Bab 1. Pendahuluan
Tanah merupakan bagian atas kulit bumi yang telah mengalami pelapukan.yang didalamnya mengalami aktivitas biologi. Dua variable yang membedakan pengertian tanah dibidang pertanian dan yang lainnya adalah kedalaman tanah dan ukuran partikelnya. Jika bagian tanah yang mengalami pelapukan adalah dangkal, maka bagian tersebutlah yang dipakai sebagai kedalaman tanah. Sedangkan jika bagian yang mengalami pelapukan adalah dalam, maka tidak semua bahan lapuk tersebut disebut tanah, melainkan sampai kedalaman yang mengalami aktivias biologi.
Lapisan tanah bagian atas pada umumnya mengandung bahan organik yang lebih tinggi dibandingkan lapisan dibawahnya. Karena akumulasi bahan organic inilah maka lapisan tanah tersebut berwarna gelap dan merupakan lapisan tanah yang sangat subur sehingga merupakan bagian terpenting tanah dalam pertumbuhan tanaman. Lapisan tanah ini disebut lapisan tanah atas ( top soil) atau lapisan olah, mmpunyai kedalaman sekitar 20 cm. Sedangkan lapisan bawah tanah (sub soil) berwarna lebih terang dan bersifat kurang subur.
Fungsi tanah bagi tanaman adalah :
Tunjangan mekanis sebagai tempat tanaman tegak dan tumbuh; Penyedia unsur hara dan air;
Lingkungan tempat akar atau batang dalam tanah melakukan aktivitas fisiologynya.
Dalam sistem hidroponik, tanaman tidak memerlukan tanah, melainkan larutan unsur hara, dan agar tanaman berdiri tegak diberikan penopang.
Untuk mendapatkan pertumbuhan yang baik masih dibutuhkan kondisi lingkungan yang cocok, dalam hal ini suhu sesuai dengan syarat tumbuh tanaman, oksigen cukup dan tanah bebas dari factor penghambat yang lain, misalnya kemasaman tanah yang ekstrim, kadar garam yang tinggi atau adanya unsur-unsur yang bersifat racun. Jika tanah mengalami kelebihan air tanah, maka tanaman akan mengalami kekurangan oksigen yang ditandai oleh kelayuan tanaman.
Bab 2. Tanah Sebagai Media Tanam
Hubungan yang diperoleh dari ketiga fase tanah ( fase padat, fase cair, fase gas) adalah:
Bobot volume tanah; Bobot jenis partikel tanah; Porositas;
Kandungan air massa atau kandungan air volume;
Hubungan antara volume rongga cairan dan volume rongga total.
Bagian padatan tanah sebagian besar bahan anorganik dan sebagian kecilnya bahan organic ( seekitar <5% ). Tiga partikel atau separat penyusun tanah yaitu terdiri dari pasir, debu, dan liat. Peranan ketiga separat terseebut didalam menentukan sifat dan kemampuan tanah tidak sama. Ditinjau dari penyediaan hara tanaman, mineral liat merupakan cadangan yang sangat penting.
Tanah berpasir, yaitu tanah dengan kandungan pasir > 70 % porositasnya rendah ( < 40% ), sebagian besar ruang pori berukuran besar sehingga aerasi baik, daya hantar air cepat, tetapi daya simpan air dan zat hara rendah. Mudah diolah sehingga disebut juga tanah ringan.
Tanah berliat, mempunyai kandungan liat > 5% porositas tinggi (60%), sebagian besar pori berukuran kecil, daya hantar air lambat, sirkulasi udara kurang lancar, tetapi daya simpan air dan hara tinggi. Sulit diolah sehingga disebut juga tanah berat.
Tanah berlempung, adalah tanah dengan proporsi pasir, debu, dan liat sedemikian rupa sehingga tekstur berada antara tanah berpasir dan berliat. Jadi aerasi, tata udara serta air cukup, kemampuan menyimpan dan menyediakan air untuk tanaman tinngi.
Sifat mineral liat yang menentukan kemampuan tanah dalam hubungannya dengan pertumbuhan tanaman adalah luas permukaan. Makin tinggi luas permukaan makin besar kemampuan mengadsorbsi air sehinnga kapasitas penyimpanan air, batas plastis dan batas cairannya makin tinggi.
Struktur tanah merupakan penyusunan partikel primer dan sekunder kedalam suatu susunan tertentu dengan ruang pori diantaranya. Komponen struktur tanah yaitu padatan, bahan semen dan ruang pori. Agresi tanah atau ped adalah individu dari susunan partikel primer dan partikel sekunder. Agregat dapat dibedakan bentuknya menjadi 4 golongan: Kubus (blocky);
Lempeng (platy); Prisma;
Granuler.
Penyusunan partikel primer dan sekunder menjadi bentuk susunan dapat secara: Acak (random);
Terarah (oriented).
Struktur tanah selalu berubah akibat pengaruh iklim dan aktivitas biologi. Oleh karena itu, kemampuan agregat tanah untuk bertahan terhadap kemungkinan terjadinya kerusakan, disebut kemantapan agregat, merupakan sifat penting dalam kaitannya dengan pertumbuhan tanaman. Menurut Gredoits (1955) ada dua tingkatan dalam pembentukan agregat tanah:
Koagulasi koloid tanah ( karena pengaruh Ca2+ ) kedalam agregat mikro, dan; Sementasi (pengikatan) agregat mikro kedalam agregat makro.
Agregat tanah terbentuk sebagai akibat adanya interaksi dari bagian tunggal, liat, oksida besi/ oksida alumina, dan bahan organic. Pada tanah yang semula berada dalam larutan, pembentukan agregat dimulai dengan terjadinya flokulasi. Pada tanah padat, pembentukan agregat dimulai dengan terjadinya retakan tanah yang terjadi karena aktivitas akar tanaman, binatang tanah, dan pembengkakan dan pengerutan tanah. Flokulasi dipengaruhi oleh gaya elektrostatik dan Van Der Walls dan lebih lanjut, butiran tanah yang telah bersatu dapat menjadi agregat yang mantap jika ada pengikatan yaitu liat, oksida besi dan alumina dan bahan organic.
Bab 3. Air Tanah
Di dalam tanah, air berada di dalam ruang pori di antara padatan tanah. Jika tanah dalam keadaan jenuh air, semua ruang pori tanah akan terisi oleh air, jumlah air yang tersimpan inilah yang merupakan jumlah air maksimum yang disebut kapasiatas penyimpanan air maksimum. Jika tanah dibiarkan mengalami pengeringan, sebagian ruang pori akan terisi udara dan sebagiannya akan terisi air, inilah keadaan tanah tidak jenuh. Kandungan air dapat ditentukan dengan cara langsung (cara gravimetri), dan tidak langsung (cara neutron probe dan tension meter).
Air dapat bertahan didalam pori tanah akibat adanya gaya yang bekerja pada air tersebut. Gaya-gaya tersebut berasal dari: a. adsorbsi molekul air oleh padatan tanah. b. gaya tarik menarik antar molekul air. c. adanya larutan garam dan. d. gaya kapiler.
Air mempunyai 2 macam energi, yaitu energi kinetic dan energy poteensial. Eenergi kinetik merupakan energi yang dihasilkan karena gerak, dan besarnya menurut fungsi dari massa, m, dan kecepatan, v. Energi potensial merupakan energi yang dihasilkan sebagai perbedaan tempat kedudukannya dengan air baku (h), dan gaya tarik gravitasi (g).
Potensial kapiler adalah jumlah kerja per satuan bobot air yang diperlakukan untuk menarik air dari massa tanah. Air terikat lebih kuat pada tanah yang kering, dan potensialnya lebih tinggi dibandingkan dengan tanah yang basah.
Energi air tanah berasal dari: Adsorbsi;
Kapiler;
Larutan garam, dan; Gaya gravitasi.
Air teradsorbsi merupakan air yang terikat sangat kuat pada padatan tanah. Potensial matriks adalah jumlah kerja yang diperlukan untuk memindahkan satu satuan massa air tanah dari suatu tempat baku pada elevasi dan suhu yang sama dengan tanah ke suatu tempat didalam tanah. Potensial osmose adalah jumlah kerja yang diperlukan untuk memindahkan air dari tempat baku air murni ke tempat air yang mengandung garam pada elevasi dan suhu yang sama. Potensial gravitasi adalah jumlah kerja yang diperlukan untuk memindahkan air dari elevasi baku ke elevasi tertentu didalam tanah.
Poteensial osmose penting artinya didaerah beriklim kering, dimana airnya banyak mengandung larutan garam. Potensial gravitasi perlu di perhatikan pada pekerjaan pengairan dan drainase. Hysteerisis dapat disebabkan oleh:
Ketidak seragaman pori; Sudut kontak;
Adanya udara terkurung;
Pengembangan dan pengerutan tanah.
Karena didalam tanah air berada dalam rongga pori, maka sifat tanah yang mempengaruhi rongga pori akan berpengaruh terhadap kurva karakteristik air tanah. Hal ini berarti kurva karakteristik air tanah dipengaruhi oleh tekstur tanah, dan struktur tanah.
Kapasitas penyimpanan air (water holding capasity) adalah jumlah air maksimum yang dapat disimpan oleh suatu tanah. Keadaan kapasitas lapang (field capacity) adalah keadaan dimana gerakan air tanah berhenti setelah 2-3 hari setelah pemberian air dihentikan saat semua pori terisi udara. Titik layu permanen (permanent wilting point) adalah keadaan dimana energi potensial sangat tinggi sehingga tanaman tidak mampu menggunakan air tanah. Air tanah yang berada diantara kapasitas lapang dan titik layu merupakan air yang dapat digunakan oleh tanaman, oleh karena itu disebut air tersedia (available water).
Selain dipengaruhi oleh tekstur, struktur dan kandungan bahan organic tanah, jumlah air yang dapat digunakan oleh tanaman juga dipengaruhi oleh kedalaman tanah, dan sistem perakaran tanaman. Tensiometer merupakan alat yang digunakan untuk mengukur potensial air tanah.
Pergerakan air jenuh; Pergerakan air tidak jenuh.
Dalam pergerakan air jenuh dianggap semua pori teerisi air dan bahan yang bergerak sebagian besar berbentuk cair. Untuk tanah tidak jenuh, mekanisme pergerakan air tergantung tingkat kejenuhan kandungan air. Jika kandungan air tinggi pergerakan dalam bentuk cair lebih besar, dan sebaliknya jika kandungan air rendah yang dominan ialah pergerakan dalam bentuk uap. Sebagian besar proses pergerakan air di dalam tanah terjadi pada kondisi tidak jeenuh.
Konduktivitas hidraulik (K) merupakan pengukur ketahanan (hambatan tanah) terhadap aliran air tanah. Cara menentukan konduktivitas hidraulik jenuh, permeabilitas, adalah dengan menggunakan anggapan kecepatan aliran tetap (steady state). Untuk penentuan konduktivitas hidraulik tidak jenuh pada tanah yang mempunyai potensial matriks lebih rendah dapat dilakukan dengan cara memberi air dengan tekanan rendah dari satu ujung contoh tanah dan membiarkan penguapan terjadi dari ujung yang lain.
Bab 4. Kekuatan Tanah
Macam-macam keruntuhan yang disebabkan oleh aktivitas tanaman: Keruntuhan tarik (tensile failure);
Keruntuhan geser (shear failure); Pemadatan (compaction).
Kemampuan tanah untuk bertahan terhadap usaha perubahan disebut kekuatan tanah, dan di ukur dalam satuan tekanan yaitu Pascal yang lebih sering disingkat Pa. Jadi kekuatan tanah diberi pengertian sebagai besarnya tekanan pada saat awal terjadinya keruntuhan (initial failure). Sebelum terjadinya keruntuhan, tanah telah mengalami perubahan bentuk yang disebut Regangan (strain), yaitu nisbah antara pertambahan atau pengurangan panjang atau volume karena tekanan dengan panjang atau volume semula dan dinyatakan dalam satuan prosen.
Dalam mekanika tanah dikenal 3 macam kekuatan tanah, yaitu: Kekuatan geser (shear strength);
Kekuatan tarik (tensile strength);
Ketahanan terhadap pemadatan (compaction resistance).
sudut ± (45 ° + 0). Keruntuhan geser terjadi jika tekanan geser yang diberikan mencapai harga kritis dari ketahan geser tanah. Cara mengukur kekuatan geser tanah adalah dengan cara ‘geser langsung’ (direct shear). Kekuatan geser diperoleh dengan membagi gaya geser dengan bidang keruntuhan.
Ketahanan gesekan timbul akibat adanya:
Gaya saling menahan diantara dua benda yang digeser, dan;
Dari rintangan karena adanya saling kunci mengunci (interlocking) diantara partikel-partikel yang bergerak tersebut.
Nilai sudut geser menjadi semakin kecil dengan bertambahnya ukuran partikel. Suatu benda dikatakan mengalami keruntuhan tarik (tension failure) jika benda terpisah atau terpotong menjadi 2 bagian atau lebih secara sempurna. Oleeh karena itu kekuatan tarik (tension strength) dapat diberikan batasan sebagai nilai tekanan tarik pada saat mulai terjadinya pemisahan.
Kekuatan tarik biasanya dianggap pengukur kohesi. Pada waktu tanah mengalami keruntuhan tarik hanya gaya kohesi yang bekerja, jadi tidak dipengaruhi oleh ketahanan gesekan. Menurut Mithcell (1976) kohesi sebenarnya berasal dari:
Sementasi ;
Gaya tarik menarik elektrostatik dan elektromagnetik ; Ikatan valensi ;
Adesi.
Kohesi semu berasal dari : Gaya kapiler, dan; Gaya mekanis
Pemadatan tanah dapat diberi batasan sebagai perubahan volume karena tanah diberi tekanan. Karena perubahan volume merupakan perubahan bentuk tetap, maka perubahan volume juga dianggap sebagai salah satu bentuk keruntuhan, dan tekanan yang menyebabkan disebut kekuatan kompresi tanah.
Semua factor yang berpengaruh terhadap kekuatan geser dan kekuatan tarik akan mempengaruhi ketahanan padatan. Dalam hal ini termasuk teksture, jenis liat, kandungan air tanah, macam kation dan kepadatan susunan.
Tanah yang mempunyai kepadatan susunan tinggi atau bobot volumenya tinggi mempunyai ketahanan padatan yang tinggi dibandingkan dengan tanah yang memiliki bobot volume rendah.
Bab 5. Struktur dan Sistem Perakaran
Akar hanya terdapat pada tanaman tingkat tinggi. Bersama-sama dengan batang, akar membentuk kormus sehingga tanaman tingkat tinggi disebut koromfit. Sistem perakaran lebih bervariasi akibat pengaruh lingkungan dan sifat morfologi akar. Secara ontogen, pertumbuhan akar dimulai sejak fase pertumbuhan awal dalam embrio yang terdiri dari bakal akar (radikal), dan titik tumbuh (plumula) yang akan membentuk batang dan daun, dan daun biji (kotiledon) yang berjumlah satu untuk monokotil dan dua untuk dikotil.
Menurut Kramer (1977) akar tanaman berfungsi sebagai :
Organ yang bertanggung jawab agar tanaman dapat berdiri tegak diatas tanah; Organ yang melakukan absorbsi hara dan air;
Melakukan aktivitas metabolisme dan membentuk persenyawaan yang diperlukan untuk tanaman, dan;
Tempat menyimpan cadangan makanan, serta;
Dengan bantuan jasad mikro tanah, akar berfungsi sebagai penyedia hara tanaman. Disamping sebagai organ absorbsi, akar juga berfungsi sebagai penghantar larutan hara dan air dari daerah absorbsi ke batang dan bagian tumbuhan lainnya. Akar tanaman juga aktif melakukan sejumlah metabolisme terutama respirasi dan sintesa berbagai persenyawaan organic. Pada tanaman tertentu, akar juga berfungsi sebagai tempat penyimpanan cadangan makanan.
Para pakar ilmu tanaman (lihat misal Evans dan Dunstone, 1970) berpendapat bahwa varietas tanaman biji-bijian yang berproduksi tinggi cenderung mempunyai akar yang sedikit sehingga nisbah akar/batangnya rendah.
Tudung akar dikelilingi oleh suatu bahan yang menyerupai gel (gelatinous) yang disebut musigel. Bahan gel ini terdapat di luar epidermis. Bahan gel tersebut diselubungi dengan membran yang halus. Musigel terdiri dari bahan polisakarida yang dibentuk pada badan golgi sel-sel tudung akar yang bergerak dalam vesikel melalui sitoplasma dan plasmodium.
Penelitian ;lebih lanjut dengan penggunaan mikroskop elektron dapat memberi penjelasan lebih lanjut mengenai musigel (Russeell, 1977) :
Musigel umumnya terdapat pada permukaan air dalam daerah diferensiasi; Musigel mempunyai selaput luar, didalam musigel serimg teerdapat bacteria; Perluasannya beragam tergantung faktor lingkungan, meliputi pula organisme; Estimasi kuantitas musigel menunjukan bahwa volume musigel pada ujung daerah
Musigel tidak hanya keluar dari lubang-lubang yang pasif, tetapi disekresi badan golgi dari sel-sel luar tudung akar dan dari hidrolysis gula komple, dan bahan-bahan lainnya;
Pendapat para ahli tentang sifat-sifat fisiologi musigel yaitu: dapat melindungi akar dari desikasi; musigel membentuk suatu ‘protected niche’ untuk multiplikasi yang cepat dari bakteria dan akumulasi eskudat akar yang terlarut; musigel dapat mempengaruhi transfer hara ke akar dan musigel sangat erat hubungannya dengan akar dan juga dengan fase padatan tanah.
Untuk akar tanaman itu sendiri, musigel berfungsi sebagai pelumas akar, sehingga mengurangi friksi antara ujung akar dengan tanah (Barley, 1968). Daerah ujung akar merupakan daerah tempat terjadinya pemanjangan akar.
Tudung akar adalah bagian paling ujung dari akar, dimana ukurannya tidak akan berubah karena pertumbuhannya diikuti dengan pengelupasann. Tudung akar berperan melindungi meristem akar dari kerusakan mekanis dan membantu dalam penerobosan tanah.
Daerah perpanjangan akar berada kearah ‘akropental’ dari daerah maristematik (daerah pembelahan) dan tidak terdapat batas yang jelas baik kedaerah maristematik ataupun diferensiasi dan pendewasaan (daerah setelah daerah pemanjangan sel). Pada daerah diferensiasi dan pendewasaan ini terjadi pertumbuhan rambut-rambut akar dalam jumlah tinggi. Sel-sel pada daerah ini akan mengalami diferensiasi menjadi 3 jaringan yaitu : epidermis, korteks dan stele.
Akibat terjadinya aliran bebas larutan kedalam sel epidermis akar, maka epdermis ini tidak mempunyai lapisan kutikula. Pembentukan rambut akar dipengaruhi oleh lingkungan, pada saat basah perkembangannya pesat tetapi kepadatannya bervariasi. Rambut-rambut akar beerguna dalam penyerapan air dan hara tanaman, juga pada penembusan tanah oleh akar-akar muda.
