Kalium (K)Unsur Kalium berperan sebagai pengatur proses fisiologi tanaman seperti fotosintetis, akumulasi, translokasi, transportasi karbohidrat, membuka menutupnya stomata, atau mengatur distribusi air dalam jaringan dan sel. Kekurangan unsur ini menyebabkan daun seperti terbakar dan akhirnya gugur.

Unsur kalium berhubungan erat dengan kalsium dan magnesium. Ada sifat antagonisme antara kalium dan kalsium. Dan juga antara kalium dan magnesium. Sifat antagonisme ini menyebabkan kekalahan salah satu unsur untuk diserap tanaman jika komposisinya tidak seimbang. Unsur kalium diserap lebih cepat oleh tanaman dibandingkan kalsium dan magnesium. Jika unsur kalium berlebih gejalanya sama dengan kekurangan magnesium. Sebab , sifat antagonisme antara kalium dan magnesium lebih besar daripada sifat antagonisme antara kalium dan kalsium. Kendati demkian, pada beberapa kasus, kelebihan kalium gejalanya mirip tanaman kekurangan kalsium.

Kekurangan KaliumKekurangan K terlihat dari daun paling bawah yang kering atau ada bercak hangus. Kekurangan unsur ini menyebabkan daun seperti terbakar dan akhirnya gugur. Bunga mudah rontok dan gugur. Tepi daun ‘hangus’, daun menggulung ke bawah, dan rentan terhadap serangan penyakit.

Kelebihan KaliumKelebihan K menyebabkan penyerapan Ca dan Mg terganggu. Pertumbuhan tanaman terhambat. sehingga tanaman mengalami defisiensi.

Kalium (K)Diambil dan diserap tanaman dalam bentuk: K+

Fungsi kalium bagi tanaman adalah:

a.    Membantu pembentukan protein dan karbohidrat.b.   Berperan memperkuat tubuh tanaman, mengeraskan jerami dan bagian kayu tanaman, agar daun,

bunga dan buah tidak mudah gugur.c.    Meningkatkan daya tahan tanaman terhadap kekeringan dan penyakit.d.   Meningkatkan mutu dari biji/buah.

Sumber-sumbernya adalah:a.    Beberapa jenis mineralb.   Sisa-sisa tanaman dan lain-lain bahan organis.c.    Air irigasi serta larutan dalam tanah.d.   Pupuk buatan seperti KCl dan ZK.e.   Abu tanaman, misalnya abu daun teh muda mengandung sekitar 50% K2O.

Kalium (K)

Unsur Kalium berperan sebagai pengatur proses fisiologi tanaman seperti fotosintetis, akumulasi,

translokasi, transportasi karbohidrat, membuka menutupnya stomata, atau mengatur distribusi air

dalam jaringan dan sel. Kekurangan unsur ini menyebabkan daun seperti terbakardan akhirnya

gugur.

Unsur kalium berhubungan erat dengan kalsium dan magnesium. Ada sifat antagonisme antara

kalium dan kalsium. Dan juga antara kalium dan magnesium. Sifat antagonisme ini menyebabkan

kekalahan salah satu unsur untuk diserap tanaman jika komposisinya tidak seimbang. Unsur kalium

diserap lebih cepat oleh tanaman dibandingkan kalsium dan magnesium. Jika unsur kalium berlebih

gejalanya sama dengan kekurangan magnesium. Sebab , sifat antagonisme antara kalium dan

magnesium lebih besar daripada sifat antagonisme antara kalium dan kalsium. Kendati demkian ,

pada beberapa kasus , kelebihan kalium gejalanya mirip tanaman kekurangan kalsium.

Kekurangan Kalium

Kekurangan K terlihat dari daun paling bawah yang kering atau ada bercak hangus. Kekurangan

unsur ini menyebabkan daun seperti terbakardan akhirnya gugur. Bunga mudah rontok dan gugur.

Tepi daun ‘hangus’, daun menggulung ke bawah, dan rentan terhadap serangan penyakit.

Kelebihan Kalium

Kelebihan K menyebabkan penyerapan Ca dan Mg terganggu. Pertumbuhan tanaman terhambat.

sehingga tanaman mengalami defisiensi.

 Natrium (Na)

Kelebihan Natrium

Terlibat dalam osmosis (pergerakan air) dan keseimbangan ion pada tumbuhan. Salah satu

kelebihan efek negatif Na adalah bahwa dapat mengurangi ketersediaan K.

Kekurangan Natrium

Daun-daun tenaman bisa menjadi hijau tua dan tipis. Tanaman cepat menjadi layu.

Natrium (Na)Natrium dapat memperbaiki pertumbuhan tanaman apabila tanaman yang dimaksud menunjukkan gejala kekurangan Kalium (K).

Natrium dalam proses fisiologi dengan K, yaitu menghalangi atau mencegah pengambilan/penyerapan K yang berlebihan.Natrium (Na)Natrium mempunyai sifat higroskopis, artinya bahwa unsur ini mudah menyerap air dan menahan aircukup kuat, sehingga tanaman tahan akan kekeringan.Unsur Natrium membantu proses transportasi dalam tubuhtanaman sehingga hasil-hasil fotosintesis dapat dibawa dan diakumulasi pada tempat-tempat penyimpanan.

Natrium (Na)Kelebihan NatriumTerlibat dalam osmosis (pergerakan air) dan keseimbangan ion pada tumbuhan. Salah satu kelebihan efek negatif Na adalah bahwa dapat mengurangi ketersediaan K.

Kekurangan NatriumDaun-daun tenaman bisa menjadi hijau tua dan tipis. Tanaman cepat menjadi layu.

Natrium (Na) : Natrium dapat memperbaiki pertumbuhan tanaman apabila tanaman yang dimaksud menunjukkan gejala devisit Kalium. Natrium dalam proses fisiologi dengan K, yaitu menghalangi atau mencegah penyerapan Kalium yang berlebihan.

Hara esensial sangat diperlukan tanaman untuk menyelesaikan siklus hidupnya. Hara ini juga sangat dibutuhkan pada proses biokimia tertentu dan peranannya tidak dapt digantikan oleh unsur lain. Bila unsur tersebut tidak ada, maka pertumbuhan tanaman akan terhambat, dan akan tumbuh lebih lanjut jika unsur tersebut ditambahkan. Hambatan pertumbuhan ini memberikan dambak seperti tanda kahat (defisiensi) yang khas. Unsur yang termasuk hara esensial berjumlah 16 unsur, dan terletak pada sistem periodik unsur pada garis Argon (Ar) yaitu garis yang menghubungkan Ar dengan C.B. Hara FungsionalHara fungsional adalah hara yang apabila ada dalam tanah atau medium dapat memperbaiki pertumbuhan tanaman. Misalnya. Unsur Natrium (Na) dapat menggantikan peran dari unsur Kalium (K). Unsur lain yang merupakan unsur hara fungsional adalah Kobalt (Co) yang berperan dalam memperkuat ketahanan tanaman terhadap lingkungan yang tidak menguntungkan tanaman itu sendiri.

Unsur hara yang diperlukan tanaman adalah Karbon (C), Hidrogen (H), Oksigen (O), Nitrogen (N), Fosfor (P), Kalium (K), Sulfur (S), Kalsium (Ca), Magnesium (Mg), Seng (Zn), Besi (Fe), Mangan (Mn), Tembaga (Cu), Molibden (Mo), Boron (B), Klor (Cl), Natrium (Na), Kobal (Co), dan Silikon (Si). Unsur Na, Si, dan Co dianggap bukan unsur hara essensial, tetapi hampir selalu terdapat dalam tanaman. Misalnya, unsur Na pada tanaman di tanah garaman yang kadarnya relatif tinggi dan sering melebihi kadar P (Fosfor). Silikon (Si) pada tanaman padi dianggap penting walaupun tidak di perlukan dalam proses metabolsime tanaman. Jika tanaman padi mengandung Si yang cukup, maka tanaman tersebut lebih segar dan tidak mudah roboh diterpa angin sehingga seakan akan Si meningkatkan produksi tanaman.

Berdasarkan jumlah yang di perlukan tanaman, Unsur hara di bagi menjadi dua golongan, yakni unsur hara makro dan unsur hara mikro. Unsur hara makro dibutuhkan tanaman dan terdapat dalam jumlah yang lebih besar, di bandingkan dengan unsur hara mikro. Davidescu (1988) mengusulkan bahwa batas perbedaan unsur hara makro dan mikro adalah 0,02 % dan bila kurang disebut unsur hara mikro. Ada juga unsur hara yang tidak mempunyai fungsi pada tanaman, tetapi kadarnya cukup tinggi dalam tanaman dan tanaman yang hidup pada suatu tanah tertentu selalu mengandung unsur hara tersebut misalnya unsur hara Al (Almunium), Ni (Nikel) dan Fe (Besi).

Berdasarkan sumber penyerapannya, unsur hara di pilahkan menjadi dua, yakni unsur hara yang di serap dari udara dan unsur hara yang diserap dari tanah.

Tanaman menyerap unsur hara esensial dari dalam tanah melalui akar (bulu akar) dan dari udara (yakni C an O) melalui daunnya 

Penyerapan hara dalam tanah terjadi melalui pertukaran kation, dimana bulu-bulu akar memompa ion hidrogen (H) ke luar memasuki ke dalam tanah melalui pompa proton. Kation hidrogen ini menggantikan kation yng terikat pada permukaan partikel tanah yang bermuatan negatif sehingga kation ini mnejadi tersedia bagi akar. Pada daun, stomata membuka untuk menyerap karbon dioksida dan melepaskan oksigen. Tumbuhan hijau mendapatkan pasokan karbohidratnya dari karbon dioksida di udara melalui proses fotosintesis

Nitrogen jumlahnya melimpah di atmosfer bumi, namun hanya sedikit tanaman yang mampu melakukan fiksasi nitrogen (konversi nitrogen atmosfer menjadi bentuk yang  bermanfaat secara biologis). Oleh karena itu kebanyakan tumbuhan memerlukan senyawa nitrogen tersedia dalam tanah tempat tumbuhnya. Hal ini dapat disuplai oleh bahan organic yang mengalami dekompoisisi, bakteri fiksasi nitrogen, kotoran hewan, atau melalui aplikasi pupuk nitrogen dalam budidaya tanaman pertanian.

Hara bergerak di dalam tubuh tanaman menuju tempat dimana ia paling diperlukan. Misalnya, tanaman mencoba untuk memasok lebih banyak hara untuk daun muda yang sedang tumbuh daripada daun-daun yang lebih tua. Sehingga kalau hara bersifat mobil, kekurangan hara pertama-kali terlihat pada daun-daun tua. Namun, kalau hara bersifat tidak mobil mengalami kekuranagan maka daun muda menderita paling serius karena hara tidak dapat bergerak (dipindahkan) dari daun-daun tua. Nitrogen, fosfor, dan kalium adalah hara mobil, sedangkan hara lainnya memiliki tingkat mobilitas yang beragam. Fenomena ini sangat membantu dalam menentukan hara apa yang mungkin kekurangan dalam tanaman.

Unsur Hara yang Diserap dari Udara

Unsur hara yang di serap dari udara adalah C, O, dan S, yaitu berasal dari CO2, O2,dan SO2, Penyerapan N baik dari udara maupun dari tanah diasimilasikan

dalam proses reduksi dan aminasi. Nitrogen (N) udara diserap dari N2 bebas lewat bakteri bintil akar dan NH3 di serap lewat stomata tanaman.

Tanaman menyerap CO2   sebanyak 30 kali lebih   besar   dari   emisi   CO2 oleh manusia. Inimerupakan penyerapan CO2   yang besar. Sekilas   pandang,   tampak   bahwa kadar karbonatmosfir akan segera menurun, namun kenyataannya malah meningkat -  apa yang salah?

Ternyata sebagian   besar   karbon yang diserap   oleh   tanaman akan dikembalikan ke   atmosfer melalui proses dekomposisi biomasa tanaman.

Bahan biomasa tanaman adalah   molekul organik   kompleks yang mudah terdegradasi menjadi molekul anorganik sederhana, seperti   karbon   dioksida. Hal   ini terjadi melaluisejumlah mekanisme dekomposisi bahan organik.

Karbon dioksida diserap melalui pori-pori kecil di daun yang disebut stomata. Karbondioksida kemudian disintesis dengan   air menggunakan energi matahari yang diserap   oleh chorophyll untuk menghasilkan molekul gula dan oksigen.

Unsur Hara yang Diserap dari Tanah

Penyerapan unsur hara dilakukan oleh akar tanaman dan diambil dari kompleks jerapan tanah ataupun dari larutan tanah berupa kation dan anion. Adapula usur hara yang dapat diserap oleh akar dalam bentuk khelat yaitu ikatan kation logam dengan senyawa organik. Biasanya unsur hara mikro juga dapat diberikan melalui daun (foliar spray).

1. Nitrogen (N)  diserap dari tanah dalam bentuk anion nitrat (NO2-),

nitrit (NO3-) dan kation ammonium (NH4

+).2.    PHOSPHORUS (P) DISERAP DARI TANAH DALAM BENTUK ANION (H2PO4

-ATAU HPO4

2- ).3. Sulfur (S) diserap dari tanah dalam bentuk anion sulfat (SO4

2-) dalam jumlah sedikit diserap oleh daun dalma bentuk gas SO2.4. Kalium (K) diserap dalam bentuk kation K+

5. Magnesium (Mg) diserap dalam bentuk kation Mg2+.6. Kalsium (Ca) diserap dalam bentuk kation Ca2+

7. Besi (Fe) diserap dalam bentuk kation Fe2+ dan Fe3+.8. Mangan (Mn) diserap dalam bentuk kation Mn2+

9. Seng (Zn) diserap dalam bentuk kation Zn2+

10. Boron (B) diserap dalam bentuk anion borate (BO33- atau B4O7

2-).11. Tembaga (Cu) diserap terutama dalam bentuk kation Cu2+ .12. Molibdenum (Mo) diserap dari tanah dlaam bentuk kation molybdate (MoO2

2+) .13. Khlorine (Cl) diserap dalam bentuk anion Cl-.

Sistem Tanah – Hara - Tanaman

Ketersediaan hara dalam tanah

Hubungan tanah – tanaman bersifat  dinamis dan tunduk pada input (pupuk, polutan , kimia tanah) dan kehilangan (erosi, pencucian, panen). Ion-ion logam dilepaskan ke dalam larutan tanah melalui pelapukan dan pelarutan mineral dan dekomposisi bahan organic tanah. Ion-ion yang tersedia adalah ion yang dapat diserap oleh sistem akar tanaman. Hanya ion-ion yang ada dalam larutan tanah yang dianggap tersedia, tetapi karena adanya kesetimbangan dinamis antara larutan tanah dengan cadangan ion lainnya maka mudah terjadi transfer ion ke dalam larutan tanah,  ion-ion yang terikat pada tapak-jerapan juga dapat dianggap sebagai ion tersedia, atau setidaknya mempengaruhi fraksi ion yang tersedia.

Ketersediaan hara dalam tanah dipengaruhi oleh beberapa faktor a.l. :

1.       pH tanah   :   Konsentrasi   relatif  dari   besi  atau  besi  hidrogen  dan  hidroksil   dapat  meningkatkan  atau menurunkan ketersediaan hara .

2.       Kehadiran   Nutrisi   lain: Keberadaan   suatu garam   mineral   akan   menambah   atau mengurangi ketersediaan garam lain di dalam tanah .

3.       Pencucian Hara : Proses ini mendorong pencucian garam mineral dari topsoil kelapisan subsoil sehingga mengurangi ketersediaannya bagi tanaman.

4.       Panen Tanaman  : Hal   ini dapat   terjadi  dalam bentuk  pembukaan   lahan,  deforestasi  atau  menebang tanaman dan dipanen yang menyebabkan hilangnya sejumlah hara dari tanah .

5.       Oksidasi   dan Reduksi : Reaksi   kimia ini   mencerminkan dimana   elektron hilang(berkurang) atau bertambah sehingga  mengubah sifat garam mineral.  Dalam keadaan sifat  yang telah berubah, garam-garam mineral dapat tercuci ke luar tanah.

6.       Pembakaran : Hal ini dapat membunuh organisme tanah , menghancurkan tekstur dan struktur tanah dan akhirnya mengurangi ketersediaan hara dalam tanah

7.       Erosi tanah: Erosi membantu penganagkutan hara tanah dari  satu tempat ke tempat lain  ,  dan dapat terjadi oleh pengaruh hujan lebat atau angin .

Faktor yang mempengaruhi suplai ion kepada akar tanaman adalah aktivitas ion dalam larutan tanah, biasanya disebut sebagai “intensitas”, dan tingkat serta laju pembaharuan ion terlarut dari cadangan lain ( ion terjerap pada partikel tanah atau senyawa organik labil dan ion-ion dalam senyawa lain yang mudah larut), biasanya disebut sebagai “kapasitas”. Oleh karena itu faktor Kapasitas menentukan daya penyangga untuk logam tertentu. Hubungan antara factor kapasitas dan factor intensitas untuk setiap logam tertentu angat tergantung pada pH.

Kapasitas Tukar Kation (KTK)

Partikel-partikel liat bermuatan negatif dan dikelilingi oleh segerombolan kation bermuatan positif. Mineral liat bermuatan negatif melalui proses substitusi isomorfik (kation bermuatan lebih tinggi, seperti  Al3+, digantikan oleh kation yang muatannya lebih rendah seperti Mg2+) sehingga meninggalkan surplus muatan negatif (tidak  netral), sisa muatan negative ini akan dinetralkan oleh kation yang dijerap.  Selain itu, koloid tanah (misalnya humus, hydrous oksida) yang mempunyai gugus fungsional (OH-, -COOH) juga berkontribusi terhadap kapasitas tukar kation suatu tanah:

M1+  +      M2X ↔ M2+  + MX

(larutan)      (padatan) ↔ (padatan) (larutan)

Disosiasi gugus -OH dan -COOH (terutama gugus pada bahan organik) tergantung pada pH, kapasitas tukar kation meningkat dengan peningkatan pH. Dengan peningkatan kapasitas tukar kation, kation logam terikat ke tapak muatan negatif pada partikel tanah, sehingga konsnetrasi dalam larutan tanah menurun dan ketersediaan logam menjadi berkurang.

Penahanan Kation dalam Tanah

Kation-kation diikat lebih kuat (kurang reversibel) di kalau pH meningkat dari 5 menjadi 7. Cu, Zn, Ni, Cd dan logam lainnya menjadi  lebih sukar larut dan

kurang dapat-ditukar kalau pH meningkat dari 5 menjadi 7. Pengikatan logam dalam tanah dapat terjadi melalui beberapa proses: (1) pertukaran kation (jerapan non-spesifik), (2) jerapan spesifik, (3) kompleks organic, dan (4) ko-presipitasi. Dalam banyak situasi, proses-proses  ini berkontribusi pada retensi logam dalam tanah.

Untuk menjaga netralitas elektris, muatan negatif pada partikel padatan tanah (koloid tanah) diimbangi oleh kation dengan jumlah yang sama; pertukaran ion ini mengacu pada pertukaran antara counter-ions menetralkan muatan negatif di permukaan koloid tanah dan ion dalam larutan tanah. Pertukaran seperti ini bersifat “reversible”, stoikiometrik dan difusi terkendali. Selain itu, ada tingkat selektivitas tertentu pada adsorbent. Semakin tinggi valensi suatu  ion, semakin besar kekuatannya untuk menggantikan ion lain (H+ berperilaku seperti kation polyvalent). Sebaliknya, dengan derajat hidrasi yang lebih besar, suatu ion akan mempunyai daya menggantikan yang lebih rendah.

Adsorpsi (jerapan) oleh pertukaran kation mencermoinkan pengukatan secara elektrostatik melalui pembentukan kompleks bola-luar dengan gugus fungsional di permukaan. Kompleks bola-luar ini berarti bahwa setidaknya satu molekul pelarut berada di natara gugus fungsional dan ion.

Jerapan spesifik tergantung pH dan terkait dengan hidrolisis ion logam berat. Dalam jerapan spesifik, sebagian ikatan kovalen dibentuk dengan ion-ion kisi. Sebagian ikatan kovalen secara inheren lebih kuat daripada ikatan elektrostatik yang terlibat dalam pertukaran kation non-spesifik (misalnya Zn dapat adsorbed di Fe dan Al oksida, 7 dan 26 kali lebih kuat daripada kapasitas tukar kation pada pH 7.6). Logam yang paling mampu membentuk kompleks hidroksil akan dijerap secara spesifik dengan kekuatan terbesar:

Hg > Pb > Cu >> Zn > Co > Ni > Cd

Jerapan spesifik juga termasuk difusi logam ke dalam ruang-ruang interlayer mineral dan fiksasinya di tapak itu. Difusi tersebut meningkat dengan peningkatan pH.

Bahan organik dapat meningkatkan atau menurunkan ketersediaan hara mikro, Al dan logam berat. Penurunan ketersediaan adalah karena kompleksasi dengan asam humat, lignin dan senyawa-senyawa organik lain yang mempunyai berat molekul tinggi (membentuk endapat tidak larut). Sebaliknya, peningkatan ketersediaan mungkin dapat terjadi akibat pelarutan dan mobilisasi logam oleh ligan organik yang berat-molekulnya rendah (misalnya asam-asam organik rantai pendek, asam amino dan senyawa organik lainnya). Konstanta stabilitas chelates dengan beberapa logam terjadi dengan urutan yang semakin meningkat seperti:

Cu > Fe = Al > Mn = Co > Zn

Ko-presip[itasi mencerminkan pembentukan campuran padatan melalui presipitasi simultan seperti halnya oksida-oksida Fe dan Mn.

Tanah – Tanaman pH Nilai pH yang paling relevan bagi proses-proses kimiawi tanah dan tanaman

adalah pH larutan tanah. Tanah bersifat masam jika pH dari fase larutannya < 7 dan bersifat basa jika pH > 7. Ketersediaan unsur hara bervariasi sesuai dengan pH tanah, dan di luar kisaran pH 4 - 8 pertumbuhan tanaman menjadi fungsi dari pH, ditambah efek pH terhadap ketersediaan hara.

Dalam istilah kimia,  pH mencerminkan ukuran aktivitas H+ dalam larutan tanah yang merupakan kesetimbangan dinamis dengan fase padatan tanah yang bermuatan negative. Ion H+ terikat sangat kuat pada tapak-tapak bermuatan negative ini dan memiliki kekuatan yang cukup untuk dapat menggantikan kation lain dari tapak-tapak bermuatan negative ini. Suatu lapisan difus di sekitar permukaan yang bermuatan negatif  mempunyai aktivitas H+ lebih tinggi dari larutan tanah di sekitarnya

pH tanah bervariasi dalam ruang dan waktu. Fluktuasi harian sebesar satu unit pH dapat terjadi, demikian juga variasi spasial (horisontal dan vertikal  dalam profil tanah). pH tanah juga bervariasi selama musim. Selama musim dengan curah

hujan rendah hingga moderat , ketika evapotranspiration melebihi curah hujan, garam tidak tercuci oleh air-perkolasi mendalam dan peningkatan garam cenderung menurunkan pH dengan memaksa lebih banyak H+ yang dapat-ditukar untuk memasuki larutan tanah. Sebaliknya, selama musim hujan, garam akan tercuci dari lapisan topsoil dan pH tanah ini akan naik. Fluktuasi kandungan total-garam dari musim ke musim ini tidak boleh dikacaukan dengan fenomena pengasaman tanah jangka panjang.

Sebuah diagram ketersediaan unsur hara tanah (dan toksisitas unsur) sebagai fungsi dari pH. Peningkatan kemasaman atau alkalinitas sesuai dengan logaritma peningkatan

konsentrasi H+ dan OH - (Bar vertikal). Panel horizontal mencerminkan ketersediaan relative (atau toksisitas) pada pH tertentu. Kebanyakan tanah pertanian bersifat agak masam (pH sekitar 5.5 sampai 6.5) dan hara-hara esensial semuanya mudah tersedia dalam kisaran pH ini. Tanah- tanah sangat asam ternyata kondusif untuk toksisitas Al dan Mn dan kekurangan Mo. Tanah-tanah alkalis kondusif untuk toksisitas B, tetapi defisien Fe, Mn, dan Zn.  (Based on various sources including Handreck 1978 and Marshner 1995) (Sumber: http://plantsinaction.science.uq.edu.au/edition1/?q=content/16-2-soil-plant-nutrient-relations).

Hubungan antara pH dan Toksisitas Ion

pH tanah sangat mempengaruhi kelarutan dan ketersediaan hara serta potensi fitotoksisitas dari suatu logam.  pH rendah mendorong kation logam bebas dan protonasi anion, pH tinggi mendorong pembentukan kompleks karbonat atau hidroksil. Oleh karena itu ketersediaan hara mikro dan ion toksik (yang ada dalam larutan tanah sebagai kation) akan meningkat dengan peningkatan keasaman tanah. Sebaliknya, ketersediaan hara anion (MoO4=, CrO4=, SeO4-, SeO3- dan B(OH)4-) akan meningkat dengan meningkatnya alkalinitas.

Rhizosphere

Pertumbuhan tanaman tergantung pada ketersediaan air dan hara dalam rhizosphere, bidang singgung tanah dan akar terdiri dari lapisan tanah yang bervariasi ketebalannya antara 0,1 mm sampai beberapa milimeter tergantung pada panjangnya bulu-bulu akar. Ketersediaan hara dalam rhizosphere dikendalikan oleh efek gabungan dari sifat-sifat tanah dan interaksi antara akar tanaman dengan mikroorganisme dalam tanah di sekitarnya.

Kondisi kimiawi dalam rhizosphere biasanya sangat berbeda dengan kondisi tanah di sekitarnya. Akar mendorong perubahan pH rhizosphere adalah hasil dari keseimbangan antara ekskresi H+ dan HCO3- ,  evolusi CO2 oleh respirasi dan hilangnya berbagai senyawa organik yang disebut sebagai eksudat akar.

Keseimbangan antara ekskresi H+ dan HCO3- tergantung pada rasio penyerapan cation/anion. Ekskresi H+ yang lebih besar menyertai penyerapan kation yang lebih besar daripada anion dan hal ini mengakibatkan pengasaman rhizosfir. Sebaliknya, kalau penyerapan anion melebihi penyerapan kation, maka ekskresi  H2CO3- melebihi H+. Bentuk kimia N-tanah (amonium v. nitrat) merupakan faktor yang berpengaruh terhadap rasio cation/anion. Tanaman cinta ammonium menyerap lebih banyak kation daripada anion, dan biasanya memiliki rhizosphere lebih masam daripada tanah sekitarnya; sedangkan tanaman cinta nitrat menyerap lebih banyak anion daripada kation dan rizosfirnya lebih alkalis dibandingkan dnegan tanah sekitarnya. Efek tanaman terhadap kemasmaan

rhizosphere juga bervariasi dengan genotipe, yang pada gilirannya dapat mempengaruhi ketersediaan hara.

Secara keseluruhan, tanaman dan tanah harus dipandang sebagai komponen-komponen yang saling berinteraksi dalam suatu ekosistem, dan karena tanaman menyerap lebih banyak komponen basa daripada komponen asam, maka peningkatan biomasa ekosistem akan menakibatkan pengasaman tanah.

Sistem Tanaman

Tanaman menyerap sejumlah hara dari tanah melalui bulu-bulu akarnya. Hara ini diserap dalam bentuk anion dan kation melalui proses yang bersifat pasif dan aktif.

Penyerapan anion oleh akar dapat menetralkan kemasalan tanah. Penyerapan kation dapat meningkatkan kemasaman tanah. Efek pengasaman tanah lebih sedikit kalau lebih banyak N yang dipanen dibandingkan dnegan kation basa.

Kation basa dalam biomasa tanaman dapat dikembalikan ke tanah melalui proses dekomposisi bahan organic.

Sumber:  rbhs-sbi3u03.wikispaces.com - 

Pertumbuhan tanaman mengakibatkan penyerapan kation-basa, seperti kalsium, magnesium, dan kalium dari tanah dan mengeluarkan kation hidrogen dari akar. Hal ini mengakibatkan pengasaman tanah jika kation-basa tidak dikembalikan ke dalam tanah. Penyerapan anion, terutama nitrat dan sulfat, oleh tanaman, dibarengi dnegan pelepasan OH- atau HCO3- ke dalam tanah dan menetralkan kemasaman yang diakibatkan oleh nitrifikasi dan serapan kation oleh tanaman. Ketika tanaman menyerap lebih banyak anion daripada kation, pengasaman tanah berkurang.

Akar menyerap air dan hara mineral dari tanah.  Akar tanaman melakukan respirasi-seluler, menyerap O2 dan melepaskan CO2 , tetapi secara neto tanaman

adalah produsen O2. Tanaman juga melepaskan H2O dan O2 melalui stomata daun. CO2 menjadi sumber karbon untuk fotosintesis, dan gas ini berdifusi dari

udara ke dalam daun melalui stomata

Sumber: http://bio1152.nicerweb.com/Locked/media/ch37/plant_nutrient.html

Permukaan koloid tanah bermuatan negative dan mengikat kation-kation (kation-tukar). Kation-kation tukar ini dapat digantikan (ditukar) oleh H+ yang dihasilkan dari respirasi bulu

akar.

Sumber:  bio1152.nicerweb.com - 

“Liat” tanah bermacam-macam jenisnya dan sifat-sifatnya juga beragam, partikel ini ukurannya sangat halus dan permukaannya bermuatan listrik elektrostatika negative.  Setiap partikel merupakan populasi mikro.  Kalau kondisi lingkungan mengalami perubahan, maka setiap populasi-mikro dan setiap partikel akan mengalami perubahan.

1.    Peranan liat sangat penrting dalam berbagai reaksi dalam tanah.

2.    Reaksi pertukaran kation dan urutan relative kekuatan gaya-gaya tariknya terhadap anion adalah: Al3+, Ca2+, Mg2+, NH4+ ~ K+ > Na+. 

3.    Anion yang alzim dalam material liat : SO4-, Cl2-,  PO43-, NO3. 

4.    Restorasi liat yang aktivitasnya tinggi sangat diperlukan, agar system tanah yang terkena dampak buruk dapat men-siklus unsure hara dengan baik . 

Mineral liat mempunyai struktur berlapis, lapisan-lapisan ini permukaannya bermuatan negatif (permukaan internal dan permukaan eksternal). Muatan negative ini mengikat kation-kation dengan kekuatan “yang tidak terlalu besar” sehingga kation yang terikat

masih dapat diganti (ditukar) dengan kation lainnya yang ada dalam larutan tanah.

Sumber: http://nelspeterson1.wordpress.com/agrn-2124-chapter-8-notes/

Sistem Perakaran Tanaman

Akar merupakan bagian tumbuhan yang tumbuh meluas ke dalam masa tanah. Akar merupakan organ pertama yang tumbuh dari biji (benih). Akar berfungsi menyerap air dan hara dari dlaam tanah, dan menyediakan dukungan serta cengkeraman untuk berdiri-tegaknya tumbuhan.

Sumber: http://dnowlan.ca/VM/science7/plants/structure.htm

 Zone bulu akar: Dalam tumbuhan, ada suatu zone di belakang ujung akar yang sedang tumbuh, dimana bulu-bulu akar ini mempuntyai permukaan yang luas untuk dapat menyerap air dan hara dari tanah.

Air dalam pori tanah dapat menembus memasuki sel bulu akar. Sumber: http://plantcellbiology.masters.grkraj.org/html/Plant_Cellular_Physiology2-

Absorption_Of_Water.htm

Sumber: http://plantcellbiology.masters.grkraj.org/html/Plant_Cellular_Physiology2-Absorption_Of_Water.htm

Gambar: Struktur penampang melintang akar.

Sumber: http://plantcellbiology.masters.grkraj.org/html/Plant_Cellular_Physiology4-Absorption_Of_Mineral_Nutrients.htm

Perakaran tanaman sugar-beet pada tanah lempung berpasir halus, stratifikasi akar menurut kedalaman tanah (2-4 feet).(J.E. Weaver, 1926).

1. Penyerapan air dan unsur hara dapat terjadi pada seluruh system perakaran, tetapi mayoritas aktivitas penyerpaan terjadi dalam akar-akar muda (zone bulu akar). 2. Tanaman dewasa (jenis pepohonan) biasanya mendapatkan unsure hara dan air dari lapisan tanah yang lebih dalam mesikpun tanah lapisan atas kaya unsure hara.3. Penyerapan unsure hara dari subsoil dapat meningkatkan hasil kuantitas hasil dan protein.

PENYERAPAN AIR OLEH AKAR TANAMAN

1.   Sistem perakaran tanaman bertanggung-jawab untuk penyerapan air dari tanah.

2.   Penyerapan air terutama terjadi di di bagian ujung akar tetapi penyerapan maksimum terjadi di daerah bulu akar (1-10 cm di belakang ujung akar).

3.   Suatu bulu akar berisi cairan sel yang memiliki konsentrasi garam lebih tinggi dibandingkan dnegan konsnetrasi larutan / air tanah.

4.   Perbedaan konsentrasi ini menimbulkan proses osmosis dan oleh karena itu air berdifusi ke dalam bulu akar.

5.   Sebagai akibatnya, sel-sel bulu akar menjadi turgid (tegang) dibandingkan dengan sel-sel korteks di sekitarnya, sel-sel bulu akar sekarang mempunyai tekanan osmotik lebih rendah dibandingkan dengan sel-sel korteks.

6. Hal ini mengakibatkan masuknya air ke dalam sel-sel yang berbatasan satu demi satu dalam suatu rantai melalui korteks akar hingga akhirnya memasuki pembuluh silem.

7.   Penyerapan air dapat berlangsung secara pasif (Penyerapan sesuai dengan gradient konsentrasi,  tidak menggunakan energi).

Penampang akar tanaman dikotil muda, menunjukkan transfer air dari bulu akar memasuki pembuluh silem melintasi sel-sel hidup korteks.

Sumber:  http://dipendrasudip.blogspot.com/2011/09/water-absorption.html

8.   Turgor dalam sel-sel akar menghasilkan “Tekanan Akar”.

9. Tekanan-akar ini adalah tekanan yang mendorong molekul air bergerak dari sel-sel hidup akar memasuki pembuluh silem.

10. Tekanan ini terjadi karena osmosis sel ke sel dalam akar.

11. Kalau suatu sel yang turgid menekan sel-sel di sebelahnya, gaya aliran air meningkat ke arah dalam.

12. Karena adanya tekanan akar, air dapat naik mencapai ketinggian tertentu. Gaya ini saja tidak dapat mendorong air ke puncak pohon yang tinggi. Faktor lain yang berkontribusi pada pergerakan ke atas adalah gaya kapiler, tarikan transpirasi, kohesi dan adhesi air.

Penyerapan unsur hara dari tanah melalui akar tanaman. Pergerapan hara dalam tanah menuju ke akar tanaman: (1) pertumbuhan akar dan (2) aliran massa. Akar

tanaman tumbuh berkembang menjelajahi volume tanah, akar dapat kontak dengan 3% tanah atau hara dalam tanah. Penyerapan air oleh akar akan

menciptakan menciptakan deficit air di zone sekitar akar.  Pergerakan air menuju akar membawa-serta sejumlah hara terlarut .  Unsur hara yang  banyak

terkandung dalam larutan tanah adalah N, K dan Ca.

Sumber: …………

Penyerapan air dari tanah

Air tanah merupakan sumber utama air bagi tumbuhan darat.

Air ditemukan dalam bentuk yang berbeda-beda dalam tanah. Sumber utama air tanah adalah hujan. Jumlah air yang ada dalam tanah ini disebut “holard”, sebagian air ini yang tersedia bagi tanaman disebut “chesard”, dan sebagian air yang tidak dapat diserap tanaman disebut “echard”.

Tipe-tipe air dalam tanah.  Sebagian air hujan mengalir di permukaan tanah (runoff) dan sebagian menembus masuk ke dalam tanah. Air dalam tanah dapat

berupa air higroskopis, air kapiler, air gravitasi, dan water-table.

Sumber: 

Setelah hujan turun, sebagian air mengalir di permukaan tanah dan akhirnya mencapai kolam, sungai dan laut. Ini dikenal sebagai air limpasan permukaan dan tidak tersedia bagi tanaman. Selama hujan, sebagian air meresap ke dalam tanah melalui pori-pori makro di antara partikel tanah di bawah pengaruh gravitasi. Air seperti ini disebut air gravitasi. Dalam situasi dimana air

gravitasi tersedia bagi tanaman, maka air ini diserap oleh tanaman. Selama perkolasi , sejumlah air ditahan dalam tanah oleh kemampuan partikel tganah menhana air, dan ini disebut “kapasitas lapang”.

Air tanah dapat berada dalam tiga bentuk: Air Kapiler, Air Higroskopis, dan Air Kimia.

a.    Air Kapiler= Calillary water : Kalau air menembus melalui partikel-partikel tanah, selaput tipis air menyelimuti pertikel tanah oleh gaya tegangan permukaan. Ini merupakan air kapiler, dan tersedia bagi tanaman. Berdasarkan tegangan permukaan ini, irigasi tetes telah dipraktekkan menggantikan irigasi genangan. Irigasi tetes mengakibatkan pembasahan tanah. Air tetap nebyelimuti partikel tanah sebagai air kapiler dan selalu tersedia bagi tanaman. Penggenangan air mengakibatkan perkolasi air melalui lapisan-lapisan tanah dan air tidak tersedia bagi tanaman.

b.   Air Higroskopis = Hygroscopic water : Air ini diikat oleh partikel tanah karena gaya adhesi. Air ini tidak dapat diserap oleh akar tanaman.

c.   Air Kimia = Chemically combined water : Mineral tanah seperti iron, aluminium, silicon dll.. menarik sejumlah molekul air tanah dan air terikat seperti ini disebut “Air terikat Kimiawi” dan tidak tersedia bagi tanaman.

  ZONE PENYERAPAN AIR DALAM TANAMAN

TANAMAN RENDAH SEPERTI GANGGANG, JAMUR DAN BRYOPHYTES MENYERAP AIR MELALUI SELURUH PERMUKAAN TUBUHNYA. TANAMAN AIR JUGA MENYERAP AIR DENGAN PERMUKAAN MEREKA. AIR DISERAP OLEH SEL-SEL SEBAGIAN BESAR DIGUNAKAN UNTUK KEGIATAN METABOLISMENYA. TETAPI KEBANYAKAN TANAMAN-TINGGI MENYERAP AIR MELALUI SISTEM AKARNYA. SELURUH PERMUKAAN AKAR TIDAK BERFUNGSI DALAM DALAM PENYERAPAN AIR. PENYERAPAN AIR TERUTAMA BERLANGSUNG PADA UJUNG AKAR. DARI EMPAT ZONE, PENYERAPAN AIR BERLANGSUNG DI ZONE BULU AKAR. WILAYAH INI TERLETAK LANGSUNG DI ATAS WILAYAH PEMANJANGAN SEL. PROSES PENYERAPAN AIR MAKSIMUM BERLANGSUNG DI WILAYAH BULU AKAR. DI ZONE INI, SEL-SEL SILEM BER-VAKUOLA, TUMBUH DNEGAN BAUIK DAN SEBAGIAN SEL-SEL EPIBLEMA MEMILIKI BULU AKAR. TELAH DITEMUKAN BAHWA PADA 100 GENERA TANAMAN TERNYATA BATANG DAN DAUNNYA JUGA MENYERAP AIR, MISALNYA VITIS (ANGGUR), LYCOPERSICUM (TOMAT), SOLANUM, PHASEOLUS DLL. BEBERAPA CONIFER MENYERAP AIR DARI ATMOSFER. PADA ANGGREK EPIFIT JARINGAN VELAMEN DARUI AKARNYA YANG MENGGANTUNG JUGA MENYERAP AIR DARI UDARA.

MASUKNYA AIR DARI TANAH KE DALAM JARINGAN XYLEM AKAR

Air tanah (capillary water) pertama-tama diserap oleh bulu akar. Air ini kemudian disalurkan secara centripetal melalui sel parenchymatis korteks. Air bergerak dari sel ke sel dalam korteks dan akhirnya mencapai sel-sel korteks paling dalam. Mulai dari titik ini, sel-sel endodermis memiliki cincin Casparian dan tidak ada vakuola, air dari sel-sel korteks paling dalam tidak mampu melewatinya. Tetapi ada sel-sel endodermin tertentu yang tidak mempunyai cincin Caskarian ini dan disebut sel-sel “penyalur”. Air yang terakumulasi dalam sel-sel korteks paling dalam ini melewati sel-penyaklur memasuki pembuluh silem.

Gambar Penampang melintang akar di zone bulu akar dan jalur penyerapan air dan hara. (Sumber: http://cronodon.com/BioTech/Plant_Transport.html)

Ada tiga jalur yang dapat ditempuh oleh pergerakan air melintasi jaringan korteks memasuki jaringan xylem akar:

1.    Melalui “plasmodesmata” dari sel-sel korteks, kemudian melalui endodermis, pericycle dan akhirnya ke pembuluh kayu. Ini adalah jalur symplast yang melibatkan protoplasma hidup dan plasmodesmata. Air bergerak di jalur ini terutama karena osmosis.

2.    Melalui system inter-koneksi dinding-dinding sel dan rongga antar sel. Dinding-dinding sel nengimbibisi air dan melalui ruang-ruang interselular air bergerak secara radial karena kapilaritas yang melibatkan difusi bebas. Ini merupakan jalur apoplast pergerakan air.

3.      Melalui membrane-plasma hidup, cytplasma dan  vakuola (cell sap) dari sel-sel korteks. Air bergerak dari satu sel ke sel yang lain karena gradien tegangan air. Bulu-bulu akar dan sel-sel epidermis lain menyerap air secara osmotik, tegangan potensialnya (atau TP) meningkat dan oleh karenanya tegangan airnya juga meningkat. Tegangan air sel kortikal berikutnya sekarang menjadi relatif lebih rendah. Air bergerak dari sel dengan tegangan air tinggi ke sel dengan tegangan air rendah. Dengan demikian, karena adanya gradient tegangan air ini, air bergerak melintasi sel kortikal dan akhirnya mencapai endodermis. Hal ini dikenal sebagai jalur trans-

membran. Semua jalur ini beroperasi bersama dan membantu air untuk mencapai endodermis.

Zone Bulu Akar

Zone bulu akar merupakan zone penyerapan air dari dalam tanah. Bulu-bulu akar adalah ekstensi uniseluler sel-sel rhizodennal akar. Sel-sel bulu akar memiliki dinding luar sel, yang terbuat dari koloid hidrofilik - kalsium dan magnesium pektate yang mampu menyerap air dengan cara imbibisi. Air yang terikat ini menyediakan saluran untuk pergerakan air dan garam anorganik memasuki akar. Membran plasma merupakan bagian dalam dari dinding sel dan bersifatb permeabel bagi garam anorganik dan tidak tebus oleh senyawa organik. Maka ia berfungsi sebagai membran semi permeabel. Bulu akar mengandung vakuola yang terisi dengan cairan sel. Cairan ini merupakan larutan asam organik dan gula dalam air. Tegangan air dari cairan sel ini lebih rendah daripada larutan tanah. Oleh karena itu air bergerak dari larutan tanah memasuki bulu akar dengan proses difusi sederhana.

Sebagai akibat dari masuknya air ke dalam sel-sel bulu akar, volume cairan sel meningkat dan menimbulkan tekanan pada lapisan sitoplasmik dan dinding sel. Tekanan ini disebut tekanan turgor dan sel dikatakan menjadi “turgid”. Turgiditas sel meningkatkan tegangan airnya. Sel-sel kortks yang berbatasan dengan bulu akar memiliki tegangan air yang lebih rendah. Air masuk dari sel bulu akar memasuki sel-sel korteks melalui proses Osmosis yang dibantu oleh tekanan turgor. Proses ini berlanjut sampai endodermis dan akhirnya air mencapai pembuluh kayu (silem) melalui sel-sel penyalur dan dan pericycle. Dari pembuluh kayu air didorong ke atas memasuki bagian tanaman di atas tanah.

Jalur masuknya air melintasi akar tanaman.  Air masuk melalui bulu akar, menembus sel-sel korteks, sel endodermis, sel-sel pericycle dan akhirnya masu ke

sel-sel pembuluh Silem akar.

Sumber:

Pergerakan air (larutan) ke atas

Air diserap tanaman dari dalam tanah oleh akar dan bergerak ke atas ke seluruh bagian tanaman melalui batang.  Pergerakan air dan zat-zat yang terlarut melalui batang disebut ‘Ascent of Sap”. Banyak teori yang dapat menjeklaskan hal ini: (1) Teori Tekanan Akar (root pressure theory),  (2) Teori vital (vital theories), dan (3) Teori Fisika (physical theories).

Teori Tekanan Akar

Hal ini didasarkan pada fenomena tekanan akar. Tekanan akar dapat ditunjukkan dalam tumbuhan herba seperti tomat. Jika tanaman dipotong dekat pangkal batangnya, cairan silem (pembuluh kayu) tampak mengalir ke luar melalui ujung potongan itu dengan tekanan. Tekanan ini adalah tekanan hidrostatik yang berkembang dalam sel-sel parenchyma hidup dari sistem akar dan disebut akar tekanan. Tekanan akar ini telah diukur sebesarb 2 atm. Teori Tekanan Akar tidak dapat diterima karena: (a). tekanan yang berkembang dalam akar sangat rendah. Tekanan ini tidak mampu menaikkan air dalam pohon yang tinggi seperti konifer,

eucalyptus yang tumbuh hingga 30 meter; (b). NAiknya cairan silem masih berklangsung meskipun akar  dipotong.

Tekanan Osmotik

Akar menyerap air dari tanah melalui osmosis atau difusi karena air dalam tanah mempunyai konsentrasi yang lebih tinggi dari dalam akar. Penyerapan dapat berlangsung ke dalam ruang interselular dari sel-sel akar atau bulu-bulu akar. Bulu-bulu akar merupakan pertumbuhan sel-sel epidermis. Setelah air berada di dalam akar, ia bergerak melalui ruang interselular atau dari sel ke sel dan akhirnya memasuki pembuluh kayu. Dengan demikian, pembuluh kayu dalam akar mengembangkan tegangan air positif dan air didorong ke atas melalui tabung-tabung yang dibentuk oleh unsur-unsur pembuluh kayu. Tekanan yang mendorong air ke atas dalam pembuluh kayu akar disebut “tekanan akar”.

TEKANAN OSMOTIK DI DALAM SEL-SEL AKAR YANG MEMBANTU CAIRAN BERGERAK NAIK MELALUI BATANG MENUJU KE DAUN DIKENAL SEBAGAI “TEKANAN AKAR”. TEKANAN AKAR INI DAPAT DIPELAJARI DNEGAN JALAN MEMOTONG BATANG TANAMAN DI DEKAT PERMUKAAN TANAH. TEKANAN AKAR DAPAT DIUKUR DENGAN MELETAKKAN ALAT-PENGUKUR TEKANAN DI PERMUKAAN POTONGAN BATANG. BATANG YANG DIPOTONG MEMANCARKAN CAIRAN SILEM SELAMA BER-JAM-JAM ATAU BER-HARI KARENA ADANYA TEKANAN AKAR. KETIKA KANDUNGAN LENGAS TANAH LEBIH TINGGI PADA MALAM HARI ATAU KETIKA LAJU TRANSPIRASI LEBIH RENDAH PADA SIANG HARI, AKAR TEKANAN TERLIHAT DALAM PEMBULUH KAYU BEBERAPA JENIS TUMBUHAN BERPEMBULUH.

Gutasi adalah pengeluaran tetes-tetes cairan silem dari pinggiran atau ujung daun di beberapa tanaman dan hal ini merupakan hasil dari tekanan akar.

Jalur pergerakan air dari tanah memasuki akar tanaman

Gambar     . Jalur pergerakan air dari tanah memasuki akar tanaman.

Sumber:  http://www.tutorvista.com/content/biology/biology-iv/plant-water-relations/pathway-water-root.php

Pergerakan air dari bulu akar memasuki sel-sel korteks dan masuk ke pembuluh silem; jalur apoplast (intercellular) dan jalur seluler melalui symplast dan

transmembrane .

Sumber:  http://www.tutorvista.com/content/biology/biology-iv/plant-water-relations/pathway-water-root.php

 FENOMENA TEKANAN-AKAR

Transpor aktif ion-ion hara mineral ke dalam pembuluh kayu akar menyebabkan munculnya “tekanan akar”. Ketika transpirasi rendah ion-ion menumpuk di pembuluh kayu akar dan menurunkan tegangan air. Hal ini mengakibatkan difusi air dari tanah memasuki pembuluh kayu akar, karena proses osmosis. Akumulasi air di pembuluh kayu menimbulkan dorongan pada sel-sel yang rigid (kaku) menyebabkan tekanan akar. Tekanan-akar ini menimbulkan gaya yang mendorong air naik memasuki batang. Akan tetapi, dalam hal pohon tinggi , tekanan-akar tidak cukup besar untuk mendorong air naik memalui batang ke daun di pucut pohon. Air dapat naik hanya sekitar 20 meter dengan tekanan akar maksimum yang diukur pada beberapa tanaman. Endodermis akar memainkan peran penting dalam proses munculnya “tekanan akar”.

PENTINGNYA TEKANAN AKAR

1. Ketika transpirasi rendah atau nol, tekanan akar membantu transport air dan hara terlarut dari akar melalui pembuluh kayu ke bagian atas tanaman (jenis tumbuhan yang pendek).2. Mengisi kembali pembuluh kayu yang mendapatkan dikosongkan selama musim dingin melalui tekanan akar.3. Gula-mapel yang kaya gula diperoleh dari cairan pembuluh kayu ketika mereka batangnya dipangkas pada akhir musim dingin atau awal musim semi. Keluarnya cairan silem ini disebabkan oleh tekanan akar.  PENYERAPAN HARA TANAMAN

The entire process of ion absorption takes place in two phases i.e. first passive phase and the second active phase.

It is yo be noted that plant absorb not just cat ions but also anions too.

 

Mekanisme penyerapan hara oleh akar tumbuhan.

Sumber:  http://plantcellbiology.masters.grkraj.org/html/Plant_Cellular_Physiology4-Absorption_Of_Mineral_Nutrients.htm

JALUR PASIF DAN JALUR AKTIF DALAM PROSES PENYERPAAN HARA OLEH AKAR TANAMAN. SUMBER:

HTTP://PLANTCELLBIOLOGY.MASTERS.GRKRAJ.ORG/HTML/PLANT_CELLULAR_PHYSIOLOGY4-ABSORPTION_OF_MINERAL_NUTRIENTS.HTM

 PENYERAPAN PASIFPROSES PENYERAPAN INI MERUPAKAN PENYERAPAN HARA TANPA

MENGGUNAKAN ENERGI METABOLIK. PENYERAPAN ION SECARA PASIF OLEH SISTEM AKAR DITUNJUKKAN OLEH BRIGGS DAN ROBERTSON (1957).(i) Penyerapan garam mineral tidak terpengaruh oleh suhu dan inhibitor metabolik. (ii) penyerapan ion yang cepat terjadi ketika jaringan tanaman ditransfer dari media konsentrasi rendah ke konsentrasi tinggi.

Fase Pasif

Ketika sistem akar utuh diberi suplai larutan hara eksternal, maka mulailah ion-ion berdifusi ke dalam ruang-ruang bebas yang ditemukan di dalam dinding sel dan ruang-ruang interselular yang ditemukan dalam jaringan. Laju difusi tergantung pada kecuraman gradien ionik antara larutan eksternal dengan larutan yang ditemukan di dalam sel .

Jalur apoplast berada di luar sel-sel hidup; jalur simplest melalui sel-sel hidup. Sumber:

http://plantcellbiology.masters.grkraj.org/html/Plant_Cellular_Physiology4-Absorption_Of_Mineral_Nutrients.htm

TEORI PENYERAPAN PASIF Teori Aliran Massa

Menurut ion teori ini ion-ion diserap oleh akar bersama dengan aliran massa air  yang dipengaruhi oleh transpirasi. Teori ini gagal untuk menjelaskan akumulasi garam melawan gradien osmotik. Peningkatan transpirasi meningkatkan penyerapan ion oleh akar-akar tanaman. Penyerapan ion berlangsung  melalui proses difusi bebas. Dengan demikian, aliran massa ion melalui jaringan akar terjadi karena tarikan transpirasi dalam kondisi tidak ada energi metabolik.

Teori Pertukaran Ion

Kation dan anion memiliki kecenderungan untuk dijerap pada permukaan dinding sel, dan pertukaran dengan ion-ion yang ada dalam larutan tanah. Proses pertukaran antara ion yang terjerap dengan ion dalam larutan ini disebut sebagai “Pertukaran Ion”.

 

Pertukaran-kontak antara kation-kation pada permukaan partikel tanah dnegan kation (H+) yang dihasilkan oleh respirasi bulu akar.

Sumber: http://www.tutorvista.com/content/biology/biology-iv/plant-nutrition/passive-absorption.php

Unsur-unsur hara mineral dapat diserap dalam bentuk molekul atau ion. Ketika ion bermuatan positif  K+  diserap oleh sel, maka ion bermuatan positif H+ dilepaskan dari sel (ion exchange) atau ion yang bermuatan negatif harus menyertainya. Demikian pula anion dapat bertukar dengan anion hidroksil (OH-). Demikian juga Cl - dan Br- dapat saling dipertukarkan tanpa mengganggu netralitas listrik.

Teori Pertukaran Ion. Anion Cl- bertukar dengan Br- tanpa mengganggu netralitas elektrik .

Sumber: http://www.tutorvista.com/content/biology/biology-iv/plant-nutrition/passive-absorption.php

KESETIMBANGAN DONNANTeori ini menggambarkan efek ion-ion yang tetap atau non-diffusible yang kebanyakan menumpuk pada permukaan bagian dalam dari membran sel (outer membrane). Proses ini disebut dengan nama penemunya F.G.Donnan. Jika ada muatan negatif yang tidak berdifusi pada salah satu sisi membran, hal ini akan menciptakan gradien potensial melintasi membran darimana ion akan berdisusi. Proses difusi ion ini akan menghasilkan keseimbangan elektrokimia. Konsentrasi (potensial kimiawi) ion-ion tidak selalu menjadi same antara di dalam dan di luar membran. Dengan demikian, ketidak-seimbangan listrik akan dipertahankan karena adanya muatan yang berdifusi. Sehingga akan terjadi ketidak-seimbangan konsentrasi ion.

Kesetimbangan  Donnan.

Sumber: http://www.tutorvista.com/content/biology/biology-iv/plant-nutrition/passive-absorption.php

Oleh karena itu, Menurut Donnan, keseimbangan Donnan tercapai kalau produk anion dan  kation dalam larutan internal menjadi sama dengan produk  anion dan kation dalam larutan eksternal..

Ci+ = Cations inside;  Ai- = Anions inside ;  Co+ = Cations outside;  Ao- = Anions outside

[Ci+][Ai-] = [Co+][Ao-]

 ATAU

Penyerapan Aktif

Gerakan ion-ion dari ruang luar sel ke ruang dalam sel umumnya melawan gradien konsentrasi dan oleh karenanya memerlukan energi. Energi ini diperoleh melalui metabolisme baik secara langsung maupun tidak langsung. Berbagai bukti menunjukkan penyerapan ion secara aktif terjadi melalui Mekanisme Karier..

MEKANISME CARRIERDalam mekanisme Karier, ion-ion yang diaktifkan menggabungkan dirinya

dengan protein-karier dan membentuk kompleks ion – karier. Kompleks ini bergerak melintasi membran dan mencapai ruang-dalam sel dengan menggunakan energi. Dalam sitoplasma, kompleks ion-karier ini pecah dan melepaskan ion-ion. Karier bergerak ke luar sitoplasma dan siap mengikat ion lain membentuk kompleks ion-karier.

Konsep Karier. Molekul “Karier” diaktifkan oleh energy ATP menjadi ion “Karier” yang mampu mengikat ion-ion hara. Kompleks Karier-ion ini menembus membrane plasma dan

melepaskan ion di bagian dalam sel, dan karier kembali siap untuk diaktifkan lagi oleh energy ATP.

Sumber: http://www.tutorvista.com/content/biology/biology-iv/plant-nutrition/active-absorption.php

 

PERJALANAN ION MEMASUKI AKARHara mineral yang diserap oleh akar harus diangkut memasuki pembuluh

kayu (silem). Transportasi ini mengikuti dua jalur yaitu jalur apoplastik dan jalur simplastik. Dalam jalur apoplastik, hara mineral bersama dengan air bergerak dari sel ke sel melalui ruang di antara dinding sel dengan proses difusi. Ion-ion yang memasuki dinding sel epidermis bergerak melintasi dinding sel korteks, sitoplasma endodermis, dinding sel pericycle dan akhirnya mencapai pembuluh kayu (Silem). Dalam jalur symplastic, hara mineral yang memasuki sitoplasma epidermis bergerak melintasi sitoplasma korteks, endodermis dari pericycle melalui plasmodesmata dan akhirnya mencapai pembuluh kayu (Silem).

Aspek anatomis dari jalur simplest dan apoplast dalam penyerapan ion oleh bulu akar. Jalur apoplast melintasi rongga-rongga di antara sel-sel jaringan akar.  Jalur simplest menembus

masuk ke dalam sel-sel hidup jaringan akar.

Sumber: http://www.tutorvista.com/content/biology/biology-iv/plant-nutrition/active-absorption.php

PENGANGKUTAN SOLUTE

P.R. Stout dan Dr. Hoagland telah membuktikan bahwa hara mineral yang diserap oleh akar diangkut melalui pembuluh-kayu. Garam mineral larut dalam air bergerak naik sepanjang pembuluh-kayu untuk diangkut ke semua bagian tubuh tanaman. Translokasi ini dibantu, oleh aliran transpirasi. Kehilangan air terus menerus oleh transpirasi pada permukaan tanaman, menciptakan tarikan transpirational, dimana air bersama garam mineral ditarik sepanjang pembuluh kayu. Aktif penyerapan dapat terjadi kalau ada energi. Bukti-bukti berikut menunjukkan keterlibatan energi metabolik dalam penyerapan hara mineral.

Laju transpirasi meningkatkan akumulasi hara di dalam sel. Inhibitor respirasi mengendlaikan proses penyerapan hara. Dengan menurunkan kandungan oksigen dalam medium,  penyerapan hara juga menurun.Bukti-bukti ini menunjukkan bahwa penyerapan hara secara langsung berhubungan dengan laju respirasi dan tingkat energi dalam tubuh tanaman, penyerapan hara secara aktif  memerlukan penggunaan energy.

 TEORI GOLDACREProtein kontraktil pada membran sel menunjukkan keberadaannya dalam

kondisi “Kontraksi” atau “Renggang”. Protein dalam kondisi “Renggang” mampu mengikat  ion-ion melalui valensi bebas yang terbuka di permukaan membrane. Protein dalam kondisi kontraksi melepaskan ion-ion karena valensi-bebas dari protein harus dinetralkan dalam kondisi “Kontraksi”. Dalam teori ini peran Karier adalah dalam menggunakan energi ATP. Akan tetapi teori ini belum dapat dibuktikan.

Diagram Konsep (Teori) Goldacre. Diagram skematik membrane-sel hidup. Membran sel mengandung protein yang mempunyai gugus-gugus reaktif. Gugus-gugus ini ada yang bermuatan positif dan ada yang bermuatan negative.  Perilaku

“meRenggang” dan “kontraksi” protein mmebran sel ini dikendalikan dnegan mekanisme aktivasi ensimatis.

Sumber: http://www.tutorvista.com/content/biology/biology-iv/plant-nutrition/active-absorption.php

  CYTOCHROME PUMP SALT RESPIRATION  ATAU  TEORI TRANSPORT ELEKTRON

Teori ini diusulkan oleh H. Lundegardh, yang menduga bahwa anion dapat diangkut melintasi membrane-sel oleh sistem sitokrom. Energi disediakan secara langsung oleh oksidasi respirasi.

Representasi diagram Hipotesis pompa sitokrom pada penyerapan garam, anion (A-) diserap secara aktif melalui pompa sitokrom dan kation (M) diserap secara pasif.

Laju respirasi, yang semata-mata berkaitan dnegan penyerapan anion, disebut sebagai respirasi-anion atau respirasi-garam. Laju orisinil respirasi (tanpa respirasi anion) dapat diamati dalam air destilasi dan disebut “respirasi dasar”.

Total respirasi (R1) = Ground respiration (Rg) + Salt or anion respiration (Ra).

Skematis Teori Transport Electron dalam membrane sel. Membran sel menjadi pembatas antara zone internal (di dalam sel) dengan zone larutan eksternal (di luar sel). Transfer elektron melintasi membrane sel melibatkan reaksi ensimatis

dehidrogenasi. Anion (A) dan Kation (M) diangkut melintasi membrane-sel hidup.

Sumber: http://www.tutorvista.com/content/biology/biology-iv/plant-nutrition/active-absorption.php

Penyerapan aktif Air dan Hara

Unsur hara diserap akar tanaman dalam bentuk ion-ion (bukan garam), melawan gradient konsentrasi dan menggunakan energi. Proses penyerapan ini disebut “Proses Aktif = active transport”.

Energi yang digunakan berasal dari proses respirasi. Ion-ion mineral ini diserap, mengalami akumulasi dalam bulu-bulu akar yang kemudian berdifusi ke dalam korteks dan mencapai endodermis. Gerakan ion-ion ini bersifat pasif. Kemudian, pergerakan ion-ion dari endodermis memasuki silem merupakan proses aktif. Setelah ini, ion-ion mineral bersama air diangkut ke berbagai bagian tanaman. Pada saat memasuki daun ion-ion ini di-asimilasi menjadi senyawa organik yang akhirnya disebarluaskan ke bagian lain dari tanaman melalui phloem. Gerakan ke atas air dan ion-ion mineral terlarut dari akar ke bagian tanaman di atas tanah dikenal sebagai “naiknya cairan”.

Transpor hara dalam tubuh tanaman.

Meskipun proses penyerapan hara mineral oleh akar tanaman bersifat sangat spesifik dan tergantung pada energi, gerakan hara naik ke atas adalah sepenuhnya karena proses

pasif , hara terlarut bergerak bersama dengan kolom air karena tarikan transpirasi. Namun demikian tidak dapat dikesampingkan kemampuan sel hidup untuk melakukan transportasi

aktif , karena pembuluh kayu yang mati didukung oleh parenchyma yang hidup. Jaringan hidupc parenkhim pembuluh kayu memiliki peran dalam penyerapan dan transport hara.

Faktor-faktor yang mempengaruhi tarikan transpirasi juga mempengaruhi translokasi hara dalam tubuh tanaman.(Sumber:

http://plantcellbiology.masters.grkraj.org/html/Plant_Cellular_Physiology4-Absorption_Of_Mineral_Nutrients.htm)

Translokasi hara mineral melintasi akar.Hara mineral yang diserap dan komponen lain seperti Sitokinin, dan lain-lain yang diserap

oleh akar, akhirnya mencapai pembuluh kayu dalam sistem akar, yaitu pembuluh Silem. Sebagian besar hara mineral diserap oleh meristems selain oleh bulu akar. Hara mineral

kemudian diangkut ke sistem pembuluh silem muda yang sedang tumbuh atau dapat diangkut memasuki pembulh silem dewasa.

 (Sumber: http://plantcellbiology.masters.grkraj.org/html/Plant_Cellular_Physiology4-Absorption_Of_Mineral_Nutrients.htm)

Faktor-faktor yang terlibat dalam proses penyerapan dan pergerakan unsur hara dalam tanaman:

1.   Tekanan Akar (Root pressure). Tekanan akar adalah gaya-gaya yang berkembang dalam pembuluh-kayu (silem) akar yang dapat mendorong cairan naik hingga ketinggian tertentu.

2.   Kapilaritas (Capillarity). Ini adalah proses naiknya air dalam pembuluh kayu karena gaya-gaya tegangan permukaan. Karena pembuluh-kayu memiliki diameter sempit, hal ini menyebabkan air naik ke atas untuk mengisi vaccum yang terjadi akibat hilangnya air melalui proses transpirasi.

3.   Tarikan transpirasi (Transpiration pull). Karena proses transpirasi dilakukan oleh daun, seluruh kolom air dari tanaman akan ditarik oleh daun. Hal ini dikenal sebagai “Tarikan Transpirasi”. Tegangan air ini atau tarikan transpirasi adalah karena gaya kohesi yang kuat di antara molekul air yang merupakan kecenderungan molekul air untuk tetap bergandengan dan menghasilkan kolom air yang kontinyu di sleuruh batang. Kohesi ini muncul karena  adanya ikatan hidrogen di antara molekul air. Gaya Hisap atau gaya dorong akibat dari transpirasi sangat penting dalam pohon-pohon tinggi yang tidak memiliki cukup besar tekanan-akar. Karena gaya-gaya ini maka kolom air tanaman didorong secara pasif dari akar ke bagian tanaman di atas tanah.

Air dalam jaringan pembuluh xylem membentuk kolom kontinyu, karena :

(a) Transpirasi

(b) Gaya Kohesi (forces among water molecules)

(c) Gaya Adhesi (forces between water molecules and the walls of xylem vessels).

Unsur Hara yang Dibutuhkan Tanaman

Selama masa pertumbuhan dan perkembangan, tanaman membutuhkan beberapa unsur hara yang meliputi: Karbon (C), Hidrogen (H), Oksigen (O), Nitrogen (N), Fosfor (P), Kalium (K), Kalsium (Ca), Magnesium (Mg), Belerang (S), Besi (Fe), Mangan (Mn), Boron (B), Mo, Tembaga (Cu), Seng (Zn) dan Klor (Cl). Unsur hara tersebut tergolong unsur hara Essensial. Unsur hara essensial ini berdasarkan jumlah kebutuhannya bagi tanaman, dikelompokkan menjadi dua, yaitu: (1) unsur hara yang diperlukan tanaman dalam jumlah besar disebut Unsur Hara Makro, dan (2) unsur hara yang diperlukan tanaman dalam jumlah kecil disebut Unsur Hara Mikro. Unsur hara makro meliputi: N, P, K, Ca, Mg, dan S. Unsur hara mikro meliputi: Fe, Mn, B, Mo, Cu, Zn, dan Cl.

Mekanisme Penyediaan Unsur Hara

Penyediaan unsur hara untuk tanaman terdiri dari tiga kategori, yaitu: (1) tersedia dari udara, (2) tersedia dari air yang diserap akar tanaman, dan (3) tersedia dari tanah. Beberapa unsur hara yang tersedia dalam jumlah cukup dari udara adalah: (a) Karbon (C), dan (b) Oksigen (O), yaitu dalam bentuk karbon dioksida (CO2). Unsur hara yang tersedia dari air (H2O) yang diserap adalah: hidrogen (H), karena oksigen dari molekul air mengalami proses oksidasi dan dibebaskan ke udara oleh tanaman dalam bentuk molekul oksigen (O2). Sedangkan untuk unsur hara essensial lain yang diperlukan tanaman tersedia dari dalam tanah.

Mekanisme penyediaan unsur hara dalam tanah melalui tiga mekanisme, yaitu:

1.    Aliran Massa (Mass Flow)

2.    Difusi

3.    Intersepsi Akar.

Penyerapan hara K+ dan NO3- melintasi membrane plasma sel hidup. Energi dari ATP diperlukan untuk mengaktifkan molekul Karier sehingga ia dapat bergerak

“melintasi” membrane plasma. Karier yang aktif dapat mengikat anion nitrat yang berada di luar membrane sel (Outer space) dan diangkut melintasi membrane sel

memasuki ruang dalam sel (Inner space).

Sumber: …………tolong dilacak sumber aslinya untuk mengetahui mekanisme secara lebih rinci.

  Mekanisme Simplast atau Simport

Transportasi semacam ini melibatkan pengikatan dua molekul atau ion yang berbeda untuk dua situs aktif pada suatu protein karier. Dengan mengikat kedua ion tersebut, kompleks karier mengalami rotasi dengan perubahan konformasional. Ion-ion dilepaskan secara simultan pada sisi yang berlawanan dari membran. Tipe transportasi simplest seperti ini telah diketahui pada berbagai organisme. Tetapi contoh terbaik untuk mekanisme simplest ini adalah transportasi Na+ dan glukosa yang ditemukan dalam sel-sel hewan dan bakteri.

Mekanisme transport aktif memerlukan energy ATP untuk mengaktifkan molekul Karier. Karier yang telah diaktifkan dnegan energy ATP berperilaku sebagai ion

yang mampu mengikat ion lain membentuk kompleks Karier-ion. Kompleks Karier-ion inilah yang “bergerak” melintasi membrane sel dan melepaskan ion di bagian

sebelah dalam dari membrane sel dan ion memasuki sitoplasma. Sumber:http://plantcellbiology.masters.grkraj.org/html/Plant_Cellular_Physiology4-

Absorption_Of_Mineral_Nutrients.htm

Penyerapan unsur hara oleh bulu akar mengakibatkan peningkatan kemasaman tanah di sekitarnya. Misalnya Ca++ masuk ke dalam bulu akar dan H+ masuk ke larutan tanah. Sumber: ………. Carilah

sumber aslinya untuk mendalami mekanisme pertukaran ion secara lebih rinci.

Pergerakan ion-ion hara menuju rhizosfir dikendalikan oleh tiga mekanisme: aliran massa, difusi dan intersepsi akar .  Bulu-bulu akar tumbuh ke dalam tanah hingga dapat mencapai posisi

ion dlaam tanah dan melakukan pertukaran ion. Aliran massa adalah pergerakan air bersama ion-ion larut (larutan tanah), dipengaruhi oleh tarikan-transpirasi. Difusi ion-hara

terjadi dengan sangat lambat, dipengaruhi oleh gradient konsentrasi dan temperature.

(Sumber: http://www.soilfertility.lsu.edu/Agro4052.htm).

Mekanisme Aliran Massa (mass flow)

Aliran massa adalah pergerakan ion-ion larut air  di dalam profil tanah, gerakan ke bawah karena air hujan dan air irigasi, atau gerakan ke atas karena penguapan air di permukaan tanah, gerakan ke atas dan ke bawah ini terjadi dalam  masa tanah melalui pori-porinya. Ion-ion utama yang bergerak dengan aliran-massa ini adalah nitrat (NO3-) dan anion klorida (Cl-), dan pada laju yang moderat adalah anion sulfat (SO4=), kation (K+) dan magnesium (Mg++). Juga, ion-ion lainnya dapat diangkut bersama air tanah yang bergerak, tergantung pada sifat fisik dan kimia tanah dan konsentrasi serta karakteristik hara dalam tanah.

Mekanisme aliran massa adalah suatu mekanisme gerakan unsur hara di dalam tanah menuju ke permukaan akar bersama-sama dengan gerakan massa air. Selama masa hidup tanaman mengalami peristiwa penguapan air yang dikenal dengan peristiwa transpirasi. Selama proses transpirasi tanaman berlangsung, terjadi juga proses penyerapan air oleh akar tanaman. Pergerakan massa air ke akar tanaman akibat langsung dari serapan massa air oleh akar tanaman terikut juga terbawa unsur hara yang terkandung dalam air tersebut. Peristiwa tersedianya unsur hara yang terkandung dalam air ikut bersama gerakan massa air ke permukaan akar tanaman dikenal dengan Mekanisme Aliran Massa. Unsur hara yang ketersediaannya bagi tanaman melalui mekanisme ini meliputi: nitrogen (98,8%), kalsium (71,4%), belerang (95,0%), dan Mo (95,2%).

Pergerakan dan pencucian hara dalam larutan tanah.

Kation-larut berkesetimbangan dnegan kation-tukar. Kation- larut dalam larutan tanah dapat diserap oleh akar tanaman atau mengalami pencucian bersama air

perkolasi memasuki zone tanah yang lebih bawah.

Sumber:  …….. dicari sumber aslinya untuk dapat memashi mekanisme secara lebih detail.

Mekanisme Difusi

Ketersediaan unsur hara ke permukaan akar tanaman, dapat juga terjadi karena melalui mekanisme perbedaan konsentrasi. Konsentrasi unsur hara pada permukaan akar tanaman lebih rendah dibandingkan dengan konsentrasi hara dalam larutan tanah dan konsentrasi unsur hara pada permukaan koloid liat serta pada permukaan koloid organik. Kondisi ini terjadi karena sebagian besar unsur hara tersebut telah diserap oleh akar tanaman. Tingginya konsentrasi unsur hara pada ketiga posisi tersebut menyebabkan terjadinya peristiwa difusi dari unsur hara berkonsentrasi tinggi ke posisi permukaan akar tanaman. Peristiwa pergerakan unsur hara yang terjadi karena adanya perbedaan konsentrasi unsur hara tersebut dikenal dengan mekanisme penyediaan hara secara difusi. Beberapa unsur hara yang tersedia melalui mekanisme difusi ini, adalah: fosfor (90,9%) dan kalium (77,7%).

Skematik posisi bulu akar di antara komponen-komponen tanah. Tanah mengandung  air, udara, senyawa organik dan anorganik. Tanah juga mempunyai komponen organic hidup (organism

tanah) dan organic-mati (Bahan organik tanah).

(Sumber: http://bcs.whfreeman.com/thelifewire8e/content/)

Mekanisme Intersepsi Akar

Mekanisme intersepsi akar sangat berbeda dengan kedua mekanisme sebelumnya. Kedua mekanisme sebelumnya menjelaskan pergerakan unsur hara menuju ke akar tanaman, sedangkan mekanisme ketiga ini menjelaskan gerakan akar tanaman yang memperpendek jarak dengan keberadaan unsur hara. Peristiwa ini terjadi karena akar tanaman tumbuh dan memanjang, sehingga memperluas jangkauan akar tersebut. Perpanjangan akar tersebut menjadikan permukaan akar lebih mendekati posisi dimana unsur hara berada, baik unsur hara yang berada dalam larutan tanah, permukaan koloid liat dan permukaan koloid organik. Mekanisme ketersediaan unsur hara tersebut dikenal sebagai mekanisme intersepsi akar. Unsur hara yang ketersediaannya sebagian besar melalui mekanisme ini adalah: kalsium (28,6%).

Tanaman memperoleh sejumlah hara melalui pertukaran ion antara akar dengan larutan tanah dan permukaan koloid tanah. Partikel liat mempunyai permukaan yang bermuatan negatif dan

mengikat kation (kation-tukar). Kation tukar ini dapat dilepaskan ke larutan tanah (berkesetimbangan).  Kation-tukar dapat diganti (ditukar) dengan H+ hasil disosiasi

H2CO3 (asam karbonat). Asam karbonat ini terjadi dari reskai antara air dan CO2 (hasil respirasi sel bulu akar). 

(Sumber: http://bcs.whfreeman.com/thelifewire8e/content/)

Akar tanaman memanfaatkan mekanisme pertukaran ion untuk menyerap hara dari tanah: (a) lengas tanah menyelimuti bulu akar, (b) penyerapan hara melalui

pertukaran kation.

Sumber:  …….. harap dicari sumber aslinya untuk mendalami mekanisme pertukaran ion antara bulu akar dengan partikel koloid tanah.

Skematik proses pertukaran kation. Kation tukar pada permukaan koloid tanah (organic dan anorganik) bertukar dengan kation dalam larutan tanah membentuk

kesetimbangan yang baru. Misalnya Ca++ bertukar dnegan Al+++, Mg++ bertukar dengan K+.

Sumber:  http://www.swac.umn.edu/classes/soil2125/doc/s12ch2.htm

Persen hara yang diserap oleh tanaman jagung normal melalui proses-proses intersepsi akar, aliran massa, dan difusi

Hara Intersepsi Akar Alira0,4444n Masa Difusi

% serapan yang dimungkinkan terjadi

Nitrogen <1 80 19

Phosphorous 2 5 93

Potassium 2 18 80

Calcium 150 375 0

Magnesium 33 600 0

Sulfur 5 300 0

Sumber: Dr. R.L. (Bob) Nielsen, Agronomy Dept Purdue University.

Mekanisme Penyerapan Hara

Unsur hara dapat tersedia disekitar akar melalui 3 mekanisme penyediaan unsur hara, yaitu: (1) aliran massa, (2) difusi, dan (3) intersepsi akar.

Hara (dan air) dapat diserap oleh akar tanaman melalui jalur Simplast (Jalur aktif) dan Apoplast (Jalur Pasif). (Sumber:  http://www.soilfertility.lsu.edu/Agro4052.htm)

Hara yang telah berada disekitar permukaan akar tersebut dapat diserap tanaman melalui dua proses, yaitu:

(1)  Proses Aktif, yaitu: proses penyerapan unsur hara dengan energi aktif atau proses penyerapan hara yang memerlukan adanya energi metabolik, dan

(2)  Proses Selektif, yaitu: proses penyerapan unsur hara yang terjadi secara selektif.

Model transport ion melintasi plasmalemma dan tonoplast.  װ : saluran ion ; P : Pompa proton (membran-ATPase pengangkut proton) ; C : sistem Karier ; M : transport

calmodulin ; PD : perbedaan potensial listrik ; A- : anion ; C+ : kation ; PPi : pirofosfat ; Pi : fosfat anorganik (Pitman & Luttge, 1983 ; Kaiser et al., 1988 ; Martinoia, 1992).

Proses Penyerapan Hara secara Aktif

Proses penyerapan unsur hara dengan energi aktif dapat berlangsung apabila tersedia energi metabolik. Energi metabolik tersebut dihasilkan dari proses pernapasan akar tanaman. Selama proses pernapasan akar tanaman berlangsung akan dihasilkan energi metabolik dan energi ini mendorong berlangsungnya penyerapan unsur hara secara proses aktif. Apabila proses pernapasan akar tanaman berkurang akan menurunkan pula proses penyerapan unsur hara melalui proses aktif. Bagian akar tanaman yang paling aktif adalah bagian dekat ujung akar yang baru terbentuk dan rambut-rambut akar. Bagian akar ini merupakan bagian yang melakukan kegiatan respirasi (pernapasan) terbesar.

Jalur Penyerapan AkarBeberapa hara diserap akar dan akan cenderung tinggal dalam membran

dan lemak dalam epidermis, sementara hara yang larut air bergerak melalui tiga jalur utama memasuki system pembuluh tanaman.

1. Jalur Apoplastik (non-hidup) menyediakan rute menuju jaringan vaskular melalui ruang-bebas dan dinding sel epidermis dan korteks. Rute apoplastic tambahan yang memungkinkan akses langsung ke silem dan phloem adalah di sepanjang tepian akar skunder. Akar skunder berkembang dari pericycle, yaitu lapisan sel di dalam endodermis. Endodermis dicirikan oleh Cincin Casparian, lapisan penebalan yang memaksa semua hara berpindah ke jalur symplast untuk memasuki sistem pembuluh. Karena akar-akar skunder tumbuh melalui endodermis, jalur langsung ke pembuluh silem dan phloem memungkinkan melewati cincin Casparian dan memungkinkan herbisida untuk memasuki sistem pembuluh tanpa berpindah ke jalur symplast (jaringan hidup).2. Jalur Symplastik (hidup) menuju jaringan pembuluh melibatkan transportasi dari sel ke sel oleh plasmodesmata. Plasmodesmata adalah saluran sitoplasma yang dilapisi oleh membran plasma dinding sel yang melintang. Saluran ini memungkinkan nutrisi untuk bergerak dari sel untuk sel tanpa melewati dinding sel. Plasmodesmata mewakili koneksi sitoplasmik langsung dari satu sel ke berikutnya.

3. Jalur trans-membran ini melibatkan pergerakan melintasi sel-sel dan dinding sel mengkombinasikan jalur simplastik dan jalur apoplastik.

     

Penampang melintang akar tanaman menunjukkan beragam struktur dan perbesaran Casparian strip dan Stele.

Hara yang bergerak oleh jalur symplastik dan trans-membran bergerak sedemikian rupa sehingga Cincin Casparian tidak menjadi hambatan serius bagi pergerakan hara dalam sistem jaringan pembuluh. Akan tetapi hara yang bergerak dalam jalur apoplast; dipaksa oleh Cincin Casparian untuk melintasi membran plasma dan memasuki sitoplasma sel-sel endodermis. Sekali telah memauski endodermis, hara ini harus melintasi membran plasma ke dua kalinya untuk mencapai jaringan pembuluh dalam “stele akar”. Proses ini dapat menghambat pergerakan hara menuju sistem pembuluh dan kemudian translokasinya ke batang.

Proses Penyerapan Hara Selektif

Bagian terluar dari sel akar tanaman terdiri dari: (1) dinding sel, (2) membran sel, (3) protoplasma. Dinding sel merupakan bagian sel yang tidak aktif. Bagian ini bersinggungan langsung dengan tanah. Sedangkan bagian dalam terdiri dari protoplasma yang bersifat aktif. Bagian ini dikelilingi oleh membran. Membran ini berkemampuan untuk melakukan seleksi unsur hara yang akan melaluinya. Proses penyerapan unsur hara yang melalui mekanisme seleksi yang terjadi pada membran disebut sebagai proses selektif.

Proses selektif terhadap penyerapan unsur hara yang terjadi pada membran diperkirakan berlangsung melalui suatu carrier (pembawa). Carrier (pembawa) ini bersenyawa dengan ion (unsur) terpilih. Selanjutnya, ion (unsur) terpilih tersebut dibawa masuk ke dalam protoplasma dengan menembus membran sel.

Mekanisme penyerapan ini berlangsung sebagai berikut:

(1)  Saat akar tanaman menyerap unsur hara dalam bentuk kation (K+, Ca2+, Mg2+, dan NH4+) maka dari akar akan dikeluarkan kation H+ dalam jumlah yang setara,

(2)  Saat akar tanaman menyerap unsur hara dalam bentuk anion (NO3-, H2PO4-, SO4-) maka dari akar akan dikeluarkan HCO3- dengan jumlah yang setara.