BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Pupuk Pupuk didefinisikan sebagai material yang ditambahkan ke tanah atau tajuk tanaman dengan tujuan untuk melengkapi ketersediaan unsur hara. Bahan pupuk yang paling awal adalah kotoran hewan, sisa pelapukan tanaman dan arang kayu. Dalam pemilihan pupuk perlu diketahui terlebih dahulu jumlah dan jenis unsur hara yang dikandungnya, serta manfaat dari berbagai unsur hara pembentuk pupuk tersebut. Setiap kemasan pupuk yang diberi label yang menunjukkan jenis dan unsur hara yang dikandungnya. Kadangkala petunjuk pemakaiannya juga dicantumkan pada kemasan.karena itu, sangat penting untuk membaca label kandungan pupuk sebelum memutuskan untuk membelinya. Selain menentukan jenis pupuk yang tepat, perlu diketahui juga cara aplikasinya yang benar, sehingga takaran pupuk yang diberikan dapat lebih efisien. Kesalahan dalam aplikasi pupuk akan berakibat pada terganggunya pertumbuhan tanaman. Bahkan unsur hara yang dikandung oleh pupuk tidak dapat dimanfaatkan tanaman (Novizan, 2005). 2.1.1. Penggolongan Pupuk Pupuk dapat digolongkan menjadi tiga bagian, yaitu: a. Pupuk Kimia (Anorganik) Pupuk kimia adalah pupuk yang dibuat secara kimia atau juga sering disebut dengan pupuk buatan. Pupuk kimia bisa dibedakan menjadi pupuk kimia tunggal dan pupuk Universitas Sumatera Utara
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Pupuk
Pupuk didefinisikan sebagai material yang ditambahkan ke tanah atau tajuk tanaman
dengan tujuan untuk melengkapi ketersediaan unsur hara. Bahan pupuk yang paling
awal adalah kotoran hewan, sisa pelapukan tanaman dan arang kayu.
Dalam pemilihan pupuk perlu diketahui terlebih dahulu jumlah dan jenis unsur
hara yang dikandungnya, serta manfaat dari berbagai unsur hara pembentuk pupuk
tersebut. Setiap kemasan pupuk yang diberi label yang menunjukkan jenis dan unsur
hara yang dikandungnya. Kadangkala petunjuk pemakaiannya juga dicantumkan pada
kemasan.karena itu, sangat penting untuk membaca label kandungan pupuk sebelum
memutuskan untuk membelinya. Selain menentukan jenis pupuk yang tepat, perlu
diketahui juga cara aplikasinya yang benar, sehingga takaran pupuk yang diberikan
dapat lebih efisien. Kesalahan dalam aplikasi pupuk akan berakibat pada terganggunya
pertumbuhan tanaman. Bahkan unsur hara yang dikandung oleh pupuk tidak dapat
dimanfaatkan tanaman (Novizan, 2005).
2.1.1. Penggolongan Pupuk
Pupuk dapat digolongkan menjadi tiga bagian, yaitu:
a. Pupuk Kimia (Anorganik)
Pupuk kimia adalah pupuk yang dibuat secara kimia atau juga sering disebut dengan
pupuk buatan. Pupuk kimia bisa dibedakan menjadi pupuk kimia tunggal dan pupuk
Universitas Sumatera Utara
kimia majemuk. Pupuk kimia tunggal hanya memiliki satu macam hara, sedangkan
pupuk kimia majemuk memiliki kandungan hara lengkap. Pupuk kimia yang sering
digunakan antara lain Urea dan ZA untuk hara N; pupuk TSP, DSP, dan SP-26 untuk
hara P, KCl atau MOP untuk hara K. Sedangkan pupuk majemuk biasanya dibuat
dengan mencampurkan pupuk-pupuk tunggal. Komposisi haranya bermacam-macam,
tergantung produsen dan komoditasnya (http://isroi.wordpress.com).
b. Pupuk Organik
Pupuk organik seperti namanya pupuk yang dibuat dari bahan-bahan organik atau
alami. bahan-bahan yang termasuk pupuk organik antara lain adalah pupuk kandang,
kompos, kascing, gambut, rumput laut dan guano. Berdasarkan bentuknya pupuk
organik dapat dikelompokkan menjadi pupuk organik padat dan pupuk organik cair.
Beberapa orang juga mengelompokkan pupuk-pupuk yang ditambang seperti dolomit,
fosfat alam, kiserit, dan juga abu (yang kaya K) ke dalam golongan pupuk organik.
Beberapa pupuk organik yang diolah dipabrik misalnya adalah tepung darah, tepung
tulang, dan tepung ikan.
Pupuk organik cair antara lain adalah compost tea, ekstrak tumbuh-tumbuhan,
cairan fermentasi limbah cair peternakan, fermentasi tumbuhan-tumbuhan, dan lain-
lain. Pupuk organik memiliki kandungan hara yang lengkap. Bahkan di dalam pupuk
organik juga terdapat senyawa-senyawa organik lain yang bermanfaat bagi tanaman,
seperti asam humik, asam fulvat, dan senyawa-senyawa organik lain
(http://isroi.wordpress.com).
c. Pupuk Hayati
Pupuk hayati (biofertilizer) adalah suatu bahan yang berasal dari jasad hidup,
khususnya mikrobia, yang digunakan untuk meningkatkan kualitas dan kuantitas
produksi suatu tanaman. Dalam hal ini yang dimaksud dengan berasal dari jasad
hidup adalah mengacu pada hasil proses mikrobilogis. Oleh karena itu istilah pupuk
hayati lebih tepat disebut sebagai inokulan mikrobia, seperti yang dikemukakan oleh
Pada dasarnya bentuk N dalam tanah adalah ammonium (NH4+), nitrat (NO3
-), dan
senyawa-senyawa organik. Kebanyakan nitrogen tanah terdapat dalam senyawa
organik; senyawa organik ini diubah secara lambat oleh mikroba menjadi NH4+,
kemudian mikroba yang lain mengubah NH4+ dengan cepat menjadi NO3
-, yang
merupakan bentuk mineral utama N dalam tanah. NO3- dan NH4
+ secara langsung
tersedia dalam tumbuhan. Tumbuhan juga dapat mengambil sejumlah kecil gas NH3
dan senyawa N organik terlarut seperti urea dan asam-asam amino. Nitrogen dalam
bentuk senyawa organik yang lain tidak tersedia sampai senyawa organik ini diuraikan
(Laegreid et al, 1999).
Nitrogen adalah komponen utama dari berbagai substansi penting di dalam
tanaman. Sekitar 40-50% kandungan protoplasma yang merupakan substansi hidup
dari sel tumbuhan terdiri dari senyawa nitrogen. Senyawa nitrogen digunakan oleh
tanaman untuk membentuk asam amino yang akan diubah menjadi protein. Nitrogen
Universitas Sumatera Utara
juga dibutuhkan untuk membentuk senyawa penting seperti klorofil, asam nukleat,
dan enzim. Karena itu, nitrogen dibutuhkan dalam jumlah relatif besar pada setiap
tahap pertumbuhan vegetatif, seperti pembentukan tunas atau perkembangan batang
dan daun. Memasuki tahap pertumbuhan generatif, kebutuhan nitrogen mulai
berkurang. Tanpa suplai nitrogen yang cukup, pertumbuhan tanaman yang baik tidak
akan terjadi (Novizan, 2005).
2.3.3. Siklus Nitrogen
Nitrogen dibutuhkan oleh seluruh organisme untuk sintesis protein, asam-asam
nukleat, dan senyawa-senyawa nitrogen lainnya. Molekul nitrogen (N2) terdapat
hampir 80% di atmosfer bumi. Untuk proses asimilasi oleh tumbuhan, nitrogen harus
difiksasi yang diambil dan digabungkan menjadi senyawa-senyawa organik. Aktivitas
dari beberapa mikroorganisme yang khusus sangat penting dalam mengubah nitrogen
menjadi bentuk-bentuk yang berguna (Tortora, 2001).
Gambar 2.1. Bagan Siklus Nitrogen
Bagan siklus nitrogen terlihat pada gambar 2.1. Protein, asam nukleat, basa
purin, pirimidin, dan asam amino (glukosamin dan galaktosamin) merupakan senyawa
nitrogen oraganik yang berasal dari sisa tanaman atau hewan. Reaksi biokimia dalam
siklus nitrogen meliputi :
a. Proteolisis b. Amonifikasi (degradasi asam amino) c. Nitrifikasi
Universitas Sumatera Utara
d. Reduksi nitrat menjadi ammonia e. Denitrifikasi f. Fiksasi Nitrogen (Budiyanto, 2004) Penguraian protein dengan mikroorganisme dimulai dengan hidrolisis protein
secara enzimatik menjadi asam amino masing-masing; selanjutnya, asam amino yang
dibebaskan dimetabolisme lebih lanjut. Selama jalannya metabolisme ini gugus amino
dibebaskan sebagai amoniak.
R CHCOOH deaminase R C COOH + NH3
NH2 O Asam amino Asam α-keto Ammonia
Karena tumbuhan dapat memanfaatkan ammonia yang dibebaskan ini sebagai
sumber nitrogen, siklus ini dapat berhenti di sini karena menyangkut keseimbangan
alam. Akan tetapi terdapat sejumlah besar bakteri autotrof yang memperoleh satu-
satunya sumber energi dari oksidasi ammonia menjadi nitrit.
NH4+ + 2O2 Nitrosomonas NO2
- + 2H2O
Pada tingkat ini kelompok bakteri autotrof lainnya mengambil alih; bakteri ini
memperoleh energinya dengan oksidasi nitrit menjadi nitrat. Akibatnya, bentuk
nitrogen utama dalam tanah ialah nitrat, yang dapat juga digunakan oleh tanaman
sebagai sumber nitrogen.
2NO2- + O2 Nitrobacter 2NO3
- (Volk, 1984)
Nitrat oleh mikroorganisme dimanfaatkan untuk dua tujuan: 1. Seperti
kebanyakan tumbuh-tumbuhan, banyak bakteri mampu mengolah nitrat sebagai
sumber nitrogen untuk mensintesis komponen-komponen sel yang mengandung
nitrogen. Reduksi nitrat secara asimilasi dapat berlangsung pada kondisi aerob. 2.
Sebaliknya terjadi reduksi nitrat secara asimilasi atau “respirasi nitrat”; pada peristiwa
ini nitrat bertindak sebagai akseptor hidrogen terminal pada kondisi anaerob. Pada
kedua peristiwa ini pertama-tama nitrat direduksi menjadi nitrit oleh enzim yang
mengandung molibden, yaitu nitrat reduktase. (Schlegel, 1999)
Universitas Sumatera Utara
Spesies Pseudomonas merupakan kelompok bakteri yang paling penting dalam
denitrifikasi tanah. Denitrifikasi terjadi pada tanah yang kekurangan air dimana
ketersediaan oksigen sedikit. Ketiadaan oksigen sebagai akseptor elektron, bakteri
pendenitrifikasi akan menggantikan nitrat untuk pupuk pertanian. Bakteri ini merubah
sejumlah besar nitrat menjadi nitrogen yang masuk ke dalam atmosfer dan
menyebabkan kerugian ekonomi yang sangat berarti. Proses denitrifikasi dapat
dituliskan sebagai berikut :
NO3- NO2
- N2O N2
(Tortora, 2001)
Gambar 2.2. Siklus Nitrogen
Universitas Sumatera Utara
2.4. Fiksasi Nitrogen Secara Biologis
Fiksasi nitrogen merupakan proses biokimia yang paling mendasar setelah
fotosintesis. Proses ini merupakan reduksi nitrogen atmosfer menjadi ammonia.
Fiksasi nitrogen dapat dilakukan oleh ganggang biru-hijau, beberapa mikroorganisme
khususnya bakteri. Reaksi reduksi nitrogen adalah sebagai berikut:
N2 + 3H2 2NH3 ∆Go = -33,5 kJ mol-1
Reaksi di atas merupakan reaksi eksergonik. Karena N2 tidak reaktif, proses ini
secara industri dilakukan dengan menggunakan katalis, temperatur tinggi (600oC) dan
tekanan (1000 atm). Proses biologi terjadi pada tekanan 1 atm dan suhu 25oC. Pada
sistem bakteri, reaksi dikatalisis oleh enzim nitrogenase (Kuchel, 1998).
Fiksasi nitrogen dikatalisis oleh suatu kompleks enzim, yaitu sistem
nitrogenase, yang aktivitasnya masih belum dipahami sepenuhnya. Karena sistem
nitrogenase bersifat tidak stabil dan segera mengalami inaktivasi oleh oksigen
atmosfer, enzim ini sulit untuk diisolasi dalam bentuk aktif dan dimurnikan. Produk
fiksasi nitrogen stabil yang pertama dikenali adalah ammonia (NH3); jadi proses
keseluruhan dipandang terdiri dari reduksi satu molekul nitrogen (N2) menjadi dua
molekul ammonia (Lehninger, 1982).
2.4.1. Organisme Pengikat Nitrogen
Hanya beberapa spesies mikroorganisme dan tanaman yang dapat melakukan fiksasi
nitrogen atmosfer. Beberapa bakteri yang hidup bebas, seperti sianobakteri atau
ganggang hijau-biru, yang terdapat tidak hanya di dalam air tawar dan air asin, tetapi
juga pada tanah dan jenis-jenis bakteri lainnya, seperti Azotobacter, mampu
melakukan fiksasi nitrogen atmosfer. Produk penting pertama dari fiksasi nitrogen
pada organisme ini adalah ammonia (NH3), yang dapat dipergunakan oleh bentuk
kehidupan lain, baik secara langsung atau setelah pengubahannya menjadi senyawa
terlarut lainnya, seperti nitrit, nitrat, atau asam amino (Lehninger, 1982).
Universitas Sumatera Utara
Fiksasi biologis nitrogen dilakukan baik oleh mikroorganisme nonsimbiotik
yang dapat berdiri sendiri atau bakteri-bakteri tertentu yang hidup secara simbiosa
dengan tanaman tingkat tinggi. Golongan yang pertama termasuklah organisme
aerobik tanah (misalnya Azotobacter), organisme tanah anaerob (misalnya Clostridium
sp), bakteri fotosintetik (misalnya Rhodospirillum rubrum) dan ganggang (misalnya
Myxophyceae). Sistem simbiotik terdiri atas bakteri (Rhizobia) yang hidup dalam
simbiosa dengan sejumlah Leguminoseae seperti kudzu, kacang polong dan kedelai.
Leguminosa bukan satu-satunya tanaman yang dapat memfiksasi nitrogen secara
simbiosis; lebih kurang 190 spesies semak dan pohon dapat memfiksasi nitrogen
(Sulaiman, 1991).
Banyak bakteri yang tidak mampu mengikat nitrogen sendiri, tapi hidup
bersimbiosa dengan tumbuhan tinggi. Ini terjadi, juga karena masalah energi. Ikatan
serangkai tiga yang menghubungkan dua atom nitrogen dalam suatu molekul gas
nitrogen, sulit diputuskan. Begitu besar biaya energi untuk menghasilkan ammonia
secara kimia, sebegitu pula beban energi yang dipikul oleh bakteri pengikat nitrogen.
Jika bakteri itu hidup bersama dengan tumbuhan hijau yang mengikat karbon, hasilnya
adalah pertukaran bahan nutrisi yang saling menguntungkan. Tumbuhannya mendapat
nitrogen yang telah difiksasi, sedangkan bakterinya menerima karbon yang telah
terfiksasi pula, yang dipakai untuk menghasilkan energi (Marx, 1991).
2.4.2. Biokimia Nitrogenase
Semua spesies yang dapat mengikat nitrogen memiliki kompleks nitrogenase.
Strukturnya, sama pada semua spesies yang telah diteliti sejauh ini, mengandung dua
protein yang disebut nitrogenase dan nitrogenase reduktase. Dinitrogenase (240 kD),
juga dikenal sebagai protein Fe-Mo, merupakan suatu α2β2-heterotetramer yang
mengandung dua atom molybdenum (Mo) dan 30 atom besi. Protein ini mengkatalisis
Bakteriologi Determinatif ditempatkan di bawah genus Rhizobium. Genus Rhizobium
pernah dimasukkan dalam Manual Bergey mengenai Bakteriologi Determinatif ke
dalam bermacam-macam famili seperti Azetobacteriaceae, Mycobacteriaceae,
Myxobacteriaceae dan Pseudomonadaceae.
Spesiasi Rhizobium berdasarkan konsep Linnaeus terbukti sulit sekali dan
karenanya, pengelompokan inokulasi-silang berdasarkan studi klasik oleh Fred,
Baldwin dan McCoy-lah yang umumunya diikuti. Prinsip pengelompokan inokulasi-
silang didasarkan pada kemampuan suatu isolat Rhizobium untuk membentuk bintil
pada genus-genus yang terbatas dari spesies legume yang satu sama lain berkerabat.
Semua Rhizobium yang dapat membentuk bintil dalam perakaran tipe legume tertentu
secara kolektif dimasukkan dalam satu spesies. Berdasarkan pola ini, umumnya
dikenal tujuh spesies (Tabel 2.2).
Tabel 2.2 Kelompok inokulasi silang Rhizobium
Rhizobium sp. Kelompok Inokulasi Silang Tipe Legum R. leguminosarum Kelompok ercis Pisum, Vicia, Lens R. phaseoli Kelompok kacang Phaseolus R. trifolii Kelompok semanggi Trifolium
R. meliloti Kelompok alfalfa Melilotus, Medicago, Trigonella
R. lupine Kelompok lupine Lupinus, Orinthopus R. japonicum Kelompok kedelai Glycine R. sp. Kelompok cowpea Vigna, Arachis
(Rao, 1994)
2.6.3. Teknik Kultivasi dan Perbanyakan Rhizobium/Bradyrhizobium
Rhizobium pada umumnya dipelihara dengan menumbuhkannya dalam medium padat
Yeast Extract Mannitol Agar (YEMA). Untuk menjaga kemampuan fisiologisnya agar
tidak mengalami penurunan, maka Rhizobium harus diremajakan (disub-kultur) secara
berkala. Kultur yang dipelihara inilah yang digunakan sebagai “kultur induk” yang
digunakan sebagai inokulum untuk perbanyakan Rhizobium yang akan diformulasi
sebagai pupuk hayati. Komposisi medium YEMA yang umum digunakan untuk
pemeliharaan Rhizobium adalah sebagai berikut:
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.3 Komposisi Medium YEMA (Sumber: Rao, 1982)
Komponen Berat/volume K2HPO4 0,5 g MgSO4 0,2 g NaCl 0,1 g
Mannitol *) 10,0 g Yeast extract 1,0 g
Akuades 1000 ml Agar 20 g
*) Mannitol dapat diganti dengan sukrosa atau glukosa
Selain medium dengan komposisi seperti di atas, beberapa peneliti atau
produsen inokulan Rhizobium menggunakan medium dengan komposisi yang
bervariasi.
Perbanyakan Rhizobium dilakukan dengan menumbuhkan bakteri dalam
medium cair dalam skala volume yang disesuaikan dengan kapasitas produksi
inokulan. Perbanyakan dilakukan dengan menggunakan fermentor besar dengan
ragam alat pengaturan, misalnya pH, oksigen terlarut, suhu, dan penggojok. Selain itu,
perbanyakan juga dapat dilakukan dengan menggunakan fermentor yang lebih
sederhana yaitu menggunakan tabung Erlenmeyer meskipun tanpa peralatan
pengaturan khusus.
Kultur cair Rhizobium yang sudah dibuat selanjutnya dicampur dengan bahan
pembawa. Beberapa bahan pembawa yang dapat digunakan untuk formulasi inokulan
rhizobia antara lain gambut, lignite, arang, vermiculite, zeolite dan lain-lain. Di antara
beberapa bahan pembawa itu, gambut adalah bahan pembawa yang paling banyak
digunakan untuk produksi inokulan rhizobia karena berkarakteristik ideal (Yuwono,
2006).
2.7. Kacang Hijau
Kacang hijau mempunyai nama lain mungo, mungbean, green–grain, golden grown.
Kacang hijau tumbuh di daerah tropika dan subtropika pada suhu 30-35oC. Tanaman
ini tergolong tahan terhadap kekeringan dan berhari netral atau berhari pendek dan
Universitas Sumatera Utara
diduga berasal dari India. Kacang hijau peka terhadap frust, terendam, dan salinitas
tinggi walaupun ada kultivar yang dilaporkan tahan basa dan salin (Mugnisyah, 1995).
2.7.1. Sistematika Tanaman Kacang Hijau
Kingdom : Plantae
Subkingdom : Tracheobionta
Super Divisi : Spermatophyta
Divisi : Magnoliophyta
Kelas : Magnoliopsida
Sub Kelas : Rosidae
Ordo : Fabales
Famili : Fabaceae (suku polong-polongan)
Genus : Phaseolus
Spesies : Phaseolus radiatus L
Gambar 2.4. Kacang Hijau (www.plantamor.com)
2.7.2. Kandungan Gizi Kacang Hijau
Kacang hijau mempunyai nilai gizi yang cukup baik mengandung vitamin B1 cukup
tinggi (150-400 i.u) dan vitamin A (9 i.u). Kacang hijau yang sudah menjadi
kecambah mengandung vitamin E (tokoferol) yang penting sebagai antioksidan.
Kandungan protein kacang hijau mencapai 24% dengan kandungan asam
amino esensial seperti isoleusin, leusin, lisin, metionin, fenilalanin, treonin, triptofan,
dan valin. Mengandung karbohidrat 58%. Pati kacang hijau terdiri dari amilosa
28,8%, dan amilopektin 71,2%. Kacang hijau merupakan sumber mineral penting,
antara lain kalsium dan fosfor. Sedangkan kandungan lemaknya tersusun dari 73%
asam lemak tak jenuh dan 27% asam lemak jenuh (www.indobiogen.or.id).
2.7.3. Manfaat Kacang Hijau
Kacang hijau mengandung protein tinggi, sebanyak 24%. Dalam menu masyarakat
sehari-hari, kacang-kacangan adalah alternatif sumber protein nabati terbaik. Secara