Pertumbuhan tanaman tidak hanya dikontrol oleh faktor dalam (internal), tetapi juga ditentukan oleh faktor luar (eksternal).Salah satu faktor eksternal tersebut adalah unsur hara esensial.Unsur hara esensial adalah unsur-unsur yang diperlukan bagi pertumbuhan tanaman. Apabila unsur tersebut tidak tersedia bagi tanaman akan menunjukkan gejala kekurangan unsur tersebut dan pertumbuhan tanaman akan terganggu.
Untuk proses pertumbuhan tanaman, memerlukan unsur-unsur sebagai bahan makanan. Unsur-unsur yang diperlukan dalam jumlah besar disebut unsur makro yang terdiri atas unsur C, H, O, P, K, Na, Ca dan Mg. unsur-unsur C, H, O diperoleh dari CO2 (udara) dan air, dan unsur lainnya diperoleh dari dalam tanah (N, P, K, Ca, S, Mg) (Ratih, dkk, 1999).
2.2.1. Unsur Karbon
Bagi tanaman unsur karbon digunakan untuk membentuk karbohidrat, lemak dan protein bagi pertumbuhannya, membentuk selulosa, dinding sel dan memperkuat bagian tanaman (Simamora dan Salurdih, 2008).Tanaman mengambil unsur karbon berupa CO2 dari udara bebas (atmosfir).Kegiatan ini dilakukan oleh organ tanaman yang memiliki klorofil, umumnya bagian tanaman yang berwarna hijau dan terdapat di atas tanah.Klorofil mampu menyerap energi cahaya (terutama sinar matahari) dan mengubahnya menjadi energi kimia.Energi tersebut digunakan untuk menghasilkan CO2 menjadi senyawa organik termasuk karbohidrat.
Kadar CO2 dalam atmosfir relatif stabil, yakni 0,03% volume atau 0,57 mg/liter udara. Menurut Kononova (1966), sumber utama CO2 di alam berasal dari dekomposisi bahan organik berupa sisa-sisa tanaman ataupun hewan dan dari respirasi invertebrata, bakteri, serta fungi.
Menurut Buckman dan Brady (1961) penguraian bahan organik merupakan proses enzimatik. Dari proses ini senyawa yang mula-mula terbentuk adalah CO2 dan air. Sedangkan senyawa-senyawa seperti nitrat akan terbentuk setelah melewati puncak proses penguraian dimana jumlah organisme pelapuk sudah berkurang.
Selanjutnya dijelaskan bahwa CO2 yang dihasilkan merupakan CO2 tanah yang sebagian akan dibebaskan ke udara, sehingga dapat dimanfaatkan tanaman dalam fotosintesis. Sebagian besar dari CO2akan bereaksi dengan larutan tanah membentuk senyawa karbonat sehingga tersedia bagi tanaman.
Menurut Kononova (1966), keperluan seluruh tanaman yang hidup diperkirakan sekitar 80 x 109 ton karbon per tahun. Dengan persediaan CO2 dalam udara sebesar 0,03% volume, maka CO2 tersebut akan habis diserap tanaman dalam waktu beberapa dekade saja. Berkat adanya daur (siklus) yang menghasilkan CO2, maka kadar gas tersebut relatif stabil (Afandi, 2002). Karbon penting sebagai bahan pembangun bahan organik, karena sebagian besar bahan kering tanaman terdiri dari bahan organik.
Di udara terbuka terdapat 0,03% CO2, sedangkan di tempat yang banyak tanamannya terdapat CO2 yang lebih besar dari 0,03%. Mulyani (1999) menyatakan bahwa CO2 Pada permukaan tanah terdapat sekitar 0,053-0,28%, di atas daun
terdapat sekitar 0,04-0,067%, dan satu meter di atas permukaan tanah terdapat sekitar 0,07%.
2.2.2. Unsur Nitrogen
Nitrogen merupakan unsur hara esensial yang keberadaannya mutlak ada untuk kelangsungan pertumbuhan dan perkembangan tanaman, dibutuhkan dalam jumlah banyak sehingga disebut dengan unsur hara makro, dan fungsinya dalam tanaman tidak dapat digantikan oleh unsur lain. Nitrogen dalam tanah dibagi dalam dua bentuk, yaitu anorganik dan organik.Bentuk anorganik adalah NH4+
, NO2-
, dan NO3-
sangat penting dalam hubungannya dengan kesuburan tanah. Sedangkan bentuk- bentuk N2O dan N2 merupakan bentuk-bentuk yang hilang dari tanah dalam bentuk gas sebagai akibat proses denitrifikasi (Leiwakabessy, 1988).
Perilaku N dalam tanah mempunyai beberapa implikasi yang penting untuk manajemen N yang efisien (Evanylo, 1998).Jumlah nitrogen dalam tanah sedikit sedangkan yang diangkut oleh tanaman tiap tahunnya sangat banyak. Pada saat tertentu nitrogen sangat larut dan pada saat yang lain mudah hilang dalam penguapan atau sama sekali tidak tersedia bagi tanaman (Soepardi, 1983). Suplai unsur N melalui pemupukan lebih diutamakan untuk tanaman karena N merupakan unsur yang paling banyak hilang dari lahan pertanian melalui pemanenan (Goh dan Haynes, 1986). Tanaman yang mengalami kekurangan N akan tetap kecil dan secara cepat berubah menjadi kuning, karena N yang tersedia tidak cukup untuk membentuk protein dan klorofil, oleh karena itu akibat kekurangan klorofil akan menyebabkan kemampuan tanaman menjadi berkurang dan produksi karbohidratnya berkurang (Jacob dan Uexkull, 1960). Nitrogen merupakan unsur yang esensial bagi tanaman
dan dibutuhkan dalam jumlah relatif besar.Unsur ini berpengaruh dalam sintesis asam amino, protein, asam nukleat dan koenzim.Protein mempunyai fungsi penting dalam pertumbuhan sel vegetatif tanaman sebagai katalisator dan pengatur metabolisme (Grunes dan Allaway, 1985). Protein merupakan bagian dari protoplasma sehingga adanya unsur N akan mendorong pertumbuhan tanaman diatas permukaan tanah.
Pemberian pupuk harus memperhatikan kandungan unsur hara yang tersedia di dalam tanah, tipe pertumbuhan yang diinginkan dan faktor iklim.Kekurangan unsur nitrogen selama pertumbuhan dapat menyebabkan tanaman menjadi kerdil, perakaran terbatas, daun menjadi berwarna kuning dan senescens atau nekrosis pada bagian ujung daun (Edmond et al., 1957). Pemberian nitrogen secara berlebihan juga akan mengakibatkan pertumbuhan vegetatif yang sangat pesat, warna daun menjadi hijau tua dan tanaman menjadi lebih sukulen (Prawiranatha dan Tjondronegoro, 1992), sehingga tanaman menjadi mudah terserang hama dan penyakit. Kelebihan unsur nitrogen juga dapat memperpanjang periode tumbuh terutama pada tanaman-tanaman yang mempunyai periode tumbuh pendek dan juga mendorong produksi jaringan sukulen yang lunak sehingga rentan terhadap kerusakan mekanis (Foth, 1988).
Secara umum tanaman mengandung nitrogen sebesar 1-5% bobot dan menyerap nitrogen dalam bentuk nitrat (NO3-) dan ammonium (NH4+), serta tingkat pengambilan NO3-
biasanya lebih tinggi dan baik pada pH rendah. Pada umumnya sumber N tanaman adalah nitrat yang tergantung pada jenis tanaman dan faktor lingkungan lainnya seperti suhu, pH, pengolahan tanah dan lain-lain.Pada pH rendah,
nitrat lebih cepat diserap.Penghambatan serapan nitrat pada pada pH tinggi diasumsikan karena pengaruh kompetisi dari ion OH- (Mengel dan Kirkby, 1982).
Unsur nitrat (NO3-
) yang terikat sebagai ligan (substituen senyawa organik) pada senyawa kompleks, yang merupakan garam dari asam nitrat HNO3 yang dipakai dalam campuran pupuk (Manan, 2006).Pada kompos yang stabil, mengandung N dalam bentuk Nitrat (NO3-
) dan tidak ada N dalam bentuk (NH4+
) (Haug, 1980), kandungan nitrat pada kompos dapat menentukan kematangan suatu kompos (Yang, 1997).
2.3. Jagung (Zea maysL.)