iklan

Pengaruh Banjir terhadap tanaman

Perubahan fisika- kimia Selama Banjir

Kelebihan air menyebabkan penurunan tajam dalam potensial redoks tanah, sehingga terjadi perubahan yang sangat signifikan terhadap profil unsur tanah. Begitu oksigen bebas habis, nitrat digunakan oleh mikroorganisme tanah sebagai akseptor elektron alternatif dalam respirasi. Mangan (Mn) oksida adalah akseptor elektron berikutnya, diikuti oleh besi dan sulfat. Hal ini menyebabkan pembentukan sejumlah besi terlarut Fe2+ dan Mn2+ larutan tanah, dimana level diatasnya beracun (Marschner, 1991). Perlu juga diingat bahwa kelarutan kation logam yang berpotensi beracun sangat tergantung pada pH tanah dan toksisitas dari beberapa elemen-elemen ini dapat meningkat lebih jauh pada beberapa jenis tanah (seperti Mn2+ pada tanah asam). Perlu diketahui bahwa genangan air biasanya menghasilkan penyimpangan terhadap netralitas, yang menyebabkan perubahan larutan hara. Saat stres banjir berlangsung, terjadi penurunan lebih lanjut pada hasil potensial redoks dalam mengurangi sulfat menjadi hidrogen sulfida. Sehingga, pembentukan metana, dari pengurangan karbon dioksida dan asam organik tertentu, dimulai pada potensial redoks 200 mV (pH=7). Pertukaran gas terhambat selama terjadi genangan air tanah juga menyebabkan tekanan parsial CO2 tinggi (pCO2) di zona akar, dengan beberapa konsekuensi serius bagi pertumbuhan dan metabolisme akar. Tingginya  zona akar (pCO2 akan menyebabkan konsentrasi HCO3 tinggi) pada sitoplasma, dengan implikasi untuk sistem regulasi metabolisme. Padi dan tanaman lahan basah lainnya dapat mentolerir pCO2 tinggi tetapi spesies bukan hidup di sawah mengalami kerusakan yang cepat, Juga pada lahan yang tergenang air, bentuk utama dari tanaman yang tersedia nitrogen (N) adalah NH4, dan adaptasi tanaman untuk nutrisi NH4 Vs NO penting dalam genangan air berkepanjangan. Beberapa spesies lahan basah sangat efisien dalam menyerap NO3 , kemungkinan untuk mengais/mencari NO – dalam rizosfir dengan nitrifikasi tergantung pada O2 yang dilepaskan dari akar.  Banyak volatil (rantai pendek) asam lemak dan asam fenolik juga menumpuk di tanah selama genangan air yang berkepanjangan .  Banjir tanah biasanya mempengaruhi pertumbuhan tanaman dengan cara yang negatif  ditampilkan pada batas nutrisinya. Genangan air mengurangi tingkat gizi endogen di berbagai bagian tanaman (Ashraf et al.,2011). Kekurangan oksigen di zona akar menyebabkan penurunan tajam pada selektivitas serapan K+/Na+ dan menghambat pengangkutan K+ ke tunas.  Penuaan dini daun dan tunas pada tanaman banjir disebabkan oleh penghambatan serapan nitrogen (N) akibatnya terjadi pembagian kembali nitrogen dalam tunas. Selain itu, efisiensi fotosistem (PS) II terhambat dikaitkan dengan kekurangan N, P, K, Mg dan Ca. Hal ini terbukti dari literatur bahwa efek samping dari genangan air yang tidak disebabkan oleh tingkat beracun dari Na dan Fe dapat juga mengurangi konsentrasi N , P , K , Ca dan Mg yang merupakan penyebab utama (Smethurst et al.,2005)

Metabolisme tanaman dan perubahan energik

Respirasi aerobik  oleh akar dan mikroorganisme mengurangi konsentrasi oksigen dalam rizosfir yang menyebabkan hipoksia / anoksia. Oleh karena itu, respirasi aerobik akan terhambat, fosforilasi oksidatif diabaikan dan pergeseran metabolisme tanamannya ke anaerobik.  Salah satu konsekuensi paling penting dari keterbatasan energi di bawah anoksia (kurang nya oksigen) diubah ke keadaan redoks dalam sel . Karena tidak tersedianya oksigen, pembawa elektron dalam rantai transpor elektron menjadi berkurang, yang mempengaruhi reaksi redoks metabolisme aktif.  Oleh karena itu, sel-sel perlu mempertahankan karakteristik redoks mereka, yaitu rasio NADH/NAD+ terpengaruh di bawah banjir (Chirkova et al.,1992). Komponen transpor elektron jenuh, pengurangan lebih tinggi pada lingkungan intraseluler dan pasokan energi yang rendah merupakan faktor yang menguntungkan bagi generasi spesies oksigen reaktif (ROS). Konsekuensi pembentukan ROS tergantung pada intensitas stres serta pada kondisi fisikokimia dalam sel (yaitu status antioksidan, keadaan redoks dan pH). Generasi ROS pada  kondisi stres dapat menyebabkan peroksidasi lipid, inaktivasi, dan kerusakan oksidatif DNA (Shewfelt and Purvis, 1995).  Tingginya konsentrasi  Ca2+ di sitoplasma, pengasaman sitoplasma dan perubahan permeabilitas membran sel adalah fitur yang paling umum diamati di bawah kondisi genangan. Penghambatan respirasi mitokondria, sintesis ATP dan fotosintesis.  Metabolisme Anaerobic (fermentasi etanol dan laktat) serta sintesis ANPS. Spesies toleran terhadap genangan air tanah umumnya mampu mempertahankan tingkat energinya melalui fermentasi. Selain itu pemeliharaan berada di tingkat energi pada level energi di pH sitosol sangat penting. Ketika hipoksia atau anoksia terjadi pada pH sitoplasma menunjukkan penurunan pH awal yang dikaitkan dengan produksi awal asam laktat dengan fermentasi. Menurut ” Davis- Roberts teori pH – negara ” penurunan pH memungkinkan beralih dari laktat menjadi etanol fermentasi dengan menghambat dehidrogenase laktat (LDH) dan aktivasi ADH (Chang et al.,1983)  karena aktifitas ini  meningkatkan nekrosis sel, beralih untuk mempertahankan pH sekitar 6,8 sehingga memungkinkan kelangsungan hidup sel .

Respon Tanaman Terhadap Banjir 

Tanaman mengembangkan tanggapan anatomi , morfologi dan fisiologi yang sesuai untuk mengatasi genangan parsial yang dikenakan oleh banjir (Armstrong, 1979). Tanggapan anatomi yang paling umum adalah munculnya aerenkim dalam jaringan (Seago et al ., 2005) , yang memfasilitasi transportasi oksigen dari tunas ke akar (Colmer, 2003). Secara morfologi, biasanya respon terhadap banjir termasuk akar adventiv meningkatkan tinggi tanaman  sehingga sebagian besar biomasa diatas permukaan air. Hal ini membantu menfasilitasi oksigenasi  dari jaringan yang terendam melalui jaringan aerenchyma. Pada tingkat fisiologis, banjir memodifikasi hubungan air dan fiksasi karbon pada tanaman. Penutupan stomata, dengan atau tanpa daun dehidrasi, pengurangan transpirasi dan penghambatan fotosintesis, adalah tanggapan yang dapat terjadi pada jam atau hari, tergantung pada toleransi banjir setiap spesies tanaman (Bradford & Hsiao, 1982) Bagian berikut menunjukkan respon tanaman utama di level/tingkat  toleransi terhadap banjir .

Bioekonomi Perikanan

Potensi sumberdaya Indonesia yang lengkap, memberikan peluang yang besar bagi para anak bangsa untuk mengelolanya atau menciptakan lapangan kerja guna meningkatkan perekonomian karena setiap pengelolaan ataupun penggunaan sumberdaya dapat diukur nilai ekonominya. Suatu sumberdaya dapat meningkatkan perekonomian apabila sumberdaya tersebut dapat ditinjau dari segi ekonominya Secara garis besar sumberdaya alam dapat dibagi menurut sifatnya menjadi tiga bagian, yaitu: sumberdaya alam yang dapat diperbaharui (renewable resources), sumberdaya alam yang tidak dapat diperbaharui (non renewable resources) dan sumberdaya alam yang mempunyai sifat gabungan antara yang dapat diperbaharui dengan tidak dapat diperbaharui.

Penggolongan lain sumberdaya alam yaitu dapat dilihat dari sudut penguasaan (property righ). Sumberdaya alam yang tidak dimiliki oleh perorangan (private property resources) dan sumberdaya milik umum (common property resources). Sumberdaya milik umum memiliki kecenderungan untuk segera habis atau punah karena adanya tragedi dari pemilikan secara bersama itu (tragedy of the common). Apabila seseorang tidak mengambil sumberdaya itu, maka orang lain yang akan mengambilnya sehingga daripada sumberdaya itu habis diambil oleh orang lain, maka setiap orang cenderung untuk segera mengambil saja dan hal ini jelas akan mempercepat deplesi. Pengertian deplesi disini adalah suatu cara pengambilan sumberdaya alam secara besar-besaran, yang biasanya dilakukan untuk memenuhi kebutuhan akan bahan mentah.

keilmuan bioekonomi pada saat ini semakin pesat. Bioekonomi diterapkan dalam kajian pengelolaan sumberdaya hayati dengan memasukkan filosofi dan konsep ekonomi untuk optimalisasi benefit. Bidang perikanan termasuk bidang yang paling banyak menggunakan ilmu bioekonomi. Kompleksitas sumberdaya perikanan menyebabkan perlunya pengembangan model yang diperlukan sebagai pendekatan dalam pembuatan kebijakan, termasuk dengan menggunakan pendekatan bioekonomi.

Bioekonomi perikanan berasal dari tiga kata, yaitu biologi, ekonomi dan perikanan. Biologi atau biology berasal dari kata “bio” yang berarti kehidupan, dan kata “logos” yang dapat diartikan sebagai ilmu. Oleh karena itu, biologi secara sederhana dapat diartikan sebagai ilmu mengenai kehidupan mahkluk hayati, termasuk sumberdaya ikan. Sedangkan ekonomi merupakan ilmu yang mempelajari perilaku individu dan masyarakat dalam menentukan pilihan untuk menggunakan sumberdaya-sumberdaya yang langka dalam upaya meningkatkan kualitas hidupnya.

Istilah bioekonomi pada awalnya diperkenalkan oleh TI Baranoff, seorang teoretikus biologi laut asal Rusia, yang menamakan karya ilmiahnya dengan istilah bionomics atau bioeconomics meskipun dalam karya tersebut tidak banyak disinggung tentang faktor-faktor ekonomi. Selanjutnya Scott Gordon merupakan pionir dalam pengembangan bioekonomi. Scott Gordon adalah seorang ahli ekonomi dari Kanada. Gordon yang pertama kali menggunakan pendekatan ekonomi untuk menganalisis pengelolaan sumberdaya ikan yang optimal. Gordon menggunakan basis biologi yang diperkenalkan oleh Schaefer, yaitu konsep maximum sustainable yield atau MSY. Selanjutnya, istilah bioekonomi secara intensif dipergunakan oleh Collin Clark dan Gordon Munro.

Bioekonomi perikanan merupakan ilmu yang bersifat multi disiplin ilmu. Dalam bioekonomi, model dasarnya menggunakan teori dan konsep biologi yang selanjutnya dipadukan dengan konsep ekonomi. Pemakaian konsep ekonomi dimaksudkan untuk optimalisasi pemanfaatan sumberdaya hayati berdasarkan tinjauan ekonomi. Sedangkan bioekonomi perikanan merupakan aplikasi konsep bioekonomi pada bidang perikanan.

Konsep bioekonomi perikanan dikembangkan karena adanya kekhawatiran terjadinya the tragedy of the common atau tragedi kebersamaan pada sumberdaya perikanan. Apabila suatu sumberdaya menjadi ”milik bersama” atau tidak jelas kepemilikannya, dimana setiap pihak secara bebas dapat mengaksesnya, maka eksploitasi terhadap sumberdaya tersebut dikhawatirkan akan terlalu berlebihan.

Sumberdaya perikanan memang dikenal sebagai sumberdaya yang dapat dipulihkan (renewable resources). Namun, harus diingat bahwa daya pemulihan sumberdaya perikanan memiliki keterbatasan. Apabila pemanfaatan sumberdaya perikanan melebihi kemampuan daya pulih sumberdaya (regenerasi stok), maka stok sumberdaya ikan akan mengalami penurunan menuju kepunahan sumberdaya. Oleh karena itu, dikembangkan pendekatan maximum sustainable yield (MSY) atau tingkat tangkapan yang lestari. Pada level MSY, maka pemanfaatan sumberdaya perikanan tidak mengganggu kelestarian sumberdaya, dimana jumlah ikan yang dipanen atau ditangkap pada batasan surplus produksi.

Kritik terhadap pendekatan MSY diantaranya karena belum memperhitungkan nilai ekonomi. Meskipun pendekatan MSY menghasilkan hasil tangkapan yang optimal dan lestari, namun oleh para ekonom dinilai masih belum optimal secara ekonomi. Oleh karena itu, pada perkembangannya ilmuwan dari biologi dan ekonomi banyak mengembangkan konsep bioekonomi dengan tujuan untuk mengupayakan tingkat pemanfaatan sumberdaya perikanan yang optimal secara ekonomi dengan tetap memperhitungkan faktor kelestarian sumberdaya perikanan.

Oleh : Dona Wahyuning Laily

Perkembangan Grafting Sayuran

Asal Usul Perkembangan Teknologi Grafting Sayuran

Perubahan iklim diperkirakan akan menyebabkan tekanan lingkungan yang mengganggu produktivitas sayuran dan secara signifikan memiliki dampak terhadap sistem pangan di seluruh dunia. Negara-negara berkembang di daerah tropis yang mata pencahariannya mayoritas bergantung pada sumber daya alam dan produktivitas pertanian akan sangat beresiko . Sayuran merupakan sumber penting dari vitamin , mineral , dan zat gizi mikro untuk kebutuhan makanan sehari-hari orang di seluruh dunia . Di antara kawasan Asia, Asia Tenggara memiliki produktivitas terendah ( 3,6 t / ha ) ( FAO , 2008) . Sayuran tumbuh kurang baik di bawah panas serta lembab di dataran rendah .

Beberapa faktor yang mempengaruhi produktivitas sayuran adalah : suhu tinggi , kekeringan dan air yang terbatas sumber daya , salinitas , hama dan penyakit . Terhambatnya pertumbuhan  tanaman akibat suhu tinggi umumnya menghasilkan penurunan produktivitas tanaman yang tumbuh di daerah tropis dan subtropis( Peet dan Wolfe , 2000) . Lebih dari cekaman lingkungan lainnya, kekurangan air merupakan faktor pembatas serius ( Saini dan Lalonde , 1998), sedangkan stres karena salinitas membatasi produktivitas tanaman dengan mengubah berbagai proses seluler pada tanaman termasuk perpindahan ion dan konsentrasi zat terlarut yang mempengaruhi struktur dan integritas membran sel(Cheikh , N. et al, 2000). Di antara tanaman utama AVRDC – Pusat Penelitian Sayuran Dunia, tomat , mentimun, cabai dan terong yang cukup sensitif terhadap salinitas tapi bawang sangat sensitif. Kontaminasi air tanah oleh air irigasi yang sangat asin di daerah pedalaman atau melalui intrusi air laut di wilayah pesisir akibat bencana alam seperti tsunami, merupakan masalah serius yang dapat mempengaruhi kesuburan tanah dan membuat lahan pertanian produktif.

Untuk mengembangkan sayuran yang responsif terhadap iklim, maka AVRDC memperluas perhatiannya untuk fokus terhadap penelitian mengenai adaptasi pada sistem produksi tanaman untuk mengantisipasi risiko perubahan iklim terhadap produktivitas sayuran . Pada 25 tahun terakhir, lebih dari 100 galur tomat toleran didistribusikan ke berbagai negara dan varietas perwakilan yang telah dirilis di 37 negara dalam 30 tahun terakhir. Menggunakan peralatan molekuler, skrining untuk panas dan toleransi kekeringan sekarang bisa dipercepat dan galur unggul dari spesies liar meningkatkan toleransi panas lebih efisien diidentifikasi dan disisipkan ke dalam program pemuliaan untuk mengembangkan meningkatnya produktivitas tetapi juga menghasilkan kekeringan dan kultivar toleran panas. Produksi paprika di daerah tropis dataran rendah hanya mungkin dengan varietas yang toleran terhadap panas. Uji toleran terhadap panas pada paprika telah diidentifikasi dari evaluasi yang dilakukan oleh AVRDC di bawah suhu tinggi pada beberapa tahun terakhir dan sekarang sedang didistribusikan ke Afrika dan Asia Tenggara . Galur cabai yang dibuat disediakan untuk  diuji dan dievaluasi untuk stakeholder AVRDC di seluruh dunia dinilai sebagai salah satu galur yang adaptasi panas .

Mengatasi masalah peningkatan serangan hama dan penyakit diantisipasi dengan perubahan iklim, AVRDC melakukan skrining plasma nutfah, evaluasi dan mengembangbiakkan  beberapa agensia yang mencegah berkembangnya sejumlah besar penyakit yang mengganggu tanaman sayuran. AVRDC juga lama terlibat dalam mengembangkan teknologi yang mengatasi masalah dalam produksi sayuran seperti terbatasnya ketersediaan air irigasi , banjir , kejadian penyakit , dan tidak adanya nutrisi tanah yang sesuai . Strategi produksi meliputi efisiensi penggunaan air irigasi melalui irigasi tetes ; grafting untuk meningkatkan toleransi banjir dan penyakit ; penggunaan mulsa , tempat penampungan dan bedeng membantu melestarikan kelembaban tanah , dan untuk mencegah degradasi tanah , dan melindungi sayuran dari hujan deras , suhu tinggi , dan banjir ; ditambah amandemen tanah untuk meningkatkan kesuburan tanah dan meningkatkan serapan hara tanaman . Salah satu teknologi yang dikembangkan adalah grafting.Aplikasi grafting pada sayuran dimulai pada Negara-negara Asia seperti Cina , Jepang dan Korea yang gagal mengatasi penyakit dalam tanah (Fusarium) dan masalah nematoda  (Kurata, 1994) . Penggunaan dan penyebarannya meningkat pesat dan cepat sebagai alternatif afektif terhadap metil bromida ( MeBr ) (Lee ,1994; Leonardi dan Romano, 2004) . Di negara kami , pertama kali memperkenalkan bibit cangkokkan komersial pada tahun 1998 dan jumlah produksi tahunannya meningkat menjadi 72 juta bibit pada akhir 2010 (34 juta semangka , 28 juta tomat , 7,5 juta terong , 2 juta mentimun , 300 ribu melon, dan 200 ribu paprika) Meskipun alasan sebenarnya menggunakan tanaman cangkokkan dalam budidaya sayuran adalah untuk memastikan ketahanan tanaman terhadap kondisi cekaman biotik ( terhadap penyakit dalam tanah – seperti Fusarium , Verticillium , gabus akar dan nematoda ) ; itu juga diketahui bahwa bibit cangkokkan juga meningkatkan ketahanan / adaptasi terhadap kondisi cekaman abiotik ( yaitu, suhu rendah , suhu tinggi , kekeringan , banjir dan salinitas ) (Romero et al , 1997; Edelstein et al , 1999; Fernandez – Garcia et al ., 2003) .  Bibit dicangkokkan memiliki kemampuan penyerapan lebih banyak air dan nutrisi dari tanah dan mentransfernya ke bagian atas dibandingkan dengan bibit non – dicangkokkan karena akarnya lebih panjang dan lebih padat (Kovalev, 1990; . Ra et al , 1995) . Namun demikian , diketahui juga bahwa sintesis sitokinin lebih banyak di akar akan dipindah ke bagian atas jaringan xilem , sehingga meningkatkan pertumbuhan dan produktivitas tanaman ( Lee dan Oda , 2003)

Proses Fisiologis Pada Tanaman Grafting Sayuran

Penggunaan bibit sayuran dicangkokkan telah populer di banyak negara selama beberapa tahun terakhir (Lee dan Oda, 2003) . Membudidayakan grafting Solanaceae, termasuk sejumlah tanaman buah- tanaman semusim seperti tomat , terung dan cabai , dan Cucurbitaceae, seperti melon , mentimun , semangka dan labu, telah meningkat dalam beberapa tahun terakhir untuk mendapatkan resistensi penyakit dalam tanah ( Ioannou , 2001; Bletsos et al , 2003; Davis et al , 2008) dan toleransi terhadap cekaman abiotik seperti salinitas ,banjir dan suhu tinggi atau rendah untuk meningkatkan penyerapan serta efisiensi air dan nutrisi, untuk memperpanjang durasi waktu panen dan meningkatkan kualitas buah (Lee,1994). Tanaman grafting biasanya menunjukkan peningkatan penyerapan air dan mineral dibandingkan dengan perakaran tanaman tanpa grafting,  sebagai konsekuensi dari sistem akar yang kuat digunakan sebagai batang bawah.

Selama proses penggabungan grafting, banyak peneliti  mengamati proliferasi kalus (baik dari batang bawah dan batang atas), pembentukan penghubung kalus , diferensiasi jaringan pembuluh baru dari sel-sel kalus dan produksi xilem sekunder dan floem (Hartmann et al.,1997). Sebuah bentuk kalus rendah atau tidak sesuai antara batang bawah dan batang atas dapat menyebabkan defoliasi,  pengurangan kelangsungan pertumbuhan batang atas dan batang bawah yang  rendah pada tanaman grafting ( Oda et al., 2005; Johkan et al., 2009 . ). Dengan demikian, hubungan vaskular antara  batang atas -bawah dapat menentukan translokasi air dan nutrisi, yang mempengaruhi sifat-sifat fisiologis lainnya. Selain itu, pengaruh dari batang bawah pada serapan nutrisi dan air terutama yang disebabkan  karakteristik fisik, seperti pembangunan lateral dan vertikal akar , atau kemampuan penyerapan yang lebih besar. Aspek praktis pada teknologi hortikultura tentang grafting  telah dijelaskan dalam beberapa ulasan, tetapi sedikit yang mengulas implikasi fisiologis interaksi batang atas –bawah sebagai translokasi air dan nutrisi , terutama pada spesies non – kayu, atau pengaruh  dari koneksi batang atas  bawah pada luas daun, morfologi, pertumbuhan, biomassa dan fotosintesis tanaman grafting.

Interaksi Batang atas dan batang bawah sebagai pembatas air aliran

Air dan serapan hara dapat ditingkatkan pada tanaman grafting sebagai akibat dari peningkatan kekuatan akar batang bawah yang berpengaruh terhadap hasil tanaman (Ruiz et al.,1997) . Dengan demikian , hubungan air pada sistem batang atas dan batang bawah, serta pengaruh grafting  ke lingkungan , telah dipelajari dengan penekanan khusus pada mencari tanaman yang tahan terhadap perubahan lingkungan. Tanaman membentuk kalus pada permukaan grafting, yang memungkinkan air untuk mengalir dari batang bawah ke batang atas ketika kalus mengembangkan ikatan pembuluh (Moore,1984a,b).  Hubungan yang tidak memadai antara ikatan pembuluh batang atas dan batang bawah menurunkan aliran air  (Torii et al., 1992). Ketika penyerapan air oleh akar tertekan pada permukaan grafting, aliran stomata pada pertumbuhan batang atas menurun (Atkinson dan Lain , 2001; Oda et al , 2005). Dengan demikian, bentuk  bagian hidrolik menjadi hal yang mendasar , karena aliran air  berkelanjutan  mengontrol banyak proses tanaman seperti pertumbuhan, nutrisi mineral, fotosintesis dan transpirasi .

Hambatan hidrolik yang dihasilkan dari grafting telah dianalisa dengan teknik histologis dan pengamatan perubahan warna, tetapi pendekatan ini tidak selalu menunjukkan perbedaan antara pembuluh fungsional dan pembuluh non – fungsional serta  tidak mencerminkan pola aliran air (Canny,1990). Turquois dan Malone (1996) menggunakan peralatan transduser untuk menentukan resistensi hidrolik pada tanaman grafting tomat : hubungan hidrolik utama selama periode 48 jam dari kelima hari setelah grafting , konsisten dengan adanya aliran xylem dimana aliran air bebas terluka. Teknik lain untuk mengevaluasi permukaan  penyambungan selama pengembangan proses grafting  adalah pengukuran gelombang listrik yang menyebar dari batang atas ke batang bawah , kaitannya dengan perubahan histologis (Lu et al., 1996). Namun, pengukuran kekuatan hidroulik (L0) yang dilakukan penyatuan di batang atas dan bawah grafting tidak menjadi hambatan untuk aliran air pada penyatuan batang atas dan bawah yang kompatibel (Fernández – García et al .,2004a ) .

Ketidaksesuaian grafting dapat menyebabkan pertumbuhan batang atas berkurang atau berlebih, yang dapat menyebabkan penurunan aliran air dan nutrisi melalui penyatuan grafting dan menyebabkan tanaman layu.  Ketidaksesuaian penyambungan biasanya terjadi pada tahap awal, ketika pembentukan pembuluh vaskular, tetapi dapat terjadi hingga akhir tahap berbuah , ketika tanaman membutuhkan air dan nutrisi  tinggi.  Telah dilaporkan bahwa persediaan air hangat untuk penyatuan dari grafting  tomat  dengan tanaman terong meningkatkan kualitas penyimpanan , mengurangi stres air pada awal pertumbuhan ketika jaringan pembuluh vascular dari batang atas dan batang bawah belum tersambung (Tokuda et al, 2006;  Shibuya et al , 2007). Penurunan stres air dengan penyatuan grafting pada suhu tinggi adalah karena peningkatan penyerapan air oleh batang atas (Shibuya et al., 2007). Dengan demikian, untuk menghindari layu fisiologis, mendorong pengembangan akar dan meningkatkan pengelolaan air  penting dilakukan pada tanaman grafting.

Tahap pertumbuhan tanaman saat grafting  penting sehubungan dengan tingkat efisiensi interaksi antara  batang  atas dan batang bawah.  Dengan demikian, tanaman paprika yang digrafting saat tua menunjukkan rendahnya pertumbuhan pada bagian yang digrafting, yang mengakibatkan resistensi air di stomata rendah dibandingkan dengan grafting tanaman saat muda ( Johkan et al., 2009). Juga, genotip akar dan tunas menjadi sangat penting untuk kadar air daun , terutama dalam kondisi stres. Pengaruh  genotipe batang bawah pada penyatuan batang atas dan bawah  lebih jelas pada tanaman grafting melon (Agele dan Cohen, 2009).  Kadar air daun meningkat sebesar 35 % pada tanaman grafting dengan karakter keturunan ikutsertakan dibandingkan tanaman sendiri dicangkok. Kapasitas meningkatkan kadar air daun itu terkait dengan pengurangan pertumbuhan tunas ( Neumann , 1997; Rus et al, 1999) . Juga , kadar air daun mirip dalam kondisi dibawah kontrol pada beberapa kombinasi grafting tomat, tetapi meningkat pada level yang berbeda dengan salinitas, membuat kombinasi grafting yang spesifik sehingga  lebih tahan  terhadap salinitas ( Martínez – Rodríguez et al ., 2008). Dengan cara yang sama, di bawah kondisi kekurangan air, daun dari tanaman tomat grafting mempertahankan potensial air daun lebih tinggi dari pada tanaman tanpa grafting meskipun kehilangan air lebih tinggi melalui transpirasi, hal ini menunjukkan kemampuan yang lebih besar dalam penyerapan air (Weng, 2000). Namun, salinitas tidak berpengaruh yang signifikan terhadap kadar air daun relatif pada batang bawah mentimun dan tomat ( Huang et al.,2009; Estan et al. , 2005) , dibandingkan dengan self grafting, yang dapat dikaitkan dengan perubahan komponen penyesuaian osmotik ( Huang et al., 2009).

Dilaporkan juga bahwa perbedaan akar hidrolik respon terhadap suhu dingin antara mentimun dan labu terkait dengan perubahan anatomi akar dan saluran air ( Lee et al., 2005). Dengan demikian, setengah  kali  untuk  pertukaran air dan konduktivitas hidrolik pada  sel korteks yang berhubungan ketidakpekaan  sel-sel pada labu yang berada pada suhu rendah , menunjukkan bahwa saluran air dalam labu tidak dekat dan mampu  mempertahankan aktivitas transportasi air  pada suhu rendah (Lee et al. ,2005). Namun, kontribusi  saluran air untuk konduktansi hidrolik pada akar tanaman grafting  dari family  Solanaceae dan Cucurbitaceae, dibandingkan dengan tanaman self grafting tidak pasti.

Serapan dan Translokasi hara

Tanaman menyimpan mineral dan nutrisi lainnya dalam berbagai organ, seperti akar, batang, daun atau  buah-buahan. Organ-organ ini memiliki pengaruh yang cukup pada  penyerapan dan translokasi nutrisi mineral pada tanaman serta berperan penting proses proses fisiologis seperti pertumbuhan, dan pengembangan transduksi sinyal (Wang et al , 2006; Flowers dan Colmer , 2008). Pengaruh kandungan mineral pada batang bawah pada bagian-bagian tanaman disebabkan karakteristik fisik dari sistem akar , seperti perkembangan akar lateral dan vertikal, yang mengakibatkan peningkatan penyerapan air dan mineral ( Heo,1991; Jang ,1992), ini menjadi salah satu motif utama untuk meluasnya penggunaan  batang bawah pada graftingan (Lee , 1994). Namun, pada pohon buah-buahan yang digrafting, tidak ada pengaruh batang bawah terhadap kandungan mineral daun yang ditemukan (Chaplin dan Westwood ,1980) pada kasus ini, pengaruh lebih banyak pada batang atas untuk  kandungan nutrisi daun yang diamati . Tagliavani et al. (1993 ) mengemukakan bahwa kekuatan dari kedua sistem batang atas dan bawah memiliki peran penting  dalam penyerapan dan translokasi nutrisi di pohon buah-buahan yang digrafting, sementara pada tanaman pistachio grafting (Pistachia vera L.), perubahan batang bawah memiliki pengaruh pada kandungan mineral essensial ( Brown et al., 1994). Oleh karena itu, kandungan hara makro dan mikro dipengaruhi oleh kharakteristik batang atas dan batang bawah, tergantung pada elemen kondisi lingkungan, yang berpengaruh pada perubahan  batang atas dan batang bawah.

Pengaruh  dua batang bawah yang berbeda pada kandungan hara makro  tanaman melon diuji oleh Ruiz et al . (1997 ), yang menyimpulkan bahwa ,secara umum , pengaruh N lebih banyak pada genotipe batang bawah daripada batang atas. Selain itu , aktivitas nitrat reduktase ( NR ) dan akumulasi  nitrat diukur pada tanaman grafting melon dibandingkan dengan tanaman non grafting : kedua parameter menunjukkan interaksi yang signifikan antara genotip batang atas dan bawah, sedangkan genotipe batang atas tidak menunjukkan pengaruh  tersebut ( Ruiz dan Romero , 1999) . The karakteristik dari batang bawah dapat mengakibatkan peningkatan penyerapan, transportasi ke atas dan akumulasi NO3 pada batang atas, sehingga merangsang asimilasi nitrat reduktase ( NR ) dan NO3.  Hal ini akan menjelaskan penurunan konsentrasi NO3 di daun  dan peningkatan aktivitas NR pada tanaman grafting dibandingkan dengan tanaman non  grafting  (Sivasankar dan Oaks , 1996; Ruiz et al , 1998) . hasil yang sama diperoleh Pulgar et al . (2000 ) pada  tanaman semangka , NO3 – dan NH4 + yang lebih rendah pada daun tanaman grafting  dibandingkan pada tanaman kontrol menunjukkan bahwa beberapa batang bawah meningkatkan effisiensi NR  mendukung NO3 – berintegrasi menjadi asam amino dan protein ( Ruiz dan Romero, 1999; Pulgar et al , 2000; Ruiz et al , 1997).

Kompatibilitas Graft pada tanaman solanaceous kaitannya dengan nutrisi tanaman diteliti  menggunakan kultivar tomat dan cabai, dan tidak ada perbedaan yang signifikan pada konsentrasi nitrogen yang muncul di antara kombinasi keempat grafting yang diperiksa (tomat / tomat , tomat / cabai , cabai / tomat dan cabai / cabai) ( Kawaguchi et al . , 2008) . Demikian pula , tidak ada perbedaan yang signifikan pada kadar nitrogen ditemukan ketika grafting semangka di diuji untuk meningkatkan toleransi alkalinitas (Colla et al ., 2010a) . Selain interaksi batang atas dan batang bawah, kandungan nitrogen tergantung pada kondisi lingkungan di mana tanaman berkembang. Dengan demikian, konsentrasi kandungan total nitrogen pada tanaman tomat meningkat pada tanaman self-grafting  dalam menanggapi suhu yang lebih rendah di zona perakaran, tetapi tidak ada perbedaan yang ditemukan saat tomat digrafting dengan batang atas yang berbeda (Venema et al.,2008) .

Telah dilaporkan bahwa batang bawah dapat meningkatkan beberapa karakteristik morfologi maupun fisiologis tanaman melon, sehingga meningkatkan penyerapan fosfor (P) dari tanah dan translokasi ke batang atas daun (Ruiz et al.,1996).  Pada tahun 1997 , Ruiz et al . menunjukkan bahwa konsentrasi P pada tanaman melon grafting dapat dipengaruhi oleh batang atas  dan interaksi batang atas dan batang bawah. Namun, Kawaguchi et al ., (2008 ) disimpulkan bahwa spesies dari batang bawah adalah faktor utama yang mempengaruhi penyerapan dan translokasi pada elemen kombinasi grafting tanaman Solanaceous . Konsentrasi P  di daun dan batang tanaman mentimun dipengaruhi secara signifikan oleh kombinasi grafting, nilai-nilai untuk tanaman grafting yang lebih tinggi dibandingkan tanaman non – grafting ( Rouphael et al., 2008).  Hasil yang sama diperoleh untuk konsentrasi P pada daun melon yang digrafting (Colla et al, 2010a; Uygur dan Yetisir, 2009). Tanaman tomat, menunjukkan bahwa kombinasi grafting dapat  mempengaruhi  penyerapan unsur P positif. Namun, tidak ada perbedaan yang signifikan konsentrasi P yang ditemukan untuk tanaman grafting mentimun pada  dua batang bawah yang berbeda. Semua hasil menunjukkan perbedaan karakteristik morfologi akar yang bukan satu-satunya faktor yang berpengaruh  pada penyerapan dan translokasi P di dalam tanaman dan genotipe batang atas masing-masing spesies harus diperhitungkan juga.

Pada tanaman semangka digrafting ke Cucurbita maxima, pada perkembangan akar, konsentrasi Ca2 + lebih rendah dari pada tanaman non grafting, terlepas dari batang atas atau bawah yang digunakan , sedangkan perilaku yang berlawanan diamati pada Mg2 + ( Ruiz et al., 1997). Namun,  tingkatan menurun ketika tanaman tomat digrafting ke cabai dan sebaliknya. Sehubungan dengan respon tanaman yang digrafting (Kawaguchi et al., 2008). Variasi ini bisa dijelaskan oleh sistem akar yang lebih kecil dan konduktivitas hidrolik xylem relatif terbatas  dari batang bawah terhadap batang atasnya. Pada  percobaan lain pada tomat , signifikan meningkat pada  jaringan Mg2 + dan Ca2 + diamati ketika tanaman grafting dibandingkan dengan tanaman non grafting (Fernández   García et al.,2004c). Namun, pada tanaman grafting, tidak ada perbedaan signifikan terlihat untuk kandungan  Ca2+ dan Mg2 + dibandingkan dengan tanaman non grafting  mentimun, Melon atau tomat ( Chen et al ., 2003) . Di sisi lain, tanaman grafting semangka, tidak ada perbedaan dalam kandungan Ca2 + yang diamati , tetapi konsentrasi Mg2 + daun itu dipengaruhi secara signifikan oleh kombinasi  grafting, nilai-nilai untuk tanaman grafting ke batang bawah labu yang lebih tinggi daripada tanaman grafting  ke batang bawah pare  dan untuk tanaman non grafted ( Colla et al., 2010b). Semua hasil menunjukkan bahwa kandungan Ca2 + dan Mg2 dapat dipengaruhi secara signifikan  oleh batang bawah, namun, secara umum , tidak ada pengaruh batang atas pada penyerapannya. Karakteristik fisiologis dan fisik batang bawah mungkin mempengaruhi penyerapan dan translokasi mineral pada tanaman .

Pada tomat , tidak ada perbedaan yang signifikan antara kandungan Na+ dan KDitemukan pada tanaman yang digrafting dan tanaman yang tidak digrafting , tetapi pada laporan lain terdapat peningkatan kandungan K+ signifikan dan tidak ada perbedaan dalam konsentrasi Na+ yang diperoleh (Fernández – García et al. , 2004c) Hasil yang sama diperoleh oleh Goreta et al ., (2008 ) pada grafting semangka . Juga ,grafting mentimun, signifikan meningkatkan kandungan   K+ diamati oleh Rouphael et al . (2008 ) pada semua jaringan tanaman kecuali buah-buahan, hal ini dipengaruhi oleh kombinasi grafting. Namun , perbedaan aktifitas terjadi di beberapa penelitian tanaman melon. Dengan demikian, Ruiz et al .(1997) menunjukkan penurunan signifikan pada kedua hara mineral pada tanaman grafting, menunjukkan bahwa  Na+ dan konsentrasi K+  dipengaruhi oleh penggunaan batang bawah tertentu. Tidak ada perbedaan kandungan  K+ yang ditemukan di mentimun atau melon oleh Edelstein et al. (2005) yang membandingkan grafting dan non grafting tanaman melon, tetapi pada kasus ini penurunan besar diamati pada kandungan Na+ untuk tanaman grafting. Perbedaan-perbedaan antara konsentrasi Na+ menyarankan bahwa tanaman grafting mencegah kelebihan Na + dibandingkan tanaman non – grafting dan membatasi konsentrasi dalam daun mereka . Hasil yang sama diperoleh oleh Colla et al.,. (2006 , 2010a ) untuk melon dan semangka tanaman .

Mikronutrien yang penting bagi pertumbuhan tanaman dan yang terlibat pada hampir semua fungsi metabolisme dan fungsi seluler, seperti metabolisme energi, metabolisme primer dan sekunder, perlindungan sel, regulasi gen, persepsi hormon, transduksi sinyal dan reproduksi ( Hänsch dan Mendel , 2009). Akar tanaman mentimun yang digrafting ke batang bawah komersial Shintoza dan tanaman non grafting diakumulasikan pada jumlah yang besar pada Cu daripada bagian atas tanah, terutama daun (Rouphael et al., 2008), sehingga kandungan Cu lebih tinggi pada akar daripada di tunas sedangkan bagian atas tanaman digrafting terdapat akumulasi Cu yang lebih rendah dibandingkan tanaman non – grafting.  Hasil yang sama ditemukan untuk Cu, Fe dan Mg pada tanaman tomat dengan translokasi lebih rendah dari unsur-unsur ini ke daun tanaman digrafting ke berbagai varietas ‘ He- Man ‘ dimana dibandingkan dengan tanaman self grafting (Savvas et al.,2009). Hasil ini menunjukkan bahwa tanaman grafting dapat membatasi transportasi Cu dari akar ke daun lebih efisien, mengurangi efek yang merugikan dari keracunan Cu terhadap pertumbuhan tanaman dan hasil. Peningkatan kinerja tanaman grafting mentimun disebabkan kemampuan mereka yang kuat untuk menghambat akumulasi Cu terkumpul di bagian atas tanaman dan untuk mempertahankan status gizi tanaman yang lebih baik. Pada penelitian ini , tidak ada perbedaan signifikan yang bisa diamati untuk Fe, Mn atau Zn pada tanaman mentimun graftingan, dibandingkan dengan tanaman tanpa grafting,  pada kondisi kontrol. Mengamati penurunan unsur mikro total , namun tidak ada perbedaan yang signifikan  pada Fe, Mn, Cu atau Zn ketika membandingkan tanaman grafting dan non grafting mentimun dengan mentimun digrafting  pada Cucurbita ficifolia.

Pada penelitian ini, terjadi penurunan total mikronutrien pada daun mentimun mungkin disebabkan  interaksi antar ion, curah hujan dan peningkatan kekuatan ionik larutan nutrisi. Untuk tanaman semangka, akumulasi B lebih rendah pada daun diperoleh ketika digrafting ke labu, kemampuan batang bawah untuk menghalangi unsur B dan membatasi transportasinya ke daun ( Edelstein et al., 2005) .

Tanaman tomat grafting  ke batang bawah cabai menunjukkan rendahnya konsentrasi  Cu , Mn dan Zn , tetapi  tidak terdapat perbedaan yang signifikan untuk B , Fe dan  Mo, relatif untuk  mengontrol tanaman. Pada penelitian yang lain, ketika tanaman cabai yang digrafting ke tomat batang bawah tidak terdapat perbedaan yang signifikan konsentrasi Cu , Fe atau Mn, diamati ketika B, Mo dan Zn menunjukkan penurunan yang signifikan dibandingkan  dengan tanaman kontrol (Kawaguchi et al., 2008). Oleh karena itu, umumnya, penurunan kadar mineral yang diamati pãda tanaman grafting ; dapat dijelaskan oleh sistem akar yang kecil dan terbatasnya konduktivitas hidrolik pada xylem dari batang bawah ke batang atas.

Oleh : Evy latifah (BPTP Jawa Timur)

Dampak Pemupukan terhadap pertanian berkelanjutan

Kebutuhan produksi pangan yang meningkat secara cepat akibat pertambah an penduduk serta pertumbuhan sektor industri telah mendorong munculnya system pertanian modern dengan ciri memiliki ketergantungan yang tinggi terhadap terhadap pupuk anorganik. Kondisi ini telah menyebabkan kemerosotan sifat-sifat tanah, percepatan erosi tanah, penurunan kualitas tanah dan kontaminasi air bawah tanah.  Usaha pertanian dengan mengandalkan bahan kimia seperti pupuk anorganik dan pestisida kimiawi yang telah banyak dilakukan pada masa lalu dan berlanjut hingga ke masa sekarang serta banyak menimbulkan dampak negatif yang merugikan.  Penggunaan input kimiawi dengan dosis tinggi tidak saja berpengaruh menurunkan tingkat kesuburan tanah, tetapi juga berakibat pada merosotnya keragaman hayati dan meningkatnya serangan hama, penyakit dan gulma. Dampak negatif lain yang dapat ditimbulkan oleh pertanian kimiawi adalah tercemarnya produk-produk pertanian oleh bahan kimia yang selanjutnya akan berdampak buruk bagi kesehatan. Menyadari akan hal tersebut maka diperlukan usaha untuk meniadakan atau paling tidak mengurangi cemaran bahan kimia ke dalam tubuh manusia dan lingkungan.

Sejak zaman purba sampai saat ini, pupuk organik diketahui banyak dimanfaatkan sebagai pupuk dalam sistem usaha tani. Pupuk organik dapat memperbaiki sifat fisik tanah melalui pembentukan struktur dan  agregat  tanah  yang mantap dan berkaitan erat dengan kemampuan tanah mengikat air, infiltrasi air, mengurangi resiko terhadap ancaman erosi, meningkatkan kapasitas pertukaran ion dan sebagai pengatur suhu tanah yang semuanya berpengaruh baik terhadap pertumbuhan tanaman ( Kononova, 1999).

Pertanian Berkelanjutan dapat diartikan sebagai “menjaga agar suatu upaya terus berlangsung” dapat pula “ kemampuan untuk bertahan dan menjaga tidak merosot”.  Dalam  kontek  pertanian, keberlanjutan pada dasarnya berarti kemampuan untuk tetap produktif sekaligus tetap mempertahankan basis sumber daya. Technical Advisory Committee of the CGIAR (TAC/CGIAR), 1988 dalam  Reijntjes  C  (2002) menyatakan bahwa Pertanian Berkelanjuta  adalah  pengelolaan sumber daya yang berhasil untuk usaha pertanian guna membantu kebutuhan manusia yang berubah sekaligus mempertahankan atau meningkatkan kualitas lingkungan dan melestarikan sumber daya alam.

Namun demikian, banyak orang yang menggunakan definisi yang lebih luas dan menilai pertanian berkelanjutan jika mencakup hal-hal berikut ( Soetanto, 2006) :

  1. mantap secara ekologis, yang berarti mampu mempertahankan kualitas sumber daya alam dan kemampuan agroekosistem secara keseluruhan,
  2. bisa berlanjut secara ekonomis, yang berarti dapat mengembalikan biaya dan tenaga yang dikeluarkan serta meningkatkan penghasilan,
  3. manusiawi, yang berarti menghargai semua bentuk kehidupan, dan
  4. luwes, yang mana para petani mampu menyesuaikan diri dengan perubahan kondisi usaha tani yang berlangsung terus.

Sugito. Y, (2003) menyatakan bahwa yang perlu diperhatikan dalam penerapan pertanian berkelanjutan antara lain:

  1. Mempertahankan dan memperbaiki kesuburan tanah melalui penerapan teknologi budidaya yang tepat untuk meningkatkan hasil panen.
  2. Mengurangi tingkat   kerusakan  lahan  sebagai akibat pengelolaan lahan yang tidak memperhatikan kaidah-kaidah konservasi.
  3. Mempertahankan proses-proses seperti yang terjadi pada ekosistem alami, misalnya mengusahakan terjadinya siklus bahan organik dan unsur hara.
  4. Dapat meningkatkan daya pegang tanah
  5. Mengurangi penggunaan  input  dari  luar  yang bersifat kimiawi, salah satunya adalah mensubstitusi pupuk anorganik dengan pupuk organik.
  6. Memberdayakan petani   untuk   meningkat-kan rasa percaya diri atas keberhasilan usaha taninya
  7. Meningkatkan efisiensi  proses  produksi  yang pada akhirnya dapat meningkatkan keuntungan dan pendapatan.

Teknik budidaya kimiawi seperti yang dicanangkan pada Revolusi Hijau dapat meningkatkan produksi pada waktu pendek,  namun untuk jangka panjang dapat menurunkan kesuburan kimia, fisik dan biologi tanah, sehingga akan menambah jumlah lahan kritis dan marginal di Indonesia. Selain itu juga akan berakibat pada merosotnya keragaman hayati dan meningkatnya serangan hama, penyakit dan gulma/ dampak negatif juga akan tampak pada timbulnya hama resisten, berkembangnya organisme parasit, meningkatnya ancaman bagi organisme predator, ikan, burung bahkan bagi kesehatan dan keselamatan manusia. Pengaruh racun tidak hanya terbatas pada daerah pemakaian, tetapi dapat menjadi makin luas melalui komponen rantai makan, seperti air minum, sayuran, buah-buahan dan produk lain yang terkontaminasi. (Zulkarnain,2009).  Introduksi varietas unggul padi yang responsif pada pemupukan, pembangunan jaringan irigasi, pengendalian hama dan penyakit tanaman menjadi andalan program Bimas. Di satu sisi, Revolusi Hijau terbukti mampu meningkatkan produksi pangan nasional, tetapi menyebabkan permasalahan lingkungan sebagai dampak dari aplikasi pupuk dan pestisida berlebihan. Penerapan Revolusi Hijau juga memiliki beberapa dampak negatif, antara lain kecenderungan penggunaan input yang tinggi, terutama pupuk dan pestisida, karena mencemari sumber daya lahan, air dan lingkungan. Sekitar air yang mengairi sebagian sawah di Jawa mengandung 54 mg/l nitrat atau 20% lebih tinggi dari batas toleransi yaitu 45 mg/l (Las et al,2006).

Pupuk   anorganik   dapat   dibedakan   menjadi pupuk tunggal, pupuk majemuk dan pupuk lengkap. Pupuk tunggal adalah pupuk yang hanya mengandung satu macam unsur hara saja, misalnya pupuk urea yang mengandung unsur N, pupuk TSP yang mengandung unsur P dan pupuk KCl yang didominasi oleh unsur K. Pupuk majemuk adalah pupuk yang mengandung lebih dari 1 unsur hara, misalnya N+K, N+P,P+K, N+P+K dan sebagainya. Sedangkan pupuk lengkap adalah pupuk  yang mengandung unsur  hara  makro  dan mikro. Pemberian pupuk anorganik  ke  media tanam sangat digemari petani, hal ini disebabkan karena kelebihan-kelebihan yang dimiliki pupuk anorganik antara lain

  1. pemberiannya dapat terukur dengan tepat,
  2. kebutuhan tanaman akan hara dapat dipenuhi dengan perbandingan yang tepat dan dalam waktu yang cepat,
  3. kadar unsur yang dikandungnya   tinggi,   sehingga   dengan pemberian    yang sedikit dapat memenuhi kebutuhan tanaman,
  4. banyak diperjual bellikan sehingga mudah didapat,
  5. proses pengangkutan ke lahan lebih mudah karena jumlah yang diangkut lebih sedikit
  6. tanaman memberikan respon yang sangat tinggi terhadap pem-berian pupuk anorganik.

Selain kelebihan yang dimilikinya, pupuk anorganik juga memiliki kelemahan, yaitu :

  1. selain unsur hara makro, pupuk anorganik sangat sedikit atau hampir tidak mengandung unsur hara mikro,
  2. pemberian pupuk  anorganik  melalui akar harus diimbangi dengan penggunaan pupuk daun yang mengan-dung unsur hara mikro,
  3. Pemberian pupuk anorganik secara terus menerus dapat merusak tanah,
  4. Dosis yang berlebihan dapat mengakibatkan kerusakan dan kematian tanaman
  5. dapat mengakibatkan pencemaran dan kerusakan lingkungan.

Kerusakan tanah secara garis besar dapat digolongkan menjadi tiga kelompok utama, yaitu kerusakan sifat fisik, kimia dan biologi tanah. Kerusakan kimia tanah dapat terjadi karena proses pemasaman tanah, salinisasi, tercemar logam berat dan tercemar senyawa organik dan xenobiotik seperti pestisida atau tumpahan minyak bumi (Djajakirana, 2001). Terjadinya pemasaman tanah dapat diakibatkan oleh penggunaan pupuk nitrogen buatan secara terus menerus dalam jumlah besar. Kerusakan tanah secara fisik dapat diakibatkan karena kerusakan struktur tanah yang dapat menimbulkan pemadatan tanah.

Kerusakan srtuktur tanah ini dapat  terjadi akibat pengolahan tanah yang salah atau penggunaan pupuk kimia secara terus menerus. Kerusakan biologi ditandai oleh penyusutan populasi maupun berkurang nya biodiversitas organisme tanah, dan biasanya terjadi bukan karena kerusakan sendiri, melainkan akibat dari kerusakan lain ( fisik dan atau kimia). Sebagai contoh penggunaan pupuk nitrogen (ammonium sulfat dan sulfur coated urea) yang terus menerus selama 20 tahun dapat menyebab-kan pemasaman tanah dan menurunnya populasi cacing secara drastis.

Pemupukan berlebih dapat berakibat sama buruknya dengan kekurangan nutrisi.  Gejala seperti fertilizer burn terjadi karena pupuk diberikan terlalu banyak, sehingga menyebabkan daun mengering hingga menyebabkan kematian tanaman. Tingkat gejala memar terkait dengan indeks kadar garam pada pupuk dan tanah.  Penggunaan pupuk yang berlebihan, cenderung tidak efektif dan banyak mengeluarkan biaya. Selain itu untuk zat hara yang tidak diserap tanaman akan terbawa oleh air tanah dan terbuang ke sistem perairan misal ke selokan, sungai, waduk atau danau. Zat hara ini justru akan dimanfaatkan oleh gulma di selokan dan sungai seperti rumput liar, gulma, tanaman air seperti kiambang, eceng gondok dan lain-lain. Akibatnya sistem perairan akan tertutup dengan tanaman liar ini dan produksi perikanan mungkin terganggu, keseimbangan ekosistem perairan juga akan terganggu.

Amerika Serikat, 317 miliar kaki kubik gas alam dikonsumsi untuk memproduksi amonia setiap tahunnya. Secara keseluruhan di seluruh dunia, konsumsi gas alam untuk produksi amonia diperkirakan mencapai 5% dari total gas alam yang dikonsumsi, yang kurang lebih setara dengan 2% total kebutuhan energi dunia. Amonia diproduksi dengan memanfaatkan gas alam dalam jumlah besar dengan kebutuhan energi yang tinggi pula untuk meningkatkan tekanan dan temperatur dalam prosesnya. Biaya pembelian gas alam memakan biaya produksi amonia sebesar 90%. Peningkatan harga gas alam tidak terlepas dari peningkatan permintaan komoditas ini untuk memproduksi pupuk sehingga ikut meningkatkan harga pupuk.

Oleh : Evy Latifah

 

Respon Anatomi, Morfologi dan Fisiologi Tanaman Terhadap Cekaman Banjir

Air tanah merupakan faktor penting untuk distribusi tanaman di dunia, dan biasanya menyebabkan stres lingkungan seperti kekeringan atau genangan air mempengaruhi karakteristik tanaman. Di daerah tropis dan subtropis, curah hujan yang berlebihan adalah kendala utama untuk produksi tanaman. Banjir adalah tekanan lingkungan yang sangat membatasi pertumbuhan tanaman dan produktivitas. Hal ini telah menjadi masalah besar di beberapa bagian dunia. Banjir yang sering terjadi pada ekosistem tadah hujan, terutama di tanah dengan drainase yang buruk. Banjir adalah gangguan alam yang mempengaruhi tanaman dan produksi hijauan di seluruh dunia karena pengaruh  merugikan bagi kebanyakan tanaman terestrial (Colmer & Vosenek, 2009). Pada tahun-tahun terakhir, terjadi perubahan iklim dunia akan meningkatkan frekuensi hujan lebih tinggi dikarenakan aktivitas siklon tropis. Akibatnya, terjadinya peristiwa banjir di dataran banjir ( yaitu dataran rendah ) (Arnell & Liu, 2001).  Perubahan iklim adalah berubahnya kondisi fisik atmosfer bumi,  antara lain suhu dan   distribusi  curah  hujan  yang  membawa  dampak  luas  terhadap  berbagai  sektor kehidupan manusia (Kementerian Lingkungan Hidup, 2009). Perubahan iklim diperkirakan akan  memberikan  dampak  yang  signifikan  terhadap  produksi  pertanian  di  Indonesia, khususnya  tanaman pangan.  Dampak tersebut dapat bersifat langsung yaitu menurunnya produktivitas tanaman, karena  meningkatnya suhu udara dan perubahan pola hujan serta intensitas curah hujan yang menyebabkan kekeringan dan kebanjiran (Boer, 2010).

Saat banjir meningkat, masalah kedua terkait dengan kelebihan air muncul sebagai akibat penurunan potensial oksidatif  pada tanah reduksi (potensial redoks) (Gambar1) Dengan menurunnya potensial redoks pada tanah yang mengandung senyawa beracun berpotensi muncul seperti sulfida , Fe dan Mn larut , etanol , asam laktat , asetaldehida dan asetat dan asam format ( Kozlowski,1997). Oleh karena itu, kekurangan oksigen dan kemudian akumulasi beberapa senyawa beracun yang potensial merupakan kendala utama tanaman yang berada dibawah kondisi banjir.

Dengan meningkatnya populasi dunia, bersama dengan intensifikasi pertanian telah memicu penurunan lahan pertanian per kapita, yang telah menurun selama lima dekade terakhir dari 0,32 ha menjadi 0,21 ha, dan diharapkan berkurang hingga 0,16 ha per kapita pada tahun 2030 (Mancuso & Shabala , 2010).  Produksi tanaman di daerah iklim tropis dan subtropis sering dibatasi oleh curah hujan  yang  tinggi  yang  dapat  menyebabkan  tanah  tergenang (Reed  et  al., 2005). Khususnya  tanaman  sayuran,  kebanyakan  tanaman  sayuran  sangat  sensitif  terhadap genangan, selain itu belum ditemukan adanya varietas yang tahan terhadap kondisi tersebut (De la Pena dan  Hughes, 2007). Tanah   yang tergenang dapat dibedakan menjadi dua, pertama  suatu  keadaan  dimana  tanah  tergenang  yang  menyebabkan  disekitar  daerah perakaran tanaman jenuh dengan  air (waterlogged)   dan   kedua, suatu keadaan   dimana tanah tergenang yang menyebabkan seluruh bagian tanaman kelebihan air atau terendam (submerged) (Peeters et al., 2002).  Akibatnya, lahan marjinal yang dimasukkan ke dalam produksi untuk mengatasi permintaan pangan naik. Isu-isu ini menyebabkan kebutuhan untuk mendapatkan tanaman yang sangat produktif di lahan garapan mengalami peristiwa periodik kelebihan air, Pemahaman fungsi tanaman pada kondisi banjir sangat penting untuk mencapai tujuan tersebut. Kelebihan air tanah menentukan penurunan rata-rata difusi oksigen ke dalam tanah karena difusi 104 lebih rendah dari gas ke dalam air berhubungan dengan udara (Armstrong, 1979). Banjir  mempengaruhi 10% dari luas lahan global dan merupakan salah satu kendala paling penting yang dikenakan pada produksi tanaman pertanian. Produksi yang dihasilkan dari banjir dapat bervariasi antara 15% dan 80% , tergantung pada spesies tanaman, jenis tanah dan lamanya stres. Banjir dapat mengurangi hasil dan menjadi perhatian Organisasi Pangan dan Pertanian (FAO) dan Institut Internasional dengan meneliti lahan subur dan produktivitas global. Banjir dapat mengakibatkan penurunan hasil hingga 10% dan 40% pada kasus berat (Hodgson and Chan, 1982).  Banjir sering terjadi di banyak daerah di seluruh dunia karena curah hujan yang berlebihan atau drainase yang buruk. Dengan alasan hipoksia di dalam rizosfer tanaman, banjir dapat sangat mengganggu kinerja tanaman terestrial, berupa respon morfologi dan fisiologis terhadap aktivitas tanaman. Daun sangat reseptif terhadap banjir; terjadi perubahan respirasi pada daun, kandungan klorofil daun dan perubahan asimilasi hasil fotosintesis telah terdeteksi selama periode banjir. Secara khusus, karakteristik klorofil fluoresensi biasanya dipengaruhi kondisi banjir. Penurunan hasil kuantum maksimum fotosistem ( PS ) II ( Fv / Fm ) setelah timbulnya banjir telah ditemukan pada beberapa spesies tanaman (Smethurst et al.,2005). Penurunan ini mungkin disebabkan oleh menurunnya konduktansi stomata (GS) , perubahan status hormonal dan menurunnya serapan hara mineral. Selain itu, faktor-faktor ini juga dapat mengubah indeks lainnya seperti klorofil fluoresensi, transpor elektron, non pendinginan fotokimia ( NPQ) dan fotokimia pendinginan pada tekanan lingkungan. Setelah terjadi banjir, pemulihan sangat penting untuk setiap jenis tumbuhan, terutama untuk kultivar. Sebuah spesies yang toleran banjir  tidak hanya tahan banjir, tetapi juga cepat pulih setelah terkena banjir. Kemampuan pulih dari beberapa spesies tanaman yang sangat berbeda satu sama lain setelah banjir. Tanah yang dibanjiri, respirasi akar dan mikroorganisme menghabiskan sisa oksigen dan lingkungan menjadi hipoksia (yaitu kadar oksigen membatasi respirasi mitokondria) dan kemudian anoxic yaitu respirasi benar-benar menghambat (Bailey- Serres & Voesenek , 2008). Jadi , kendala pertama untuk pertumbuhan tanaman di bawah banjir adalah kurangnya oksigen yang diperlukan untuk mempertahankan respirasi aerobik jaringan terendam ( Armstrong , 1979). Saat banjir meningkat, masalah kedua terkait dengan kelebihan air muncul sebagai akibat penurunan potensial oksidatif  pada tanah reduksi (potensial redoks ) ( lihat Gambar 1) (Pezeshki , 2001). Dengan menurunnya potensial redoks pada tanah yang mengandung senyawa beracun berpotensi muncul seperti sulfida , Fe dan Mn larut , etanol , asam laktat , asetaldehida dan asetat dan asam format (Fiedler et al, 2007). Oleh karena itu, kekurangan oksigen dan kemudian akumulasi beberapa senyawa beracun yang potensial merupakan kendala utama tanaman yang berada dibawah kondisi banjir .

Secara luas, banjir sering digunakan untuk menggambarkan situasi yang berbeda di mana kelebihan air dapat berkisar dari air tanah jenuh (genangan air) ke kedalaman  air yang menyebabkan perendaman lengkap tanaman (Gambar 2). Sehingga langkah pertama mendefinisikan istilah yang benar untuk setiap situasi kelebihan air. Genangan air dengan bersaturasi bersesuaian dengan pori-pori tanah terisi air jenuh, dengan lapisan tipis atau bahkan tanpa  lapisan air di atas permukaan tanah. Oleh karena itu, pada kondisi terendam air, hanya sistem akar tanaman berada di bawah kondisi anaerob yang kekurangan oksigen, sementara tunas berada di bawah kondisi normal atmosfer. Banjir merupakan situasi di mana ada lapisan air di atas permukaan tanah. Lapisan air ini bisa dangkal atau dalam, sehingga bisa memicu perendaman tanaman secara  parsial atau lengkap. Perlu dicatat bahwa, pada kedalaman air yang sama, tingkat perendaman tanaman tergantung pada tahap perkembangan ( misalnya. Bibit vs tanaman dewasa ) dan kebiasaan pertumbuhan tanaman ( misalnya . pertumbuhan tanaman Merayap vs pertumbuhan tanaman tegak), diantara ciri-ciri yang mempengaruhi tinggi tanaman. Pada kondisi perendaman parsial, sebagian tunas tanaman di bawah air, selain memiliki akar yang tenggelam pada tanah jenuh air. Pada perendaman lengkap, tanaman sangat tercekam, karena akar  dan tunas tanaman terpisah, berada di dalam air, dan kemungkinan  menangkap oksigen atmosfer dan fiksasi karbon dibatasi.  Situasi ini diperburuk dengan air keruh dan  atau dengan kedalaman kolam air tanaman karena radiasi yang tersedia untuk mempertahankan fotosintesis di bawah air untuk bertahan hidup secara drastis dikurangi (Colmer & Pedersen, 2008).

Aspek lain mendefinisikan ‘ banjir ‘ adalah durasinya (Colmer & Voesenek, 2009).   Pada hal ini, durasi banjir  dinyatakan sebagai faktor utama menentukan kelangsungan hidup tanaman berikut kekurangan oksigen (Armstrong et al., 1994). Hal ini diketahui bahwa satu spesies dari usia dan ukuran yang serupa mampu bertahan banjir pendek dan dapat mati jika terkena lagi (Crawford, 2003). Banjir  merupakan stress abiotik utama, yang     menentukan keberhasilan atau kegagalan hasil panen berdasarkan frekuensi dan luasnya banjir (Visser et al.,  2003).  Tanaman-tanaman  tingkat  tinggi  sangat  tidak menyukai tanah-tanah basah (tergenang).   Akar-akarnya tidak hanya dihadapkan pada  oksigen yang sangat rendah dan tingkat carbón dioksida yang tinggi, tetapi juga terhadap keadaan racun anorganik (Fitter dan Hay, 1994).  Selain itu,  sebuah tinjauan terbaru dari aspek metodologi penelitian tentang banjir yang  mempertimbangkan jenis dan umur spesies yang diuji (Striker, 2008).

Gambar  1. Skema dari skenario yang berbeda yang dihadapi oleh tanaman untuk meningkatkan tingkat kelebihan air, mulai dari genangan air untuk menyelesaikan perendaman .

Sebuah penelitian terbaru dari aspek banjir menyoroti pentingnya mempertimbangkan jenis dan umur spesies yang diuji (Striker , 2008). Penelitian ini menunjukkan bahwa:( i ) spesies tanaman yang mengalami periode banjir lebih pendek daripada spesies non  tanaman , dan ( ii ) bibit tanaman yang terkena periode bahkan lebih pendek dari orang dewasa, sebuah fakta yang tidak terjadi dalam percobaan yang digunakan spesies non  tanaman (Gambar 3)

Gambar 2. Lama Banjir di percobaan dilakukan pada spesies tanaman dan spesies non – tanaman . Akhir kotak mendefinisikan 25 dan ke-75 persentil , dengan garis di median dan error bar de fi ning -10 dan ke-90 persentil . Huruf yang berbeda menunjukkan perbedaan yang signifikan ( P < 0,05 ) antara median berdasarkan uji Mann – Whitney . Huruf kecil dibandingkan median dalam kategori tanaman sementara huruf besar dibandingkan median dalam kategori tanaman non .

Beberapa spesies cepat pulih setelah banjir, sedangkan spesies lain membutuhkan waktu yang sangat lama. Sayuran adalah sumber daya terbaik untuk mengatasi kekurangan mikronutrien dan memberikan petani kecil penghasilan yang jauh lebih tinggi dan lebih banyak dibandingkan tanaman pokok (AVRDC,2006). Di seluruh dunia produksi sayuran dua kali lipat melebihi perdagangan sereal. Sayuran umumnya sensitif terhadap lingkungan ekstrim, sehingga kelembaban tanah yang berlebihan atau banjir adalah penyebab utama rendahnya hasil produksi di daerah tropis serta semakin besar kehilangan hasil disebabkan perubahan iklim. Sehingga memerlukan Informasi yang ada sehubungan dengan stres banjir di tanaman sayuran. Oleh karena itu perlu untuk mengetahui respon anatomi, morfologi dan fisiologi akibat cekaman banjir  pada tanaman sayuran.

Oleh : Evy Latifah