AGROEKOSISTEM: TANAH
•Tanah, tempat organisme & akar tanaman hidup, berkembang sejalan dg evolusi tanaman. •Di antara mereka terdapat sinergisme yang kuat, bila maksimum akan menampakkan kehidupan berlanjut. •Intervensi manusia, menebang pohon, menanam rumput & membudidayakan tanaman, beban berat bagi tanah. •Kebodohan & ketidak-bersahabatan manusia dg tanah menyebabkan tanah rusak. •Mengetahui bagaimana ekosistem tanah berlangsung, apa yg dibutuhkan & bagaimana mestinya dilakukan, akan menyelamatkan kehidupan anak cucu. •Bagaimana tanah beraksi? •Apa yg terjadi pada tanah? •Bagaimana siklus hara dalam tanah? •Apa & bagaimana siklus air menyuburkan tanah? Apa saja
kehidupan dalam tanah? •Bagaimana peran fungi?
Karbon dan biosfer Hidup itu tersusun dari senyawa karbon, disimpan dlm tanaman & hewan, juga dlm tanah. Energi organisme tanah hanya berasal dari berbagai jenis senyawa karbon yg didaur-ulang ke tanah.
Karbon dalam biosfer
Karbon dalam biosfer •Planet bumi dibedakan menjadi biosfer (lapisan kehidupan), selapis tipis gas, tanah dan cairan di mana semua kehidupan berada. Planet (diameter 12,000 km), apa penyusunnya?
• Dengan tekanan permukaan 1 atmosfer, sama dengan 1 kg/cm2, kolom udara 10,000 kg setiap meter persegi, mengandung nitrogen (~8000kg) dan oksigen (~2000kg) & 3 kg karbondioksida (CO2) atau sekitar 1kg. Jadi, sedikit sekali karbon di bagian atas, ditangkap oleh tanaman, sangat mengangumkan.
Siklus internal • Sifat suatu ekosistem adalah mendaurulang blok bangunan hidup paling berharga, yaitu hara, energi dan air. Ekosistem ini meningkat di atas ribuan tahun, jauh sebelum manusia ada. Ekosistem tanah yg tidak tampak adalah bagaimana membuat tanah subur.
Siklus internal
Degradasi tanah yg paling serius berjalan lamban dan tidak tampak seperti halnya menurunnya kualitas tanah, ditunjukkan dlm diagram ini dan kurva kesuburan di bagian bawah. Agar suatu tanah berkelanjutan, daur-ulang mineral dari tanah ke tanaman ke hewan ke tanah harus mendekati sempurna, beberapa kehilangan dapat di peroleh dari dari pelapukan batuan secara alami (warna abu-abu) di bagian bawah. Gambar menunjukkan lapisan uatama tanah (batuan, subsoil, top soil, humus) dan timbunan karbon di atas dan bawah permukaan.
Siklus hara
Siklus hara adalah jantung suatu ekosistem. Seperti ditunjukkan Gambar di atas, merupakan proses yg sangat peka. Karbon-dioksida di udara diambil tanaman untuk pakan hewan ternak. Mereka menggunakan energi untuk hidup, bergerak dan berbiak. Mereka mengeluarkan karbondioksida melalui pernapasan kembali ke atmosfer, didaur-ulang kembali masuk tanaman yg dimakan ternak. Predator (manusia) memakan daging dan menggunakan sebagai energi untuk kehidupan, bergerak dan berbiak. Respirasinya juga memasuki pool karbon di atmosfer, siap didaur-ulang untuk tanaman.
Siklus eksternal • Satu-satunya cara bagi unsur hara utk dapat didaur-ulang secara eksternal, adalah melalui atmosfer. Daur air dan karbon diketahui dengan jelas, tetapi unsur lainnya, semua sangat penting bagi kehidupan dalam tanah
Daur di lahan
•Mari kita ikuti apa yg terjadi dalam tanah lebih detail. Ketika hewan pemakan rumput kencing, tanah di bawahnya, berubah sangat cepat, mulai proses pengubahan urin menjadi pupuk nitrat. Ini terjadi dalam tiga langkah proses, yg pertama urin urin pecah menjadi fragmen amoniak, kemudian dioksidasi menjadi nitrit dan nitrat. Untuk setiap langkah diperlukan aksi mikroba berbeda (bateri). Langkah terakhir tdk akan terjadi bila langkah sebelumnya belum terjadi, dan seterusnya. Tetapi sesuatu hal bisa saja terjadi seperti halnya – penundaan waktu. Suatu pesanan mendadak terjadi dengan cara penyebaran pupuk lambat tersedia, pd tingkat yg dibutuhkan tanaman
•Penguapan kembali ke atmosfer atau respirasi oleh tanaman dalam proses fotosintesis. Hanya sebagaian sangat kecil yg masuk ke laut melalui sungai.
Daur air
Daur eksternal Air Daur air merupakan yg terbesar dari semua daur. Dengan rata-rata 1m curah hujan tiap tahun, masa tipis yg ditransportasikan adalah sangat khayal. Diagram menunjukkan bagaimana air bergerak di antara atmosfer, lahan dan samudra. Seluruh air menguap dari samudra, sedang sebagian besar termasuk hujan kembali ke dalamnya setelah melalui lahan dan sungai
Produksi primer • Tanaman memproduksi bahan sayuran, tetapi sebagian dari padanya dikonsumsi oleh makhluk yg tidak tampak di dalam tanah, di mana tanaman tergantung padanya. Produksi primer dan hasil tanaman tergantung pada banyak kualitas yg tidak tampak.
Proses produksi primer
Tanaman memproduksi bahan tanaman dari unsur hara tanah, air dan karbondioksida, menggunakan energi cahaya. Ia dinamakan produksi primer. Digram di atas menunjukkan aliran karbon (sama dengan aliran energi). Pada bagian kiri dpt dilihat suatu tanaman menangkap sinar dan CO2 dari udara dan melepas oksigen. Pd malam hari, di mana tdk ada sinar matahari, tanaman melaakukan respirasi seperti halnya dilakukan hewan, mengambil oksigen dan melepas CO2. Anehnya, proporsi produksi primer yg banyak (50%) tidak tampak di bawah tanah, di mana dalamnya tumbuh sistim perakaran dan makanan organisme tanah. Hanya 50% digunakan untuk pertumbuhan atas tanah. Hal ini, antara 10 dan 40% digunakan utk pertumbuhan, tergantung pada tipe tanaman, umur dan jenis panen. Bila tanaman secara teratur digembalakan, pertumbuhan biomas adalah rumput, berjumlah tdk lebih dari 40%. Sisa 10% hilang melalui daun gugur. Seresah daun ini didekomposisi oleh fungi dan bakteri, menyumbang energi bagi biota tanah, melalui pemberian hara ke tanah.
Makanan tanah subur alami
•Di banyak tempat di bumi,kesuburan tanah diberi makan kembali dari kawah mineral dalam kerak bumi, sewaktu gunung meletus. Bagian aliran lava yg terlindung secara lokal, suatu vulkan dapat menyemburkan kabut abu puluhan km ke dalam atmosfer, diikuti muatan senyawa sulfur, nitrogen dan fosfor. Hujan turun dari atmosfer sepanjang bulan , menyuburkan tanah kadang-kadang separuh lingkaran luar. Meski beberapa kejadian secara sporadis, mereka berpengaruh secara tercatat. •Secara lokal, tanah dilereng bawah bukit dapat diberi hara dari pencucian bagian lebih atas, menghasilkan sungai di lembah, dataran rendah dan deltas menjadi subur. Lembah tergenang dalam laut kaya dengan kehidupan estuarina, terkubur di bawah lapisan sedimen. Begitu laut diperlakukan, lembang tergenang menjadi subur dan mudah dijadikan lahan pertanaman. Mengikuti ritme umur es, beberapa proses diulang secara sendiri •Bilamana laut kaya akan plankton, densitas keberlanjutan kehidupan laut, daur hara bagi kehidupan burung laut, khususnya nitrat dan fosfor dari lautke tempat dimana mereka ditimbun. Menhasilkan deposit pupuk guano, yg sekarang menjadi sumber yg potensial.
Karbon Daur karbon telah dikemukakan pada bagian awal kuliah ini, dan lebih jauh dibahas dalam bagian lain (pemanasan global). Sulfur Plankton memegang peranan penting dalam daur hara kembali ke lahan. Pada kahir tahun 70-an telah diketemukan oleh ilmuan James Lovelock, bahwa sulfur dihasilkan oleh beberapa Fito-plankton sebagai dimethyl sulfide (CH3.S.CH3), suatu gas dengan mudah keluar dari air laut. Dalam atmosfer, gas ini, oleh karena kesamaan kutub dengan molekul air (H.O.H), menarik uap air dan membantunya terkondensasi seputar inti dari satu molekul dimethyl sulfide. Sifat ini menjadikannya menjadi satu agen penyebab terjadinya pembuat awan, memegang peranan penting dalam daur ulang air maupun daur sulfur. Dimethyl sulfide masuk ke dalam tanah melalui air hujan, dengan mudah menyatu dengan struktur tanah. Oleh karena plankton ditunjukkan berpengaruh terhadap pembentukan awan dan juga albedo tanah (reflectance),diduga ia berperan penting terhadap pergerakan suhu planet dan penahan kuat terhadap pemanasan global. Hal ini didiskusikan lebih detail dalam pembahasan tentang pemansan. Daur lain mungkin berkaitan dengan keberadaan unsur mikro. Nitrogen Dalam Bab pembentukan tanah, unsur-unsur makro (hara esensial) nitrogen disediakan secara cepat oleh batuan dan mineral batuan beku, tetapi komponen utama adalah berasal dari atmosfer (79%). Di sini dijumpai molekul gas yg sangat stabil (N2), merupakan bagian yg tidak mudah lepas. Di bagian atas atmosfer dapat dibagi menjadi radikal (N+.N+) oleh radiasi ultraviolet, segera bersenyawa dengan oksigen menjadi berbagai oksida nitrat (2NO, NO, NO2), dan kemudian dengan air membentuk asam nitrat fertil (3NO2 + 3H2O = 2HNO3 + NO). Tsenyawa ini juga pembentuk inti awan hujan melalui energi tinggi muatan petir. Tahun 1914 ilmuan Jerman Fritz Haber dan Carl Bosch,pemenang hadiah Nobel menemukan proses fiksasi nitrogen secara industri dari nitrogen murni dikombinasikan dengan amoniak (NH4) sebagai methane (CH4), menggunakan gas alam sebagai sumber energi. Sebagian amoniak direaksikan dengan karbon dioksida menghasilkan urea, pupuk lambat tersedia (slow-release fertiliser). Sisa amoniak dikonversikan menjadi amonium nitrat (NH3.NO3), pupuk sangat cepat tersedia dan berdaya tinggi. Oleh karena biaya gas alam sangat murah, pupuk buatan baru ini memegang kendali dalam revolusi hijau (green revolution), bersama dengan kultivar unggul produksi tinggi.
Biota tanah • Tanpa sirkus kehidupan dalam tanah, tanaman tidak akan mampu hidup dengan baik. Kata di atas dan berikut ini, menguntungkan satu sama lain. Di sini kita akan menjumpai banyak bentuk kehidupan yg kuat yg menempati bagian luas dalam dunia biodiversitas.
Biota tanah
•Gambar di atas hanya memuat teks, menantang imajinasi anda. Semua grup menunjukkan pemakan (consumer), mengendalikan energinya dari pemecahan bahan organik. Mereka juga saling memakan satu sama lain. Bobot menunjukkan bobot kering per meter persegi dan bersifat tipik, tetapi dg variasi luas. Mengejutkan, stok pertanian menunjukkan hanya 50 g, dengan setiap cacing tanah pd ikatan sama dan fungi jauh di luar bobot tersebut. •Meskipun biota tanah menempati bagian luas dalam produksi primer tanaman, dan juga didrop oleh gembala dan akhirnya dari tubuhnya saat mereka mati, biomas kolektif mereka secara mengejutkan adalah tinggi. Dalam ekosistem alami, biomas tanah sering berlebihan dari pada vegetasi di atasnya. Bagaimana hal ini terjadi, karena organisme tanah tidak dapat membuat makanan sendiri, mengandalkan apa yg diberikan tanaman? Secara normal harapan satu-satunya memakan biomas antara 5-15% biomas tanaman di mana mereka digembalakan.
•Dalam slide di atas, grup organisme disusun menurut ukuran, paling kecil di atas. •Organisme terkecil, terbanyak jumlahnya dan paling cepat berbiaknya. Mengejutkan, virus juga tampak. •Mereka tidak penting dalam dunia binatang dan tumbuhan, bila mereka menyebabkan penyakit, tetapi dalam tanah mereka berperan sebagai penentu. •Melalui infeksi dan membunuh bakteri, terdapat kontribusi mereka dalam daur makanan, baik yg dapat diserap, maupun bahan organik. •Volume mereka sangat kecil, mereka tidak menunjukkan kulit dan perlengkapan untuk kehidupan sel. •Bakteri kemungkinan besar merupakan grup terpenting. Mereka adalah pabrik kimia yg mengkonversi satu senyawa ke senyawa lain. Berasosiasi dengan banyak spesies dalam grupnya, masing masing-masing berbuat terbaik.
•Bobot mereka 50 g, ekivalen dengan stok ternak, sangat mengherankan mereka mampu bermetabolis dan berbiak ribuan kali dibandingkan domba. •Oleh karena bakteri sangat cepat berbiak, mereka mampu merespon sangat cepat terhadap berbagai variasi lingkungan, menjadikannya seolah-olah tanah hanya mengandung organisme tunggal. •Bakteri menghasilkan kotoran, suatu senyawa yg penting bagi tanah mencegah hara larut tercuci ke luar.
•Kadang-kadang suatu lapisan ganggang hijau-biru dijumpai di permukaan tanah bila terkena sinar matahari. •Di dekat akar dan juga di dalam bintil akar, hidup bersimbiose, ada siano-bakteri yg mampu memfiksasi nitrogen. Kendali kehidupan dalam akar mengambil energi langsung dari gula yg ada dalam tanaman dan hal ini sangat efisien. Tetapi fiksasi nitrogen dapat dijumpai langsung ke tanah oleh siano-bakteri lainnya.
•Dalam usus organisme tanah yg lebih tinggi tingkatnya seperti nematoda, cacing dan artrhopoda, dijumpai bakteri dekomposisi, bakteri ini mampu memecah bahan berkayu seperti lignin dan selulose. •Fungi lebih maju dibandingkan bakteri (eukaryote) tetapi masih merupakan sel-tunggal primitif, meski mempunyai inti sel ganda. •Dengan memperpanjang sel tipis mereka, benang panjang (hypha) dengan permukaan yang luas diperkirakan menyebabkan bobot masanya pun lebih besar, mereka mampu menyerap senyawa secara efisisien. •Mereka juga melakukan ekskresi enzim-enzim dekomposisi ke luar tubuh mereka dan menyerap produk kompos melalui dinding sel mereka. •Hipa mereka yg panjang bertaksi sebagai jalan menuju tanah. Fungi mampu menyimpan hara tanah, suatu faktor penting bagi kesuburan tanah. •Amoeba binatang bersel tunggalmampu bergerak berputar dalam cairan. Mereka memangsa bakteri dan fungi dan berupa makanan bagi hewan yg lebih besar. Mereka dijumpai permanen atau semi-permanen They are found in permanent or semi-permanent air tergenang atau pun lumpur.
Fungsi tanah • Organisme berkisar dari beberapa kali ukuran lapis tipis partikel liat hingga beberapa ribu kali, dijumpai menempati kehidupan erat dalam struktur mikro tanah, yang masingmasing berkontribusi dalam berbagai fungsi
Diagram di atas mengkalisifikasi organisme tanah berdasar ukuran, mencakup kisaran kehidupan lima dekade! Organisme diklaskan berdasar lebar tubuh, yg relevan sebab kebanyakan adalah berbentuk cacing, dan lebar tubuh lebih penting daripada panjang tubuh mereka. Dalam kasus umum dalam ekosistem, organisme lebih besar memakan yg lebih kecil, sebab bentuk ini tidak berisiko terhadap kesehatan mereka tidak dapat membela diri dan berukuran makanan. Warna latar belakang membagi mereka dengan ukuran fauna dalam mikro - (kecil), meso- (sedang) dan makro (besar) D.C. Coleman & D.A. Crossley dalam 'Fundamentals of soil ecology, 1996 menempatkan fungsi dan hubungan terhadap daur hara dan struktur tanah pada grup ini melalui cara berikut:
Daur hara
Struktur tanah
mikroflora (bakteri + fungi)
Katabolis bahan organik. Mineralisasi dan imobilisasi unsur hara.
Menghasilkan senyawa organik yg mengikat agregat. Hypha mengikat partikel membentuk agregat.
mikrofauna
Mengatur populasi bakteri dan fungi. Mengubah turnover unsur hara.
Bisa berpengaruh terhadap struktur agregat melalui interaksi dengan mikroflora.
Mesofauna
Mengatur populasi bakteri dan fungi. Mengubah turnover unsur hara . Memperkecil residu tanaman.
Menghasilkan butiran halus. Membuat bio-pori. Merangsang humifikasi.
Makrofauna
Memperkecil residu tanaman. Merangsang aktivitas mikroba.
Mencampur partikel bahan organik dan mineral. Meredistribusi bahan organik dan mikroorganisme.Membuat bio-pori. Merangsang humifikasi. Menghasilkan butiran halus.
Fungsi tanah
•Struktur halus tanah mengagumkan suatu tanah sehat dan bagaimana cara kerjanya, ditunjukkan dalam gambar, diperbesar lima kali, dari ukuran tanah remah 2mm hingga 0.2 µm persegi. Dintunjukkan berapa banyak ruang pori terisi udara dan cairan, tidak hanya antara remah (butir tanah) tetapi juga yg ada di dalamnya. Pada pembesaran 10 kali (gambar ke-dua), akar rambut tanaman (kuning) dengan mudah menmbus partikel tanah lepas dan juga bagi hypha fungi (ungu). Semua aksi terjadi bila tiga pertemuan (gambar berikut).
•Kegiatan pengomposan kimia dapat dijumpai langsung di luar tanah, tetapi ini paling aktif terjadi dalam lima tempat khusus. Mereka adalah di tempat di mana terdapat konsentrasi aktivitas.
•Lapisan penutup adalah tempat kerja cacing tanah. Seperti terlihat dalam gambar di bagian atas kanan, cacing tinggal dan sibuk di bagian akhir lorong pada bagian atas lorong terbaru. Kotoran tanah di timbun di bagian luar atas, ditutup seresah fase lepas. Dalam kelembaban kaya oksigen, organisme lain mendapat perlindungan atau aktif mengambil bagian dalam beberap proses. Hujan melarutkan nitrat, DOC (Dissolved Organic Carbon) dan membawanya ke bagian bawah lubang cacing. •Lapisan perombakan (detritusphere) terbentuk bila seresah lembab dan kaya oksigen. Di sini fungi bekerja secara efisien, merombak selulose sambil mengambil oksigen dan merespirasikan Karbon-dioksida. Di bagian pojok struktur, bakteri mengkonversi nitrooksida ke nitrogen
•Di tempat masa akar muda dijumpai, aktivitas tinggi terjadi di sekitar pori tanah. Pori berperan dalam hal memegang air dan mengalirkan oksigen serta karbon-dioksida. Agregat tanah ditembus akar rambut (kuning) dan diselubungi hypha fungi (ungu). Melalui saluran transpor cacing dan organisme lain, air, nitrat, fosfor dan senyawa karbon larut tercuci dari atas ke bawah. •Di permukaan agregat, partikel pasir dan liat terbentuk atas kerja bakteri. Banyak proses kimia terjadi di sini, menhasilkan nitrat (NO3-), amoniak (NH4+), ckarbon-dioksida (CO2), oksida nitrat dan lainnya. Banyak senyawa ditranspor oleh hypha halus ke tempat lain. •Rhizosfer adalah area seputar akar rambut. Merupakan tempat khusus sebab akar rambut membawa makanan dan oksigen, menyebabkan mikroorganisme dapat bekerja lebih cepat dibandingkan dengan tempat lain. Suatu aliran air secara kontinyu menjadi penyebab, air diserap akar, digambarkan dengan kelarutan unsur hara. Begitu akar rambut tumbuh, mereka mendesak ke daerah agregat lain, memperoleh hara, memperoleh makanan, dan akar halus lain menempati daerah ini. Tanah adalah bagian dari dekomposisi kontinyu, menghasilkan kelembaban dan oksigen tersedia.
