TINJAUAN PUSTAKA
Botani Tanaman Padi
Tanaman padi dalam sistematika tumbuhan (taksonomi) diklasifikasikan ke dalam divisio Spermatophyta, dengan sub division Angiospermae, termasuk ke dalam kelas monocotyledoneae, ordo adalah poales, family adalah Graminae, genus adalah Oryza linn, dan spesiesnya adalah Oryza sativa L (Grist, 1959). Keseluruhan organ tanaman padi terdiri dari dua kelompok, yaitu organ vegetatif dan organ generatif (reproduktif). Bagian vegetatif meliputi akar, batang dan daun, sedangkan bagian generatif terdiri dari malai, gabah dan bunga (Manurung dan Ismunadji, 1988).
Akar padi adalah akar serabut yang sangat efektif dalam penyerapan hara, tetapi peka terhadap kekeringan. Padi dapat beradaptasi pada lingkungan tergenang (anaerob) karena pada akarnya terdapat saluran aerenchyma yang berbentuk seperti pipa yang memanjang hingga ujung daun. Aerenchyma
berfungsi penyedia oksigen bagi daerah perakaran (Purwono dan Purnamawati,
Tanaman padi memiliki daun yang berbentuk lanset (sempit memanjang) dengan urat daun sejajar dan memiliki pelepah daun. Pada buku bagian atas ujung dari pelepah daun menunjukkan percabangan dimana batang yang pendek adalah lidah daun (ligule), dan bagian yang terpanjang dan terbesar adalah kelopak daun
(auricle) (Siregar, 1981). Bunga padi secara keseluruhan adalah malai. Tiap unit bunga pada malai disebut spikelet yang terdiri dari tangkai, bakal buah, lemma, palea, putik, dan benang sari (Manurung dan Ismunadji, 1988).
Budidaya Tanaman Padi
Sejak berkecambah hingga panen tanaman padi membutuhkan waktu 3-6 bulan (tergantung jenis dan varietas) yang terbagi dalam tiga fase: 1) vegetatif (awal pertumbuhan sampai pembentukan bakal malai/promordia), 2) reproduktif (primordia sampai pembuangaan), dan pematangan (pembungaan sampai gabah matang). Fase vegetatif merupakan fase pertumbuhan organ- organ vegetatif, seperti pertambahan jumlah anakan, tinggi tanaman, bobot, dan luas daun. Lama fase ini beragam, yang menyebabkan adanya perbedaan umur tanaman (De Datta, 1981; Yoshida, 1981). Fase reproduktif ditandai dengan : 1) memanjangnya beberapa ruas teratas batang tanaman, 2) berkurangnya jumlah anakan (matinya anakan tidak produktif), 3) munculnya daun bendera, 4) bunting dan 5) pembungaan. Inisiasi primordia malai biasanya dimulai 30 hari sebelum heading
Faktor yang mempengaruhi pertumbuhan tanaman padi secara umum terbagi atas dua macam faktor yaitu faktor luar (eksternal) yang berupa faktor lingkungan dan faktor dalam (internal) berupa faktor genetik dan hormonal. Faktor luar atau lingkungan yang mempengaruhi pertumbuhan tanaman padi antara lain intensitas cahaya matahari, suhu, air dan unsur hara atau nutrisi. Sedangkan faktor dalam yang mempengaruhi tanaman padi yaitu hormon pertumbuhan seperti auksin, giberilin, sitokoinin, asam absisat dan lain-lain. Selain hormon pertumbuhan, faktor dalam lain yang juga mempengaruhi pertumbuhan tanaman padi adalah faktor genetik atau faktor keturunan (Gardner et.al., 1991).
Sumber Hara Nitrogen
Nitrogen merupakan unsur hara utama yang diperlukan dalam jumlah yang banyak pada budidaya padi sawah. Penggunaannya yang tidak tepat akan mencemari lingkungan terutama air. Nitrogen adalah unsur hara yang paling dinamis di alam, ketersediaannya di tanah dipengaruhi oleh keseimbangan antara
input dan output dalam sistem tanah. Tanaman padi memerlukan N pada fase pembentukan primordial bunga dan pada fase awal generatif, pemberian N dapat menambah jumlah anakan dan ukuran gabah tiap malai.
Pertanian padi sawah sangat tergantung pada ketersediaan N dalam tanah. Sepanjang periode pertumbuhan, tanaman memerlukan unsur N, namun yang paling banyak diperlukan antara awal sampai pertengahan pembentukan anakan
sawah, sedangkan sumber pupuk N yang utama adalah urea. Namun, tanaman menyerap hanya 30% dari pupuk N yang diberikan (Dobermann and Fairhurst, 2000).
Di lain pihak laju serapan hara dan keefisienan tanaman untuk memanfaatkan hara dari pupuk bersifat spesifik dan terbatas untuk setiap varietas. Selain dari itu, unsur hara N bersifat mudah larut, sangat mobil dan juga mudah menguap. Umumnya petani memberikan pupuk dengan takaran tinggi, melebihi kebutuhan tanaman, sehingga menyebabkan pemborosan dan pencemaran lingkungan (Siregar dan Marzuki, 2011).
Saat ini telah tersedia berbagai varietas unggul yang dapat dipilih sesuai dengan kondisi wilayah, mempunyai produktivitas tinggi dan sesuai permintaan konsumen. Berikut ini adalah beberapa varietas unggul padi sawah dan beberapa karakteristik penting (Tabel 1).
Tabel 1. Varietas Unggul Padi Sawah dan Beberapa Karakteristik Penting Varietas Produktivitas
agak tahan WCK biotipe 3 Pulen Ciherang 6,0-8,5 116-125
Tahan WCK biotipe 2, agak tahan WCK biotipe 3 & tahan HBD
Pulen
Ciliwung 5,0-6,0 117-125
Tahan WCK biotipe 1,2, WH, ganjur, tahan Tungro & HDB
Pulen
Mekongga 6,0-8,4 116-125
Agak tahan WCK biotipe 2,3, agak tahan HDB biotipe strain IV
Pulen
Sarinah 6,98-8,0 110-125 Agak tahan WCK biotipe 1,
agak peka biotipe 2,3 Pulen Cigeulis 5,0-8,0 110-125 Tahan WCK biotipe 2,3, &
HDB strain IV Pulen
Bondoyudo 6,0-8,4 110-120 Tahan WCK & Tungro Pulen Batang
Piaman 6,0-7,6 97-127
Tahan terhadap penyakit blas
Fageria and Virupax (1999) menyatakan bahwa nitrogen merupakan faktor kunci dan masukan produksi yang termahal pada padi sawah dan apabila penggunaannya tidak tepat akan mencemari air tanah. Berdasarkan anjuran, N cukup diberikan 90-120 kg ha-1 setara dengan 200-260 kg Urea ha-1
1. N inorganik
.
Pupuk nitrogen yang berwarna putih mengandung 45 – 46 persen nitrogen. Urea didefinisikan sebagai senyawa organik sintetis non- protein larut dalam air lebih dari 50 persen. Rumus kimia urea adalah CO(NH2)2 atau dengan rumus bangun sebagai berikut :
Urea yang diberikan pada bahan organik serasah dapat didekomposisikan oleh enzim urease dan sebagian dari padanya dapat hilang sebagai gas nitrogen. Namun pada tanah olahan berdrainase baik sedikit yang hilang sebagai gas. Faktor yang mempengaruhi laju penguraian urea adalah waktu antara pemberian urea pertama datangnya air hujan dan suhu. Enzim urease kurang baik pada cuaca dingin dan aktif pada suhu 27 – 290
Urea bila dibenamkan kedalam tanah akan dihidrolisis menjadi ammonium karbonat dengan cepat. Amonium karbonat yang merupakan senyawa tidak stabil mengurai menjadi gas amonia dan karbon dioksida, selanjutnya gas ammonia dapat berubah menjadi amonium (Tisdale and Nelson, 1975). Melalui nitrifikasi amonium dapat diubah menjadi nitrit dan kemudian nitrat (Russel, 1973).
C. Untuk efisiensi penggunaan urea semestinya disatukan dengan tanah (Jones, 1979).
NH2 NH2
Urea yang dibenamkan dalam tanah, akan dihidrolisis menjadi ammonium karbonat oleh enzim urease dengan reaksi sebagai berikut :
CO (NH2)2 + H2O (NH4)2 CO
Ammonium karbonat dengan air berdisosiasi menjadi ion karbonat dan ion ammonium. Sebelum dihidrolisis, urea sama mobil seperti nitrat dan dapat tercuci dibawah daerah jelajah akar tanaman (Sanchez, 1976).
3
2. N organik
Selain berasal dari pupuk buatan, N bersumber dari bahan organik. N di dalam jaringan tanaman yang mati diperoleh dari dalam tanah maupun dari atmosfer. Pupuk hijau yang dibenamkan kedalam tanah akan mengalami serangkaian reaksi yang mengubahnya dari susunan kompleks menjadi susunan yang sederhana. Proses tersebut dinamakan mineralisasi dan berlangsung melalui tiga tahapan yaitu aminisasi dan amonifikasi yang diakibatkan oleh mikro organisme heterotrop, nitrifikasi yang sebagian besar disebabkan oleh bakteri autotrop tanah. Bakteri heterotrop membutuhkan senyawa karbon organik sebagai sumber energi. Sedangkan bakteri autotrop memperoleh energi dari oksidasi garam anorganik dan karbon dari CO2
Aminisasi merupakan perubahan protein dan senyawa serupa menjadi senyawa amino seperti peptida, pepton dan akhirnya asam amino melalui proses enzimatik yang dilakukan oleh jasad renik tanah. Proses tersebut dapat digambarkan sebagai berikut :
yang berasal dari udara disekitarnya (Tisdale and Nelson, 1975).
Protein dan + Pencernaan Senyawa Komplek + CO2 Senyawa Serupa Enzimatik
Amonifikasi merupakan perubahan senyawa amino menjadi senyawa amonium. Proses ini dapat berlangsung pada tanah berdrainase baik maupun pada tanah tergenang karena organisme anaerobik dapat melangsungkan proses tersebut.
Amonifikasi digambarkan dalam reaksi sebagai berikut :
R – NH2 + HOH R – OH + NH3 NH
+ Energi 3 + HOH NH4OH NH4+ OH
Amonium yang dibebaskan dapat dikonversikan kedalam bentuk nitrat melalui nitrifikasi, diambil langsung oleh tanaman atau difiksasi oleh mineral liat yang dapat mengembang. Nitrifikasi dibedakan dalam dua tahap, tahap pertama adalah oksidasi amonium menjadi nitrit oleh bakteri Nitrosomonas, disusul reaksi tahap kedua yaitu oksidasi nitrit menjadi nitrat, dilakukan oleh bakteri autotrop lain yaitu Nitrobakter (Tisdale and Nelson, 1975).
-
Bakteri nitrifikasi sangat peka terhadap lingkungannya, lebih peka dibandingkan dengan organisme heterotrop aminisasi dan amonifikasi, akibatnya nitrifikasi merupakan titik lemah dalam peredaran nitrogen (Buckman and Brady, 1969). Proses nitrifikasi digambarkan dalam persamaan sebagai berikut :
2NH4+ + 3O2 2NO2- + 2H2O 2NO2 + O2 2NO3-
Dari persamaan diatas dapat dikemukakan tiga hal penting yang perlu diperhatikan jika menambahkan pupuk N-organik maupun N-anorganik ke dalam tanah. Pertama reaksi nitrifikasi membutuhkan oksigen sehingga proses ini berlangsung baik pada tanah yang beraerasi baik kedua reaksi tersebut
membebaskan sejumlah H+
Kecepatan mineralisasi N-organik dari pupuk hijau sebagai bahan organik sumber nitrogen selain tergantung pada keadaan bahan tanaman juga sangat tergantung pada keadaan lingkungan (Alexander, 1977). Sanchez (1976) mengemukakan bahwa kecepatan mineralisasi N- Organik tergantung pada kemasaman tanah, temperatur, nisbah C/N, kandungan air tanah dan kandungan liat. Jumlah nitrogen yang dibebaskan selama inkubasi dalam suasana anaerob sangat dipengaruhi oleh perlakuan contoh tanah sebelum diinkubasikan (Soepardi, 1979).
yang menyebabkan terjadinya pemasaman tanah bila dipupuk dengan pupuk – pupuk amonium atau pupuk buatan N-organik, ketiga terbentuknya persenyawaan nitrat sangat tidak menguntungkan sebab akan mudah mengalami pencucian. Dalam proses tersebut peranan mikro organisme sangat besar sehingga kecepatan perubahan dan seberapa jauh perubahan ini berlangsung sangat dipengaruhi oleh keadaan lingkungan (Buckman and Brady, 1969).
Menurut Simanjuntak (2005) menyatakan bahwa tumbuhan A. pinnata
dalam taksonomi tumbuhan mempunyai klasifikasi sebagai berikut: Klasifikasi Azolla pinnata
Divisi : Pteridophyta
Kelas : Leptosporangiopsida (heterosporous)
Ordo : Salviniales
Family : Salviniaceae
Genus : Azolla
Spesies : Azolla pinnata
Faktor lingkungan yang menjadi syarat untuk pertumbuhan A. pinnata
adalah sebagai berikut:
Syarat Tumbuh Tanaman Azolla pinnata
- Air
Ketersediaan air harus mencukupi selama pertumbuhan A. pinnata. Ini disebabkan A. pinnata merupakan tanaman air yang tumbuh dan berkembang di atas permukaan air. Air yang cukup selama pertumbuhannya dapat meningkatkan laju pertumbuhan relatif, total biomassa dan kandungan nitrogen (Arifin, 2003). - Unsur Hara
unsur hara kurang tersedia dalam kultur air maka akar tanaman mengalami pemanjangan untuk mengambil unsur hara yang dibutuhkan (Arifin, 2003).
- Derajat Keasaman (pH) Air
Perubahan pH yang terdapat di air dapat mempengaruhi pertumbuhan dan proses fiksasi nitrogen dari tumbuhan A. pinnata. Kisaran pH optimum yang dibutuhkan A. pinnata untuk tumbuh dengan baik adalah 4.5-7. Namun beberapa jenis Azolla dapat tumbuh dan bertahan hidup pada kisaran 3.5-10 (Lumpkin & Plucknett 1982). Sebagian besar biota akuatik sensitif terhadap perubahan pH dan menyukai nilai pH sekitar 7- 8.5. Reduksi nitrat dapat berlangsung secara optimal pada pH 4.5 dan suhu 30 0C. Fiksasi nitrogen pada A. pinnata dapat berjalan optimal pada kondisi pH 6.0 dan suhu 20 0
- Cahaya
C (Khan 1988).
Cahaya sangat dibutuhkan oleh tanaman A. pinnata untuk pertumbuhan dan perkembangan selain itu diperlukan dalam proses fotosintesis dan penambatan nitrogen diudara. Oleh karena itu kecepatan pertumbuhan dan aktivitas dalam penambatan nitrogen dipengaruhi oleh cahaya yang diterima oleh tanaman
A. pinnata. Kisaran cahaya yang dibutuhkan tanaman A. pinnata adalah antara 25-50% (Lumpkin and Plucknet, 1982).
- Perbanyakkan Azolla pinnata
Pada tumbuhan yang sudah tua Azolla sp dapat membentuk sporacarp (seperti kapsul), yang terletak dibawah daun. Pada umumnya terdapat sepasang
sporacarp yaitu mikrosporocarp dan megasporocrap. Microsporocrap berisi 7- 100 microsporangium dan tiap microsporocrap, berisi microspora.
Megasporocrap hanya membentuk satu megasporocrap, yang berisi megaspora.
Megaspora dan microspora berkecambah membentuk microgametofit (gametofit jantan) dan megagametofit (gametofit betina). Kemudian, gametofit jantan berkembang menjadi sel sperma yang dapat membuahi sel telur gametofit betina. Sel-sel hasil peleburan gametofit jantan dan gametofit betina tumbuh menjadi
sporofit, yang berkembang menjadi tumbuhan A. pinnata diploid proses terjadi pertumbuhan ini di dalam air (Djojosuwito, 2000). Dari beberapa penelitian diperoleh bahwa laju pertumbuhan Azolla adalah 0.36 – 0.39 gram per hari (di laboratorium) dan 0.144 – 0.860 gram per hari (di lapang). Pada umumnya biomassa Azolla maksimum tercapai setelah 14 –28 hari setelah inokulasi. Dalam 20-30 hari selapis Azolla yang menutupi 1 ha sawah mengandung kira-kira 15-25 ton biomassa (Kannaiyan, 1986, 1992). Ditemukan juga bahwa Azolla tumbuh kembang lebih baik pada musim penghujan dari pada musim kemarau.
Penelitian- penelitian Mengenai Pengujian azolla
Azolla termasuk tumbuhan berkualitas tinggi, sebagai green manure
memiliki kandungan N tinggi, kandungan lignin dan polifenol rendah (Handayanto, 1993). Suatu bahan organik akan mudah terdekomposisi jika nisbah C/N ratio < 20. Bahan organik yang memiliki kandungan N > 2.5%, kandungan lignin < 15% dan kandungan polifenol < 4% dikatakan berkualitas tinggi (Hairiah
Azolla mempunyai kecepatan pertumbuhan yang tinggi sehingga mampu menghasilkan biomassa yang cukup besar dan mampu menambat nitrogen udara. Azolla yang diberikan sebagai pupuk organik akan mengalami mineralisasi pada saat terjadi dekomposisi sehingga nitrogen yang ditambat dari udara dapat dimanfaatkan tanaman padi dan diperkirakan azolla yang tumbuh bersama tanaman padi mampu menghasilkan N sekitar 20-100 kg N/Ha (Simanungkalit, 2001).
Sebagai pupuk hijau dan sumber N, N dalam jaringan azolla baru dapat dimanfaatkan tanaman padi setelah jaringan azolla mengalami dekomposisi. Penguraian Azolla yang dibenamkan dalam tanah secara giat terjadi pada masa 9 hari pertama (Brotonegaro dan Abdulkadir, 1977). Pada waktu itu C02
dilakukan satu kali atau lebih. Pembenaman dua kali umur 10 dan 25 hari sesudah tanam menunjukkan adanya peningkatan hasil dibandingkan pembenaman satu kali pada umur 10, 20 dan 30 hari sesudah tanam (Chu, 1979).
Dari percobaan BATAN (2006) pemberian sebagian azolla pada saat tanam dan sebagian lainnya pada saat anakan maksimum merupakan cara yang baik bagi kenaikan produksi padi. Pengaruh Azolla yang dibenamkan ke dalam tanah terhadap produksi padi bergantung pada nitrogen Azolla yang dihasilkan, cara pembenaman, dan respon padi terhadap nitrogen (Kikuchi et al., 1984).
Mineralisasi N asal azolla berlangsung cepat sampai 8 minggu setelah pembenaman dan mencapai puncaknya pada 60 hari setelah pembenaman. Setelah waktu tersebut pelepasan ammonium ke dalam tanah adalah konstan (Watanabe et al., 1981). Yusnaini (1995) juga menambahkan bahwa pelepasan N dari azolla berlangsung setelah 7 hari dan mineralisasi lengkap terjadi sampai 12 minggu.
Nuraini (2000) menyatakan bahwa laju mineralisasi bahan organik tanaman menunjukkan pada minggu ke 0-2 terjadi penurunan kadar ammonium dan nitrat tanah, tetapi jumlah ini meningkat sampai minggu ke 8, dan setelah itu hasil akan konstan. Dari beberapa pernyataan di atas dapat disimpulkan bahwa pada umumnya dekomposisi pupuk hijau mulai terjadi pada hari ke-7 dan mengalami puncaknya pada 60 hari setelah pembenaman.
diharapkan takaran pupuk-N anorganik seperti urea, dapat dikurangi, tanpa mempunyai pengaruh yang negatif terhadap produksi padi.
Hasil lain yang ditunjukkan oleh percobaan yang dilakukan oleh Kikuchi
et al (1984) adalah bahwa ketersediaan azolla-Nbagi tanaman setara dengan 60% ZA. Selain itu, kegunaan azolla sebagai pupuk buatan terutama bergantung pada jumlah nitrogen yang dapat disediakan. Bila kedua pernyataan tersebut dipertimbangkan dan diperbandingkan dengan percobaan yang telah dilakukan BATAN jelaslah bahwa azolla yang diberikan bersama-sama dengan pupuk N-anorganik mampu meningkatkan produksi padi
Azolla merupakan salah satu pupuk organik yang dapat dikembangkan. Berbagai penelitian tanggapan tanaman padi sawah terhadap pemberian Azolla telah dilakukan. Hasil penelitian Havid et al (2000) diketahui bahwa lnokulasi Azolla sesudah tanam baik pada musim kemarau (MK) maupun pada musim penghujan (MP) umumya labih baik dalam meningkatkan efisiensi penggunaan pupuk urea dibanding azolla yang dibenamkan sebelum tanam.
Arifin (2003) melaporkan hasil penelitiannya bahwa pembenaman azolla saat tanaman padi berumur 40 hari setelah tanam, pada musim kemarau meningkatkan hasil padi IR 36 sebesar 12 - 25% dibandingkan dengan tanpa pemberian azolla.
Hasil penelitian Naim (2004)diperoleh hasil bahwa perlakuan 6 ton azolla ha-1+ 100 kg N ha-1
Selanjutnya dari hasil penelitian Batan (2006) diketahui bahwa dengan menginokulasikan 200 gr azolla segar per m
memberikan hasil terbaik terhadap berat kering tanaman per rumpun, hasil gabah 63.60 g per rumpun dan indeks panen sebesar 192.3.
Terdapat kecendrungan bahwa peningkatan hasil gabah kering seiring dengan meningkatnya dosis azolla.
2
