap kebutuhan hara tanaman dapat dilakukan atas dasar tiga asumsi berikut:
a)
Jumlah maksimum hara yang di-intersep adalah jumlah yang diperkirakan tersedia dalam volume tanah yang ditempati oleh akar
b)
Akar menempati rata-rata 1% dari total volume tanah
c)
Sekitar 50% dari total volume tanah terdiri atas pori; oleh karenanya akar menempati sekitar 2% dari total ruang pori.
2. Aliran massa
Aliran massa adalah gerakan unsur hara di dalam tanah menuju permukaan akar tanaman bersama-sama gerakan massa air. Aliran massa pada tanah disebut juga konveksi, meliputi pergerakan dalam fase larutan maupun gas. Gerakan massa air di dalam tanah menuju permukaan akar tanaman berlangsung secara terus menerus karena diserap oleh akar dan menguap melalui transpirasi. Aliran massa merupakan proses penyediaan hara yang terpenting bagi unsur-unsur N (98,8%), Ca (71,,4%), S (95,0%), dan Mo (95,2%). Hujan dan air irigasi bergerak dalam tanah dengan membawa nitrat atau ion lain yang terlarut. Ion dan bahan lain yang larut berpindah bersama aliran larutan air ke akar tanaman akibat transpirasi tanaman. peristiwa aliran massa, tidak hanya terjadi pada saat hara masih ada di tanah dan mendekat ke akar. Akan tetapi, aliran massa juga terjadi pada saat fotosintat disebarkan ke seluruh bagian tumbuhan yang membutuhkan, bahkan ke akar. Setelah air yang mengandung hara dari air tanah diangkut melalui xylem, kemudian sampai di pucuk. Air akan diuapkan melalui daun, sedangkan haranya dijerap oleh sel-sel. Bersamaan dengan peristiwa tersebut, terjadi aliran massa di floem yang tujuannya untuk menyebarkan hasil fotosintesisnya ke seluruh bagian tumbuhan. Persentase kebutuhan hara yang dapat dipenuhi oleh aliran massa tergantung pada : 1.
Kebutuhan tanaman akan unsur hara,
2.
Konsentrasi hara dalam larutan tanah,
3.
Jumlah air yang ditranspirasikan per unit bobot jaringan, dan
4.
Volume efektif air, yang bergerak karena gradien potensial dan yang kontak dengan permukaan akar
Gambar 4. Sumber Ion dalam Larutan Tanah Sumber : www.greenhousecanada.com/index.php?option=com… Faktor yang mempengaruhi aliran masa adalah : 1.
kadar lengas tanah: tanah yang kering tidak ada gerakan hara,
2.
temperatur: temperatur yang rendah mengurangi transpirasi dan evaporasi,
3.
ukuran sistem perakaran: mempengaruhi serapan air.
3.Difusi
Kata difusi berarti suatu penyebaran yang disebabkan oleh pergerakan panas secara acak, sebagai gerak Brown dari partikel koloid. Dalam hal ini perpindahan terjadi oleh adanya perbedaan konsentrasi larutan pada dua tempat yang berjarak tertentu dimana pergerakan terjadi dari konsentrasi yang tinggi ke konsentrasi yang rendah. Tanaman menyerap ion dari bulu akar sehingga di sekitar bulu akar kadarnya rendah. Persamaan berikut ini melukiskan faktor-faktor penting yang menentukan kecepatan difusi unsur hara menuju ke permukaan akar: dq/dt = DAP(C1 – C2) / L
dimana: dq/dt = mencerminkan laju difusi ke permukaan akar
D
= koefisien difusi unsur hara dalam air
A
= luas penampang yang diasumsikan mencerminkan total permukaan penyerapan dari akar tanaman untuk maksud difusi ini.
P
= fraksi dari volume tanah yang ditempati oleh air (juga termasuk faktor tortuosity)
C1
= konsentrasi hara terlarut pada suatu titik yang berjarak L dari permukaan akar
C2
= konsentrasi hara terlarut pada permukaan akar
L
= jarak dari permukaan akar ke titik tertentu C1. Tiga sifat tanah yang mempengaruhi koefisien difusi, yaitu:
1. Kandungan air tanah. 2. Saluran difusi yang berliku-liku. 3. Proporsi ion terdifusi dalam larutan.
Gambar 5. Diagram Pertukaran Ion-ion dari mineral lempung dan humus tanah dengan rambut akar Sumber : www.treecaretips.org/Fertilizati…8_p8.htm
Proses aliran massa dan difusi terjadi oleh sifat-sifat fisika yang berbeda dan arah geraknya berbeda. Aliran massa suatu zat dalam larutan tanah akan bergerak dari daerah yang berair ke daerah yang kering. Sedangkan difusi justru berlawanan, yaitu dari daerah yang
berkonsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah (daerah yang banyak air). Walaupun prosesnya berbeda tetapi di dalam tanah berlangsung secara simultan atau bersama-sama (Wild, 1981). Kedua proses pergerakan, baik difusi maupun aliran massa, sangat penting dalam memindahkan unsur hara dari suatu tempat ke dekat permukaan akar, agar dapat diserap oleh akar tanaman. Hal ini terjadi bagi unsur hara P, K, Ca, Mg, S dan sebagainya; tetapi bagi unsur hara N, terutama NO3- , justru pergerakan tersebut bukan saja berperan memindahkan ke dekat akar tetapi dalam pengangkutan yang menjauhi akar atau biasa dikenal sebagai tercuci/terlindi (Nkrumah, Griffith, Ahmad dan Gumbs, 1989). Dalam tabel di bawah ini disajikan perimbangan jumlah hara yang diserap dalam bentuk intersepsi, aliran massa dan difusi.
Transportasi tumbuhan adalah proses pengambilan dan pengeluaran zat-zat ke seluruh bagian tubuh tumbuhan. Pada tumbuhan tingkat rendah (misal ganggang) penyerapan air dan zat hara yang terlarut di dalamnya dilakukan melalui seluruh bagian tubuh. Pada tumbuhan tingkat tinggi (misal spermatophyta) proses pengangkutan dilakukan pembuluh pengangkut yang terdiri dari xylem dan phloem.
Organ yang berfungsi sebagai organ penyerapan unsur hara dari media tanam adalah akar. Dan yang menyerap air dan unsur hara adalah bulu-bulu akar. Karena akar merupakan organ penyerap air dan unsur hara, maka kontak air dan unsur hara dengan permukaan sel bulu bulu akar merupakan bagian yang sangat penting dari proses penyerapan. Kontak antara air dan unsure hara dengan permukaan sel bulu akar dapat terjadi melalui peristiwa aliran massa, intersepsi akar, dan difusi. Mekanisme aliran massa adalah suatu mekanisme gerakan unsur hara di dalam tanah me nuju ke permukaan akar bersama-sama dengan gerakan massa air. Selama masa hidup tanaman mengalami peristiwa penguapan air yang dikenal dengan peristiwa transpirasi. Selama proses transpirasi tanaman berlangsung, terjadi juga proses penyerapan air oleh akar tanaman. Pergerakan massa air ke akar tanaman akibat langsung dari serapan massa air oleh akar tanaman terikut juga terbawa unsur hara yang terkandung dalam air tersebut. Peristiwa tersedianya unsur hara yang terkandung dalam air ikut bersama gerakan massa air ke permukaan akar tanaman dikenal dengan Mekanisme Aliran Massa. Unsur hara yang ketersediaannya bagi tanaman melalui mekanisme ini meliputi nitrogen (98,8%), kalsium (71,4%), belerang (95,0%), dan Mo (95,2%).
Ketersediaan unsur hara ke permukaan akar tanaman, dapat juga terjadi karena melalui mekanisme perbedaan konsentrasi. Konsentrasi unsur hara pada permukaan akar tanaman lebih rendah dibandingkan dengan konsentrasi hara dalam larutan tanah dan konsentrasi unsur hara pada permukaan koloid liat serta pada permukaan koloid organik. Kondisi ini terjadi karena sebagian besar unsur hara tersebut telah diserap oleh akar tanaman. Tingginya konsentrasi unsur hara pada ketiga posisi tersebut menyebabkan terjadinya peristiwa difusi dari unsur hara berkonsentrasi tinggi ke posisi permukaan akar tanaman. Peristiwa pergerakan unsur hara yang terjadi karena adanya perbedaan konsentrasi unsur hara tersebut dikenal dengan mekanisme penyediaan hara secara difusi. Beberapa unsur hara yang tersedia melalui mekanisme difusi ini, adalah fosfor (90,9%) dan kalium (77,7%).
Mekanisme intersepsi akar sangat berbeda dengan kedua mekanisme sebelumnya. Kedua mekanisme sebelumnya menjelaskan pergerakan unsur hara menuju ke akar tanaman, sedangkan mekanisme ketiga ini menjelaskan gerakan akar tanaman yang memperpendek jarak dengan keberadaan unsur hara. Peristiwa ini terjadi karena akar tanaman tumbuh dan memanjang, sehingga memperluas jangkauan akar tersebut. Perpanjangan akar tersebut menjadikan permukaan akar lebih mendekati posisi dimana unsur hara berada, baik unsur hara yang berada dalam larutan tanah, permukaan koloid liat dan permukaan koloid organik. Mekanisme ketersediaan unsur hara tersebut dikenal sebagai mekanisme intersepsi akar. Unsur hara yang ketersediaannya sebagian besar melalui mekanisme ini adalah kalsium (28,6%).
Mekanisme pertukaran antara lingkungan dan sel tanaman dapat secara aktif dan pasif. Mekanisme transport secara pasif merupakan peristiwa difusi dan aliran massa. Ion-ion bergerak masuk melalui membrane yang disebabkan karean adanya perbedaan potensial kimia diluar lebih tinggi disbanding potensial larutan kimia yang berada didalam sel. Melalui aliran massa ion-ion bergerak masuk kedalam sel terbawa oleh air yang bergerak mengalir karena adanya transpirasi. Ion-ion begitu saja mengelinding masuk kedalam sel akibar perbedaan potensial secara pasif. Masuknya ion-ion kedalam sel menerobos masuk melalui lipid, melalalui bantuan carrier dan melewati pori –pori pada dinding sel. Apabila larutan diluar sel memiliki potensial kimia yang lebih rendah dari pada larutan yang berada didalam sel, ion-ion tidak biasa mengelinding begitu saja masuk melainkan harus ada energy yang mendorong atau memompa masuk. Keterlibatan energy disini merupakan kegiatan aktif. Oleh karena itu transport yang memerlukan energy disebut sebagai transport aktif.
DAFTAR PUSTAKA
Campbell, N.A., J.B. Reece, and L.G. Mitchell, 1999. Biology. Jilid 1. Penerjemah Wasmen Manalu IPB, Penelaah Tim Jurusan Biologi FMIPA-ITB. Penerbit Erlangga, Jakarta. Campbell, N.A., J.B. Reece, and L.G. Mitchell, 1999. Biology. Jilid 2. Penerjemah Wasmen Manalu IPB, Penelaah Tim Jurusan Biologi FMIPA-ITB. Penerbit Erlangga, Jakarta. Lakitan B. 1995. Dasar-Dasar Fisiologi Tumbuhan. PT. Raja Grafindo Persada. Jakarta. Salisbury, F.B. and C.W. Ross, 1985. Plant Physiology 3ed. Wadworth Publ.Co., Belmont, California.
