pengaruh aluminium terhadap tanah

I. PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Alumunium merupakan salah satu unsur hara penunjang yang dapat menyebabkan keracunan tanah di sekitar perakaran tanaman sehingga dapat menghambat pertumbuhan dan perkembangan tanaman. Menurut Foy dalam Rout et al. (2001), Al menyebabkan terganggunya pembelahan sel pada tudung akar dan akar lateral dan menyebabkan peningkatan rigiditas sel melalui pembentukan ikatan silang pektin pada dinding sel, serta mereduksi replikasi DNA melalui peningkatan rigiditas rantai ganda.

Aluminium (Al) merupakan unsur ketiga penyusun lithosfer setelah oksigen dan silika, yaitu 15%. Dalam struktur liat, Al dan Si merupakan unsur-unsur inti penyusun lempeng pertama dan keduanya.  Dalam lempeng tetrahidral liat, 15% situs diduki Al dan sisanya (85%) diduduki Si yang keduanya bergabung melalui ikatan oksigen (Hanafiah 2010).

Alumunium yang terdapat di dalam larutan tanah pada umumnya dijumpai dalam berbagai bentuk seperti Al(OH)2+ dan Al(OH)2+ pada pH tanah sekitar 4—5, Al3+ pada pH 5,5—7, dan Al(OH)4- pada pH 7—8. Kompleks ion lainnya seperti Al4Al12(OH)24(H2O)127+(Al3) dan Al3+ hampir dipastikan selalu bersifat meracuni, namun tidak terdapat rhizoktisitas akibat AlSO4+ dan Al(SO4)2- atau Al-F seperti AlF2+ dan AlF2+. Status Al(OH)2+ dan Al(OH)2+ tidak menentu pada setiap percobaan tapi berindikasi sebagai keracunan Al-OH (Kinraide, 1997). Jenis Al yang bersifat meracuni pada perakaran tanaman gandum dari hasil percobaan Pietraszewska (2001) menunjukkan bahwa AlF2+<AlF2+<All3+<Al13. Selanjutnya Kochian (1995) berpendapat bahwa sifat racun hanya terdapat pada Al13 dan All3+. Hal yang menarik dijumpai bahwa tanaman memiliki mekanisme sendiri dalam mengurangi pengaruh negatif Al. Berdasarkan analisis kimiawi pengaruh dari Al tersebut menyebabkan terjadinya peningkatan kandungan pektin dan hemiselulosa.

Di Indonesia pemanfaatan dan pembukaan tanah dilahan kering umumnya pada Ultisol dan mungkin Oxisol.  Permasalahan pada Ultisol dan Oxisol adalah reaksi tanah yang masam, kandungan Al yang sangat tinggi, dan unsur hara yang rendah, sehingga diperlukan pengapuran dan pemupukan serta pengelolaan yang baik (Hardjowigeno 1995; Satari 1997).

          Ultisol adalah tanah berwarna merah kuning yang sudah mengalami proses

hancuran iklim yang sudah lanjut, basa-basanya tercuci sehingga tanah bereaksi masam dan memiliki kejenuhan Al yang tinggi (Subagyo et al. 2000).

Permasalahan pada tanah yang bersuasana masamdapat ditanggulangi dengan pemberian kapur (Soepardi 1982). Sumber kemasaman tanah yaitu Al dapat ditekan dengan pengapuran dan atau dengan pengembalian sisa tanaman ke dalam tanah tersebut (Wahjudin 1993).

1.2. Tujuan

Penyusunan makalah ini bertujuan untuk mempelajari pengaruh unsur Aluminium (Al) pada tanaman dan cara penangannya.

II. TINJAUAN PUSTAKA

          Aluminium merupakan unsur hara penunjang yang tidak dibutuhkan tanaman, sebab unsur ini dapat bersifat toksik. Aluminium memiliki karakter penyediaan dan penyerapan mirip dengan unsur hara mikro, yaitu tanpa zona serapan mewah sehingga dalam kadar sedikit berlebihan sudah menjadi racun. Sedangkan apabila Al tidak tersedia dengan cukup di tanah, maka tanaman akan mengalami hambatan dalam perkembangannya, dimana pertumbuhan bunga dan buah tanaman akan terlihat tidak optimal.

          Berikut tabel mineral-mineral silikat yang memiliki kadar Al tinggi sebagai sumber Al tanah:

Kelompok	Mineral Silikat	Rumus Kimiawi
Mineral primer: Feldspar Piroksin Amfibol Mika Mineral sekunder: Mineral liat	Otholaks Na-Plagiolaks Ca-Plagiolaks Augit Hornblend Biotit Muskovit Kaolinit Montmorillonit Illit Vermikulit Klorit Dickit Nacrit	KAISi3O8 NaAlSi3O8 CaAl2Si2O8 Ca2(Al,Fe)4(Mg,Fe)4Si6O24 Ca,Al,Mg,Fe,Si8O22(OH)2 KAl(Mg. Fe)3Si3O10(OH)2 KAISiO(OH) Al4Si4O10(OH)8 (Al, Mg)4Si8O20(OH)4 Al4Si7AlO20(OH)4Mg.H2O Mg6Si7AlO20(OH)4MgH2O MgSi8Al2O20(OH)Mg6(OH)12 Si4Al4O10(OH)8 Si4Al4O10(OH)8

Dari tabel terlihat bahwa mineral primer dan sekunder tersusun oleh utama yaitu Al dan Si yang secara struktural dikelilingi oleh oksigen, kecuali mineral primer kelompok feldspar, sedangkan yang lainnya mengalami hidrasi (penambahan ion-ion H).  Kelompok mineral sekunder inilah yang menentukan sifat kimiawi tanah-tanah mineral (Hanafiah 2010).

          Tanah yang masam mencirikan banyaknya jumlah Al yang terkandung di dalam tanah, sehingga untuk menetralkan pH rendah pada tanah ini dapat dilakukan dengan pengapuran dan penggunaan pupuk organik. Hal ini sesuai dengan pernyataan Wahjudin (1993) yang mengatakan bahwa sumber kemasaman tanah adalah unsurAl yang dapat ditekan tingkat kemasamannya dengan cara  pengapuran atau dengan pengembalian sisa tanaman ke dalam tanah.

          Di Indonesia tanaman pangan yang diusahakan umumnya adalah padi, jagung, kedelai dan kacang tanah. Di dalam tanah bahan organik dapat mengikat senyawa atau unsur yang bersifat racun (Al, Fe, Cd dan Hg) terhadap tanaman, bahan organik penting karena dapat bereaksi dengan ion logam yang kemudian membentuk senyawa kompleks (Karama dan Darmijati 2003).

          Kelarutan Al dalam tanah berkaitan erat dengan pH tanah. Kelarutan Al minimum dalam larutan encer terjadi pada pH 6-7. Pada larutan tanah, kelarutan Al maksimum terjadi pada pH 4,06 dan minimum pada pH 7,23. Apabila pH tanah dinaikkan melalui pengapuran, ion hidroksil akan bereaksi dan mengendapkan Al yang larut. Kation Al menempati tanah mineral yang memilii pH <5,0 yang sebagian besar situs koloidnya bermuatan negatif (Hanafiah 2010).

          Mensvoort dan Dent (1998) menyebutkan bahwa senyawa pirit (ferit) tersebut merupakan sumber masalah pada tanah tersebut. Selain itu jika tanah ini dikeringkan atau teroksidasi, maka senyawa pirit akan membentuk senyawa feri hidroksida Fe(OH)3 sulfat SO42- dan ion hidrogen H+ sehingga tanah menjadi sangat masam. Akibatnya kelarutan ion-ion Fe2+, Al3+ dan Mn2+ bertambah di dalam tanah dan dapat bersifat racun bagi tanaman. Ketersediaan fosfat menjadi berkurang karena diikat oleh besi atau aluminium dalam bentuk besi fosfat atau aluminium fosfat. Biasanya bila tanah masam kejenuhan basa menjadi rendah, akibatnya terjadi kekahatan unsur hara di dalam tanah (Putu dan Widjaya 1990).

          Toleransi tanaman terhadap kelarutan Al dipengaruhi oleh spesiesnya. Menurut Kamprath dan Foy (1985) secara umum jagung (Zea mays) adalah tanaman yang paling tolerans terhadap Al, sedangkan kelompok tanaman yang berketahanan sedang  yaitu kapas (Gossypium hirsutum L.), kedelai (Glycine max merril L.), lobak (Raphanus sativusL.), kubis (Brassica oleracea), dan gandum, sedangkan kelompok tanaman yang sensitif terhadap Al-larut yaitu selada (Latuca saiva), jelai (Hardeum vulgare L.), dan bit gula.

III. PEMBAHASAN

          Aluminium merupakan unsur hara penunjang yang bersifat toksik bagi  tanaman. Unsur Al dapat mengikat unsur P, Ca, K, dan Mg sehingga tidak tersedia dengan optimal bagi tanaman, akibatnya pertumbuhan dan perkembangan tanaman terhambat. Salah satu dampaknya yaitu tanaman tidak dapat menghasilkan produksi yang memiliki kualitas dan kuantitas baik. Pada tinjauan pustaka dari berbagai literatur dibahas mengenai pengaruh negatif Al terhadap tanaman, sebab keberadaan Al yang berlebihan sangat berpengaruh terhadap keoptimalan unsur hara lain dalam membantu pertumbuhan dan perkembangan tanaman.

          Menurut Hanafiah (2010), pada kondisi masam Aluminium akan tertarik keluar struktur liat (seperti montmorillonit) dan menduduki muatan-muatan negatif yang kosong tersebut. Aluminium dapat ditukar (Al_dd) ini diabsorbsi sangat kuat oleh koloid, tetapi berada dalam keseimbangan denan ion-ion Al dalam kelarutan tanah. Hidrolisisi Al ini menghasilkan Al-hidroksida dan ion-ion H pengasam tanah :

          Al³⁺  + H₂O                                          AlOH²⁺  +  H⁺

          AlOH₂+ + H₂O                                     Al(OH)₂ + H⁺

Al(OH)₂ + H₂O                                    Al(OH)₃ +  H⁺

Oleh sebab itu sumber utama ion-ion H pada tanah masam sedang-kuat seperti Ultisol (Podsolik dan Latosol) adalah hidrolisis Al ini, yang menghasilkan pH antara 4,0 – 5,5.

          Pada daerah tettentu, seperti di daerah perawaan kandungan Al sangat tinggi sehingga berpotensi besar dalam meracuni tanaman. Upaya untuk menurunkan tingkat kemasaman tanah melalui pengapuran dapat dilakukan apabila tingkat kejenuhan Al tanah lebih dari 60% dan kelarutannya juga tinggi hingga ke tingkat toksik bagi tanaman. Metode ini bertujuan untuk menetralisasi potensi toksik dari unsur ini, dengan kebutuhan kapur umumnya setara 1,5 x Al_ddsehingga setiap 1 me All_dddalam tanah membutuhkan kapur setara 1,5 me kapur. Jika kapur yang digunakan adalah kalsit (CaCO : BM (berat molekul) = 40 + 12 + 3(6) = 100, valensi Ca = 2, maka dibutuhkan:

          1 me Al_dd + 1,5 me CaCO₃ = 75 mg CaCO₃/ 100gram tanah

Untuk 1 Ha (2.000.000 kg/ha dengan asumsi BI = 1 dan tebal lapisan olah tanah 20 cm) = 750 gram x 2.000.000) = 1,5 ton CaCO₃/Ha tanah. Takaran ini dapat dikurangi sesuai dengan tebal lapisan olah dan efektifitas areal pertakaran. Kebutuhan nyata kapur juga dipengaruhi oleh derajat netralisasi atau tingkat kehalusan (kemudahan untuk melarut) bahan kapur, makin tinggi derajat netalisai atau tingkat kehalusan (kemudahan untuk melarut) bahan kapur, maka semakin sedikit kebutuhannya, namun efeknya kapur akan semakin cepat habis (Hanafiah 2010).

          Proses pengapuran menghasilkan ion-ion hidroksil yang mengikat kation-kation asam (Al dan H) pada koloid menjadi inaktif, sehingga pH naik. Situs muatan negatif koloid digantikan oleh kation basa (Ca), sehingga kejenuhan basa meningkat pula. Meski dalam reaksi ini dihasilkan 2 molekul asam karbonat, tetapi karena asam lemah, asam ini segara terurai menjadi air dan gas karbondioksida yang menguap ke udara (Hanafiah 2010).

          Unsur Al merupan unsur yang paling berbahaya bagi tanaman, hal ini disebabkan oleh sifat toksiknya yang dapat mengganggu atau menghabat unsur hara lain yang dibutuhkan oleh tanaman. Unsur Al akan bersifat racun apabila berada di tanah yang memiliki pH dibawah 5,0, di dalam tanah masam ini Al dapat menjerat unsur hara penting seperti P dan Ca.

          Berikut masalah yang di akibatkan oleh keberadaan unsur Al yang bersifat racun pada pH 0,5 :

1. Gejala pada daun

          Tanaman yang mengalami keracunan Aluminium tidak mudah untuk diidentifikasi gejalanya, akan tetapi Al ini berpengaruh terhadap ketersediaan unsur hara lain yang dibutuhkan oleh tanaman. Unsur Al pada tanah yang memiliki pH <5,0 dapat mengikat unsur P sehingga tanaman mengalami defisiensi hara posfor yang mengakibatkan daun tanaman berukuran lebih kecil dari normalnya, selain itu daun berwarna hijau gelap, urat daun menguning dan akhirnya keseluruhan daun menguning (terutama pada ujung daun) kemudian gugur.Gejala kekurangan fosfor pada daun Jagung (Zea mayz) ditandai dengan warna bagian bawah daun terutama tulang daun merah keunguan, daun melengkung, dan terpelintir (distorsi) serta tepi daun, cabang dan batangnya juga berwarna ungu.

          Keracunan Al juga menyebabkan tanaman mengalami defisiensi unsur hara kalsium (Ca) yang mengakibatkan pertumbuhan titik tumbuh daun terhenti, tepi daun mengalami klorosis, dan daun muda pada tanaman terlihat keriting atau menggulung.  Selain menyebabkan unsur hara P dan Ca terjerat, kelebihan Al juga dapat menyebabkan tanaman mengalami defisiensi unsur Fe sehingga menyebabkan daun muda berwarna kuning, pertumbuhan tanaman terhambat, daun berguguran dan mati pucuk, tulang daun yang berwarna hijau berubah kekuningan kemudian memutih, dan pertumbuhan tanaman seperti terhenti.

          Berikut beberapa gambar daun yang mengalami defisiensi hara akibat dari keracunan Al :

2. Gejala pada akar

          Aluminium ( Al ) akan bersifat phytotoxic dalam bentuk Al³⁺ ketika dilarutkan ke dalam tanah asam. Salah satu gejala awal dan berbeda dari toksisitas Al^{3 +} adalah penghambatan pemanjangan akar sebab hormon auksinnya terhambat.

          Tanah yang memiliki pH rendah (<5,0) menyebabkan jumlah Al berlimpah, sehingga unsur hara lain tidak dapat diserap dengan baik oleh dinding sel pada ujung akar, akibatnya mengalami pembesaran, sel-selnya mengalami kerusakan, dan tidak memiliki sistem percabangan yang baik.Pembesaran pada akar ini mengakibatkan akar mengalami pembusukan, sebab air beserta unsur hara pada tanah  tidak dapat diserap oleh akardengan baik.

          Jumlah Al yang meningkat mengakibatkan tanaman mengalami defisiensi unsur hara Ca, P, Mg dan air. Secara fisiologis, sifat toksik dari Al dapat mengganggu pembelahan sel dalam akar tanaman,  menurunkan laju respirasi pada akar, mengganggu enzim tertentu yang mengatur pengendapan polisakarida dalam dinding sel, meningkatkan kekakuan dinding sel (pektin silang),  mengganggu proses penyerapan dan transportasi unsur hara.

          Foy [ 64 ] melaporkan bahwa aluminium mengganggupembelahan sel dalam ujung akar dan akar lateral, kekakuan dinding sel meningkat oleh silang pektin , danmengurangi replikasi DNA dengan meningkatkan kekakuandouble helix.

          Keracunan Al bagi tanaman tergantung pada pH tanah dan berbagai faktor lainnya,seperti jumlah mineral lempung dominan, jumlah bahan organik, konsentrasi kation , anion,  jumlah garam , dan spesies tanaman.

         

3.Efek pada fisiologi dan morfologi tanaman

          Tanaman muda lebih rentan terhadap Al daripada tanaman yang lebih tua, sebab Al mengganggu pembelahan sel dalam tanaman yakni dengan mengikat fosfor dalam bentuk kurang tersediadalam tanah atau pada akar tanaman, menurunkan laju respirasi akar, mengganggu enzim tertentu yang mengaturpengendapan polisakarida dalam dinding sel, meningkatkan kekakuan dinding sel ( pektin silang )dan mengganggu penyerapan nutrisi penting seperti Ca , Mg , K , P  dan air.

          Pada prinsipnya ada 4 masalah aktual utama pada tanah masam yaitu rendahnya kadar bahan organik tanah dan kadar unsur hara, dangkalnya perakaran tanaman, kekeringan, gangguan gulma alang-alang (Imperata cylindrica) serta diperparah oleh erosi dan pencucian unsur hara.  Masalah-masalah tersebut ini seringkali menyulitkan suatu usaha tani untuk mencapai produksi yang tinggi secara berkelanjutan. Tingkat produksi yang tinggi dapat dicapai melalui berbagai upaya yang dapat mempertahankan kesuburan tanah yakni dengan penerapan sistem pengelolaan yang tepat.

          Salah satu cara pengelolaan yang terbukti dapat mempertahankan kesuburan tanah-tanah masam adalah dengan menanam tanaman tahunan (pepohonan) bersama-sama dengan tanaman semusim dalam sebidang lahan yang sama (kebun campuran). Upaya-upaya pemecahan masalah yang ditujukan untuk mendapat produksi yang tinggi secara berkelanjutan seharusnya dilakukan tanpa mengakibatkan kerusakan (degradasi) pada sumberdaya lahan. Dalam hal ini perlu diperhatikan fungsi tanah sebagai media tumbuh tanaman dan fungsi tanaman dalam meminimalkan kehilangan tanah, air dan hara.

Beberapa cara untuk mengurangi resiko keracunan Alyaitu:

1. Mengembangkan varietas tanaman yang tahan terhadap ion logam.

Untuk mengantisipasi keracunan Al, pengembangan tanaman yang tolerans terhadap tanah masam adalah salah satu cara untukmengurangi efek berbahaya dari paparan ion logam yang berlebihan. Cara ini dilakukan melalui pemuliaan tanaman dengan cara mengubah sifat genetiknya. Akan tetapi cara ini memerlukan dana yang besar dalam penelitiannya karena memerlukan peralatan dan tempat khusus.

2. Pengapuran

Umumnya, pengapuran dilakukan pada saat penyiapan lahan tanam yang memiliki pH <5 atau 5,5. Tujuan dari pengapuran yaitu menaikkan pH tanah, nilai pH tanah dinaikkan sampai pada tingkat mana Al tidak bersifat racun lagi bagi tanaman dan unsur hara tersedia dalam kondisi yang seimbang di dalam tanah. Peningkatan pH tanah yang terjadi sebagai akibat dari pemberian kapur, tidak dapat bertahan lama, karena tanah mempunyai sistem penyangga, yang menyebabkan pH akan kembali ke nilai semula setelah beberapa waktu berselang.

Dalam menetralisir Al yang meracuni tanaman karena unsur Ca bersifat tidak mudah bergerak, kapur harus dibenamkan sampai mencapai kedalaman lapisan tanah yang mempunyai konsentrasi Al tinggi. Hal ini agak sulit dilakukan di lapangan, karena dibutuhkan tenaga dalam jumlah banyak dan menimbulkan masalah baru yaitu pemadatan tanah. Alternatif lain adalah menambahkan dolomit (Ca, Mg(CO3)2) yang lebih mudah bergerak, sehingga mampu mencapai lapisan tanah bawah dan menetralkan Al. Pemberian kapur seperti ini memerlukan pertimbangan yang seksama mengingat pemberian Ca dan Mg akan mengganggu keseimbangan unsur lain.  Tanaman dapat tumbuh baik, jika terdapat nisbah Ca/Mg/K yang tepat di dalam tanah. Penambahan Ca atau Mg seringkali malah mengakibatkan tanaman menunjukkan gejala kekurangan K, walaupun jumlah K sebenarnya sudah cukup di dalam tanah. Masalah ini menjadi semakin sulit dipecahkan, jika pada awalnya sudah terjadi kahat unsur K pada tanah tersebut.

3. Pemupukan

          Menambahkan bahan organik tanah merupakan jalan termudah dan tercepat dalam menangani masalah kahat hara, namun bila kurang memperhatikan kaidah-kaidah pemupukan, pupuk yang diberikan juga akan hilang percuma. Pada saat ini sudah diketahui secara luas bahwa tanah-tanah pertanian di Indonesia terutama tanah masam kahat unsur nitrogen (N), fosfor (P) dan kalium (K). Oleh karena itu petani biasanya memberikan pupuk N, P, K secara sendiri-sendiri atau kombinasi dari ketiganya. Pupuk N mudah teroksidasi, sehingga cepat menguap atau tercuci  sebelum tanaman menyerap seluruhnya. Pupuk P diperlukan dalam jumlah banyak karena selain untuk memenuhi kebutuhan tanaman juga untuk menutup kompleks pertukaran mineral tanah agar selalu dapat tersedia dalam larutan tanah.

          Pemupukan K atau unsur hara lain dalam bentuk kation, akan banyak yang hilang kalau diberikan sekaligus, karena tanah masam hanya mempunyai daya ikat kation yang sangat terbatas (nilai KTK tanah-tanah masam umumnya sangat rendah). Unsur hara yang diberikan dalam bentuk kation mudah sekali tercuci.

IV. SIMPULAN

          Unsur Al merupakan unsur yang umumnya bersifat racun apabila berada di tanah yang memiliki pH <5. Sifat racun dari Al ini dapat mengikat unsur hara lain yang diperlukan oleh tanaman seperti P, Ca, K, dan Fe sehingga tanaman mengalami defisiensi hara yang berdampak pada tidak optimalnya pertumbuhan dan perkembangan tanaman.

          Al berada di tanah yang masam, sehingga untuk menetralisisnya pH tanah harus dinaikkan dengan cara pengapuran, pemupukan, dan pengembangan varietas baru yang tahan hidup di tanah masam.

  

DAFTAR PUSTAKA

Jianli Yang, dkk., 2006. Citrate Transporters Play a Critical Role in Aluminium-stimulated Citrate Efflux in Rice Bean (Vigna umbellata) Roots. China: University, Hangzhou.

Hanafiah, Kemas Ali. 2010. Dasar-dasar Ilmu Tanah. Jakarta: Raja Grafindo Persada.

Sun P. Tian Q.Y. Chen Jand Zhang W.H.2010.Aluminium-induced inhibition of root elongation in Arabidopsis is mediated by ethylene and auxin. Journal of Experimental Botany, Vol. 61.

U. M. Wahjudin. 2006. Pengaruh Pemberian Kapur dan Kompos Sisa Tanaman terhadap Aluminium Dapat Ditukar dan Produksi Tanaman Kedelai pada Tanah Vertic Hapludultdari Gajrug, Banten. citation.itb.ac.id (Diakses pada 28 Maret 2015).