Siklus Hara Hutan Tropis

by. yusran kapludin. 2010

Sebagian besar hutan alam di Indonesia termasuk dalam hutan hujan tropis. Banyak rahli yang mendiskripsi hutan hujan tropis sebagai ekosistem spesifik, yang hanya dapat berdiri mantap dengan keterkaitan antara komponen penyusunnya sebagai kesatuan yang utuh.  Keterkaitan antara komponen penyusun ini memungkinkan bentuk struktur hutan tertentu yang dapat memberikan fungsi tertentu pula seperti stabilitas ekonomi, produktivitas biologis yang tinggi, siklus hidrologis yang memadai dan lain-lain.  Secara de facto tipe hutan ini memiliki kesuburan tanah yang sangat rendah, tanah tersusun oleh partikel lempung yang bermuatan negatif rendah seperti kaolinite dan illite.  Kondisi tanah asam ini memungkinkan besi dan almunium menjadi aktif di samping kadar silikanya memang cukup tinggi, sehingga melengkapi keunikan hutan ini.  Namun dengan pengembangan struktur yang mantap terbentuklah salah satu fungsi yang menjadi andalan utamanya yaitu ”siklus hara tertutup” (closed nutrient cycling) dan keterkaitan komponen tersebut, sehingga mampu mengatasi berbagai kendala/keunikan tipe hutan ini Kondisi tanah hutan ini juga menunjukkan keunikan tersendiri. Aktivitas biologis tanah lebih bertumpu pada lapisan tanah atas (top soil). Aktivitas biologis tersebut sekitar 80% terdapat pada top soil saja. Kenyataan-kenyataan tersebut menunjukkan bahwa hutan tropika basah merupakan ekosistem yang rapuh (fragile ecosystem), karena setiap komponen tidak bisa berdiri sendiri. Disamping itu dijumpai pula fenomena lain yaitu adanya ragam yang tinggi antar lokasi atau kelompok hutan baik vegetasinya maupun tempat tumbuhnya (Marsono, 1991)

Siklus Hara/Biogeokimia

Biogeokimia adalah pertukaran atau perubahan yang terus menerus, antara komponen biosfer yang hidup dengan tak hidup.  Dalam suatu ekosistem, materi pada setiap tingkat trofik tidak hilang. Materi berupa unsur-unsur penyusun bahan organik tersebut didaur-ulang. Unsur-unsur tersebut masuk ke dalam komponen biotik melalui udara, tanah, dan air.

Aliran energy dan zat-zat kimia yang merupakan suatu proses integrasi fungsional, yang keduanya merupakan suatu pasangan karena energy disimpan dlam ikatan kimia. Aliran ini terjadi diantara tingkat tropic serta komponen-komponen biotik dan abiotik mengabungkan ekosistem de dalam suatu unit fungsional. Ketika energy dilepaskan melalui proses pernapasan, maka senyawa-senyawa yang terlibat mengalami degradasi, dan unsur-unsur kimiawinya dilepaskan  kehabitat, yang dapat digunakan kembali. Aliran kimiawi ini disebut juga siklus mineral atau siklus biogeokimia yang merupakan Daur ulang materi tersebut melibatkan makhluk hidup dan batuan (geofisik) yang ada dialam. . (Irawan Djamal. Z.,2007)

Fungsi Daur Biogeokimia adalah sebagai siklus materi yang mengembalikan semua unsur-unsur kimia yang sudah terpakai oleh semua yang ada di bumi baik komponen biotik maupun komponen abiotik, sehingga kelangsungan hidup di bumi dapat terjaga .

Siklus biogeokimia atau siklus organic – anorganik adalah siklus unsur atau senyawa kimia yang mengalir dari komponen abiotik ke biotik dan kembali lagi ke komponen abiotik. Siklus unsur-unsur tersebut tidak hanya melalui organisme, tetapi jugs melibatkan reaksireaksi kimia dalam lingkungan abiotik sehingga disebut siklus biogeokimia. Siklus-siklus tersebut antara lain: siklus air, siklus oksigen, siklus karbon, siklus nitrogen, dan siklus sulfur.

Pengetahuan mengenai perjalanan semua senyawa organik yang terdapat dalam geosfer, mulai asal usulnya dari bakteri, terikatnya senyawa organik ke dalam batuan sedimenter dan tersimpan dalam periode geologi tertentu, sampai kembali ke permukaan bumi, yang kesemuanya itu melibatkan berbagai proses transformasi biokimia dan geokimia

Di alam diketahui ada + 100 unsur kimia, tetapi hanya 30 – 40 unsur yang sangat diperlukan makhluk hidup. Unsur-unsur kimia, termasuk unsur utama dari protoplasma, cenderung untuk bersikulasi dalam biosfer dengan pola tertentu dari lingkungannya ke organisme & kembali lagi ke lingkungan  dikenal dengan SIKLUS BIOGEOKIMIA dan Pergerakan unsur-unsur dan senyawa-senyawa anorganik yang penting untuk menunjang kehidupan dikenal dengan SIKLUS HARA (Irawan Djamal. Z.,2007)

Masing-masing siklus tersebut terdiri atas 2 kompartemen atau 2 pool, yaitu :

1.  Reservoir pool : besar, lambat bergerak, umumnya bukan komponen ekologi

2.  Exchange/Cycling pool : kecil, tapi lebih aktif bertukar dengan cepat antara organisme dengan lingkungannya.

Dari sudut biosfer secara keseluruhan, siklus biogeokimia terdiri atas :

a)     Tipe gas dimana reservoir adalah di atmosfer atau hidrosfer (lautan).

misal : siklus carbon (CO2) & siklus nitrogen (N)

b)     Tipe sedimen dimana reservoir adalah kerak bumi

misal : siklus fosfor

Menurut K Hairiah et all bahwa sistem hutan alami memiliki siklus hara tertutup, dalam arti unsur hara yang dibutuhkan untuk pertumbuhan vegetasi hutan diambil dari tanah, dan sebagian besar unsur hara tersebut dikembalikan lagi ke dalam tanah melalui daun, ranting atau cabang yang gugur. Dalam sistem tersebut, jumlah kehilangan hara melalui pencucian dan erosi sangatlah kecil, sebagian besar cadangan hara tersimpan dalam vegetasi di atas tanah. Ketika hutan alami dibuka menjadi lahan pertanian, baik melalui kegiatan tebang bakar ataupun penggunaan alat-alat berat, sebagian besar cadangan hara pada lahan tersebut menjadi hilang. Seiring dengan itu, sifat-sifat tanah yang lain juga berubah. Siklus hara yang semula tertutup menjadi  terbuka, mencerminkan semakin meningkatnya ketidakseimbangan antara unsur hara yang diambil dengan yang dikembalikan ke dalam tanah.

Sebagai contoh, tanah menjadi putih dan keras setelah 3-5 tahun hutan dibuka untuk lahan pertanian, dan akhirnya hanya untuk ubikayu. Hal ini terjadi karena sebagian besar biomasa hasil tanaman semusim diangkut ke luar petak, sebagai hasil panen dan sisa panen digunakan untuk pakan ternak.  Dengan demikian kandungan bahan organik tanah yang berfungsi sebagai penyangga hara dan air semakin rendah.

Hutan yang mempunyai berbagai macam fungsi dan tipe pada dasarnya tidak terlepas pada jumlah dan kondisi jenis pohon yang ada didalamnya. Tingkat kuantitas dan kualitas jenis pohon yang mendominasi ini tidak terlepas dari kemampuan suatu jenis untuk dapat tumbuh, sehingga konsep pertumbuhan menjadi penting. Pertumbuhan pohon menurut Fakuara (1990), adalah bertambahnya masa sel (nutrien dan air) yang tidak dapat kembali lagi (tidak susut). Tingkat pertumbuhan suatu jenis (Delvian, 2006).

Salah satu terobosan untuk mempertahankan kondisi hutan, faktor dasar keberadaan hutan harus diperhatikan, yang diantaranya adalah siklus hara hutan. Dalam mengkaji kondisi siklus hara ini pohon tetap dijadikan dasar sebagai kajian untuk mengembangkan pohon dan pertumbuhannya. Berbagai masalah yang jarang diungkapkan dari siklus hara ini akan dapat mengakibatkan kesalahan dalam mengembangkan konsep tanaman yang sesuai untuk ditanam di suatu daerah atau areal. Untuk itu sangat dirasakan perlunya mengkaji tentang pengaruh siklus hara terhadap pertumbuhan, kondisi dinamika hara pengusahaan hutan tanaman industri, akumulasi hara pada biomassa hutan, pengaruh siklus hara terhadap proses uptake dan pertumbuhan pohon, yang pada akhirnya dicoba untuk melakukan rekayasa terhadap perbaikan kondisi hara untuk menunjang kebutuhan hara bagi suatu tanaman untuk pengembangan hutan tanaman industri.

Pohon akan dipengaruhi oleh faktor biotik (mikroorganisme, tumbuhan dan hewan) dan abiotik (iklim dan tanah) yang sering dikenal sebagai faktor luar pertumbuhan. Faktor lainnya adalah faktor dalam pertumbuhan yaitu struktur tumbuhan (sel), jaringan, organ dan organisme) dan fungsi tumbuhan. Dalam suatu konsep pertumbuhan, kebutuhan dan suplai hara menjadi penting, sebagai suatu faktor yang dapat membangun suatu pohon. Ekosistem hutan merupakan suatu sistem terbuka, sehingga elemen-elemen kimiawi dapat masuk dan keluar dari sistem untuk menjadi mata rantai siklus yang lebih luas dan bersifat global. Namun demikian ada kecenderungan sejumlah elemen beredar secara terus-menerus dalam ekosistem dan menciptakan suatu sistem siklus internal. Siklus ini dikenal sebagai siklus biogeokimia karena prosesnya menyangkut perpindahan komponen bukan jasad (“geo”) ke komponen jasad (“bio”) dan kebalikannya (Odum, 1971; Likens et al, 1877; Bruijnzell, 1983; Brinkman, 1985). Dalam (Delvian, 2006).

Siklus biogeokimia hutan terdiri dari suatu rangkaian proses yang paling andal, yang merupakan sistem perpindahan unsur-unsur hara diantaranya kompartimennya. Secara sederhana kompartimen yang dapat memindahkan dan mengakumulasikan unsur-unsur hara adalah : (a) atmosfir, (b) biomassa, baik yang ada di dalam maupun dipermukaan tanah, (c) lantai hutan, (d) kompleks pertukaran hara liat dan unsur-unsur hara tersedia dalam tanah, (e) mineral- mineral dan batuan dalam tanah. Diperolehnya data kuantitatif mengenai elemen- elemen hara yang dapat dipindahkan, diakumulasikan atau hilang dari tiap kompartimen suatu ekosistem hutan akan sangat bermanfaat dalam membuat peramalan-peramalan terhadap kondisi masa datang ekosistem hutan yang bersangkutan sebagai produk dari perubahan-perubahan yang terjadi sehubungan dengan penggunaannya (Ruhiyat, 1993).

Untuk itu kemampuan suatu tanaman untuk dapat menyerap hara melalui proses pasif maupun aktif merupakan faktor yang penting bagi tumbuhan untuk meningkatkan pertumbuhannya. Pertumbuhan pohon yang baik akan meningkatkan pertumbuhan hutan secara keseluruhan, baik itu dalam bentuk hutan tanaman maupun hutan alam. Sehingga dalam upaya mengembangkan hutan tanaman industri, kondisi siklus hara, penyerapan hara oleh tanaman merupakan suatu faktor penting yang tidak boleh diabaikan.

Panen batang kayu dan kulit menyebabkan hilangnya unsur hara (pengangkutan keluar). Besarnya kehilangan ini tergantung pada volume panen dan level unsur hara spesifik spesies yang terdapat pada batang kayu dan kulit. Hilangnya unsur hara saat pemanenan mempunyai dampak yang penting pada siklus unsur hara pada hutan tanam industri.

Mempersiapkan budget unsur hara bermanfaat untuk membandingkan input dan output unsur hara dalam suatu ekosistem (dalam kasus ini hutan tanam cepat-tumbuh). Dari hasil neraca ini dapat diambil kesimpulan mengenai stabilitas ekosistem yang bersangkutan. Jika neracanya negatif, maka hutan tanam ini tidak dapat dikelola secara berkesinambungan. Input dan output unsur hara (atau aliran-aliran unsur hara) yang dipertimbangkan dalam memperhitungkan neraca unsur hara mencakup parameter-parameter, baik yang dipengaruhi manajemen maupun tidak. Parameter-parameter yang tidak dipengaruhi manajemen mencakup input unsur hara dari curahan hujan, pelapukan silikat dan pengikatan N secara biologis serta output unsur hara yang diakibatkan oleh pencucian tanah (disebut aliran dasar). Parameter- parameter yang dipengaruhi manajemen antara lain output unsur hara dari panen (dikeluarkan bersama hasil panen), pencucian tanah akibat manejemen, erosi dan juga pembakaran sisa penebangan (penguapan dan abu). Dalam analisa status unsur hara makro (N, P, K, Ca, Mg), output biasanya lebih tinggi daripada input, yang mengakibatkan neraca unsur hara yang negatif. unsur hara yang hilang pada saat pemanenan), tergantung intensitas jarak tanam dan juga jenis pohon.

Dengan membandingkan jumlah unsur hara yang hilang pada saat pemanenan dan persediaan unsur hara spesifik tapak (disebut neraca panen), dapat dilihat bahwa sejumlah besar kation basa (K, Ca, Mg) hilang dari ‘sistem’ hutan tanaman selama pemanenan. Neraca panen tergantung dari variabel-variabel input berupa volume panen serta persediaan unsur hara dalam tanah dan tegakan. Pada tanah yang miskin unsur hara seperti contohnya alisol/acrisol atau ferralsol, apabila diasumsikan volume panen sebesar 200 m3/ha, maka 18-30% dari pasokan Ca dan K yang tersedia hilang pada tegakan Acacia mangium setelah satu rotasi. Dengan asumsi produktivitas adalah linear, maka dengan kehilangan rata-rata sebesar 20% berarti pasokan elemen yang ada akan habis setelah 5 rotasi. Output unsur hara yang berkelanjutan akan menyebabkan degradasi tanah, yang mengakibatkan turunnya produktivitas. (Mackensen. J, 2000)

Salah satu faktor penyebab pengurasan persedian hara tanah karena adanya aliran hara keluar ekosistem hutan tanaman yang berupa kehilangan unsure hara pada saat pemanenan, yaitu berupa kandungan unsur hara  dalam batang dan kulit kayu yang dikeluarkan dari lahan (Ruhiyat, 1993a) dalam (Ruhiyat D. 2008)

Jenis pohon merupakan salah satu faktor yang mempengaruhi besarnya akumulasi hara pada biomassa tegakan hutan (Setto dan Madgwick, 1982) unsure-unsur hara yang dibobilisasikan pada vegetasi cendrung meningkat seiring dengan makin dewasanya tegakan (Ruhiyat, D. 1993b) dalam (Ruhiyat, D. 2008)

Pengukuran biomassa tegakan hanya dilakukan pada komponen-komponen yang berada di atas permukaan tanah (above ground biomass) meliputi komponen batang, cabang, ranting, daun dan kulit. Penaksiran jumlah biomasa tegakan dilakukan dengan metode sub sampling seperti yang dikemukakan oleh Madgwick (1976)  Selanjutnya jumlah unsure hara (N, P, K, Ca, dan Mg ) yang terakumulasi pada pohon dihitung dari hasil analisis kimia terhadap contoh komponen – komponen daun, cabang, ranting, batang serta kulit. (Ruhiyat, D. 2008)

PROSES  SIKLUS HARA

Siklus hara adalah suatu proses suplai dan penyerapan dari senyawa kimia yang dibutuhkan untuk pertumbuhan dan metabolisme (Mengel et al., 1987). Hara essensial yang dibutuhkan oleh tumbuhan tinggi adalah unsur bahan anorganik alam. Kebutuhan akan bahan anorganik bagi tumbuhan tinggi (pohon) membedakannya dengan organisme lainnya seperti manusia, hewan dan beberapa mikroorganisme yang membutuhkan bahan makanan organik (Mengel et al,. 1987). Menurut Binkley (1987) bahwa proses siklus hara mencakup proses mikroklimat, kualitas kimia dari bahan organik, status kimia dari tanah dan aktivitas binatang. Pada dasarnya proses siklus hara merupakan konsep aliran elektron. Kecenderungan dari kandungan kimia untuk menyumbangkan elektron adalah terminologi dari potensial elektroda, potensial reduksi, atau sebagai potensial redoks.  (Delvian, 2006).

  1. a. SIKLUS NITROGEN

Siklus nitrogen merupakan siklus hara yang dominan pada hutan. Nitrase-N dapat tercuci pada beberapa kondisi iklim dan cuaca. Terjadinya proses oksidasi dan reduksi utama pada nitrogen lebih komplek dibandingkan pada phosfor. Proses siklus nitrogen, terdiri dari enam proses utama yaitu : a) Fiksasi Nitrogen, b) Assimilasi Amonium, c) Ammonifikasi, d) Nitrifraksi, e) Reduksi Nitrat, f) Denitrifikasi.  (Delvian, 2006).

Gas nitrogen banyak terdapat di atmosfer, yaitu 80% dari udara. Nitrogen bebas dapat ditambat/difiksasi terutama oleh tumbuhan yang berbintil akar (misalnya jenis polongan) dan beberapa jenis ganggang. Nitrogen bebas juga dapat bereaksi dengan hidrogen atau oksigen dengan bantuan kilat/ petir. Tumbuhan memperoleh nitrogen dari dalam tanah berupa amonia (NH3), ion nitrit (N02), dan ion nitrat (N03). Beberapa bakteri yang dapat menambat nitrogen terdapat pada akar Legum dan akar tumbuhan lain, misalnyaMarsiella  crenata. Selain itu, terdapat bakteri dalam tanah yang dapat mengikat nitrogen secara langsung, yakni A z otobacter  s p. yang bersifat aerob dan                    C lostridium  s p. yang bersifat anaerob. Nostoc sp. dan Anabaena sp. (ganggang biru) juga mampu menambat nitrogen. Nitrogen yang diikat biasanya dalam bentuk amonia. Amonia diperoleh dari hasil penguraian jaringan yang mati oleh  bakteri.  Amonia  ini  akan dinitrifikasi oleh bakteri nitrit, yaitu Nitrosomonas dan  Nitrosococcus sehingga menghasilkan nitrat yang akan diserap  oleh  akar  tumbuhan. Selanjutnya oleh bakteri denitrifikan, nitrat diubah menjadi amonia kembali, dan amonia diubah menjadi nitrogen yang dilepaskan ke udara. Dengan cara ini siklus nitrogen akan berulang dalam ekosistem.

Dalam bidang pertanian, mikroorganisme dapat digunakan untuk peningkatan kesuburan tanah melalui fiksasi N , siklus nutrien, dan peternakan hewan. Nitrogen bebas merupakan komponen terbesar udara. Pembentukan nitrat dari nitrogen ini dapat terjadi karena adanya mikroorganisme. Penyusunan nitrat dilakukan secara bertahap oleh beberapa genus bakteri secara sinergetik.

Sumber : http://gurungeblog.wordpress.com/2008/11/17/daur-biogeokimia/ aksess 23 Nopember 2010

Dalam Dwidjoseputro (2005) dijelaskan bahwa ada beberapa genera bakteri yang hidup dalam tanah (misalnya Azetobacter, Clostridium, dan Rhodospirillum) mampu untuk mengikat molekul-molekul nitrogen guna dijadikan senyawa-senyawa pembentuk tubuh mereka, misalnya protein. Jika sel-sel itu mati, maka timbullah zat-zat hasil urai seperti CO2  dan NH3 (gas amoniak). Sebagian dari amoniak terlepas ke udara dan sebagian lain dapat dipergunakan oleh beberapa genus bakteri (misalnya Nitrosomonas dan Nitrosococcus) untuk membentuk nitrit. Nitrit dapat dipergunakan oleh genus bakteri yang lain untuk memperoleh energi daripadanya. Oksidasi amoniak menjadi nitrit dan oksidasi nitrit menjadi nitrat berlangsung di dalam lingkungan yang aerob. Peristiwa seluruhnya disebutnitrifikasi. Pengoksidasian nitrit menjadi nitrat dilakukan oleh Nitrobacter. Proses nitrifikasi ini dapat ditulis sebagai berikut:

2NH3+ 3O2   Nitrosomonas, Nitrosococcus 2HNO2 + 2H2O + energy

2HNO2 + O2 Nitrobacter HNO3 + energi 2

Selain itu, mikroorganisme ini juga dapat digunakan sebagai agen pembusuk alami, yang akan mendekomposisi sampah-sampah organik menjadi materi inorganik sehingga dapat mengurangi kuantitas sampah, menyuburkan tanah dan dapat menjadi sumber nutrisi bagi tumbuhan .

Berdasarkan hasil analisis yang dilakukan akhir-akhir ini pada sistem agroforestri, ada 3 proses utama yang terlibat dalam siklus hara :  (1) Fiksasi N dari udara: peningkatan jumlah N hasil penambatan dari udara bila tanaman legume yang ditanam, (2) Mineralisasi bahan organik: peningkatan jumlah hara dari hasil mineralisasi serasah dan dari pohon yang telah mati, (3) ‘Serap ulang’ hara: peningkatan jumlah serapan hara dari lapisan bawah oleh akar pepohonan yang menyebar cukup dalam. Akar pepohonan juga mengurangi jumlah kehilangan hara melalui erosi dengan jalan memperlambat laju aliran permukaan dan meningkatkan air infiltrasi karena adanya perbaikan porositas tanah. (Hairiah Kurniatun et all, 2008)

  1. b. SIKLUS POSPOR

Siklus phosfor termasuk campuran organik phosfor, dalam bentuk PO43- (phosfat). Dalam hal ini phosfot termasuk campuran antara atom phosfat dengan oksigen. Phosfat akan mempengaruhi dan tergantung pada pH tanah, yang dalam hal ini merupakan asosiasi antara phosfat dengan H+ dalam bentuk  asam phospot PO43- (Delvian, 2006)

Posfor merupakan elemen penting dalam kehidupan karena semua makhluk hidup membutuhkan posfor dalam bentuk ATP (Adenosin Tri Fosfat), sebagai sumber energi untuk metabolisme sel.Posfor terdapat di alam dalam bentuk ion fosfat (PO43-). Ion Fosfat terdapat dalam bebatuan. Adanya peristiwa erosi dan pelapukan menyebabkan fosfat terbawa menuju sungai hingga laut membentuk sedimen. Adanya pergerakan dasar bumi menyebabkan sedimen yang mengandung fosfat muncul ke permukaan. Di darat tumbuhan mengambil fosfat yang terlarut dalam air tanah Herbivora mendapatkan fosfat dari tumbuhan yang dimakannya dan karnivora mendapatkan fosfat dari herbivora yang dimakannya. Seluruh hewan mengeluarkan fosfat melalui urin dan feses.Bakteri dan jamur mengurai bahan-bahan anorganik di dalam tanah lalu melepaskan pospor kemudian diambil oleh tumbuhan. Sumber : http://gurungeblog.wordpress.com/2008/11/17/daur-biogeokimia/ aksess 23 Nopember 2010

  1. c. SIKLUS  KALIUM

Kalium merupakan unsur hara yang paling aktif untuk bergerak. Pada prosesnya kalium (K) dirubah menjadi ion K+ . Kalium dapat berupa unsur bebas, bentuk ion dalam tumbuhan, dan dalam hubungannya dengan serasah biasanya cepat bergerak dibandingkan dengan unsur lainnya. Pada beberapa tipe hutan dalam hubungannya dengan tanah muda kecenderungan kehilangan unsur K+ adalah sebesar 5 – 10 kg/ha akibat pencucian

SIKLUS SULFUR

Siklus sulfur merupakan siklus yang memiliki kesamaan proses dengan siklus phosfor. Seperti phospat, anion sulfat dapat diserap oleh tanah, yang hasilnya dapat dimanfaatkan. Banyak sulfur dalam tanaman adalah reduksi dari C – S – H, tetapi kandungan dalam bentuk bebas SO42- dan dalam bentuk campuran kimia sangat sulit untuk diidentifikasi. Dan siklus sulfur seperti halnya siklus nitrogen merupakan suatu siklus oksidasi dan reduksi dari sulfur. Berbagai siklus hara utama tersebut akan mempunyai penyediaan dan penangkapan hara yang dibutuhkan oleh tanaman. Proses keberadaan hara akan mempengaruhi proses penangkapan hara baik secara aktif maupun pasif, yang sering diistilahkan dengan prosesuptake aktif dan uptake pasif. Kekurangan hara pada habitat tumbuhan akan menunggu proses tersebut, yang pada akhirnya akan menggannggu kehidupan bagi tumbuhan.  (Delvian, 2006).

Sulfur terdapat dalam bentuk sulfat anorganik. Sulfur direduksi oleh bakteri menjadi sulfida dan kadang-kadang terdapat dalam bentuk sulfur dioksida atau hidrogen sulfida. Hidrogen sulfida ini seringkali mematikan mahluk hidup di perairan dan pada umumnya dihasilkan dari penguraian bahan organik yang mati.Tumbuhan menyerap sulfur dalam bentuk sulfat (SO4).

Perpindahan sulfat terjadi melalui proses rantai makanan, lalu semua mahluk hidup mati dan akan diuraikan komponen organiknya oleh bakteri. Beberapa jenis bakteri terlibat dalam daur sulfur, antara lain Desulfomaculum dan Desulfibrio yang akan mereduksi sulfat menjadi sulfida dalam bentuk hidrogen sulfida (H2S). Kemudian H2S digunakan bakteri fotoautotrof anaerob seperti Chromatium dan melepaskan sulfur dan oksigen. Sulfur di oksidasi menjadi sulfat oleh bakteri kemolitotrof seperti Thiobacillus.

Sumber: http://gurungeblog.wordpress.com/2008/11/17/daur-biogeokimia/ aksess 23 Nopember

  1. e. SIKLUS KARBON

Kandungan karbon di bumi hanya sekitar 0.08 % yang terdapat di litosfer, hidrosfer dan atmosfer, tetapi merupakan unsure yang sangat penting dalam kehidupan. Bentuknya dapat berupa intan dan grafit (bentuk lahirnya karbon), kalsium dan magnesium karbonat (kalsit, batu kapur, dolomit, marbel dan kapur) dan hidrokarbon (gas, minyak dan batubara) Pengkajian karbon di biosfer dan geosfer dimulai dari siklus karbon global.

Pelapukan batuan silikat. Tidak seperti dua proses sebelumnya, proses ini tidak memindahkan karbon ke dalam reservoir yang siap untuk kembali ke atmosfer. Pelapukan batuan karbonat tidak memiliki efek netto terhadap CO2 atmosferik karena ion bikarbonat yang terbentuk terbawa ke laut dimana selanjutnya dipakai untuk membuat karbonat laut dengan reaksi yang sebaliknya (reverse reaction).

Karbon dapat kembali ke atmosfer dengan berbagai cara pula, yaitu: Melalui pernafasan (respirasi) oleh tumbuhan dan binatang. Hal ini merupakan reaksi eksotermik dan termasuk juga di dalamnya penguraian glukosa (atau molekul organik lainnya) menjadi karbon dioksida dan air.

Gambar Siklus Carbon

Sumber: Bahan ajar Biogeokimia, 2010

Model siklus karbon dapat digabungkan ke dalam model iklim global sehingga reaksi interaktif dari lautan dan biosfer terhadap nilai CO di masa depan dapat dimodelkan. Ada ketidakpastian yang besar dalam model ini, baik dalam sub model fisika maupun biokimia (khususnya pada sub model terakhir). Model- model seperti itu biasanya menunjukkan bahwa ada timbal balik yang positif antara temperatur dan CO Sebagai contoh, Zeng dkk. (GRL, 2004) menemukan dalam model mereka bahwa terdapat pemanasan ekstra sebesar 0,6°C (yang atmosferik yang lebih besar). Karbon diambil dari atmosfer dengan berbagai cara: atmosferik yang lebih besar). Karbon diambil dari atmosfer dengan berbagai cara: Ketika matahari bersinar, tumbuhan melakukan fotosintesa untuk mengubah karbon dioksida menjadi  karbohidrat, dan melepaskan  oksigen ke atmosfer. Proses ini akan lebih banyak menyerap karbon pada hutan dengan tumbuhan yang baru saja tumbuh atau hutan yang sedang mengalami pertumbuhan yang cepat.

Pada permukaan laut ke arah kutub, air laut menjadi lebih dingin dan CO2 akan lebih mudah larut. Selanjutnya CO2 yang larut tersebut akan terbawa oleh sirkulasi termohalin yang membawa massa air di permukaan yang lebih berat ke kedalaman laut atau interior laut (lihat bagian solubility pump). Di laut bagian atas (upper ocean), pada daerah dengan produktivitas yang tinggi, organisme membentuk jaringan yang mengandung karbon, beberapa organisme juga membentuk cangkang karbonat dan bagian- bagian tubuh lainnya yang keras. Proses ini akan menyebabkan aliran karbon ke bawah (lihat bagian biological pump).

Melalui pembusukan binatang dan tumbuhan. Fungi atau jamur dan bakteri mengurai senyawa karbon pada binatang dan tumbuhan yang mati dan mengubah karbon menjadi karbon dioksida jika tersedia oksigen, atau menjadi metana jika tidak tersedia oksigen. Melalui pembakaran material organik yang mengoksidasi karbon yang terkandung menghasilkan karbon dioksida (juga yang lainnya seperti asap). Pembakaran bahan bakar fosil seperti batu bara, produk dari industri perminyakan (petroleum), dan gas alam akan melepaskan karbon yang sudah tersimpan selama jutaan tahun di dalam geosfer. Hal inilah yang merupakan penyebab utama naiknya jumlah karbon dioksida di atmosfer. Di permukaan laut dimana air menjadi lebih hangat, karbon dioksida terlarut dilepas kembali ke atmosfer.

Erupsi vulkanik atau ledakan gunung berapi akan melepaskan gas ke atmosfer. Gas-gas tersebut termasuk uap air, karbon dioksida, dan belerang. Jumlah karbon dioksida yang dilepas ke atmosfer secara kasar hampir sama dengan jumlah karbon dioksida yang hilang dari atmosfer akibat pelapukan silikat; Kedua proses kimia ini yang saling berkebalikan ini akan memberikan hasil penjumlahan yang sama dengan nol dan tidak berpengaruh terhadap jumlah karbon dioksida di atmosfer dalam skala waktu yang kurang dari 100.000 tahun.

SIKLUS AIR

Air di atmosfer berada dalam bentuk uap air. Uap air berasal dari air di daratan dan laut yang menguap karena panas cahaya matahari. Sebagian besar uap air di atmosfer berasal dari laut karena laut mencapai tigaperempat luas permukaan bumi. Uap air di atmosfer terkondensasi menjadi awan yang turun ke daratan dan laut dalam bentuk hujan. Air hujan di daratan masuk ke dalam tanah membentuk air permukaan tanah dan air tanah.

Tumbuhan darat menyerap air yang ada di dalam tanah. Dalam tubuh tumbuhan air mengalir melalui suatu pembuluh. Kemudian melalui tranpirasi uap air dilepaskan oleh tumbuhan ke atmosfer. Transpirasi oleh tumbuhan mencakup 90% penguapan pada ekosistem darat.

Hewan memperoleh air langsung dari air permukaan serta dari tumbuhan dan hewan yang dimakan, sedangkan manusia menggunakan sekitar seperempat air tanah. Sebagian air keluar dari tubuh hewan dan manusia sebagai urin dan keringat.  Air tanah dan air permukaan sebagian mengalir ke sungai, kemudian ke danau dan ke laut. Siklus ini di sebutSiklus Panjang. Sedangkan siklus yang dimulai dengan proses Transpirasi dan Evapotranspirasi dari air yang terdapat di permukaan bumi, lalu diikuti oleh Presipitasi atau turunnya air ke permukaan bumi disebut Siklus Pendek

PERSEDIAAN HARA DI ALAM

Pada tapak yang menjadi objek studi, jenis tanah yang dominan adalah alisol dan acrisol (FAO Soil Classification, dalam. WRB 1994). Jenis-jenis tanah ini meliputi lebih dari 80 % dari total area. Alisol dan acrisol adalah jenis-jenis tanah yang telah tua dan telah mengalami berbagai proses alam yang terbentuk terutama pada batuan sedimen. Dalam bagian profil tanah yang menjadi objek studi (0-100 cm), rata-rata nilai CEC adalah 25-26 cmol /kg liat. Kandungan alumunium sangat tinggi, rata-rata mencapai 85 %. Secara umum, menurut pedoman PPT (1983) status hara dapat diklasifikasikan menjadi moderat hingga rendah (dalam Lampiran Tabel 6). Nilai fisik dan kimia spesifik dari tanah telah didiskusikan oleh Mackensen (1998) dan Ohta et.al. (1992). Dalam (Mackensen, 2000)

Penyebaran distribusi alisol dan acrisol tergantung dari tekstur tanah. Jika substratumnya berpasir, maka prosentase acrisolnya semakin miskin, sementara alisol lebih dominan pada tanah liat. Karena kesamaan dalam lapisan-lapisan geologinya dan kemiripan definisinya dalam sistem klasifikasi yang digunakan, tidak mungkin untuk memisahkan kedua jenis tanah tersebut pada suatu lokasi secara jelas. Jenis tanah bervariasi bahkan pada tapak yang sempit sekalipun. Secara umum status hara berubah sesuai dengan posisi pada lereng (kemiringan). Pada pertengahan dan bagian bawah lereng, persediaan hara terutama kation M lebih tinggi 2-10 kali lipat daripada bagian atas dan puncak lereng. Karena panjang lereng pada areal studi umumnya pendek (50- 200 m), maka tidak mungkin untuk membedakan jenis-jenis tapak/tanah menurut reliefnya. Pada penilaian kualitas lahan, dapat diasumsikan bahwa tanah yang liat lebih baik status haranya bila dibandingkan dengan tanah yang berpasir. Ferralsol dan arenosol meliputi hanya sebagian kecil dareah yang menjadi objek studi. Ferralsol adalah tanah yang telah mengalami berbagai proses alam dan berbeda dari alisol/acrisol karena mempunyai nilai CEC  yang rendah (<12 cmol /kg liat). Arenosol juga mempunyai nilai CEC  yang sangat rendah karena kandungan pasirnya yang tinggi. Mereka meliputi 10-15 % dari total area. Kedua jenis tanah ini biasanya ditemukan pada tapak yang landai dan dapat dibedakan secara mudah karena kandungan pasirnya yang tinggi. Dalam bagian profil tanah yang dipelajari, kandungan liatnya sebesar < 20%. Berbeda dengan jenis tanah lain, jenis-jenis tanah ini umumnya miskin hara karena kandungan kaolin yang tinggi dan nilai CEC  yang rendah (2,5 cmol /kg tanah). Nilai pH mereka sendiri sedikit lebih tinggi daripada alisol/acrisol, dan rata-rata saturasi aluminium pada tanah-tanah ini berkisar antara 70-80%. Tanah azonal, seperti calcisol yang muncul pada batuan kapur atau fluvisol yang ditemukan pada lembah-lembah, diperlakukan secara terpisah. Kedua jenis tanah ini mencakup kurang dari 5% dari areal studi. Areal Calcisols juga cukup luas, sehingga dapat diperlakukan secara terpisah. Sebaliknya, fluvisol hanya ditemukan di lembah-lembah, biasanya pada tapak yang sempit, perlakuan yang berbeda untuk jenis ini tidak memungkinkan dari segi ekonomi. Fluvisol dan calcisols adalah jenis-jenis tanah dengan persediaan hara yang baik. Namun, berdasarkan kriteria-kriteria PPT (1983), pasokan K pada calcisol adalah rendah, begitu juga pada alisol dan acrisol (lihat Lampiran, Tabel 6). Nilai CEC pada calcisol sangat tinggi, mencapai > 85 cmol /kg liat. Nilai PH berkisar antara 5 sampai 7. (Mackensen, 2000)

Persediaan hara tanah yang tersedia untuk tanaman adalah fungsi dari konsentrasi elemen-elemen, jumlah bebatuan dan kepadatan tanah. Kepadatan tanah mencapai rata-rata 1,3 cm/g pada permukaan dan 1,5 cm/kg pada lapisan bawah. Dalam hal ini, perbedaan antara tanah liat dan pasir adalah kecil. Jumlah bebatuan adalah rendah, kecuali pada tanah calcisol. Rata-rata persediaan hara dalam tanah ditemukan paling rendah pada ferralsol/ arenols, lebih tinggi pada acrisol dan paling tinggi pada alisol.Calcisol mempunyai tingkat C, P, Ca dan Mg yang lebih tinggi daripada jenis tanah lain. Pada kelompok jenis tanah yang utama dari acrisol/alisol, lebih banyak ditemukan persediaan hara pada tanah liat daripada tanah berpasir (dalam Mackensen 1998). Dalam (Mackensen, 2000)

Di dalam ekosistem, hubungan tanah, tanaman, hara dan air merupakan bagian yang paling dinamis. Tanaman menyerap hara dan air dari dalam tanah untuk dipergunakan dalam proses-proses metabolisme dalam tubuhnya. Sebaliknya tanaman memberikan masukan bahan organik melalui serasah yang tertimbun di permukaan tanah berupa daun dan ranting serta cabang yang rontok. Bagian akar tanaman memberikan masukan bahan organic melalui akar-akar dan tudung akar yang mati serta dari eksudasi akar. Di dalam sistem agroforestri sederhana, misalnya sistem budidaya pagar, pemangkasan cabang dan ranting tanaman pagar memberikan masukan bahan organik tambahan. Bahan organik yang ada di permukaan tanah ini dan bahan organik yang telah ada di dalam tanah selanjutnya akan mengalami dekomposisi dan mineralisasi dan melepaskan hara tersedia ke dalam tanah. Istilah siklus hara ini di dalam sistem agroforestri sering diartikan sebagai penyediaan hara secara terus menerus (kontinyu) bila ditinjau dari konteks hubungan tanaman-tanah. Dalam konteks yang lebih luas, penyediaan hara secara kontinyu ini melibatkan juga masukan dari hasil pelapukan mineral tanah, aktivitas biota, dan transformasi lain yang ada di biosfir,lithosfir dan hidrosfir..

Hara hasil mineralisasi dari bahan organik tanah (BOT), mineral tanah dan dari pemupukan memasuki pool hara tersedia dalam tanah.  Hara tersedia selanjutnya dapat diserap oleh tanaman, atau mengalami imobilisasi karena adanya khelat oleh bahan organik tanah atau mineral tanah. Hara tersedia yang berada di dalam larutan tanah dapat terangkut oleh pergerakan air tanah keluar dari jangkauan perakaran tanaman sehingga menjadi tidak tersedia bagi tanaman. Dengan kata lain hara tersebut telah mengalami pencucian (leaching). Beberapa hara terutama dalam bentuk anion sangat lemah diikat oleh partikel liat dan memiliki tingkat mobilitas tinggi (misalnya nitrat), sehingga hara ini mudah mengalami pencucian. Di lain pihak hara dalam bentuk kation (misalnya kalium), gerakannya sangat ditentukan oleh kapasitas pertukaran tanah.

Di dalam ekosistem hutan alami tercipta “siklus hara tertutup” yaitu suatu sistem yang memiliki jumlah kehilangan hara lebih rendah dibandingkan dengan jumlah masukan hara yang diperoleh dari penguraian seresah atau dari serap ulang (recycle) hara pada lapisan tanah dalam. Atau dengan kata lain sistem hutan tersebut memiliki daya serap ulang yang tinggi (Hairiah Kurniatun et all, 2008)

(efisiensi penggunaan hara tinggi), sedang sistem pertanian memiliki siklus hara yang ‘terbuka’ atau ‘bocor’ karena memiliki jumlah kehilangan hara yang besar. Sistem agroforestri berada diantara ke dua sistem tersebut di atas.

Pada dasarnya unsur hara dapat berasal dari vegetasi hutan dan juga suplai dari atmosfir. Unsur hara dari atmosfir merupakan pasokan penting ke dalam ekosistem hutan selain yang bersumber dari pelapukan mineral batuan induk. Bagi wilayah- wilayah yang perkembangannya telah lanjut, mineral-mineral kaya hara khususnya golongan silikat primer umumnya telah tuntas terdekomposisi. Yang tinggal adalah mineral resisten pelapukan sebangsa kwarsa. Dengan demikian bagi wilayah tanah senil seperti sebagian besar Kalimantan Timur, masukan hara atmosfir menjadi sangat penting bagi vegetasi hutan. Studi-studi mengenai produksi primer ekosistem hutan telah dilakukan sejak dua dasawarsa yang lalu. Para ahli biologi umumnya mengkonsentrasikan penelitiannya terhadap proses-proses fisiologi tumbuhan. Dilain pihak, para ahli dibidang kehutanan cenderung mengarahkan penelitiannya terhadap hasil hutan berupa kayu yang dapat Siklus hara adalah suatu proses suplai dan penyerapan dari senyawa kimia yang dibutuhkan untuk pertumbuhan dan metabolisme (Mengel et al., 1987). Hara essensial yang dibutuhkan oleh tumbuhan tinggi adalah unsur bahan anorganik alam. (Delvian, 2006).

 

4 responses »

  1. Soewarno HB says:

    Bagus dan terima kasih, saya minta ijin untuk memaakainya sebagai sumber bahan ajar. Salam

  2. Hafiz Ardian says:

    Bagus dan terima kasih, saya minta ijin untuk memaakainya sebagai sumber bahan ajar. Salam

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s