Bahan Ajar Nutrisi ( Pertemuan I & II)

1. I. NUTRISI  TANAMAN  SUATU  TINJAUAN  UMUM.

Tujuan Instruksional Khusus

• Dapat menjelaskan definisi dan klasifikasi unsur hara tanaman.
• Dapat menjelaskan fungsi setiap unsur hara tanaman.
• Dapat menjelaskan kandungan mineral tanaman.

1.1. Definisi dan Klasifikasi.

Suatu ciri khas dari mahluk hidup adalah kemampuan atau kapabilitas sel – sel untuk mengambil zat-zat makanan dari komponen sel itu sendiri sebagai sumber energi. Suplai dan absorpsi dari senyawa-senyawa kimia yang diperlukan untuk proses pertumbuhan dan metabolisme disebut nutrisi. Dan senyawa kimia yang diperlukan oleh organisme disebut  nutrien (unsur hara). Mekanisme bagaimana unsur hara  dikonversi menjadi material selular atau digunakan sebagai sumber energi  dikenal dengan proses metabolisme. Istilah metabolisme mencakup berbagai reaksi yang terjadi pada sel hidup untuk mempertahankan hidup dan untuk pertumbuhan. Dengan demikian nutrisi dan metabolisme mempunyai hubungan  timbal balik.

Pada dasarnya tumbuhan-tumbuhan hijau sangat berbeda dengan manusia, binatang dan mikroorganisme lainnya yang membutuhkan senyawa organik dari luar. Elemen esensial adalah elemen yang harus ada agar siklus hidup yang normal dari organisme  bisa terjadi dan fungsinya tidak bisa diganti oleh senyawa kimia lainnya. Tambahan pula unsur-unsur itu harus mencakup nutrisi sebagai bahan pokok untuk proses metabolisme yang diperlukan dalam aktivitas enzim.

Suatu elemen  dapat dikatakan sebagai hara essensial jika memenuhi kriteria berikut,

1. Jika tanaman kekurangan suatu unsur hara , tanaman tersebut tidak dapat menyelesaikan seluruh siklus hidupnya.
2. Defisiensi dari unsur hara tersebut sangat specifik dan tidak digantikan oleh unsur hara lain.
3. Elemen tersebut terlibat secara langsung dalam nutrisi tanaman, sebagai contoh terlibat langsung dalam proses metabolisme dan sangat esensial,  dan atau juga terlibat dan dibutuhkan untuk proses enzimatik.

Bertolak dari pengertian yang dikemukakan oleh Arnon dan Stout (1939), berikut ini adalah beberapa unsur kimia yang diperlukan oleh tumbuhan tingkat tinggi yakni  :

Karbon                       C          Potassium                     K                     Zink                          Zn

Hidrogen          H         Calsium                        Ca                    Molibdenum               Mo

Oksigen            O         Magnesium                   Mg                   Boron                         B

Nitrogen           N         Iron                              Fe                    Clorin                         Cl

Posphor           P          Mangan                        Mn                   Sodium            Na

Sulfur               S          Cuprum                        Cu                    Silikon                         Si

Cobalt                         Co

Na merupakan unsur dasar untuk tumbuhan tingkat tinggi. Karena itu pada daftar unsur yang diperlukan untuk tanaman tingkat tinggi diberi tanda kurung. Dalam hal ini Na untuk beberapa spesies tanaman, khususnya Chenopodia dan adaptasi spesies terhadap kondisi saling mengambil unsur ini dalam jumlah yang relatif tinggi. Na mempunyai manfaat dan sangat esensial. Hal yang sama juga pada Si, yang dari beberapa penelitian tampak merupakan nutrisi pokok untuk tanaman padi ( Broyer, dkk. 1954) dalam penemuannya yang baru menyatakan bahwa Klorin juga merupakan unsur pokok untuk pertumbuhan tanaman tingkat tinggi. Hal ini sangat diperlukan pada proses fotosintetis ( Arnon,1959). Dari daftar unsur pokok lainnya yang belum terdaftar untuk tumbuhan tingkat tinggi, misalnya saja Vanadium juga merupakan elemen yang sangat penting ( Nicholas, 1961).

Nutrisi tanaman dibagi atas dua  yaitu makronutrien dan mikronutrien. Makronutrien dibutuhkan oleh tumbuh-tumbuhan dalam jumlah yang relatif tinggi ketimbang unsur hara mikronutrient. Kandungan unsur hara makro pada jariingan tanaman, seperrti N, 1000 kali lebih besar daripada kandungan unsur hara mikro Zn. Berikut ini adalah klasifikasi dari unsur hara makro yakni : C, H, O, N, P, S, Ca,  Mg,  (Na, Si). Sedangkan yang termasuk unsur-unsur hara mikro adalah : Fe,  Mn, Zn,  Mo, B, Cl. Pembagian nutrisi tanaman atas makro dan mikronutrient bersifat relatif dan kadang-kadang dalam kasus-kasus lainnya kandungan makronutrient dan mikronutrient ternyata lebih mudah daripada yang tercantum diatas. Misalnya saja kandungan nutrisi dari Fe atau Mn ternyata hampir sama atau sebanding dengan kandungan unsur hara dari S atau Mg. Kandungan unsur hara mikro sering melampui kebutuhan fisiologisnya. Hal ini juga terjadi pada Mn. Klorida juga dibutuhkan dalam jumlah yang cukup tinggi pada beberapa spesies tanaman yang dibutuhkan pada proses fotosintetis.

Contoh-contoh diatas menunjukkan bahwa adanya kandungan hara tanaman pada organ-organ tanaman seperti daun, batang, buah dan akar tidak mengindikasikan kuantitas yang efektif untuk proses fisiologis dan biokimia. Tanaman dalam situasi tertentu juga mengandung elemen yang sebenarnya bukan elemen yang dibutuhkan tumbuhan. Hal ini bisa merupakan toksik bagi tanaman itu sendiri, misalnya Alumunium (Al),  Nikel (Ni),  Selenium (Se) dan Florin (F).

Ditinjau dari segi fisiologis, sebetulnya cukup sulit untuk mengklasifikasikan nutrisi tanaman dalam makronutrien dan mikronutrien, apabila dilihat dari konsentrasi jaringan tanaman itu sendiri. Klasifikasi berdasarkan tingkah laku biokimia dan fungsi fisiologis lebih sesuai. Ditinjau dari segi fisiologis nutrisi tanaman dapat dibagi atas empat  kelompok (lihat Tabel 1.1).

1. Kelompok pertama, mencakup unsur-unsur pokok dari bahan organik tanaman yakni : C, H, O, N, dan S.  Karbon diperoleh dalam bentuk senyawa CO₂ dari atmosfir dan bisa juga dari senyawa HC₃ dalam larutan tanah. Senyawa ini diasimilasikan oleh karboksilase membentuk gugusan karboksilase baru. Proses asimilisasi C secara simultan juga diikuti oleh proses asimilasi O, jadi tidak hanya C sendiri tetapi juga CO₂ atau HCO₃.  Hidrogen diambil dari air pada larutan tanah atau di bawah kondisi atmosfir yang humid. Dalam proses fotosintetis H₂O direduksi menjadi H (fotolisis). Proses tansfer ini melalui beberapa proses dan menggunakan senyawa organik yang menghasilkan reduksi nikotinamida adenin dinukleotida (NAD ⁺) yang kemudian direduksi menjadi senyawa NADPH. Ini merupakan koenzim yang sangat penting dalam proses reduksi-oksidasi, seperti NADPH dapat ditansfer dalam bentuk H menjadi sejumlah senyawa yang berbeda-beda. Nitrogen diperlukan tanaman dalam bentuk nitrat atau ion amonium dari larutan atau gas N₂ dari atmosfir. Proses yang terakhir disebut Fiksasi molekular N₂ dan melalui beberapa organisme (Rhizobium, Actinomyces alni) yang bersimbiosis pada tumbuhan tingkat tinggi. Asimilasi N menjadi NO₃– terjadi akibat proses reduksi dan proses persenyawaan. Amonium -N dalam proses asimilasi juga melibatkan proses persenyawaan. Proses Persenyawaan N dari molekul N₂ tergantung pada proses awal dari N₂ menjadi NH₃ yang selanjutnya dimetabolisme oleh proses persenyawaan. Asimilasi sulfat (S) menjadi NO₃ -N seperti pada reduksi SO₄^2- menjadi gugus -SH. Sulfur tidak saja diperoleh dari larutan tanah dalam bentuk SO₄²– tetapi juga diabsorpsi dari SO₂ dari atmosfir. Reaksi C,H,O,N,dan S menjadi molekul merupakan proses metabolisme fisiologis yang sangat penting bagi tumbuhan. Hal ini akan diuraikan secara mendalam. Dalam bagian ini hanya disebutkan beberapa unsur pokok dari material organik tumbuhan yang diasimilasi dalam reduksi fisiologis yang kompleks.
2. Kelompok kedua, adalah gugusan P, B, dan Si serta gugusan lainnya, menunjukkan kesamaan tingkah laku biokimia, semuanya mengabsorbsi anion organik atau zat asam.

Dalam sel tumbuhan unsur-unsur ini dalam bentuk bebas  atau diabsorbsi tidak dalam bentuk difusi anion organik. Misalnya absorbsi Ca²⁺ oleh gugusan pepsin karboksilik.

3.    Kelompok ketiga, adalah K, Na,  Mg,  Mn,  Cl. Kelompok ini diambil dari larutan  tanah dalam bentuk ion. Dalam sel tanaman ion-ion ini dalam bentuk ion bebas atau dapat diadsorbsi  dan menjadi ion tidak bebas yaitu dalam bentuk anion organik, sebagai contoh penyerapan Ca²⁺ oleh group karboksil dari pektin. Magnesium juga terikat dengan kuat dalam molekul klorofil. Di sini Mg²⁺ adalah dalam bentuk chelat yang diikat oleh ikatan kovalen maupun ikatan koordinat ( akan diuraikan lebih lanjut pada hal  selanjutnya). Dalam hubungannya dengan Mg²⁺, elemen ini sangat erat dan mirip dengan kriteria pada group keempat:  Zn, Fe, Cu,Mo. Elemen  ini secara umum berada dalam bentuk chelat dalam tanaman. Pembagian antara group ketiga dan keempat tidak secara jelas dapat dibagi-bagi untuk Mg²⁺, elemen Mn dan Ca²⁺ didalam tanaman juga berada dalam bentuk chelat.

Menurut Nurhayati dkk., ( 1986), unsur- unsur yang dibutuhkan tanaman secara umum dibagi kedalam 2 kelompok, yaitu unsur hara makro dan mikro. Menurut Marschner (1986), selain  unsur hara makro dan mikro juga terdapat unsur hara yang tidak essensial menurut definisi essensial tetapi dapat menstimulasi pertumbuhan atau dapat juga essensial hanya pada beberapa tanaman atau menjadi essensial pada beberapa kondisi. Marschner menyebut dengan beneficial  element. Sebagai contoh adalah Na, Si, Co, Ni, Se, Al.

Tabel 1.1          Klasifikasi Nutrisi Tanaman

Unsur Hara	Penyerapan	Fungsi Biokimia
Kelompok IC,H,O,N,S	Dalam bentuk CO2, HCO3—, H2O,H2, NO3-,NH4-,N2,SO42-,SO2.Ion dalam larutan tanah, gas-gas dari atmosfir	Sumbangan utama dari bahan organik.Unsur-unsur esensial dari kelompok-kelompok atomik dalam proses enzimatik.Asimilasi oleh reaksi melalui reaksi – reaksi oksidasi – reduksi
Kelompok  IIP ,  B,  Si	Dalam bentuk fosfat ,asam Borik/Borat, Silikat berasal dari larutan tanah	Esterifikasi dengan kelompok alkohol dalam tanaman. Ester – ester Fosfat terlibat dalam reaksi transport energi
Kelompok IIIK,Na, Mg, Mn, Cl	Dalam bentuk ion – ion dari larutan tanah.	Fungsi ion spesifik membentuk potensial osmotik.Reaksi reaksi yang lebih spesifik melalui konfirmasi protein enzim menjadi siklus optimum (aktifitasi enzim).Membatasi reaksi -reaksi berpasangan.Menyeimbangkan anion – anion yang dapat larut dan yang tidak dapat larut.
Kelompok IVZn, Fe, Cu,Mo	Dalam bentuk ion chelate berasal dari larutan tanah	Sebagian besar berada dalam chelate tergabung dalam kelompok prostetik. Memungkinkan transport elektron melalui pertukaran valensi.

.

Unsur hara makro, biasanya diatas 500 ppm dalam tanaman. Untuk hara mikro diperlukan hanya dalam jumlah sedikit, biasanya kurang dari 50 ppm dalam tanaman.

Menurut Epstein ( 1972), unsur- unsur yang diklasifikasikan essensial ada 16 untuk seluruh tanaman budidaya.  Khusus Na, Si, dan kobalt hanya  essensial untuk beberapa tanaman, Klorin adalah unsur yang paling akhir dinyatakan esensial.

Tabel 1.4. Beberapa unsur hara esensial dan peranannya dalam tanaman.

Unsur	Peranan dalam tanaman
Nitrogen (N)	Penyusun semua protein. Klorofil, dan peranan koenzim, dan asam- asam nukleat.
Phospor (P)	Transfer energi, bgn dari ADP, ATP, penyusun beberapa protein, koenzim, asam nukleat, dan substrat metabolisme
Kalium (K)	Sedikit peranannya sebagai penyusun komponen tanaman. Berfungsi dalam pengaturan metabolisme sprt fotosintesis, translokasi karbohidrat, sintesis protein dll.
Kalsium (Ca)	Komponen dinding sel. Berperan dalam struktur dan permeabilitas membran.
Magnesium (Mg)	Penyusun klorofil dan enzim aktivator.
Belerang (S)	Bagian penting dari protein tanaman.
Boron ( Bo)	Tidak pasti, tetapi dipercaya penting dalam translokasi gula dan metabolisme kabohidrat.
Besi (Fe)	Sintesis klorofil dan enzim- enzim untuk transfer elektron.
Mangan ( Mn)	Pengendali beberapa sistem oksidasi- reduksi, pembentukan O2 dalam fotosintesis.
Tembaga ( Cu)	Katalisator untuk respirasi, penyusun enzim.
Seng ( Zn)	Dalam sistem enzim, yang mengatur bermacam- macam aktv. metabolik.
Molibdenum (Mo)	Dalam nitrogenase dibutuhkan untuk fiksasi nitrogen.
Kobalt (C)*	Penting untuk fiksasi N secara simbiotik oleh rhizobium.* tidak penting untuk semua tanaman berpembuluh menurut  batasan suatu unsur penting oleh  Arnon.
Klorin (Cl)	Aktivator sistem untuk menghasilkan O2 dalam fotositesis.

1.2. Fungsi umum unsur hara.

Seperti telah disebutkan diatas C, H, O, N dan S adalah bagian dari bahan organik tumbuhan. Selain hal tersebut unsur- unsur tersebut juga terlibat  dalam proses enzimatik,  C dan O adalah komponen utama group karboksil, H dan O pada proses oksidasi – reduksi,  N  pada pembentukan NH2- , NH =,  dan juga  – N±  dan S dalam pembentukan  group SH. Unsur tersebut juga adalah pereaksi dari berbagai proses biokimia. Beberapa contoh umum dari reaksi tersebut akan dijelaskan dibawah ini.

Karbon diassimilasi oleh tanaman sebagai CO2. Proses ini disebut karboksilasi dan merupakan proses dasar dimana CO2 berperan dalam proses fotosintesis. Proses kebalikannya dimana CO2. dibebaskan juga sudah sangat umum dan dikenal dengan dekarbosilasi. Sebagai  contoh dekarboksilasi adalah pelepasan CO2 dari asam malat ke bentuk asam piruvat. Reaksi ini dikatalisis oleh enzim malat, coenzim A, nikotin adenin dinukleotida pospat ( NADP) juga dibutuhkan dan mengalami pengurangan selama proses reaksi.

Gambar hal 15,  bk ungu.

Keseimbangan dalam reaksi ini sangat dipengaruhi oleh asam piruvat yang terbentuk. Dua atom H dari asam malat ditransfer  pada reaksi ini. Satu dilepaskan pada proses reduksi coenzim NADP⁺ dan yang satunya lagi tampak sebagai proton    ( H⁺). Komponen yang aktif dari coenzim adalah nicotinamida. Oksidasi dan reduksi bentuknya adalah seperti dibawah ini:

GAMBAR  HAL 15

Contoh dari dekarboksilasi juga menunjukan keterlibatan atom N disetiap proses enzim. Semua enzim dan coenzim mengandung N.

Group- SH dapat juga terlibat dalam proses oksidasi – reduksi. Persamaan berikut menunjukkan reaksi dari dua group – SH dari dua molekul systin yang dihasilkan pada proses sintesis satu molekul systin, karakteristik yang majemuk karena adanya jembatan . S –S-. Pada reaksi ini molekul systin dioksidasi  dan dua atom H hilang. S-S group  sangat dikenal di protein, biasanya berfungsi sebagai rantai antara pada rantai polipeptida

GAMBAR……. HAL 15, 17, 18, 21, 22

Group ke tiga dan keempat dari nutrisi tanaman ( Tabel 1.1. ), tidak mempunyai fungsi khusus di sel, hanya menentukan potensial osmotik di sel organel atau dalam keseimbangan ion. Juga dijelaskan unsur hara ini dapat mempengaruhi fungsi khusus. Pada suatu review paper Clarkson dan Hanson ( 1980), menunjukan group ketiga dan keempat dari  group unsur hara yang telah dijelaskan didepan , dibagi lagi menjadi empat kategori. Yaitu:

1. Merangsang dan mengontrol mekanisme ( Na+, K+, Ca++, Cl-), dengan mengontrol potensial osmotik, permeabilitas membran, elektro potensial dan  ketahanannya.
2. Mempengaruhi struktur sel ( K+, Ca ²+, Mg²+, Mn²+) dengan mengikat  (binding) dengan molekul organik terutama molekul enzim dan ikut dalam proses pembentukan.
3. Membentuk asam Lewis ( Mg ²+, Ca²+, Mn²+, Fe²+, Cu²+, Zn²+ ). Ion- ion ini dapat menerima pasangan elektron oleh karena itu dapat mengkatalisis atau merangsang suatu reaksi.
4. Reaksi redoks ( Cu²+, Fe²+, Co²+, Mn²+). Ion- ion ini adalah komponen essensial dari group prostetik yang bertanggung jawab terhadap transport elektron.

Ca dan Mg mempunyai affinitas yang tinggi untuk group karboksil dan group fosfat, dimana unsur metal seperti Fe, Mn , Cu dan Zn  lebih  cepat ditarik dan specifik dibandingkan N dan S.  Ca oleh karena itu pada umumnya terikat di dinding sel dan membran dan konsentrasinya di sitoplasma relatif rendah dibandingkan  Mg ²+.   Apabila terikat dengan molekul organik ,  bentuk   Mg²+, mengikuti kelompok pyropospat dari coenzym ATP, untuk membentuk kompleks Mg ATP²-,  yang kemudian terikat dengan  enzim protein.  Mg ²+, dapat juga membentuk kompleks dengan koenzim ADP walaupun affinitas ATP untuk Mg lebih besar. Pada beberapa reaksi  kompleks Mn ATP²-,   lebih aktif dibandingkan Mg ATP²-. Pada beberapa reaksi enzimatik dimana ATP adalah penyumbang atau donor pospat, Mg ATP²-. Tampak lebih aktif dari koenzim ( FIG 1.1).

Group terakhir dari unsur hara tanaman ( Tabel 1.1) adalah logam berat. Unsur-unsur ini paling sering tampak dalam bentuk chelat didalam tanaman. Atom dari  logam chelat adalah salah satu yang terikat dalam bentuk ikatan majemuk organik ( ligand) dengan dua atau lebih ikatan.  Contoh bentuk ikatan adalah seperti tampak pada FIG. 1.2.

Ca²+, terikat dengan ethylene diamine tetraacetate ( EDTA), dengan cara ini dua group karboksil dari asam terikat dengan Ca²+, melalui ikatan elektrostatis, sedangkan dua koordinat terikat dalam bentuk antara Ca²+, dan dua atom N. Kompleks yang sangat stabil yang terbentuk, yang  kelarutannya sangat tinggi dalam air dan relatif stabil untuk berubah dalam  ph.

Yang terpenting  dan terjadi ikatan chelate secara alamiah dalam tanaman adalah dari group haem dan chlorophyl. Group haem adalah Fe porphyrin. Besi diikat dengan N-atom dari dua ikatan phyrol dengan ikatan koordinat . Group haem dalam bentuk group prostetik beberpa enzym ( katalase, peroksidase, cytochrome, cythocrome oksidase).  Kehadiran besi ( Fe) dalam ikatan  haem valensi  dapat berubah i dari Fe²+, menjadi Fe3+.

Fe²+ ® Fe³+  +  e¯

Ini memungkinkan transfer elektron, fungsi prinsip dari group prostetik ini. Bentuk yang tereduksi ( Fe”) kelompoknya disebut haem dan didalam bentuk oksidasi ( Fe”’) disebut haemin . Atom logam yang lain seperti Cu, Co dan Mo juga berfungsi dalam sistem enzym analogi cara seperti yang disebutkan pada Fe.

Gambar 1.3 dan 1.4., hal.18, ungu.

Struktur klorophyl mirip dengan struktur haem. ( Fig 1.4.). Ikatan Mg bergabung dengan atom N pada  struktur porphyrin melalui dua ikatan kovalen dan dua ikatan koordinat. Klorofil mempunyai fungsi utama dan penting dalam metabolisme tanaman dimana kompleks logam berat dapat mengantar elektron apabila ada cahaya. Ini adalah proses dasar dari fotosintesis.

Ini seperti  logam berat yang terutama diserap dari tanah dalam bentuk chelat. Proses chelatisasi disekitar akar atau dipermukaan akar, adalah merupakan hal utama yang memungkinkan ketersediaannya.

1.3. Kandungan Mineral .

Material atau bahan tumbuhan hidup terdiri dari bahan organik, air dan mineral. Jumlah relatif dari ketiga komponen tersebut dapat bervariasi, tetapi untuk material tumbuhan hijau, air selalu ada dalam proporsi tertinggi dan mineral dalam proporsi terendah. Distribusi prosentasi dari tiga komponen ini berdasarkan besarnya adalah  ;

Air                               70 %

Bahan Organik 27 %

Mineral             3 %

data yang lebih rinci yang menunjukkan kandungan tingkat mineral tumbuhan dapat dilihat dalam Tabel  1.2 dan 1.3 .

Namun, air mempunyai peranan yang sangat penting karena memampukan tanaman membuat bahan organik hasil fotosintetis. Dengan adanya air, kandungan mineral pada tumbuhan dan organ tumbuhan  menjadi sangat penting secara fisiologis dan praktis.

Tabel 1.2. Kandungan air  dari beberapa jaringan tanaman dalam persen  berat basah.

No	Jenis tanaman	Persen
1	Bahan  tanaman muda	90 – 95
2	Akar muda	92 – 93
3	Daun tua	75 – 85
4	Jerami biji-bijian  tua	15 – 20
5	Batang	15
6	Biji cereal	10 – 16
7	Biji  masak	7 – 10
8	Buah tomat	92 – 93
9	Jeruk	86 – 90
10	Apel	74 – 81
11	Buah pisang	73 – 78
12	Umbi kentang	75 – 80
13	Akar bit gula	75 – 80

.

Faktor utama yang mengendalikan kandungan mineral tumbuhan adalah potensial pengambilan hara yang tetap secara genetis dan spesifik, bagi hara mineral yang berbeda. Hal ini menjadi dasar   kandungan N dan K pada bahan tumbuhan hijau yang 10 kali lebih tinggi dari P dan Mg, dan pada dasarnya 100-1000 kali lebih tinggi dari kandungan mikronutrient. Pola umum terjadi pada semua spesies tumbuhan tinggi. Namun demikian dalam satu spesies pun terdapat perbedaan yang nyata dalam kandungan  mineral, yang juga ditentukan secara genetis. Hal ini dipelajari Collander  (1941), yang menumbuhkan 20 spesies tanaman yang berbeda-beda dalam larutan hara yang sama dan menentukan komposisi mineral dari tanaman yang tumbuh. Ditemukan bahwa kandungan K tidak banyak berbeda antar spesies tapi  perbedaan nyata dalam kandungan Ca,   Mg dan Si,  dan yang tertinggi ditemukan adalah spesies tanaman yang memiliki potensial pengambilan tinggi terhadap mineral-mineral ini (Atripleks hortense dan Vicia untuk Na, Latuca dan Pisum untuk Mn ) pada kasus – kasus ekstrim mengandung Na atau Mn 60 kali lebih banyak dibanding spesies tumbuhan lain yang memiliki potensial pengambilan hara yang rendah  (Fagopyrum dan Zea untuk Na, Salicornia dan Nicotiana untuk Mg ).

Telah sering diamati bahwa tumbuhan dikotil umumnya mengandung proporsi kation divalen dan monovalen yang lebih besar daripada monokotil. Ca²⁺, terdapat dalam jumlah yang besar di dinding sel bahan tanaman ( apoplast) dengan jumlah yang sangat sedikit di sitoplasma. Sejak kapasitas pertukaran kation materi dinding sel dari dikotil juga selalu lebih tinggi dibandingkan monokotil, dapat diduga bahwa tingginya pengambilan Ca untuk dikotil berhubungan dengan tingginya kapasitas pertukaran kation. Ini menunjukkan indikasi yang jelas bahwa paling sedikit kontrol dari transport ion divalen antar tanaman adalah tergantung kepada berapa luasnya kapasitas pertukaran kation dari jaringan tanaman ( van de Geijn dan Petit, 1979).

Dalam literatur lama  dikatakan bahwa dalam hubungan sebab akibat antar KTK dan pengambilan kation divalen dan monovalen yang berbeda ( McLean et al., ( 1956 ), Drake and White (1961) ), diketahui bahwa efek pertukaran kation diakar menyebabkan akar menjadi sangat penting dalam mengatur pengambilan kation dan juga komposisi kation tumbuhan ( Mengel, 1961, Cunningham dan Nielsen, 1963 ).

Faktor kedua yang mengontrol kandungan mineral adalah ketersediaan hara tanaman dalam medium hara. Konsentrasi dari mineral tertentu  dalam tanaman meningkatkan bentuk kurva kejenuhan seiring dengan meningkatnya ketersediaannya dalam medium hara. Hubungan digambarkan dalam Gambar 2.25., di hal.106.

Garis bertitik dari kurva dalam kisaran rendah ketersediaan hara menunjukkan bahwa di sini kandungan mineral tumbuhan tetap konstan. Hal ini menunjukkan konsentrasi terendah yang dibutuhkan untuk mempertahankan metabolisme dan kehidupan tanaman. Pertumbuhan dalam keadaan ketersediaan hara yang rendah  sangat terhambat dan bila ada peningkatan dalam suplai hara akan mendorong pertumbuhan. Dengan demikian walaupun ada peningkatan pengambilan hara sebagai hasil dari bertambah banyaknya hara yang tersedia, konsentrasi hara dalam tanaman tetap konstan.

GAMBAR   1.5.

Fig. 1.5. Pengaruh peningkatan pemberian Mg terhadap kandungan Mg pada batang biji-bijian dan biji .( Screiber, 1949).

Hubungan antara ketersediaan hara dalam medium pertumbuhan dan kandungan hara tanaman digunakan dalam metode analisis daun dan tanaman untuk mendiagnosis ketersediaan hara  dalam tanah. Hal ini didiskusikan secara lebih rinci nanti (hal.88). Tumbuhan memerlukan tingkat tertentu dari tiap hara dalam jaringannya, dan jika tidak tersedia akan menggangu pertumbuhan tanaman.  Tingkat kritis kebutuhan hara  berbeda untuk tiap  tanaman. Sangat jelas bahwa hara makro biasanya hadir dalam konsentrasi yang lebih tinggi dibanding hara mikro.

Kandungan mineral berbeda secara nyata antara organ – organ tumbuhan. Umumnya bagian vegetatif tumbuhan seperti daun, batang, dan akar bervariasi sangat tinggi dalam komposisi mineral  dibandingkan buah, umbi dan biji. Tanaman memasok hara dan mineral serta bahan organik dari bagian – bagian lain tumbuhan dan hal ini umumnya menyebabkan terjadinya variasi yang hanya sedikit dalam kandungan antar organ reproduktif dan organ penyimpan. Hubungan ini untuk  Mg dapat dilihat dalam Gambar 1.5.. Hal ini menunjukkan bahwa dengan meningkatnya ketersediaan Mg  dalam tanah, kandungan Mg dalam batang jerami lebih terpengaruh dibanding kandungan Mg biji  (Schreiber, 1949 ). Hubungan yang sama juga terjadi pada hara tanaman lain seperti   N, P , K, Fe dan Ca.

Kandungan hara tanaman juga sangat tergantung dari umur. Tumbuhan muda dan jaringan tumbuhan muda mempunyai kandungan N, P, K yang tinggi. Sementara dibagian tanaman yang lebih tua dan lebih masak, kandungan Ca²+, Mn²+, Fe dan B lebih tinggi lagi

( Smith, 1962 ), asalkan kandungan hara didasarkan pada  bahan kering. Variasi tripikal dalam kandungan N, P, K  selama periode pertumbuhan sereal ditunjukkan dalam Gambar 1.6. pada minggu I musim tumbuh, kandungan hara meningkat. Karena pengambilan hara yang relatif tinggi dibanding laju pertumbuhan. Segera setelah fase pertunasan berakhir laju pertumbuhan sangat tinggi dari perpanjangan batang dimulai. Pertumbuhan yang aktif menyebabkan reduksi dramatis dalam kandungan mineral tanaman karena pengenceran. Bila tanda-tanda bunga telah berkembang sempurna, hanya sedikit perubahan dalam kandungan N, P dan K dalam semua jaringan tumbuhan. Jumlah  tersebut dalam tumbuhan itu sendiri  terjadi perubahan yang  cukup berarti  antara jaringan, karena selama periode pemasakan ini sejumlah besar N dan P ditranslokasikan dari daun dan batang ke biji.

GAMBAR 1.6.

Fig. 1.6. Kandungan N, P, K,  pada tanaman Oats selama satu periode tumbuh. ( Schriber dan Mengel, 1960).

Kandungan mineral tumbuhan biasanya dinyatakan dengan dasar berat kering, dimana bahan tumbuhan segar dikeringkan pada suhu 105° C sampai semua air keluar hingga tersisa   4% K dalam bahan kering atau 3 mg P per gram bahan kering atau 27 ppm Mn dalam bahan kering. Istilah ppm berarti part permillion, 27 bagian Mn ( berat ) per 1.000.000 bagian (berat) bahan kering. Kadang – kadang ug/g atau mg/kg lebih digunakan dibanding ppm. Istilah ini berlaku bila kuantitas kecil dihitung seperti dalam kasus hara mikro. Untuk hara makro kandungan mineral biasanya dinyatakan dalam % atau mg/gram bahan tanaman. Tabel 1.3. menyajikan hasil survei dari kandungan mineral dari berbagai tumbuhan dan organ tumbuhan. Angka – angka yang disajikan hanyalah petunjuk. Kandungan mineral bisa bervariasi secara nyata tergantung dari kondisi pengambilan dan faktor lain termasuk yang disebut diatas.

Untuk tujuan praktis seperti perkiraan pengambilan hara total tanaman atau penggunaan analisis tumbuhan sebagai alat mendiagnosis  ketersediaan hara dalam tanah, kandungan mineral berdasarakan dasar bahan kering adalah paling cocok untuk pertimbangan fisiologis, lebih tepat  untuk menyatakan konsentrasi hara pada tanaman dengan dasar bahan segar dalam bentuk million (mm) atau mili ekuivalen (me), 2,5 me Ca/100g bahan segar. Hal ini akan memberi kesan yang lebih realistik dari konsentrasi mineral aktual dalam sel tanaman. Juga penting kalau menyatakan konsentrasi atau molekul organik seperti asam amino bebas, asam organik  dan gula. Sebagai tanaman, dengan mendasarkan konsentrasi atas bahan segar dan menyatakan nilainya dalam mm atau me, sering lebih muda untuk mengenal hubungan fisiologis. Satu contoh adalah pengaruh umur terhadap kandungan mineral jaringan tumbuhan

Umumnya kandungan air pada bahan tanaman lebih tinggi pada jaringan yang lebih muda sehingga jaringan tumbuhan muda tidak terlalu kaya akan N, P dan K seperti diketahui dari analisis bahan kering. Jungk  (1970),  menunjukkan bahwa dalam kasus Sinapsis alba kandungan K⁺ dan NO3ˉ yang didasarkan pada berat segar tetap konstan pada seluruh musim tumbuh, asalkan tumbuhan cukup tersuplai kedua hara ini. Buah berdaging dan organ penyimpanan juga mempunyai kandungan air yang tinggi dibandingkan  buah-buahan dan biji-bijian. Dengan demikian perbandingan komposisi mineral dari bahan  kering diperoleh dari sampel bahan segar dengan kandungan air yang sangat berbeda harus dilakukan dengan lebih teliti.

Tabel 1.3. Kandungan mineral pada beberapa bahan tanaman.

Elemen	Gandum pada fase akhir pembentukan bulir	Biji gandum	Jerami gandum	Batang pada fase vegetatif
N	39	17	4.5	56
P	4.4	4.3	1.2	4.9
S	3.2	2.8	3.3	9.3
Cl	15	2.7	14	12
K	43	6.4	14	46
Na	5.3	0.2	3	1.3
Ca	9.4	2.2	9.0	29
Mg	2.1	1.2	1.0	2.0
Si	3.5	1.8	3.3	3.4
Fe	74	53	85	550
Mn	130	80	50	250
Cu	7	3	2.3	7
B	6	1.1	7	35
Mo	2	1.6	1.0	–