Hubungan Koefisien Difusi Ion Terhadap Besarnya Penyerapan Hara Oleh Tanaman

UNSUR HARA

Hara merupakan unsur yang sangat diperlukan oleh tanaman. Hara banyak terdapat dalam air tanah. Konsentrasi hara dalam air tanah pada (1) Konsentrasi Normal sekitar 1-5 permil. (2) Jenuh air 0,21-1 permil dengan Po 0,1-0,5 atm. (3) Tanah kering konsentrasi hara dalam air tanah dapat meningkat dan menyebabkan PO tanah menjadi negatif. Berdasarkan peranannya, hara dibagi menjadi :

A. Hara Esensial

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.

Menurut Arnon dan Stout, 1988, ada tiga kriteria yang harus dipenuhi sehingga suatu unsur dapat disebut sebagai unsur esensial. Pertama, unsur tersebut diperlukan untuk menyelesaikan satu siklus hidup tanaman secara normal. Kedua, unsur tersebut memegang peran yang penting dalam proses biokimia tertentu dalam tubuh tanaman dan peranannya tidak dapat digantikan atau disubtitusi secara keseluruhan oleh unsur lain. Serta yang ketiga, peranan dari unsur tersebut dalam proses biokimia tanaman dibutuhkan secara langsung.

B. Hara Fungsional

Hara 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.

C. Hara Potensial

Hara potensial adalah unsur hara yang sering ditemukan dalam tubuh tanaman, akan tetapi belum jelas fungsi dari unsur hara ini.

Berdasarkan Jumlah yang dibutuhkan oleh tanaman, hara dapat dibagi menjadi 2:

A. Unsur Hara Makro

Unsur ini sangat diperlukan oleh tanaman dalam jumlah yang sangat besar. Unsur ini antara lain : N, P, S (anion) dan K, Ca, Mg (kation).

B. Unsur Hara Mikro

 Unsur ini dibutuhkan tanaman dalam jumlah yang sedikit. Umumnya unsur ini antara lain : B, Cl, Cu, Fe, Mn, Mo, Zn. Akan tetapi pada tanaman tertentu Co, Se, Si, Na dibutuhkan juga sebagai unsur hara mikro. Penyerapan unsur hara pada tanaman bisa melalui daun dan akar. Pada daun biasanya unsur hara yang dapat diangkut antara lain : CO2, O2, H2O dan zat terlarut. Dan pada akar unsur hara yang dapat terserap antara lain : O2, H2O, mineral anorganik dan zat organik terlarut.

MEKANISME PENYERAPAN HARA OLEH AKAR

Ukuran dasar ketersediaan suatu zat hara bagi pengambilan oleh panjang akar tertentu adalah kadar zat hara tersebut dalam larutan tanah pada permukaan akar. Pada gilirannya kadar ini tergantung pada tingkat awal zat hara dalam tanah dan perubahan-perubahan dalam kadar pada permukaan akar yang dapat terjadi sebagai suatu akibat pengambilan air dan zat-zat hara.

            Ion-ion yang relatif berlimpah dalam larutan tanah barangkali sampai pada akar dengan aliran massa dalam jumlah yang kadang-kadang dapat melebihi kapasitas akar untuk menyerapnya. Dalam hal ini, kadar di sebelah luar sel-sel korteks akan mulai meningkat dan ion-ion akan berdifusi secara radial menjauhi akar. Untuk ion-ion lain, yakni fosfat, yang biasanya terdapat dalam kadar sangat rendah dalam larutan tanah, aliran massa tak cukup untuk menjelaskan laju pengambilan yang teramati, gradien difusi ke dalam yang tajam harus ada antara akar dan tanah.

Aliran Massa (Mass Flow)

Gerakan unsur hara ini mengikuti aliran air keakar secara pasif. Aliran ini dapat saja terjadi karena adanya transpirasi daun. Jumlah hara yang mencapai akar melalui proses ini dipengaruhi oleh :

1. Konsentrasi hara yang bersanggungan dalam larutan tanah;
2. Laju gerak air ke permukaan akar, atau kaju transpirasi.

Jika penyerapan hara lebih besar daripada pengisian hara kembali (resupply) dalam jangka waktu panjang maka akan terbentuk depletion zone disekitar akar.

Difusi Ion

Dalam hal ini, gerak unsur hara disebabkan karena adanya perbedaan gradien konsentrasi (secara difusi).

Aliran massa (massflow) dan difusi ion merupakan dua proses yang menyebarkan bahan terlarut dalam profil tanah seperti pupuk dan pestisida. Kata difusi berarti suatu penyebaran yang disebabkan oleh pergerakan panas secara acak, sebagai gerak Brown dari partikel koloid (Wild, 1981). Dalam hal ini perpindahan terjadi oleh adanya perbedaan konsentrasi larutan pada dua tempat yang berjarak tertentu dimana pergerakan terjadi dari konsentrasi yang tinggi ke konsentrasi yang rendah. Aliran massa atau aliran konveksi berbeda dengan difusi kerena pergerakannya terjadi oleh adanya perpindahan air atau gas (Hillel, 1980).

Proses aliran massa dan difusi terjadi oleh sifat-sifat fisika yang berbeda dan arah geraknya berbeda. Aliran massa suatu zat dalam larutan tanah akan bergerak dari daerah yang berair ke daerah yang kering. Sedangkan difusi justru berlawanan, yaitu dari daerah yang berkonsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah (daerah yang banyak air). Walaupun prosesnya berbeda tetapi di dalam tanah berlangsung secara simultan atau bersama-sama (Wild, 1981).

Kedua proses pergerakan, baik difusi maupun aliran massa, sangat penting dalam memindahkan unsur hara dari suatu tempat ke dekat permukaan akar, agar dapat diserap oleh akar tanaman. Hal ini terjadi bagi unsur hara P, K, Ca, Mg, S dan sebagainya; tetapi bagi unsur hara N, terutama NO3^-, justru pergerakan tersebut bukan saja berperan memindahkan ke dekat akar tetapi dalam pengangkutan yang menjauhi akar atau biasa dikenal sebagai tercuci/terlindi (Nkrumah, Griffith, Ahmad dan Gumbs, 1989).

PERGERAKAN HARA DALAM TANAH

Difusi

Proses difusi menghasilkan gerak termal bebas dari suatu ion, atom, molekul. Suatu komponen yang tidak bermuatan akan bergerak dari larutan yang berkonsentrasi tinggi ke larutan yang berkonsentrasi lebih rendah. Laju perubahan dari konsentrasi larutan, tergantung dari perbedaan konsentrasi awal dari dua volume larutan atau jarak dari keduanya. Selain itu laju difusi juga ditentukan oleh temperatur larutan. Jumlah aliran per satuan waktu dirumuskan sebagai (Nye dan Tinker, 1977; Wild, 1981) :

J = -D ∂C/∂X

dimana :

J  = Kerapatan aliran (flux) larutan tanah melalui bidang 1 cm2 (mol/cm2/detik).

C = Konsentrasi larutan (mol/cm1.

X = Jarak tempuh.

D = Koefisien difusi (cm2/detik).

Rumus di atas dikenal dengan rumus Fick’s I. Apabila laju perubahan

konsentrasi dikaitkan dengan waktu maka persamaan menjadi (Wild. 1981; Nye dan

Tinker, 1977):

∂C/∂t = D (∂²C/∂X²)

dimana :

∂C/∂t    = laju perubahan konsentrasi berdasakan waktu.

∂²C/∂X² = gradien laju perubahan konsentrasi berdasarkan jarak.

Rumusan ini dikenal sebagai persamaan Fick’s II.

Pada ion yang mempunyai muatan yang gerakannya tidak hanya dipengaruhi oleh potensial gradien kimia saja tetapi juga oleh potensial listrik yang dihasilkan oleh muatan ion yang ada dalam larutan. Oleh karena itu, ion yang bermuatan akan bergerak dengan pengaruh elektro-kimia (Nye dan Tinker, 1977).

Difusi dalam Bentuk Gas

Komposisi gas dalam tanah berubah menurut ruang dan waktu, sebagai akibat dari hasil respirasi perakaran tanaman, mikroorganisme dan fauna tanah. Oksigen dikonsumsi sedangkan karbondioksida dilepaskan, beberapa gas lain seperti methan, ethylen dan nitrous oksida menyebabkan perubahan konsentrasi gas dalam tanah. Difusi gas terjadi apabila terdapat perbedaan konsentrasi gas antara tanah dan atmosfir di atas permukaan tanah, dan juga terjadi dalam tanah karena perbedaan setempat dalam pemakaian dan pelepasan gas.

Kegiatan respirasi dalam tanah menyebabkan konsentrasi CO2 lebih tinggi dan 02 lebih rendah dalam tanah dibandingkan dengan udara di atasnya. Fluks CO2 dari perubahan tanah bervariasi dari 1,5 gim2/hari di musim dingin sampai lebih dari 25 g/m2/hari untuk daerah tropik (Russel in Wild, 1981).

Konsentrasi CO2 clan O2 dalam tanah atau dalam berbagai kedalaman tanah dapat dihitung dengan menggunakan teori difusi. Jika suatu gas berdifusi melalui penampang A selama waktu t, maka koefisien difusi dihitung dengan dengan persamaan (Wild, 1981):

       Ql

D= ------

      AtCe

dimana,

D = koefisien difusi (cm2/detik).

Q = massa gas yang hilang dalam silinder.

l   = panjang silinder (cm).

A = luas penampang silinder (cm2).

Ce = konsentrasi penjenuhan gas (g/cm3).

Apabila koefisien difusi dalam tanah adalah Ds dan koefisien difusi ,dalam

Udara adalah D, maka hubungan keduanya dapat ditulis dengan persamaan :

Ds = Øa D  

Dimana Øa adalah volume ruang pori yang terisi udara. Beberapa hubungan antara Ds/D dan Øa dilaporkan sebagai berikut (Wild, 1981) :

Ds/D = 0,66 Øa (Penman, 1940).

Ds/D = Øa 3/2 (Marshall, 1959).

Ds/D = Øa 4/3 (Millington, 1959).

Nilai koefisien difusi O2 dan CO2 di udara berkisar antara 0,1 -0,2 cm2/detik. Sedangkan dalam air kurang lebih 10-5 cm2/detik. Oleh karena itu pada gradien konsentrasi yang sama, difusi O2 dan CO2 dalam udara 10.000 kali lebih besar dibandingkan dalam air.Difusi dalam Bentuk Larutan

Apabila pupuk, pestisida dan benda terlarut lainnya ditambahkan dalam tanah maka akan tercipta konsentrasi larutan yang tinggi yang semakin lama akan menurun karena adanya difusi. Gradien konsentrasi juga terbentuk karena adanya pengambilan hara oleh akar dan mikroorganisme tanah yang menyebabkan adanya gerakan secara difusi.

Dalam beberapa hal, koefisien difusi dalam larutan murni dianggap konstan dan sama untuk semua ion. Sebaliknya koefisien difusi dalam tanah (Ds) biasanya lebih kecil dibandingkan koefisien difusi dalam larutan mumi (D1). Koefisien difusi dalam tanah berbeda antar ion dan menurut sifat-sifat tanah.

Tiga sifat tanah yang mempengaruhi koefisien difusi, yaitu (Wild, 1981):

1. Kandungan air tanah.

2. Saluran difusi yang berliku-liku.

3. Proporsi ion terdifusi dalam larutan.

Pada umumnya difusi berada dalam larutan dan jarak lintas yang harus dilalui dalam tanah adalah proposional dengan areal dalam tanah yang ditempati larutan.

Ds a q₁D₁  

dimana: q₁ = volume fraksi air dalam tanah.

Difusi dalam tanah dihambat oleh butir-butir penyusun tanah, sehingga jalan yang dilalui menjadi berliku-liku. Oleh karena itu difusi dalam tanah dapat ditulis :

Ds a f₁ q₁D₁

dimana : f₁ = faktor penghambat.

Berdasarkan faktor penghambat bervariasi menurut kandungan air dalam tanah. Pada tanah kering jalan yang dilalui proses difusi menjadi lebih berliku-liku. Dalam larutan bebas nilai f₁ = 1; tanah jenuh air ~ 0,4; kapasitas lapang ~ 0,2 dan pada titik layu ~0,01. Dengan memperhatikan adanya jalan yang berliku-liku dan kandungan air dalam tanah, maka fluks menjadi :

Js = -D₁ f₁ q₁ ((∂C₁/∂X) 

dimana C₁ = konsentrasi ion yang terdifusi dalam tanah.

Persamaan tersebut hanya berlaku untuk ion yang tidak teradsorbsi, untuk ion yang teradsorbsi pada permukaan liat maka koefisien difusi yang terjadi :

Js = -D₁ f₁ q₁ (∂C₁/∂C)

dimana: (∂C₁/∂C) = kapasitas bufer

C₁ = konsentrasi dalam larutan.

C  = konsentrasi dalam tanah, termasuk dalam larutan

Permukaan Partikel Tanah

Mobilitas ion tertukar pada permukaan liat murni terutama dipengaruhi pengembangan lapisan liat dan ketebalan air di antara lembar alumino-silikat. Anion yang secara spesifik diikat permukaan liat atau oksida mempunyai mobilitas permukaan yang dapat diabaikan karena terikat secara kovalen. Sementara itu adsorbsi anion non-spesifik pada muatan positif liat, dapat lebih mobil (Nye dan Tinker, 1977). Hal ini mempengaruhi koefisien difusi tetapi dapat diabaikan.

HUBUNGAN KOEFISIEN DIFUSI ION DENGAN SERAPAN HARA

Hara diserap oleh tanaman dalam bentuk ion bermuatan positif (NH4⁺, K⁺, Ca⁺⁺, Mg⁺⁺) dan yang bermuatan negatif (NO₃-, HPO₄-, Cl-). Ion ini pada umumnya terikat dalam kompleks jerapan tanah. Kompleks berupa lempung, koloid anorganik, dan koloid organik. Sering ada ion yang larut dalam air. Ion tersebut dianggap sukar diserap karena selalu ikut air, bahkan pada umumnya hilang tercuci ke lapisan bawah di luar perakaran tanaman atau ke sungai. Tetapi, ion ini sebagian juga diikat oleh koloid tanah dan tidak ikut pergerakan air lagi.

Koefisien difusi ion mempunyai pengaruh terhadap besarnya serapan hara. Hal tersebut ditentukan pula oleh berat molekul dan konsentrasi ion. Jika berat molekul suatu ion tersebut besar, maka jumlah serapan hara juga besar. Begitu pula sebaliknya, jika berat molekul suatu ion kecil, maka jumlah serapan hara juga akan kecil.

DAFTAR PUSTAKA

Danarto, Y.C. dan Enny Kriswiyanti Artati.?.Pemodelan Adsorpsi Logam Berat Cr Dengan Biomassa Rumput Laut Pada Kolom Unggun Tetap. Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik UNS.

Goldsworthy, P.R. dan N.M. Fisher. 1992. Fisiologi Tanaman Budidaya Tropik. Yogyakarta, Gadjah Mada University Press.

Iskandarsyah, T. Yan W. M. Peran Batuan Dasar Dalam Upaya Meminimalisasi Penyebaran Air Lindian Sampah (Leachate) Secara Alamiah di Daerah Bekas TPA Dago. Jurusan Geologi FMIPA UNPAD.

Mukhlis ; Fauzi. 2003. Pergerakan Unsur Hara Nitrogen Dalam Tanah. Jurusan Ilmu Tanah Fakultas Pertanian. Universitas Sumatera Utara.

N. Effendi, S. Purnama, A. K. Jahja.?.Pendauran Dan Difusi Ion Pada Sel Komposit Superionik Berbasis Co. Puslitbang Iptek Bahan. Badan Tenaga Nuklir Nasional. PPTA Serpong. Tanggerang.

Salisbury, F.B. dan Ross, C.W. 1995. Fisiologi Tumbuhan. Jilid 1. Edisi Keempat. Penerbit ITB Bandung.

Sasmitamihardja, Dardjat. 1996. Fisiologi tumbuhan. Penerbit ITB, Bandung.

http://id.wikipedia.org/wiki/Difusi/Fick's laws of diffusion