ABSTRAK
ANALISA STATUS SILIKA TANAMAN TEBU (Saccharum officinarum L) SEBAGAI DASAR REKOMENDASI APLIKASI SILIKA
Oleh
Sri Haryani
Silika merupakan unsur yang semakin dipertimbangkan dalam budidaya tanaman tebu (Saccharum officinarum L.). Merujuk berbagai hasil penelitian yang mengkaji peran silika dalam meningkatkan metabolisme dan produktivitas tanaman, maka beberapa negara pembudidaya tebu telah menetapkan silikat sebagai salah satu kebijakan kultur-teknis budidaya tebu. Sumber silika yang dimanfaatkan antara lain kalsium silikat. Bahan lain yang dipertimbangkan layak digunakan adalah abu ketel.
analisis silikat diharapkan mampu menjawab objek contoh tanaman sehingga mempermudah pemantauan status silika di kebun. Selain itu, diharapkan dapat diketahui dosis abu ketel yang memberikan hasil baik terhadap pertumbuhan dan produksi tanaman sekaligus mudah untuk diterapkan di kebun.
Penelitian ini diwujudkan dalam tiga seri percobaan yang dilaksanakan pada waktu bersamaan sepanjang Juni 2014 – Juli 2015, yakni percobaan pot, demplot dan survei kebun. Percobaan pot disusun dalam Rancangan Acak Kelompok Lengkap (RAKL) dengan 5 ulangan dan 6 tingkat perlakuan. Kontrol, dosis aplikasi abu ketel 10 ton/ha, 50 ton/ha, 100 ton/ha, 150 ton/ha dan 200 ton/ha merupakan perlakuan yang diujikan di percobaan pot. Peubah – peubah pertumbuhan tanaman dan kandungan silikat di berbagai bagian tubuh tanaman digunakan sebagai pendekatan untuk memenuhi tujuan penelitian. Pada percobaan demplot, dosis abu ketel ditetapkan sebagai perlakuan adalah kontrol, 80 ton abu ketel/ha, 100 ton/ha dan 120 ton/ha. Peubah yang diamati sama dengan percobaan pot dengan harapan hasil yang diperoleh di percobaan pot terverifikasi di percobaan demplot. Survei kandungan silikat di kebun memanfaatkan contoh tanaman yang digunakan sebagai alat pemantauan kesuburan tanaman di kebun, yakni helai daun+1. Hasil survei yang diperoleh menjadi informasi yang menggambarkan sebaran silikat di kebun.
ANALISA STATUS SILIKA TANAMAN TEBU (Saccharum officinarum L) SEBAGAI DASAR REKOMENDASI APLIKASI SILIKA
Oleh SRI HARYANI
Tesis
Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Mencapai Gelar MAGISTER AGRONOMI
Pada
Program Studi Magister Agronomi Fakultas Pertanian Universitas Lampung
PASCASARJANA MAGISTER AGRONOMI UNIVERSITAS LAMPUNG
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Metro, Lampung, pada tanggal 31 Juli 1981, sebagai sulung dari 5 bersaudara dari pasangan bapak – ibu, Wid Wiyadi – Lasmi. Penulis menyelesaikan pendidikan dasar di Sekolah Dasar Pertiwi Teladan pada tahun 1994 kemudian melanjutkan pada Sekolah Lanjutan Tingkat Pertama Negeri 1 Metro yang diselesaikan pada tahun 1997. Pada tahun yang sama penulis meneruskan pendidikan di Sekolah Menengah Umum Negeri 1 Metro yang kemudian selesai pada tahun 2000. Selanjutnya, penulis terdaftar sebagai mahasiswa di Jurusan Ilmu Tanah, Fakultas Pertanian Universitas Lampung, melalui seleksi ujian Masuk Perguruan Tinggi Negeri (UMPTN) pada tahun 2000. Pendidikan Strata-1 diselesaikan pada tahun 2004.
bersama tim Unila memperoleh peringkat IV dalam Soil Judging Contest pada acara JITI 2003 di Universitas Brawijaya Malang serta pada tahun yang sama penulis memperoleh peringkat II Mahasiswa Teladan Tingkat Fakultas Pertanian Unila.
i
SANWACANA
Penulis memanjatkan puji syukur ke hadirat Allah SWT atas kesempatan dan karunia yang luar biasa karena atas ridha, kasih sayang dan kekuatan yang diberikan penulis dapat menyelesaikan perkuliahan, tugas, dan tesis di Strata- 2 di tengah kesibukan penulis sebagai seorang karyawan, istri, dan ibu dari 2 orang bayi dengan hasil yang baik dan waktu sesuai harapan.
Penulis merasa berhutang budi dan sudah sepantasnya berterima kasih setulus-tulusnya kepada :
1. Bapak Prof. Ir. Abdul Kadir Salam. M.Sc., Ph. D. selaku Pembimbing Utama atas segala bimbingan, dorongan, motivasi yang telah diberikan kepada penulis dalam menyelesaikan program S-2 ini.
2. Bapak Ir. Warsono, M. S., Ph. D. dan Ir. Agus Karyanto, M. Sc., Ph. D. selaku pembimbing kedua dan pembahas atas bimbingan dan motivasi yang diberikan dalam penyelesaian tugas akhir penulis.
3. Bapak Dr. Ir. Dwi Hapsoro, M.Sc. selaku Ketua Program Studi Magister Agronomi sekaligus sebagai Pembimbing Akademik, yang berkenan membimbing, memotivasi, mendorong, membantu serta menyumbangkan ide dan saran kepada penulis dalam kegiatan perkuliahan dan proses penelitian sehingga dapat berjalan lancar dan selesai dengan baik.
ii
pengertian, toleransi dan bantuan yang diberikan sehingga semua mata kuliah dapat penulis selesaikan dengan baik.
5. Rekan sekelas ‘Soccer mate’ : Pak Dudy Arfian, Kak ‘Izul” Iskandar Zulkarnain, Pak Heri Kundarto, Ibu Lenni Marlina, Ibu Endang Sri Ambarwati, Ibu Nur Aflamara, Mbak Meliya Indriyati, Reni Mitasari, Annisa Ayu Fitri, dan Sri Nurmayanti, atas suka duka, keluh kesah, tawa canda, bantuan, motivasi selama masa perkuliahan dan penyelesaian tesis. 6. Ibu Rita dan Mbak Ambar, atas bantuan yang diberikan dari sisi
administrasi perkuliahan.
7. Pimpinan PT Gunung Madu Plantations, Bapak Hi. Muhammad Jimmy Mahshun dan Bapak Ir. Sunaryo selaku Pimpinan R & D Departmen, atas kesempatan dan dispensasi serta kemudahan bagi penulis untuk mengikuti kegiatan perkuliahan dan menyelesaikan program S-2 di tengah kewajiban dan tugas di perusahaan.
8. Bapak Ir. Heru Gunito dan Ibu Norma Mulyani, atas dukungan, motivasi dan bantuan yang diberikan dalam penyelesaian tugas perusahaan yang seharusnya diemban penulis.
9. Tim Soil Field dan Soil Lab. R & D Department : Pak Suwoto, Pak Unang, Razi, Mbak Luluk, Mbak Siwi, Hani, Eka, Bu Ana, Mbak Rita, Mei, Pak Hari, Pak Agus, Pak Surana, dan tim lapangan yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu, atas kerjasama, bantuan dalam menyiapkan, melaksanakan penelitian serta analisis laboratorium.
iii
selama masa kuliah dan penyelesaian tesis serta Dodi dan Heri atas bantuan editing gambar dan dokumentasi file.
11.Pak Wagiman, Pak Susyanto, dan Pak Narsan yang sabar mengantar jemput penulis selama masa perkuliahan hingga penyelesaian tesis.
12.Keluarga besar Penulis, bapak – ibu penulis, ibu mertua, Om Robi dan Bulek Ika, Mamang Pandi, Mbak Putri, Mbak Niken Bulek Itin, dan Bulek Ari (almh.) atas do’a, motivasi, dukungan, dan bantuan serta keikhlasan mengasuh cucu sekaligus ponakan yang penulis titipkan selama perkuliahan dan penyelesaian tugas akhir.
13.Suami dan pendamping hidup yang penulis cintai, Henky Wibowo, yang dengan ikhlas serta tulus memberikan dukungan moral, do’a, pengertian dan dukungan luar biasa yang tanpa semuanya mungkin penulis tidak dapat menyelesaikan perkuliahan dan tugas akhir dengan baik.
14.Anak – anak penulis yang amat penulis sayangi, M. Hisyam Wibowo dan Sofia Rahma Wibowo, para bayi yang masih amat dini usianya namun telah memberikan pengertian, dukungan, motivasi, keikhlasan serta obat penyembuh yang luar biasa ampuh melalui tatapan mata polos, senyum ceria dan teriakan kanak –kanak yang menyegarkan dan meringankan kala beban kerja dan tugas kuliah terasa berat.
Penulis berharap bahwa karya ini dapat memberikan manfaat bagi khasanah keilmuan di lingkungan pendidikan dan kemajuan perusahaan tempat penulis bekerja serta bagi penulis sendiri.
Dengan penuh syukur kepada Allah SWT
Karya ini kupersembahkan kepada :
Keluarga kecilku, Suami Henky Wibowo, anak – anak
M. Hisyam Wibowo dan Sofia Rahma Wibowo, Kedua orang
tua, Bapak Wid Wiyadi & Ibu Lasmi, keluarga besarku,
iv
1.3 Kerangka Pemikiran ……….
1.4 Hipotesis ………... 2.2.3 Silika dalam Tanaman………... 2.2.4 Manfaat Silika bagi Tanaman……….…...…... 2.2.4.1Pengaruh terhadap cekaman biotik ……….…. 2.2.4.2Pengaruh terhadap cekaman abiotik………... 2.2.4.3Produktivitas tanaman... III. BAHAN DAN METODE..………
3.1 Percobaan Pot ………....
3.1.1 Tempat dan Waktu ………..……. 3.1.2 Bahan Percobaan ………... 3.1.3 Rancangan Percobaan dan Pengamatan …………... 3.1.3.1 Rancangan Percobaan……… 3.1.3.2 Pelaksanaan Percobaan………... 3.1.3.3 Pengamatan………
4.1 Kandungan Silikat Tanaman Tebu………... 4.2 Penentuan Kebutuhan Silikat Tanaman Tebu……...………...
v
4.3 Sebaran Status Silikat di Kebun………..…. 4.4 Pertumbuhan dan Produktivitas Tanaman Tebu……….……. V. KESIMPULAN DAN SARAN………..………... 5.1 Kesimpulan...
5.2 Saran……….
DAFTAR PUSTAKA ………...
LAMPIRAN………..
Klasifikasi komponen silika di dalam tanah………... Denah percobaan pot.………... Denah percobaan demplot……… Serangan hama penggerek di batang primer perlakuan abu ketel 200 ton/ha. ………... Hubungan antara nutrisi dan hasil tanaman yang menunjukkan titik kritis ………..………. Hubungan antara kandungan silikat dalam daun+1 dan silikat tanah terekstrak ammonium asetat dengan biomassa tanaman dalam yang ditumbuhkan dalam pot ………. Sebaran persentase pasir dan silikat di PT Gunung Madu Plantations……….. Perakaran tanaman tebu………. Kurva tinggi tanaman batang ke-1 dan ke-2 di percobaan pot... Kurva pergerakan lengas tanah percobaan pot………... Kurva tinggi dan populasi tanaman di percobaan demplot……
DAFTAR TABEL Perlakuan yang diujikan di percobaan pot...………... Hasil analisis abu ketel ………….………. Perlakuan yang diujikan di percobaan demplot……….. Hasil analisis silikat jaringan tanaman..……….. Hasil analisis silikat-total, terlarut dan daun+ pada
percobaan pot.………. Silikat yang terangkut saat panen………... Kandungan silikat pada tanah dan daun+1………. Biomassa tanaman di atas tanah percobaan pot….……….… Jumlah blok contoh dan status silikat “kritis”………. Populasi tanaman per pot umur 1 – 4 bulan, panjang dan diameter ruas percobaan pot……….
Hasil pengamatan pertumbuhan dan hasil tanaman tebu di percobaan skala demplot………. Hasil analisis silikat tanah dan tanaman percobaan demplot..
1
I. PENDAHULUAN
1.1Latar Belakang dan Masalah
Pengaruh silikat pada performa tanaman tebu baik dari sisi produktivitas maupun ketahanan terhadap cekaman lingkungan pada dekade terakhir makin disadari menjadi suatu hal yang tidak dapat diabaikan dalam praktik budidaya tebu. Tanaman tebu mengakumulasi silika sebesar 400 kg/ha (Meyer dan Keeping, 2005), yang lebih besar dari serapan N, 162 - 254 kg/ha (Franco, dkk., 2010), P, 34.95 – 57.97 kg/ha (Rakkiyappan, dkk. 2007) dan K, 200 kg/ha (Ng Kee Kwong, 2003). Oleh karenanya kebutuhan tebu akan silika-tersedia adalah sama penting dengan unsur hara makro seperti N, P, dan K.
2
PT Gunung Madu Plantation, setiap tahunnya menghasilkan sekitar ± 30,000 ton abu ketel. Pemanfaatan limbah padat ini, selama itu semata hanya ditujukan sebagai campuran kompos bagas atau dibuang ke kebun tanpa pertimbangan tujuan ataupun dampak. Oleh karena itu abu ketel berpotensi sebagai sumber pupuk silika menilik kuantitas abu ketel dan kandungan silikanya yang relatif besar.
Informasi mengenai tingkat kebutuhan silika tanaman tebu dan pemenuhannya dari abu ketel boiler pabrik gula diharapkan dapat memberikan pemahaman yang lebih baik terhadap kemanfaatan abu ketel (dalam hal ini silika) dan petunjuk yang berguna untuk aplikasi secara teknis di kebun, khususnya di PT Gunung Madu Plantations.
1.2Tujuan
Penelitian ini bertujuan untuk :
1. Mempelajari kandungan silika pada organ tanaman tebu (akar, batang, daun, dan pucuk);
2. Mempelajari sebaran status silikat tanaman (daun+1) di areal pertanaman tebu sebagai acuan wilayah yang memerlukan aplikasi silikat;
3. Menera status silika pada jaringan tanaman tebu sebagai landasan untuk menyusun rekomendasi aplikasi silikat;
3
1.3Kerangka Pemikiran
Di perkebunan tebu di berbagai negara seperti Afrika Selatan (Meyer dan Keeping, 2005), Australia (Berthelsen dkk., 1999), Amerika Serikat (McCray dkk., 2011), Brasil (Camargo dkk., 2011) aplikasi silika sudah menjadi bagian dari sistem budidaya tebu. Hal ini dilandasi oleh peran silika dalam perlindungan tanaman terhadap cekaman biotik maupun abiotik. Savant dkk. (1999) menerangkan bahwa fungsi silika pada tanaman ditujukan untuk : 1) penguatan dinding sel (tidak mudah roboh), 2) perlindungan terhadap hama dan penyakit, 3) pengurangan kehilangan air akibat transpirasi, 4) pengurangan efek keracunan logam berat, dan 5) merupakan elemen penting untuk pertumbuhan dan perkembangan normal pada beberapa spesies tanaman.
Aplikasi silika pada perkebunan tebu dilakukan menggunakan berbagai macam sumber, yakni kalsium silikat, kalium silikat, slag/terak baja, abu ketel batu bara, dan abu ketel boiler pabrik gula. Sumber silika yang berasal dari slag atau abu ketel batubara tidak digunakan secara luas mengingat kandungan logam berat kedua bahan tersebut cukup besar (Smolka-Danielowska, 2006; Mack dan Gutta, 2009). Pada umumnya, perkebunan tebu di beberapa negara lebih banyak menggunakan kalsium silikat dan sebagian kecil abu ketel dari boiler sebagai sumber silika.
4
tanah Ultisol PT Gunung Madu Plantations memberikan penekanan terhadap serangan hama penggerek batang dan perbaikan pertumbuhan tanaman tebu.
Aplikasi silika seperti halnya aplikasi pupuk pada umumnya berlandaskan pada hasil analisis hara di tanah maupun jaringan tanaman. McCray dkk. (2011) merekomendasikan kalsium silikat pada berbagai takaran dengan mengacu hasil analisis silika jaringan tanaman yang dikorelasikan dengan hasil gula. Sementara itu, menengok aktivitas monitoring kesuburan tanah dan status hara dalam jaringan tanaman yang berlangsung setiap tahun di PT Gunung Madu Plantations, analisis hara makro seperti C, N, P, K, Ca, Mg dan beberapa parameter lainnya seperti pH, KTK, KB, dan tekstur tanah telah rutin dilakukan. Analisis hara-hara mikro dilakukan apabila muncul kasus- kasus tertentu atau khusus pada percobaan tertentu. Sementara itu analisis silika masih sangat jarang dilakukan.
5
terhadap kemudahan teknik aplikasi dan manfaat yang diperoleh dari silika untuk pertumbuhan tebu.
1.4Hipotesis
1. Status silika pada jaringan tanaman dapat digunakan sebagai landasan untuk rekomendasi aplikasi silika.
2. Sebaran status silika di areal pertanaman tebu merupakan indikator dalam rekomendasi penentuan prioritas area kebun yang perlu diaplikasi silika. 3. Status silika yang ditetapkan pada nilai tertentu dapat dijadikan landasan
untuk menyusun rekomendasi aplikasi silika.
6
II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Abu Ketel
Abu ketel merupakan residu bagas yang digunakan sebagai bahan bakar boiler. Umumnya abu ketel digunakan sebagai amelioran tanah di perkebunan tebu. Sementara manfaat lainnya dilaporkan oleh Hussein dkk. (2014) sebagai bahan pengganti semen dalam pembuatan concrete. Adapun karakteristik fisika dan kimia dari abu ketel dilaporkan oleh Goyal dkk. (2007) (Tabel 1).
Tabel 1. Sifat fisika dan kimia abu ketel.
No. Komposisi
1. SiO2 (%) 62.43
2. Al2O3 (%) 4.38
3. Fe2O3 (%) 6.98
4. CaO (%) 11.8
5. MgO (%) 2.51
6. SO3 (%) 1.48
7. K2O (%) 3.53
8. LOI (%) 4.73
9. Densitas (g/cm3) 2.52 10. Luas permukaan (cm2/g) 5140 11. Ukuran partikel (µm) 28.90 12. Warna Abu – abu kemerahan Diambil dari Goyal dkk. (2007).
7
Tabel 1 menunjukkan bahwa abu ketel memiliki silika dalam jumlah besar. Selain itu, abu ketel juga mengandung beberapa unsur hara diantaranya kalium, kalsium dan magnesium dalam jumlah relatif tinggi.
2.2 Silika
Untuk tumbuh dan berkembang, tanaman memerlukan nutrisi yang terdiri dari unsur – unsur hara makro dan mikro. Di luar unsur – unsur tersebut, masih ada unsur - unsur yang dapat memicu pertumbuhan dan perkembangan tanaman pada kondisi tertertentu, salah satunya adalah silika (Savant dkk., 1999). Di kerak bumi, silika merupakan unsur yang paling banyak dijumpai kedua setelah oksigen (Meyer dan Keeping, 2000). Penelitian mengenai silika telah dimulai sejak tahun 1840, hasilnya menunjukkan bahwa sodium silika direkomendasikan sebagai pupuk silika oleh Justius von Leibig (Snyder dkk., 2006). Pemupukan silika memberi manfaat ganda, yaitu :
Tanaman : meningkatkan ketahanan tanaman terhadap penyakit, serangan
serangga, dan kondisi iklim yang kurang menguntungkan.
Tanah : memperbaiki sifat fisika, kimia tanah, ketersediaan air, serta
memelihara hara dalam bentuk tersedia bagi tanaman.
2.2.1 Silika Dalam Tanah
8
terlarut di dalam tanah. Komponen silika di dalam tanah secara gamblang dijabarkan oleh Matichenkov dan Bocharnikova (1999) (Gambar 1).
Gambar 1. Klasifikasi komponen silika di dalam tanah (Matichenkov dan Bocharnikova, 1999)
Pemupukan silika merupakan upaya yang ditujukan untuk menyediakan silika dalam bentuk yang dapat diserap tanaman. Bahan – bahan yang digunakan sebagai sumber silikat untuk pemupukan berupa : 1) bahan an-organik meliputi kalsium silika, terak baja, abu terbang pembangkit listrik, kalium silika, kalsium silika hidrat, silika gel, thermo-phosphate. 2) bahan organik : sisa tanaman (jerami, bagas, abu ketel) (Snyder dkk., 2006).
2.2.2 Reaksi Kimia Silika
9
Al2Si2O5(OH)4 + 6H+ = 2Al3+ + 2H4SiO4 + H2O, log Ko = 5.45 Fe2SiO4 + 4H+ = 2Fe2+ + 2H4SiO4, log Ko = 19.76 MnSiO3 + 2H+ + H2O = Mn2+ + 2H4SiO4, log Ko = 10.25 Mn2SiO4 + 4H+ = 2Mn2+ + H4SiO4, log Ko = 24.45 ZnSiO4 + 4H+ = 2Zn2+ + H4SiO4, log Ko = 13.15 PbSiO4 + 4H+ = 2Pb2+ + H4SiO4, log Ko = 18.45
Asam monosilika dapat bereaksi dengan aluminum, besi, mangan, dan logam berat seperti Pb dan Zn. Kehadiran ion H+ dapat mendisposisi ikatan tersebut dan menghasilkan formasi asam monosilika (Snyder dkk., 2006). Kelarutan silika dipengaruhi oleh pH, suhu, dan tekanan. Silika di bawah pH 8 akan berbentuk sebagai asam monosilikat dan pada pH di atas 8, silika akan terionisasi dan membentuk ion silika (Sheikholeslami dkk., 2001).
Anion dari asam monosilikat [Si(OH)3]O- dapat menggantikan anion fosfat [HPO4] 2-yang berikatan dengan Ca, Mg, Al, dan Fe. Silika juga dapat menggantikan fosfat dari molekul DNA & RNA yang menyebabkan molekul DNA & RNA, menjadi lebih stabil Snyder dkk. (2006).
2.2.3 Silika Dalam Tanaman
10
– 700 kg Si ha-1), padi (150 – 300 kg Si ha-1), dan gandum (50 – 150 kg ha-1). Silika
diserap melalui mekanisme difusi atau aliran massa (Meyer dan Keeping, 2000; Savant dkk.,1999; Snyder dkk., 2006).
Di dalam tubuh tanaman, asam monosilikat bergerak dari akar menuju daun secara pasif melalui xylem. Silika terkonsentrasi pada jaringan epidermis sebagai lapisan membrane silika-selulosa serta berasosiasi dengan pektin dan ion kalsium. Peningkatan konsentrasi silika menyebabkan terjadinya polimerisasi asam monosilikat yang dikenal sebagai silicon gel atau biogenic opal, SiO2 amorf yang terhidrasi dengan sejumlah molekul air. Sebanyak 90 % silika di jaringan tanaman berada dalam bentuk phytoliths atau struktur silika-selulosa. Struktur ini menguatkan sistem tubuh tanaman (Meyer dan Keeping, 2000; Savant dkk.,1999; Snyder dkk., 2006).
2.2.4 Manfaat Silika Bagi Tanaman
Aplikasi silika dilaporkan oleh banyak penelitian memberikan pengaruh positif terhadap tumbuh kembang tanaman, di antaranya dalam menghadapi cekaman baik biotik maupun abiotik dan meningkstkan produktivitas tanaman (Snyder dkk., 2006). Silika memberi manfaat pada berbagai jenis tanaman seperti padi, tebu, gandum, barley, tanaman hortikultura (Meyer dan Keeping, 2005) dan kapas (Gogi dkk., 2010).
2.2.4.1Pengaruh terhadap cekaman biotik
11
yang melindungi serta menguatkan tanaman secara mekanik. Silika dapat juga berikatan dengan kompleks organik di dinding sel epidermis sehingga meningkatkan ketahanan terhadap degradasi oleh enzim yang dilepaskan jamur, seperti jamur blas padi (Magnoporthe grisea M.E. Barr). Silika juga berasosiasi dengan kompleks lignin-karbohidrat pada dinding sel epidermis padi. Silika merangsang aktivitas kitinase dan mempercepat aktivasi peroksidase dan polipenoksidase setelah infeksi oleh jamur (Snyder dkk., 2006).
Aplikasi amelioran tanah yang mengandung silika menekan kerusakan jaringan tanaman akibat serangan hama penggerek pucuk (Saeroji dkk., 2010). Hama mealybug yang menyerang tanaman kapas mengalami kematian nimfa 10 – 61 kali lebih tinggi pada perlakuan silika (Gogi dkk., 2010).
2.2.4.2Pengaruh terhadap cekaman abiotik
12
2.2.4.3Produktivitas Tanaman
6
II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Abu Ketel
Abu ketel merupakan residu bagas yang digunakan sebagai bahan bakar boiler. Umumnya abu ketel digunakan sebagai amelioran tanah di perkebunan tebu. Sementara manfaat lainnya dilaporkan oleh Hussein dkk. (2014) sebagai bahan pengganti semen dalam pembuatan concrete. Adapun karakteristik fisika dan kimia dari abu ketel dilaporkan oleh Goyal dkk. (2007) (Tabel 1).
Tabel 1. Sifat fisika dan kimia abu ketel.
No. Komposisi
1. SiO2 (%) 62.43
2. Al2O3 (%) 4.38
3. Fe2O3 (%) 6.98
4. CaO (%) 11.8
5. MgO (%) 2.51
6. SO3 (%) 1.48
7. K2O (%) 3.53
8. LOI (%) 4.73
9. Densitas (g/cm3) 2.52 10. Luas permukaan (cm2/g) 5140 11. Ukuran partikel (µm) 28.90 12. Warna Abu – abu kemerahan Diambil dari Goyal dkk. (2007).
7
Tabel 1 menunjukkan bahwa abu ketel memiliki silika dalam jumlah besar. Selain itu, abu ketel juga mengandung beberapa unsur hara diantaranya kalium, kalsium dan magnesium dalam jumlah relatif tinggi.
2.2 Silika
Untuk tumbuh dan berkembang, tanaman memerlukan nutrisi yang terdiri dari unsur – unsur hara makro dan mikro. Di luar unsur – unsur tersebut, masih ada unsur - unsur yang dapat memicu pertumbuhan dan perkembangan tanaman pada kondisi tertertentu, salah satunya adalah silika (Savant dkk., 1999). Di kerak bumi, silika merupakan unsur yang paling banyak dijumpai kedua setelah oksigen (Meyer dan Keeping, 2000). Penelitian mengenai silika telah dimulai sejak tahun 1840, hasilnya menunjukkan bahwa sodium silika direkomendasikan sebagai pupuk silika oleh Justius von Leibig (Snyder dkk., 2006). Pemupukan silika memberi manfaat ganda, yaitu :
Tanaman : meningkatkan ketahanan tanaman terhadap penyakit, serangan
serangga, dan kondisi iklim yang kurang menguntungkan.
Tanah : memperbaiki sifat fisika, kimia tanah, ketersediaan air, serta
memelihara hara dalam bentuk tersedia bagi tanaman.
2.2.1 Silika Dalam Tanah
8
terlarut di dalam tanah. Komponen silika di dalam tanah secara gamblang dijabarkan oleh Matichenkov dan Bocharnikova (1999) (Gambar 1).
Gambar 1. Klasifikasi komponen silika di dalam tanah (Matichenkov dan Bocharnikova, 1999)
Pemupukan silika merupakan upaya yang ditujukan untuk menyediakan silika dalam bentuk yang dapat diserap tanaman. Bahan – bahan yang digunakan sebagai sumber silikat untuk pemupukan berupa : 1) bahan an-organik meliputi kalsium silika, terak baja, abu terbang pembangkit listrik, kalium silika, kalsium silika hidrat, silika gel, thermo-phosphate. 2) bahan organik : sisa tanaman (jerami, bagas, abu ketel) (Snyder dkk., 2006).
2.2.2 Reaksi Kimia Silika
9
Al2Si2O5(OH)4 + 6H+ = 2Al3+ + 2H4SiO4 + H2O, log Ko = 5.45 Fe2SiO4 + 4H+ = 2Fe2+ + 2H4SiO4, log Ko = 19.76 MnSiO3 + 2H+ + H2O = Mn2+ + 2H4SiO4, log Ko = 10.25 Mn2SiO4 + 4H+ = 2Mn2+ + H4SiO4, log Ko = 24.45 ZnSiO4 + 4H+ = 2Zn2+ + H4SiO4, log Ko = 13.15 PbSiO4 + 4H+ = 2Pb2+ + H4SiO4, log Ko = 18.45
Asam monosilika dapat bereaksi dengan aluminum, besi, mangan, dan logam berat seperti Pb dan Zn. Kehadiran ion H+ dapat mendisposisi ikatan tersebut dan menghasilkan formasi asam monosilika (Snyder dkk., 2006). Kelarutan silika dipengaruhi oleh pH, suhu, dan tekanan. Silika di bawah pH 8 akan berbentuk sebagai asam monosilikat dan pada pH di atas 8, silika akan terionisasi dan membentuk ion silika (Sheikholeslami dkk., 2001).
Anion dari asam monosilikat [Si(OH)3]O- dapat menggantikan anion fosfat [HPO4] 2-yang berikatan dengan Ca, Mg, Al, dan Fe. Silika juga dapat menggantikan fosfat dari molekul DNA & RNA yang menyebabkan molekul DNA & RNA, menjadi lebih stabil Snyder dkk. (2006).
2.2.3 Silika Dalam Tanaman
10
– 700 kg Si ha-1), padi (150 – 300 kg Si ha-1), dan gandum (50 – 150 kg ha-1). Silika
diserap melalui mekanisme difusi atau aliran massa (Meyer dan Keeping, 2000; Savant dkk.,1999; Snyder dkk., 2006).
Di dalam tubuh tanaman, asam monosilikat bergerak dari akar menuju daun secara pasif melalui xylem. Silika terkonsentrasi pada jaringan epidermis sebagai lapisan membrane silika-selulosa serta berasosiasi dengan pektin dan ion kalsium. Peningkatan konsentrasi silika menyebabkan terjadinya polimerisasi asam monosilikat yang dikenal sebagai silicon gel atau biogenic opal, SiO2 amorf yang terhidrasi dengan sejumlah molekul air. Sebanyak 90 % silika di jaringan tanaman berada dalam bentuk phytoliths atau struktur silika-selulosa. Struktur ini menguatkan sistem tubuh tanaman (Meyer dan Keeping, 2000; Savant dkk.,1999; Snyder dkk., 2006).
2.2.4 Manfaat Silika Bagi Tanaman
Aplikasi silika dilaporkan oleh banyak penelitian memberikan pengaruh positif terhadap tumbuh kembang tanaman, di antaranya dalam menghadapi cekaman baik biotik maupun abiotik dan meningkstkan produktivitas tanaman (Snyder dkk., 2006). Silika memberi manfaat pada berbagai jenis tanaman seperti padi, tebu, gandum, barley, tanaman hortikultura (Meyer dan Keeping, 2005) dan kapas (Gogi dkk., 2010).
2.2.4.1Pengaruh terhadap cekaman biotik
11
yang melindungi serta menguatkan tanaman secara mekanik. Silika dapat juga berikatan dengan kompleks organik di dinding sel epidermis sehingga meningkatkan ketahanan terhadap degradasi oleh enzim yang dilepaskan jamur, seperti jamur blas padi (Magnoporthe grisea M.E. Barr). Silika juga berasosiasi dengan kompleks lignin-karbohidrat pada dinding sel epidermis padi. Silika merangsang aktivitas kitinase dan mempercepat aktivasi peroksidase dan polipenoksidase setelah infeksi oleh jamur (Snyder dkk., 2006).
Aplikasi amelioran tanah yang mengandung silika menekan kerusakan jaringan tanaman akibat serangan hama penggerek pucuk (Saeroji dkk., 2010). Hama mealybug yang menyerang tanaman kapas mengalami kematian nimfa 10 – 61 kali lebih tinggi pada perlakuan silika (Gogi dkk., 2010).
2.2.4.2Pengaruh terhadap cekaman abiotik
12
2.2.4.3Produktivitas Tanaman
48
V. KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
1. Kandungan silikat tertinggi dari bagian tanaman yang masih hidup dijumpai di tulang daun, yakni sebesar 0.57 %, dan serasah mengandung 0.61 % silikat. 2. Dijumpai hubungan yang erat antara dosis dan silikat di tanah dan tanaman.
Koefisen korelasi antara dosis dengan silikat total sebesar 0.70, dengan silikat tersedia sebesar 0.68, dan dengan silikat daun sebesar 0.82. Koefisien korelasi antara Silikat-total dengan Silikat-tersedia dan Silikat-daun+1 juga tinggi, yakni masing – masing 0.63 dan 0.60.
3. Daun+1 dapat digunakan sebagai sampel tanaman yang memadai untuk menera kecukupan silikat di PT GMP.
4. Dengan merujuk kebutuhan silikat tanaman berdasarkan metode CNC dan merujuk perkebunan tebu lainnya, batas kritis silikat di kebun PT GMP adalah sebesar 0.30 % silikat daun +1. Kisaran yang dianggap optimum adalah 0.30 – 0.40% yang setara dengan aplikasi 100 – 120 ton abu ketel per hektar.
49
paling memerlukan tambahan silikat adalah Divisi V, VI, VII dengan sebaran kebun yang tanamannya mengandung silikat 0.30 % lebih banyak dibandingkan divisi lainnya.
6. Percobaan verifikasi di kebun menegaskan hubungan yang erat antara silikat tanah total dan silikat daun+1. Kedua analisis ini dapat digunakan sebagai pendekatan untuk mendeteksi kecukupan silikat di kebun.
7. Dosis abu ketel yang cukup baik dalam memperbaiki media perakaran tanaman dan memberikan hasil tanaman yang cukup baik berada di kisaran 80 – 120 ton per hektare.
5.2 Saran
50
DAFTAR PUSTAKA
Anonim. 1975. Report on semi detailed soil survey of the Gunung Batin sugarcane project area Lampung. Ministry of Agriculture Agency for Agricultural Research and Development : Soil Research Institute.105 hal.
Berthelsen, S., Noble, A.D., dan Garside, A.L. 1999. An assessment of soil and plant silicon levels in North Queensland. Proc. Aust. Soc. Sugar Cane Technol., 21: 92 – 100.
Berthelsen, S., Noble, A.D., Kingston, G., Hurney, A., Rudd, A. dan Garside, A. 2003. Final Report SRDC Project CLW009, Improving yield and ccs in sugarcane through the application of silicon based amendments. Sugar Research and Development Corporation. 138 pp.
Camargo, M. S., Junior, A.R.G., Wyler, P. dan Korndorfer, G.H. 2011. Silicate fertilization in sugarcane : effects on soluble silicon in soil, uptake and occurrence of stalk borer (Diatraea saccharalis). 19th World Congress of Soil Science, Soil Solutions for a Changing World. 1 – 6 August 2010, Brisbane, Australia. 259 – 262.
Currie, H. A. dan Perry, C. C. 2009. Chemical evidence for intrinsic ‘Si’ within
Equisetum cell walls. Phytochemistry, 70: 2089 – 2095.
51
nitrogen fertilization in Brazil. 19th World Congress of Soil Science, Soil Solutions for a Changing World, 1 – 6 August 2010, Brisbane, Australia. 99 – 102.
Gogi, M.D., Ahmed, S., Ashfaq, M., Arif, M. J., Mukhtar, A. dan Nauman, M. 2010. The silicon accumulation in cotton plant at different concentration and doses of sodium silicate and effect on honeydew secretion, longevity and mortality of 1st instar of mealybug (Phenacoccus solinopsis). Pak. Entomol. 32(1): 29 – 36.
Goyal, A., Kunio, H., Ogata, dan Mandula. 2007. Properties and reactivity of sugarcane bagasse ash. 12th International Colloqium On Structural and Geotechnical Engineering. 1: 1 – 5.
Hussein, A. A. E., Shafiq, N., Nuruddin, M, F. dan Memon, F. A. 2014. Compressive strength and microstructure of sugarcane bagasse ash concrete. Res. J. Appl. Sci. Eng. Technol., 7(12): 2569 – 2577.
Karmollachaab, A., Bakhshandeh, A., Gharineh, M. H., Telavat, M. R. M. dan Fathi, G. 2013. Silicon application on physiological characteristics and grain yield of wheat under drought stress condition. International Journal of Agronomy and Plant Production, 4(1): 30 – 37.
Kraska, J.E dan Breitenbeck, G.A. 2010. Simple, robust method for quantifying silicon in plant tissue. Communication in Soil Science and Plant analysis. 41: 2075 – 2085.
52
Kvedaras, O. L., Byrne, M. J., Coombes, N. E., dan Keeping, M. G. 2009. Influence of plant silicon and sugarcane cultivar on mandibular wear in the stalk borer Eldana saccharina. Agricultural and Forest Entomology, 11. 301 – 306.
Le Blond, J.S., Horwell, C.J., Williamson, B.J. dan Oppenheimer, C. 2010. Generation of crystalline silica from sugarcane burning. J. Environ. Monit. 12(7): 1459 – 1470.
Ma, J. F., Tamai, K., Yamaji, N., Mitani, N., Konishi, S., Katsuhara, M., Ishiguro, M., Murata, Y., dan Yano. M. 2006. A silicon transporter in rice. Nature, 40: 688 – 691.
Ma, J. F., Yamaji, N., dan Mitani-Ueno, N. 2011. Transport of silicon from roots to panicles in plants. Proc. Jpn. Acad., Ser. B. (5): 377 - 385
Mack, B. dan Gutta, B. 2009. An analysis of steel slag and its use in acid mine drainage (AMD) treatment. National Meeting of the American Society of Mining and Reclamation : Revitalizing the Environmnet: Proven Solutions and Innovative Aproaches. May 30 – June 5 2009. ASMR, 3134 Montavesta Rd., Lexington, KY. 21 pp.
Matichenkov, V. V. dan Bocharnikova, E. A. 1999. Effect of silicon fertilization on physical and chemical soil properties. International Conference “Silica in
Agriculture”, Fort Lauderdale, Florida, 26 – 30 September 2009. 10 pp.
53
University of Florida, Gainesville, FL (2010). Diakses 30 Juli 2015. http://edis.ifas.ufl.edu/ag345.
McCray, J. M., Rice, R.W. dan Baucum, L.E. 2011. Calcium silicate recommendations for sugarcane on Florida Organic Soils. SS-AGR-350. 5 pp. Florida Cooperative Extension Service Fact Sheet SS-AGR-335. UF/IFAS Electronic Data Information Source (EDIS) Database. University of Florida, Gainesville, FL (2010). Diakses 13 Februari 2014. http://edis.ifas.ufl.edu/ag350.
McCray, J. M. dan Ji, S. 2012. Calibration of sugarcane response to calcium silicate on Florida Histosols. Journal of Plant Nutrition, 35: 1192 – 1209.
Meyer, J. H. 1975. Advances in the interpretation of foliar analysis of sugarcane in the South African sugar industry. Proc. S. Afr. Sug. Technol. 49:129 – 136.
Meyer, J.H. dan Keeping, M. G. 2000. Review of research into the role of silicon for sugarcane production. Proc. S. Afr. Sug. Technol. Ass. 74: 29 – 40.
Meyer, J.H. dan Keeping, M.G. 2005. Impact of silicon in alleviating biotic stress in sugarcane in South Africa. Proc. ISSCT. 5: 96 – 103.
Miles, N. 2010. Challenges and opportunities in leaf nutrient data interpretation. Proc. S. Afr. Sug. Technol. Ass. 83: 205 – 215.
54
crop production in India. International Potash Institute, Basel, Switzerland. 430 – 444.
Pan, Y. C., Eow, K. L. dan Ling, S. H. 1977. The effect of bagasse furnace ash on the growth of plant cane. Proc. Int. Soc. Sugar Cane Technol., 883 – 889.
Rakkiyappan, P., Thangavelu, S., Bhagyalakshmi, Radhamani, R. 2007. Uptake of nitrogen, phosphorus and potassium by some promising mid late maturing sugarcane clones. Sugar Tech., 9(1) : 23 – 27.
Raven, J. A. 2003. Cycling silicon - the role of accumulation in plants. New Phytologist, 158: 419 – 430.
Reynolds O. L., Keeping, M.G., Meyer, J.H. 2009. Silicon-augmented resistance of plants to herbivorous insects: a review. Ann. Appl. Biol. 155 171–186 10.1111/j.1744-7348.2009.00348.x
Saeroji, S., Sunaryo, dan Gunito, H. 2010. The effect of bagasse furnace ash application on sugarcane resistance to top borer Scirpophaga nivella intacta Snellen (Lepidoptera : Pyralidae). Proc. Int. Soc. Sugar Cane Technol., 27: 1 – 8.
Sastrowijono, S. 1998. Perakaran tanaman tebu (Bagian II). Buletin Gula Indonesia, 23(3): 3 – 7.
55
Shakoor, S. A. 2014. Silicon to silica bodies and their potential roles: an overview. Int. J. Agric. Sci. 4(2): 111 – 120.
Sheikholeslami, R., Al-Mutaz, I. S., Koo, T. dan Young, A. 2001. Pretreatment and the effect of cations and anions on prevention of silica fouling. Desalination, 139: 83 – 95.
Smolka-Danielowska, D. 2006. Heavy metals in fly ash from a coal-fired power station in Poland. J. of Environ. Stud. 15(6): 943 – 946.
Snyder, G. H., Matichenkov, V. V., dan Datnoff, L. E. 2006. Handbook of Plant nutrition : Chapter 19 Silicon. 18 pp.
http://www.siliforce.com/pdf/7c/Snyder%20Mati%20Les%20effets%20d u%20Silicium.pdf Diakses pada 10/24/2013.
A. Percobaan Pot
Tabel 14. Data rerata analisa Si jaringan tanaman : bagian tanaman di bawah permukaan tanah (dalam persen berat kering).
Perlakuan Bagian di bawah permukaan tanah Akar Tunggul Sisa bibit Rerata
Tabel 15. Data rerata analisa Si jaringan tanaman : bagian tanaman di atas permukaan tanah (dalam persen berat kering).
Perlakuan
Bagian di atas permukaan tanah
Serasah Daun+1 Tulang
Tabel 16. Hasil Pengamatan Pertumbuhan tanaman umur 1 – 4 bulan setelah tanam : Tinggi tanaman (cm).
Perlakuan Batang ke-1 Batang ke-2
1 2 3 4 1 2 3
0 10.60 29.60 41.20 53.60 13.60 26.60 34.40 10 8.80 30.20 42.40 56.80 15.20 27.20 37.60 50 9.40 30.80 45.00 57.80 15.00 26.80 36.20 100 9.40 31.40 46.40 60.00 15.80 28.40 37.40 150 8.40 28.60 44.60 58.60 14.60 27.80 38.60 200 8.60 29.60 45.80 58.60 16.00 31.00 42.60 rerata 9.20 30.03 44.23 57.57 15.03 27.97 37.80
Tabel 17. Hasil Pengamatan Pertumbuhan tanaman umur 1 – 4 bulan setelah tanam : populasi tanaman per pot, panjang dan diameter ruas.
Perlakuan Umur (bulan setelah tanam) Panjang ruas (cm)ke- Diameter ruas (cm) ke-
1 2 3 4 3 6 3 6
0 1.00 2.40 2.20 5.40 3.24 2.96 1.80 1.76 10 1.00 3.00 2.80 4.00 3.64 3.10 1.86 2.00 50 1.00 3.20 3.00 4.60 3.90 3.20 1.84 1.94 100 1.00 3.20 3.20 4.80 3.50 4.10 1.86 2.04 150 1.00 3.00 2.60 4.40 3.70 3.70 1.88 2.04 200 1.00 2.80 2.80 4.20 3.80 3.70 1.86 2.04
rerata 1.00 2.93 2.77 4.57 3.63 3.46 1.85 1.97
Tabel 18. Hasil Pengukuran Biomassa Tanaman Tebu Varietas GP 11 umur 4 bulan yang ditumbuhkan dalam pot.
Perlakuan
Biomassa tanaman (gram berat kering) Bagian bawah
Tabel 19. Hasil analisis tanah di percobaan pot.
Tabel 20. Anova variabel pengamatan : analisis kimia tanah
Tabel 21. Anova variabel pengamatan : analisis silikat tanaman
Variabel Fhit. notasi
Tabel 22. Anova variabel pengamatan : pertumbuhan tanaman
Tabel 23. Anova variabel pengamatan : biomassa tanaman
Tabel 24. Analisis profil tinggi tanaman percobaan pot : batang ke-1
Tabel 25. Analisis profil tinggi tanaman percobaan pot : batang ke-2
Source DF Type III SS Mean Square F Value Pr > F Adj Pr > F G - G H-F-L time 3 191.3666667 63.7888889 249.61 <.0001 <.0001 <.0001 time*group 15 9.2333333 0.6155556 2.41 0.0069 0.0200 0.0162
Error(time) 72 18.4000000 0.2555556
Source DF Type III SS Mean Square F Value Pr > F Adj Pr > F G - G H-F-L time 3 38536.49167 12845.49722 1190.78 <.0001 <.0001 <.0001 time*group 15 153.05833 10.20389 0.95 0.5194 0.4944 0.4974
Error(time) 72 776.70000 10.78750
B. Percobaan di kebun
Tabel 26. Pengamatan pertumbuhan dan hasil tanaman
Variabel Umur (bln) Dosis abu ketel (ton/ha) Uji F0.05 KK (%)
0 (kontrol) 80 100 120
Panjang ruas
(cm) 8 9.24 9.52 11.30 10.40
tn
29.00 Diameter ruas
(cm) 8 2.32 2.38 2.37 2.40
tn
1.84 Berat per batang 12 1.29 1.29 1.47 1.21 tn 9.49 Rendemen 12 7.27 7.88 7.29 8.64 tn 6.37 Ton tebu 12 94.86 113.65 111.50 102.79 tn 6.75
Tabel 27. Analisis profil tinggi tanaman percobaan demplot.
Source DF Type III SS Mean Square F Value Pr > F Adj Pr > F G - G H-F-L time 5 1008690.569 201738.114 5083.34 <.0001 <.0001 <.0001 time*group 15 380.486 25.366 0.64 0.8246 0.6884 0.7225
Error(time) 40 1587.444 39.686
Tabel 28. Analisis profil populasi tanaman percobaan demplot.
Source DF Type III SS Mean Square F Value Pr > F Adj Pr > F G - G H-F-L time 5 23224.62500 4644.92500 6.63 0.0001 0.0154 0.0102 time*group 15 13315.20833 887.68056 1.27 0.2674 0.3374 0.3305
Error(time) 40 28039.33333 700.98333
Tabel 29. Hasil analisis kimia tanah dan silikat tanaman
Dosis pH
C.Org N-tot
Kation Tertukar
KB Al-dd
P-tersedia
Si
abu ketel H2O
KTK Ca Mg K Terlarut Total
Tanaman (umur 4
bln)
(ton/ha) % me/100 gram % me/100gr ppm %
C. Survei kebun
Tabel 30. Hasil analisis korelasi komponen tekstur dan Silikat daun+1
Sidaun+1 Liat Debu Pasir Sidaun+1 Pearson Correlation 1 .252** .111** -.103**
Sig. (2-tailed) .000 .000 .000
N 8237 8237 8237 8237
