Sejarah Cuaca dan Iklim

Ilmu iklim (Klimatologi) sekaligus merupakan ilmu tua maupun muda. Ia merupakan ilmu setua manusia dimana mereka sejak semula berusaha mempelajari lingkungannya. Sedangkan ia dikatakan muda karena mulai benar-benar diperhatikan secara intensif setelah penemuan kapal terbang, radio, dan radar. Manusia primitif sangat dipengaruhioleh fenomena-fenomena cuaca dan iklim akan tetapi sama sekali tidak dapat menjelaskan secara logika. Kepercayaan-kepercayaan pada saat itu membantu menerjemahkan keajaiban-keajaiban atmosfer, seperti hujan, angin, dan kilat. Pada permulaan peradaban manusia seringkali nama dewa-dewa digunakan untuk nama-nama unsur iklim penting. Misalnya untuk orang Yunani kuno Dewa Boreas merupakan pengatur angin utara (Critchfield, 1968), Dewa Ra merupakan dewa matahari untuk orang-orang Mesir kuno, sedang untuk orang Jawa mengatakan bahwa Batara Surya merupakan pengatur matahari. Yupiter Pluvius merupakan dewa hujan untuk orang-orang Romawi, atau Batara Narada untuk orang Jawa kuno. Thor merupakan dewa guntur untuk orang-orang Norse. Orang-orang Indian di daerah kering Amerika Serikat masih tetap menyelenggarakan pesta tari-tarian untuk memohon hujan pada dewa-dewa. Sedangkan di Jawa masih sering diadakan pertunjukkan wayang kulit dengan ceritera “Pecahing Watu Gunung” untuk memohon hujan.

Orang-orang Yunani kuno terutama filsuf-filsufnya menunjukkan perhatian besar terhadap klimatologi dan meteorologi. Dan kenyataannya dua kata tersebut berasal dari perkataan Yunani. Secara harfiah meteorologi menyatakan pada benda di atas dan termasuk meteor dan fenomena optic. Klimatologi, berasal dari kata Yunani  Klima  yang menunjukkan pada kemiringan khayal bumi dan kira-kira sama dengan konsep kita tentang garis lintang dan logos berarti mempelajari (study). Pembagian dunia menjadi lima mintakat (zone) iklim (torrid, utara sedang-selatan sedang dan utara beku-selatan beku) di buat oleh  Parmenides yang hidup dalam abad kelima sebelum masehi. Orang Yunani lain yang sangat membantu dalam bidang ilmu-ilmu ini ialah Hippocrates yang bekerja pada klimatologi kesehatan, dengan bukunya Air, Water and Places ditulis 400 tahun sebelum Masehi dan Aristoteles dengan bukunya Meteorologica yang dikarang 350 tahun sebelum Masehi.

Berabad-abad pemnicaraan tentang cuaca dikembangkan dalam hubungannya dengan hujan angin (storms), dan keadaan atmosfer lain sampai pada taraf ukuran bulan dan posisi orbit bumi. Beberapa pengetahuan tentang cuaca pada waktu yang lain berdasar pada ketajaman observasi tentang keadaan cuaca yang sering berulang dan terutama sekali mendasarkan diri pada logika. Periode seperti ini dalam perkembangan meteorology dan klimatologi berakhir pada permulaan abad ke-17, pada waktu diketemukannya alat-alat pengukur, dan hasil pengukuran ini merupakan dasar dalam menguraikan iklim secara lebih teliti dan untuk analisa-analisa ilmiah tentang fenomena-fenomena cuaca. Ada dua alat yang menandai titik balik dalam hal mengetahui atmosfer dan proses serta perubahan-perubahan di dalamnya. Dalamtahun 1953 Galileo membuat thermometer dan dalam tahun 1643 muridnya Toricelli menemukan prinsip-prinsip barometer air raksa. Penyempuranaan alat-alat ini terus-menerus berlangsung sampai diketemukannya alat pengukur cuaca yang lebih rumit. Secara cepat pengamatan dengan alat-alat dapat dikerjakan dan dicatat dan memungkinkan data cuaca untuk tempat dan waktu yang berbeda. Salah satu peta yatahun 1686 untuk melengkapi ceriteranya tentang angin pasat dan angin musim. Pada tahun 1800 pengamatan cuaca secara serentak, tetapi masih terbatas yaitu baru pada 12 tempat di Eropa dan 5 tempat di Amerika Serikat. Pengamatan-pengamatan yang dilakukan hamper tidak mengalami perubahan sampai abad ke-19. Di samping ada perubahan-perubahan cara pengamatan juga ada penambahan jumlah alat. Namun sampai saat ini khususnya untuk daerah-daerah pedalaman dan lautan jumlah alat pengukur cuaca ini masih sangat terbatas. Apalagi untuk negara-negara yang masih terbelakang. Perubahan terbesar dalam penggunaan data meteorology terjadi setelah berkembangnya telegraf dalam tahun 1830.

Di negeri Belanda  Buys-Ballot seorang guru besar di Universitas Utrecht mulai dengan kompilasi peta cuaca harian dalam tahun 1852.

Admiral Fitzboy membuat formulasi pertama-tama tentang hubungan tekanan udara dan hujan angin (storm) dan membuat peramalan yang teliti tentang hujan angin di Inggris atas dasar peta cuaca dalam tahun 1861

Di Amerika Serikat Institut Smithsonia mulai mengumpulkan data cuaca dan kemudain mengeplotnya dalam peta pada tahun 1865. Sedangkan Cheveland Abbe membuat peta peramalan pada tahun 1869-1870.

Dalam abad ke-19 penemuan beberapa prinsip yang berhubungan dengan masalah gas dan perputaranatmosfer bertindak sebagai dasar untuk meteorologi teori. Kira-kira dalam tahun 1850  Heinrich Wilhelm Dove dari Jerman mengembangkan suatu pendapat bahwa hujan angin terjadi jika udara dari daerah tropika dan kutub datang bersama-sama. Pengkajian tentang peta iklim dunia dan arus laut yang dikerjakan Mattew Maury di Amerika Serikat memungkinkan mengurangi waktu berlayar dari Inggris ke Australia dari empat bulan menjadi tiga bulan. Dalam perang saudara di Amerika Serikat Sir Francis Galton dari Inggris mengemukakan adanya antisiklon di daerah lintang tengah.

Dalam tahun 1857 Buys-Ballot mengumumkan hukumnya yang terkenal yang berhubungan dengan agihan (distribusi) angin dalam hubungannya dengan tekanan udara. Jika saudara berdiri membelakangi arah angi yang datang dari belahan bumi utara tekanan udara rendah akan berada di kiri saudara.

Sebagian besar hokum-hukum peramalan yang terdahulu hanya dapt dimanfaatkan secara local, oleh karena mereka didasari pada kebiasaan dengan keadaan sekeliling dan rata-rata pola cuaca daripada analisa gerakan-gerakan atmosfer secara umum. Sampai dengan Perang Dunia I, kemajuan dalam hal pengembangan jumlah dan kualitas pengamatan dan pencatatan, yang ini semua sangat penting sebagai dasar untuk pengkajian (studies) teori tentang meteorology dan klimatologi.

Kelancaran kemajuan meteorologi sekarang ini sebenarnya terjadi pada waktu orang dapat mencapai atmosfer bagian atas. Baik kapal terbang maupun radio memegang peranan penting dalam pengembangannya. Pada akhir Perang Dunia I Vilhem Bjerknes dan anaknya Jacob mengemukakan teori front di Norwegia. Di Amerika Serikat hal ini diikuti dengan pengkajian intensif tentang udara lapisan atas di bawah pimpinan Carl-Gustan Rossby, penerbangan merupakan sarana sangat penting, karena dapat mengamati udara bagian atas.

Untuk Keperluan observasi meteorologi, kapal terbang diganti oleh balon, roket, dan satelit dan alat-alat elektronik lainnya yang mengembangkan pengetahuan udara bagian atas sampai tempat yang cukup tinggi.

Sebagai hasilnya teori-teori tentang perputaran atmosfer selalu saja perubahan-perubahan iklim, seperti halnya perubahan-perubahan cuaca harian menyebabkan makin meningkatnya penggunaan informasi sifat-sifat fisika, kimia dan kelistrikan atmosfer bagian atas. Peramalan cuaca yang semula melihat kembali pengamatan-pengamatan permukaan (surface observation) setengah abad yang lalu, sekarang berdasar pada atmosfer tiga dimensi.

Penelitian cuaca dan iklim sekarang ini telah meluas, meliputi di satu pihak penelitian keadaan atmosfer pada lapisan yang tinggi dan di lain pihak oengkajian yang terperinci/teliti lapisan udara yang sangat tipis dekat permukaan tanah, air dan/atau tanaman. Di sinilah ilmu meteororlogi dan klimatologi sampai pada tingkat perkembangan yang sesungguhnya dengan ditandai tumbuhnya pengguanaan praktis atas penemuan dan tekniknya dalam aktivitas manusia.

Pengetahuan tentang cuaca dan iklim sedang dimanfaatkan dalam pemecahan masalah yang cukup tersebar, seperti desain terbaik untuk rumah tempat tinggal waktu tanam terbaik untuk tanaman, pakaian terbaik untuk angkatan perang yang cocok untuk seluruh dunia dan menentukan keadaan yang cocok untuk peluncuran kendaraan ruang angkasa.

Pertukaran-pertukaran informasi yang meluas tentang cuaca dan iklim sekarang dikoordinasi oleh WMO (World Meteorological Organization) suatu badan khusus milik PBB yang berkedudukan di Geneva, Swiss. WMO berdiri pada tahun 1951, berkembang dari International Meteorological Organization yang didirikan pada tahun 1878. Di Amerika Serikat Weather Bureau merupakan organisasi utama untuk pengumpulan, analisa dan penyebaran informasi cuaca dan iklim. Sedang di Indoesia ditangani oleh Pusat Meteorologi dan Geofisika yang berkedudukan di Jakarta. Dalam usaha melaksanakan tujuannya Pusat Meteorologi dan Geofisika ini bekerja sama dengan berbagai badan baik swasta maupun pemerintah. Pusat Meteorologi dan Geofisika dulunya bernama Lembaga Meteorologi dan Geofisika. Kalau dilihat adanya perubahan-perubahan nama ini memberikan petunjuk makin meningkatnya permintaan pelayanan cuaca seperti teknik pengamatan, peramalan dan penggunaan informasi cuaca yang telah berkembang sejak abad yang lalu.

Sejarah Meteorologi Pertanian

Segera setelah Rene Reamur mengumumkan skalanya, untuk thermometer pada tahun 1730 ia mulai mengkajinya pada hubungan antara suhu dan tanaman. Penemuannya yang diketahui sebagai konstante panas Reamur diterbitkan dalam tahun 1735 dan selanjutnya harga ini digunakan secara meluas pada bidang pertanian. Pengkajian unsur cuaca tunggal seperti temperature yang digunakan oleh Reamur dalam hal konstante panas Reamur dapat disempurnakan secara luas dengan menggunakan metode statistik dan sedikit pertimbangan telah diberikan terhadap pentingnya prinsip-prinsip fisiologi dan hukum-hukum fisika. Perlu juga ditekankan, bahwa pengembangan meteorology pertanian lebih banyak tergantung pada pengertian akan tanggapan biologi terhadap fisika daripada pengertian lingkungan fisiknya sendiri.

Suatu kemajuan yang terjadi dalam pengkajian tanggapan biologi membantu lebih banyak terhadap perkembangan dari meteorology murni. Beberapa penemuan penting dan ilmiah yang berhubungan dengan tanggapan biologi terutama dalam ilmu tanaman, secara garis besar sebagai berikut. Tahun 1919, Gardner dan Allard menemukan fotoperiodisitas yaitu tanggapan tumbuhan terhadap panjang hari atau panjang pencahayaan. Mereka menanam tembakau Maryland Mammoth baik pada tempat yang disinari maupun tidak disinari dalam rumah kaca. Tanaman-tanaman yang terdapat dalam rumah kaca yang tidak disinari tetap tinggal tumbuh vegetatif sedangkan yang disinari berbunga. Ini menambah hal baru dan kegunaan faktor lingkungan (lama pencahayaan) dalam mengkaji meteorology  pertanian.

Sejak itu bemacam-macam percobaan tentang periodisitas terus dikerjakan. Pengkajian lain yang berhubungan dengan fotoperiodisitas ini meliputi induksi fotoperiodisitas, di mana baik intensitas cahaya maupun kualitas telah diteliti bersama-sama dengan panjang pencahayaan dalam hubungannya dengan tanggapan makhluk hidup. Pekerjaan semacam ini juga banyak dikerjakan untuk termoperiodisitas. Dalam tahun 1935 Lysenko dengan meminjam gagasan Klebs yang dumulai tahun 1918, menggunakan teori tentang perkembangan secara fase. Ia mengemukakan, bahwa tanaman-tanaman mempunyai tanggapan berbeda terhadap lingkungan fisik selama bermacam-macam fase dalam siklus hidupnya. Dalam hal ini dibedakan antara pertumbuhan dan perkembangan dan ditekankan tentang perbedaan tanggapan dalam macam-macam stadium dalam siklus kehidupan tanaman. Peneliti-peneliti Eropa terutama orang-orang Rusia telah menggunakan teori perkembangan fase dalam mengkaji bermacam-macam tanaman dengan tingkat keberhasilan yang bermacam-macam pula.

Dalam tahun 1949 Went mengembangkan suatu instalasi khusus yang disebut fitiron, yang terjadi atas serangkaian ruang-ruang yang dapat diatur oleh cahaya dan temperaturnya yang dihubungkan dengan rumah kaca yang dapat diatur udaranya, di mana ia dapat mengendalikan pertumbuhan dan perkembangan tanaman sampai batas-batas tertentu pekerjaan ini akhirnya merupakan batu loncatan bagi perkembangan pengetahuan tentang meteorology pertanian modern. Fasilitas-fasilitas serupa telah dikembangkan di berbagai negara dan telah teruji sebagai sarana yang sangat berguna dalam penelitian tanaman. Suatu bangunan yang hampir secara sempurna diatur baik untuk tanaman maupun binatang, di Universitas Wisconsin dibangun pada tahun 1966 dan diberi nama biotron. Pada waktu itu banyak penelitian yang meliputi pengendalian lingkungan fisik dalam daerah terbatas yang dikerjakan. Pengkajian-pengkajian ini terutama penggunaan prinsip-primsip mikrometeorologi telah menarik perhatian luas di dunia. Penelitian semacam ini akan selalu penting, oleh karena hubungan secara kuantitatif antara makhluk hidup dengan lingkungannya dapat dengan mudah dilaksanakan.

Dalam dasawarsa terakhir radio isotop telah digunakan untuk pengkajian fisiologi tanaman. Dengan penggunaan isotop ini proses-proses fisiologi seperti penyerapan lewat daun, pelindian hara, menjadi dapat diketahui lebih baik. Telah diketemukan, bahwa dalam jumlah yang patut dipertimbangkan, baik hara mineral maupun susunan organic hilang dari bagian tanaman di atas tanah jika terdapat hujan ringan yang terus-menerus. Oleh Karena itu, perlu dipertimbangkan intensitas hujan, demikian pula lamanya dan mungkin waktu hujan. Penelitian semacam ini telah membuka cakrawala baru untuk perkembangan ilmu tanaman.

Penemuan transformasi energi cuaca biologi merupakan salah satu bagian yang sangat penting dalam biologi modern. Para ahli telah menunjukkan dan masih tetap bekerja pada penelitian dasar yang penting pada berbagai aspek fotosintesis. Proses-proses dalam penyimpanan tenaga matahari oleh tanaman hijau dan transformasi energy oleh jasad renik dan binatang ke dalam jaringan hidup dan produk lainnya perlu diketahui benar-benar. Pengetahuan lebih banyak dalam hal efisiensi transformasi energy akan selalu menjadi teladan untuk pengembangan dan penyempurnaan meteorology pertanian lebih lanjut.

Di samping kemajuan dalam ilmu-ilmu biologi, perkembangan dalam ilmu fisika, terutama pemanfaatan kelistrikan untuk peralatan dan kemajuan dalam penelitian iklim mikro memberikan pengertian lebih baik di dalam membuat arti lingkungan fisika. Keberhasilan dalam pengukuran dan pengkajian lingkungan fisika bersama-sama dengan kemajuan dalam biostatistik telah meratakan jalan untuk perkembangan meteorology pertanian.

Di Indonesia tahun 1866 diadakan pengukuran hujan yang pertama di Jakarta, selanjutnya tahun 1879 didirikan Stasiun Meteorologi di Jakarta.

BAB IV TANAH PERTANIAN & UNSUR-UNSUR DI DALAMNYA

A.       Struktur Tanah

1.         Pengertian Tanah

Tanah (bahasa Yunani: pedon; bahasa Latin: solum) merupakan bagian kerak bumi yang tersusun dari mineral dan bahan organik. Tanah sangat vital peranannya bagi semua kehidupan di bumi karena tanah mendukung kehidupan tumbuhan dengan menyediakan hara dan air sekaligus sebagai penopang akar. Struktur tanah yang berongga-rongga juga menjadi tempat yang baik bagi akar untuk bernafas dan tumbuh. Tanah juga menjadi habitat hidup berbagai mikroorganisme. Bagi sebagian besar hewan darat,  tanah menjadi lahan untuk hidup dan bergerak.

Definisi tanah berdasarkan pengertian yang menyeluruh, tanah adalah lapisan permukaan bumi yang secara fisik berfungsi sebagai tempat tumbuh dan berkembangnya perakaran penopang tegak tumbuhnya tanaman dan menyuplai kebutuhan air dan udara; secara kimia  berfungsi sebagai gudang dan penyuplai hara atau nutrisi (senyawa organik dan anorganik sederhana dan unsur-unsur esensial seperti : N, P, K, Ca, Mg, S, Cu, Zn, Fe, Mn, B, Cl); dan secara biologi berfungsi sebagai hbitat biota (organisme) yang berpartisi aktif dalam penyediaan hara tersebut zat-zat aditif (pemacu tumbuh, proteksi) bagi tanaman, yang ketiganya secara integral mampu menunjang produktivitas tanah untuk menghasilkan biomass dan produksi baik tanaman pangan, tanamn obat-obatan, industri, perkebunan, maupun kehutanan.

Tanah berasal dari pelapukan batuan dengan bantuan organisme, membentuk tubuh unik yang menutupi batuan. Proses pembentukan tanah dikenal sebagai [pedogenesis].

Fungsi Tanah

1.       Tempat tumbuh dan berkembangnya perakaran

2.       Penyedia kebutuhan primer tanaman (air, udara, dan unsur-unsur hara)

3.       Penyedia kebutuhan sekunder tanaman (zat-zat pemacu tumbuh: hormon, vitamin, dan asam-asam organik; antibiotik dan toksin anti hama; enzim yang dapat meningkatkan kesediaan hara)

4.        Sebagai habitat biota tanah, baik yang berdampak positif karena terlibat langsung atau tak langsung dalam penyediaan kebutuhan primer dan sekunder tanaman tersebut, maupun yang berdampak negatif karena merupakan hama & penyakit tanaman.

Dua pemahaman pening tentang tanah :

1.      Tanah sebagai tempat tumbuh dan penyedia tanaman, dan

2.      Tanah juga berfungsi sebagai pelindung tanaman dari serangan hama & penyakit dan dampak negatif pestisida maupun limbah industri yang berbahaya.

       2.  Profil Tanah
Profil Tanah adalah irisan vertikal tanah dari lapisan paling atas hingga ke batuan induk tanah.
Profil dari tanah yang berkembang lanjut biasanya memiliki horison-horison sbb: O –A – E – B - C – R.
Solum Tanah terdiri dari: O – A – E – B
Lapisan Tanah Atas meliputi: O – A
Lapisan Tanah Bawah : E – B

Keterangan:
O : Serasah / sisa-sisa tanaman (Oi) dan bahan organik tanah (BOT) hasil dekomposisi serasah (Oa)
A : Horison mineral ber BOT tinggi sehingga berwarna agak gelap
E : Horison mineral yang telah tereluviasi (tercuci) sehingga kadar (BOT, liat silikat, Fe dan Al) rendah tetapi pasir dan debu kuarsa (seskuoksida) dan mineral resisten lainnya tinggi, berwarna terang
B : Horison illuvial atau horison tempat terakumulasinya bahan-bahan yang tercuci dari harison diatasnya (akumulasi bahan eluvial).
C : Lapisan yang bahan penyusunnya masih sama dengan bahan induk (R) atau belum terjadi perubahan
R : Bahan Induk tanah

Kegunaan Profil Tanah
(1) untuk mengetahui kedalaman lapisan olah (Lapisan Tanah Atas = O - A) dan solum tanah (O – A – E – B)
(2) Kelengkapan atau differensiasi horison pada profil
(3) Warna Tanah

Komponen Tanah
4 komponen penyusun tanah :
(1) Bahan Padatan berupa bahan mineral
(2) Bahan Padatan berupa bahan organik
(3) Cair
(4) Udara/gas
Bahan tanah tersebut rata-rata 50% bahan padatan (45% bahan mineral dan 5% bahan organik), 25% cair dan 25% udara/gas.

3. Susunan Tanah Pertanian yang Baik

Beberapa properti penting tanah untuk pertanian

·         Struktut tanah

·         Temperatur tanah

·         Mikroba tanah

·         Nutrisi dan bahan organik tanah

·         Keasaman (pH) tanah

·         Drainase tanah

B.      Pengadaan dan Penyediaan Unsur Hara Tanaman dalam Tanah

1.      Faktor Penentu Pertumbuhan Tanaman Tingkat Tinggi

Pertumbuhan adalah suatu proses pertambahan ukuran, baik volume, bobot, dan jumlah sel yang bersifat irreversible (tidak dapat kembali ke asal). Sedangkan, perkembangan adalah perubahan atau diferensiasi sel menuju keadaan yang lebih dewasa.

Pertumbuhan dan perkembangan memiliki arti yang sangat penting bagi makhluk hidup. Misalnya pada manusia, dengan tumbuh dan berkembang dapat mempertahankan kelangsungan hidupnya dan melestarikan keturunannya. Sewaktu masih bayi, balita, dan anak kecil, manusia memiliki daya tahan tubuh yang masih lemah sehingga mudah terserang penyakit. Tetapi, setelah tumbuh dan berkembang menjadi dewasa, daya tahan tubuhnya semakin kuat sehingga kelangsungan hidupnya lebih terjamin.

Pertumbuhan dan perkembangan membawa manusia kepada kedewasaan. Setelah dewasa, manusia dapat menghasilkan keturunan sehingga populasi manusia akan terjaga kelestariannya. Sekarang, coba kamu bayangkan jika tidak terjadi pertumbuhan dan perkembangan pada manusia? Mungkin populasi manusia akan punah. Begitu juga dengan hewan dan tumbuhan. Jika hewan dan tumbuhan tidak mengalami pertumbuhan dan perkembangan, maka akan mengalami kepunahan.

Pada tumbuhan, perkembangan ini menghasilkan bermacam-macam jaringan dan organ tumbuhan. Pertumbuhan dan perkembangan pada hewan berbedabeda antara spesies satu dengan spesies yang lain. Tetapi, pada dasarnya memiliki persamaan tahapan perkembangan, yaitu sebagai berikut.

1. Pembelahan Sel

Setelah terjadi fertilisasi (pembuahan sel gamet jantan dan sel gamet betina), terbentuklah zigot. Zigot mengalami pembelahan mitosis secara terus-menerus. Pembelahan ini berlangsung sangat cepat. Sel-sel yang dihasilkan dari pembelahan disebut morula. Morula berkembang menjadi bentuk yang berlubang disebut blastula.

b.      Morfogenesis

Blastula terus mengalami pembelahan sel. Selama pembelahan ini terjadi morfogenesis, yaitu proses perkembangan bentuk berbagai bagian tubuh embrio.

c.       Diferensiasi

Blastula terus membelah dan membentuk gastrula. Dari gastrula terbentuk embrio. Sel-sel embrio berkembang terus membentuk jaringan, organ, dan sistem organ yang membentuk struktur dan fungsi khusus yang nantinya difungsikan pada waktu dewasa.

d.      Pertumbuhan

Setelah terbentuk organ, terjadi pertumbuhan makhluk hidup menjadi lebih besar. Perkembangan berjalan seiring dengan pertumbuhan. Perkembangan adalah proses mencapai kedewasaan. Perbedaan antara pertumbuhan dan perkembangan, yaitu per-tumbuhan dapat diukur dengan ukuran tertentu, sedangkan perkembangan tidak dapat diukur dengan suatu ukuran.

Perkembangan pada tumbuhan diawali dengan fertilisasi. Pada awal perkembangannya, embrio mendapatkan makanan dari kotiledon. Kotiledon terdapat pada biji tumbuhan tingkat tinggi. Tumbuhan dikotil memiliki dua kotiledon, sedangkan monokotil memiliki satu kotiledon. Pertumbuhan awal tumbuhan dari biji menjadi tanaman baru disebut perkecambahan. Berdasarkan letak kotiledonnya, perkecambahan dapat dibedakan menjadi dua macam, yaitu epigeal dan hipogeal. Pada perkecambahan epigeal, kotiledon terdapat di permukaan tanah karena terdorong oleh pertumbuhan hipokotil yang memanjang ke atas.

Pada perkecambahan hipogeal, kotiledon tetap berada di bawah tanah, sedangkan plumula keluar dari permukaan tanah disebabkan pertumbuhan epikotil yang memanjang ke arah atas.

Pertumbuhan pada tumbuhan terjadi di meristem (titik tumbuh) yang terdapat pada ujng akar dan batang. Meristem akan mengalami pembelahan mitosis. Oleh karena itu, ujung batang dan ujung batang akan bertambah panjang dan besar.

Pertumbuhan disebabkan oleh pertambahan besar dan panjang sel-sel itu sendiri. Pada batang terdapat dua jenis tunas, yaitu tunas yang letaknya di ujung batang yang disebut tunas terminal dan mengandung meristem apikal, serta tunas samping yang nantinya membentuk cabang batang, daun, dan bunga.

Batang tumbuhan selain bertambah panjang juga dapat bertambah besar. Hal ini dikarenakan adanya aktivitas kambium, yang termasuk jaringan meristem yang sel-selnya aktif membelah. Letak kambium di antara jaringan xilem dan floem. Kambium akan terus membentuk jaringan xilem dan floem baru sehingga batang makin lama akan menjadi besar. Aktivitas kambium meninggalkan batas yang jelas pada batang. Batas ini disebut lingkaran tahun.

2.      Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Pertumbuhan dan Perkembangan pada Tumbuhan

Pertumbuhan dan perkembangan pada tumbuhan dipengaruhi oleh faktor genetik dan hormon, air dan nutrisi, cahaya, oksigen, suhu, kelembapan, dan pH.

1. Faktor Genetik

Faktor genetik terdapat dalam gen. Gen terdapat di kromosom dalam inti sel. Gen ini mempengaruhi ukuran dan bentuk tubuh tumbuhan. Hal ini disebabkan karena gen berfungsi mengatur sintesis enzim untuk mengendalikan proses kimia dalam sel. Proses kimia dalam sel ini yang menyebabkan pertumbuhan dan perkembangan tubuh tumbuhan.

2.      Faktor Hormon

Hormon adalah senyawa organik tumbuhan yang mampu menimbulkan respons fisiologi pada tumbuhan. Hormon tumbuhan bermacam-macam, tetapi ada lima hormon tumbuhan yang sangat penting, yaitu:

a. Auksin

Auksin adalah hormon yang berasal dari titik tumbuh tumbuhan, seperti ujung tunas, kambium, bunga, buah, dan ujung akar. Auksin berfungsi merangsang pertumbuhan sel ujung batang, pertumbuhan akar lateral dan akar serabut, dan merangsang pembentukan bunga dan buah. Selain itu, auksin berfungsi mempercepat aktivitas pembelahan sel titik tumbuh dan menyebabkan diferensiasi sel menjadi xilem.

b. Sitokinin

Sitokinin adalah zat tumbuh yang pertama kali ditemukan pada batang tembakau. Hormon ini memiliki beberapa fungsi, antara lain: 1)  Merangsang diferensiasi sel-sel yang dihasilkan dalam meristem. 2) Menunda pengguguran dan penuaan daun. 3) Memperkecil dominasi apikal sehingga mendorong pertumbuhan tunas samping dan perluasan daun. 4) Memacu pembelahan sel dalam jaringan meristematik. 5) Merangsang pembentukan pucuk dan mampu memecah masa istirahat biji.

c. Giberelin

Giberelin merupakan zat tumbuh yang memiliki sifat seperti auksin. Giberelin terdapat di hampir semua bagian tanaman, seperti biji, daun muda, dan akar. Giberelin memiliki beberapa fungsi, antara lain: 1) Memacu perpanjangan secara abnormal batang utuh.   2) Mempengaruhi perkembangan bunga dan buah. 3) Mempengaruhi perkecambahan biji. 4) Merangsang pembelahan dan pemanjangan sel. Untuk tumbuhan yang kerdil, jika diberi giberelin akan tumbuh secara normal.

d. Gas Etilen

Gas etilen dihasilkan oleh buah yang sudah tua, tetapi masih berwarna hijau yang disimpan dalam kantung tertutup agar cepat masak. Gas etilen juga berfungsi memacu perkecambahan biji, menebalkan batang, mendorong gugurnya daun, menunda pembungaan, dan menghambat pemanjangan batang kecambah.

e. Asam Absisat

Asam absisat adalah hormon yang menghambat pertumbuhan tumbuhan. Hormon ini sangat diperlukan tumbuhan pada saat kondisi lingkungan tidak baik. Contohnya, pada saat musim kering atau musim dingin, tumbuhan menggugurkan daunnya untuk mengurangi penguapan yang berlebihan. Hal ini dilakukan dengan cara mengatur penutupan dan pembukaan stomata, terutama pada saat kekurangan air.

3.      Faktor Air dan Nutrisi

Tumbuhan membutuhkan air dan nutrisi untuk  pertumbuhan dan perkembangannya. Nutrisi ini harus tersedia dalam jumlah cukup dan seimbang. Nutrisi diambil tumbuhan dari dalam tanah dan udara.

Unsur-unsur yang dibutuhkan tumbuhan dikelompokkan menjadi dua macam, yaitu zat-zat organik dan anorganik. Zat organik, seperti C, H, O, dan N, sedangkan zat anorganik, seperti Fe, Mg, K, dan Ca. Pertumbuhan tanaman akan terganggu jika salah satu unsur yang dibutuhkan tidak terpenuhi. Misalnya, kurangnya unsur nitrogen dan fosfor pada tanaman menyebabkan tanaman menjadi kerdil. Kekurangan magnesium dan kalsium menyebabkan tanaman mengalami klorosis (daun berwarna pucat).

4.      Faktor Cahaya

Cahaya sangat diperlukan tumbuhan untuk melakukan fotosintesis. Proses ini menghasilkan zat makanan yang diperlukan tumbuhan untuk pertumbuhannya dan untuk disimpan sebagai cadangan makanan yang bisa dikonsumsi oleh manusia dan hewan.

Efek cahaya meningkatkan kerja enzim untuk memproduksi zat metabolik untuk pembentukan klorofil. Sedangkan, pada proses fotosintesis, intensitas cahaya mempengaruhi laju fotosintesis saat berlangsung reaksi terang.

3.      Unsur Hara Dalam Tanah (Makro dan Mikro)

Beberapa Unsur Hara Yang Dibutuhkan Tanaman :
Karbon (C), Hidrogen (H), Oksigen (O), Nitrogen (N), Fosfor (P), Kalium (K), Kalsium (Ca), Magnesium (Mg), Belerang (S), Besi (Fe), Mangan (Mn), Boron (B), Mo, Tembaga (Cu), Seng (Zn) dan Klor (Cl).
Unsur hara tersebut tergolong unsur hara Essensial.
Berdasarkan jumlah kebutuhannya bagi tanaman, dikelompokkan menjadi dua, yaitu:

·         Unsur Hara Makro

·         Unsur hara yang diperlukan tanaman dalam jumlah besar

·         Unsur Hara Mikro

·        

Unsur hara makro meliputi: N P K Ca Mg S

Unsur hara yang diperlukan tanaman dalam jumlah kecil

Unsur hara mikro meliputi : Fe Mn B Mo Cu Zn Cl

 

a.        Fungsi Unsur Hara Makro (n-p-k)

Banyak para hobiis dan pencinta tanaman hias, bertanya tentang komposisi kandungan pupuk dan prosentase kandungan N, P dan K yang tepat untuk tanaman yang bibit, remaja atau dewasa/indukan. Berikut ini adalah fungsi-fungsi masing-masing unsur tersebut :

1.      Nitrogen ( N )
-Merangsang pertumbuhan tanaman secara keseluruhan
-Merupakan bagian dari sel ( organ ) tanaman itu sendiri
-Berfungsi untuk sintesa asam amino dan protein dalam tanaman
-Merangsang pertumbuhan vegetatif ( warna hijau ) seperti daun
-Tanaman yang kekurangan unsur N gejalanya : pertumbuhan lambat/kerdil, daun hijau kekuningan, daun sempit, pendek dan tegak, daun-daun tua cepat menguning dan mati.

2.      Phospat ( P )
-Berfungsi untuk pengangkutan energi hasil metabolisme dalam tanaman
-Merangsang pembungaan dan pembuahan
-Merangsang pertumbuhan akar
-Merangsang pembentukan biji
-Merangsang pembelahan sel tanaman dan memperbesar jaringan sel
-Tanaman yang kekurangan unsur P gejaalanya : pembentukan buah/dan biji berkurang, kerdil, daun berwarna keunguan atau kemerahan ( kurang sehat )

3.      Kalium ( K )
-Berfungsi dalam proses fotosintesa, pengangkutan hasil asimilasi, enzim dan mineral termasuk air.
-Meningkatkan daya tahan/kekebalan tanaman terhadap penyakit
-Tanaman yang kekurangan unsur K gejalanya : batang dan daun menjadi lemas/rebah, daun berwarna hijau gelap kebiruan tidak hijau segar dan sehat, ujung daun menguning dan kering, timbul bercak coklat pada pucuk daun.

b.      UNSUR HARA MIKRO YANG DIBUTUHKAN TANAMAN

Unsur hara mikro yang dibutuhkan tanaman dalam jumlah kecil antara lain Besi(Fe), Mangaan(Mn), Seng (Zn), Tembaga (Cu), Molibden (Mo), Boron (B), Klor(Cl). Berikut tuilsan dari Setio Budi Wiharto (09417/PN) dari UGM Jogjakarta.

1.      Besi (Fe)

Besi (Fe) merupakan unsure mikro yang diserap dalam bentuk ion feri (Fe3+) ataupun fero (Fe2+). Fe dapat diserap dalam bentuk khelat (ikatan logam dengan bahan organik). Mineral Fe antara lain olivin (Mg, Fe)2SiO, pirit, siderit (FeCO3), gutit (FeOOH), magnetit (Fe3O4), hematit (Fe2O3) dan ilmenit (FeTiO3) Besi dapat juga diserap dalam bentuk khelat, sehingga pupuk Fe dibuat dalam bentuk khelat. Khelat Fe yang biasa digunakan adalah Fe-EDTA, Fe-DTPA dan khelat yang lain. Fe dalam tanaman sekitar 80% yang terdapat dalam kloroplas atau sitoplasma. Penyerapan Fe lewat daundianggap lebih cepat dibandingkan dengan penyerapan lewat akar, terutama pada tanaman yang mengalami defisiensi Fe. Dengan demikian pemupukan lewat daun sering diduga lebih ekonomis dan efisien. Fungsi Fe antara lain sebagai penyusun klorofil, protein, enzim, dan berperanan dalam perkembangan kloroplas. Sitokrom merupakan enzim yang mengandung Fe porfirin. Kerja katalase dan peroksidase digambarkan secara ringkas sebagai berikut:
a. catalase : H2O + H2O O2 + 2H2O
b. Peroksidase : AH2 + H2O  A + H2O
Fungsi lain Fe ialah sebagai pelaksana pemindahan electron dalam proses metabolisme. Proses tersebut misalnya reduksi N2, reduktase solfat, reduktase nitrat. Kekurangan Fe  menyebabakan terhambatnya pembentukan klorofil dan akhirnya juga penyusunan protein menjadi tidak sempurna Defisiensi Fe menyebabkan kenaikan kaadar asam amino pada daun dan penurunan jumlah ribosom secara drastic. Penurunan kadar pigmen dan protein dapat disebabkan oleh kekurangan Fe. Juga akan mengakibatkan pengurangan aktivitas semua enzim.

2.       Mangaan (Mn)

Mangaan diserap dalam bentuk ion Mn++. Seperti hara mikro lainnya, Mn dianggap dapat diserap dalam bentuk kompleks khelat dan pemupukan Mn sering disemprotkan lewat daun. Mn dalam tanaman tidak dapat bergerak atau beralih tempat dari logam yang satu ke organ lain yang membutuhkan. Mangaan terdapat dalam tanah berbentuk senyawa oksida, karbonat dan silikat dengan nama pyrolusit (MnO2), manganit (MnO(OH)), rhodochrosit (MnCO3) dan rhodoinit (MnSiO3). Mn umumnya terdapat dalam batuan primer, terutama dalam bahan ferro magnesium. Mn dilepaskan dari batuan karena proses pelapukan batuan. Hasil pelapukan batuan adalah mineral sekunder terutama pyrolusit (MnO2) dan manganit (MnO(OH)). Kadar Mn dalam tanah berkisar antara 300 smpai 2000 ppm. Bentuk Mn dapat berupa kation Mn++ atau mangan oksida, baik bervalensi dua maupun valensi empat. Penggenangan dan pengeringan yang berarti reduksi dan oksidasi pada tanah berpengaruh terhadap valensi Mn.
Mn merupakan penyusun ribosom dan juga mengaktifkan polimerase, sintesis protein, karbohidrat. Berperan sebagai activator bagi sejumlah enzim utama dalam siklus krebs, dibutuhkan untuk fungsi fotosintetik yang normal dalam kloroplas,ada indikasi  dibutuhkan dalam sintesis klorofil. Defisiensi unsure Mn antara lain : pada tanaman
berdaun lebar, interveinal chlorosis pada daun muda mirip kekahatan Fe tapi lebih banyak menyebar sampai ke daun yang lebih tua, pada serealia bercak-bercak warna keabu-abuan sampai kecoklatan dan garis-garis pada bagian tengah dan pangkal daun muda, split seed pada tanaman lupin.

3.      Seng (Zn)

Zn diserap oleh tanaman dalam bentuk ion Zn++ dan dalam tanah alkalis mungkin diserap dalam bentuk monovalen Zn(OH)+. Di samping itu, Zn diserap dalm bentuk kompleks khelat, misalnya Zn-EDTA. Seperti unsure mikro lain, Zn dapat diserap lewat daun. Kadr Zn dalam tanah berkisar antara 16-300 ppm, sedangkan kadar Zn dalam tanaman berkisar antara 20-70 ppm. Mineral Zn yang ada dalam tanah antara lain sulfida (ZnS), spalerit [(ZnFe)S], smithzonte (ZnCO3), zinkit (ZnO), wellemit (ZnSiO3 dan ZnSiO4). Fungsi Zn antara lain : pengaktif enim anolase, aldolase, asam oksalat dekarboksilase, lesitimase,sistein desulfihidrase, histidin deaminase, super okside demutase (SOD), dehidrogenase, karbon anhidrase, proteinase dan peptidase. Juga berperan dalam biosintesis auxin, pemanjangan sel dan ruas batang.
Ketersediaan Zn menurun dengan naiknya pH, pengapuran yang berlebihan sering menyebabkan ketersediaaan Zn menurun. Tanah yang mempunyai pH tinggi sering menunjukkan adanya gejala defisiensi Zn, terytama pada tanah berkapur.
Adapun gejala defisiensi Zn antara lain : tanaman kerdil, ruas-ruas batang memendek, daun mengecil dan mengumpul (resetting) dan klorosis pada daun-daun muda dan intermedier serta adanya nekrosis.

4.      Tembaga (Cu)

Tembaga (Cu) diserap dalam bentuk ion Cu++ dan mungkin dapat diserap dalam bentuk senyaewa kompleks organik, misalnya Cu-EDTA (Cu-ethilen diamine tetra acetate acid) dan Cu-DTPA (Cu diethilen triamine penta acetate acid). Dalam getah tanaman bik dalam xylem maupun floem hampir semua Cu membentuk kompleks senyawa dengan asam amino. Cu dalam akar tanaman dan dalam xylem > 99% dalam bentuk kompleks.

Dalam tanah, Cu berbentuk senyawa dengan S, O, CO3 dan SiO4 misalnya kalkosit (Cu2S), kovelit (CuS), kalkopirit (CuFeS2), borinit (Cu5FeS4), luvigit (Cu3AsS4), tetrahidrit [(Cu,Fe)12SO4S3)], kufirit (Cu2O), sinorit (CuO), malasit [Cu2(OH)2CO3], adirit [(Cu3(OH)2(CO3)], brosanit [Cu4(OH)6SO4].
Kebanyakan Cu terdapat dalam kloroplas (>50%) dan diikat oleh plastosianin. Senyawa ini mempunyai berat molekul sekitar 10.000 dan masing-masing molekul mengandung satu atom Cu. Hara mikro Cu berpengaruh pafda klorofil, karotenoid, plastokuinon dan plastosianin.
Fungsi dan peranan Cu antara lain : mengaktifkan enzim sitokrom-oksidase, askorbit-oksidase, asam butirat-fenolase dan laktase. Berperan dalam metabolisme protein dan karbohidrat, berperan terhadap perkembangan tanaman generatif, berperan terhadap fiksasi N secara simbiotis dan penyusunan lignin.Adapun gejala defisiensi / kekurangan Cu antara lain : pembungaan dan pembuahan terganggu, warna daun muda kuning dan kerdil, daun-daun lemah, layu dan pucuk mongering serta batang dan tangkai daun lemah.

5.      Molibden (Mo)

Molibden diserap dalam bentuk ion MoO4-. Variasi antara titik kritik dengan toksis relatif besar. Bila tanaman terlalu tinggi, selain toksis bagi tanaman juga berbahaya bagi hewan yang memakannya. Hal ini agak berbeda dengan sifat hara mikro yang lain. Pada daun kapas, kadar Mo sering sekitar 1500 ppm. Umumnya tanah mineral cukup mengandung  Mo. Mineral lempung yang terdapat di dalam tanah antara lain molibderit (MoS), powellit (CaMo)3.8H2O. Molibdenum (Mo) dalam larutan sebagai kation ataupun anion. Pada tanah gambut atau tanah organik sering terlihat adanya gejala defisiensi Mo. Walaupun demikian dengan senyawa organik Mo membentuk senyawa khelat yang melindungi Mo dari pencucian air. Tanah yang disawahkan menyebabkan kenaikan ketersediaan Mo dalam tanah. Hal ini disebabkan karena dilepaskannya Mo dari ikatan Fe (III) oksida menjadi Fe (II) oksida hidrat.
Fungsi Mo dalam tanaman adalah mengaktifkan enzim nitrogenase, nitrat reduktase dan xantine oksidase. Gejala yang timbul karena kekurangan Mo hampir menyerupai kekurangan N. Kekurangan Mo dapat menghambat pertumbuhan tanaman, daun menjadi pucat dan mati dan pembentukan bunga terlambat. Gejala defisiensi Mo dimulai dari daun tengah dan daun bawah. Daun menjadi kering kelayuan, tepi daun  menggulung dan daun umumnya sempit. Bila defisiensi berat, maka lamina hanya terbentuk sedikit sehingga kelihatan tulang-tulang daun lebih dominan.

6.       Boron (B)

Boron dalam tanah terutama sebagai asam borat (H2BO3) dan kadarnya berkisar antara 7-80 ppm. Boron dalam tanah umumnya berupa ion borat hidrat B(OH)4-. Boron yang tersedia untuk tanaman hanya sekitar 5%dari kadar total boron dalam tanah. Boron ditransportasikan dari larutan tanah ke akar tanaman melalui proses aliran masa dan difusi. Selain itu, boron sering terdapat dalam bentuk senyawa organik. Boron juga banyak terjerap dalam kisi mineral lempung melalui proses substitusi isomorfik dengan Al3+ dan atau Si4+. Mineral dalam tanah yang mengandung boron antara lain turmalin (H2MgNaAl3(BO)2Si4O2)O20 yang mengandung 3%-4% boron. Mineral tersebut terbentuk dari batuan asam dan sedimen yang telah mengalami metomorfosis.
Mineral lain yang mengandung boron adalah kernit (Na2B4O7.4H2O), kolamit (Ca2B6O11.5H2O), uleksit (NaCaB5O9.8H2O) dan aksinat. Boron diikat kuat oleh mineral tanah, terutama seskuioksida (Al2O3 + Fe2O3).
Fungsi boron dalam tanaman antara lain berperanan dalam metabolisme asam nukleat, karbohidrat, protein, fenol dan auksin. Di samping itu boron juga berperan dalam pembelahan, pemanjangan dan diferensiasi sel, permeabilitas membran, dan perkecambahan serbuk sari. Gejal defisiensi hara mikro ini antara lain : pertumbuhan terhambat pada jaringan meristematik (pucuk akar), mati pucuk (die back), mobilitas rendah, buah yang sedang berkembang sngat rentan, mudah terserang penyakit.

7.   Klor(Cl)

Klor merupakan unsure yang diserap dalam bentuk ion Cl- oleh akar tanaman dan dapat diserap pula berupa gas atau larutan oleh bagian atas tanaman, misalnya daun. Kadar Cl dalam tanaman sekitar 2000-20.000 ppm berat tanaman kering. Kadar Cl yang terbaik pada tanaman adalah antara 340-1200 ppm dan dianggap masih dalam kisaran hara mikro. Klor dalam tanah tidak diikat oleh mineral, sehingga sangat mobil dan mudah tercuci oleh air draiinase. Sumber Cl sering berasal dari air hujan, oleh karena itu, hara Cl kebanyakan bukan menimbulkan defisiensi, tetapi justru menimbulkan masalah keracunan tanaman. Klor berfungsi sebagai pemindah hara tanaman, meningkatkan osmose sel, mencegah kehilangan air yang tidak seimbang, memperbaiki penyerapan ion lain,untuk tanaman kelapa dan kelapa sawit dianggap hara makro yang penting. Juga berperan dalam fotosistem II dari proses fotosintesis, khususnya dalam evolusi oksigen.
Adapun defisiensi klor adalh antara lain : pola percabangan akar abnormal, gejala wilting (daun lemah dan layu), warna keemasan (bronzing) pada daun, pada tanaman kol daun berbentuk mangkuk.

C.        Pertanian Dan Organisme yang Terdapat di dalamnya

Pada umumnya biomassa kebanyakan kelompok mikroorganisme menurun jumlahnya dengan meningkatnya kedalaman tanah, kecuali pada gambut. Secara umum, aktivitas m.o dalam suatu profil tanah sangat ditentukan oleh ketersediaan substrat energi dan unsur hara anorganik. Disamping itu pertumbuhan dan aktivitas m.o ditentukan oleh sifat fisik dan kimia tanah.

Sifat fisik dan kimia tanah yang berpengaruh:

Fisik  : Temperatur, tekanan osmotik, tegangan permukaan, radiasi,    kekentalan(viscosity), fenomena adsorpsi.

Kimia     : Air, pH, kualitas dan kuantitas hara organik dan anorganik, udara, senyawa pendorong dan penghambat pertumbuhan, oksidasi dan reduksi.

Setiap spesies m.o mempunyai persyaratan tertentu untuk pertumbuhannya dan jika lingkungannya tidak sesuai, pertumbuhan atau aktivitasnya akan menurun sehingga mempengaruhi total populasinya.

Temperatur, mempengaruhi kecepatan semua proses yang terjadi di dalam m.o. Denaturasi enzim merupakan pembatas bagi temperatur maksimum, ini sangat bevariasi diantara m.o sehingga m.o berbeda-beda akan kebutuhannya terhadap temperatur (maksimum, minimum & optimum) untuk prtumbuhannya. Berdasar temperatur m.o terbagi atas golongan psikrofil (<5⁰C optimum serupa mesofil), mesofil (optimum antara 25⁰C dan 37⁰C) dan termofil (optimum antara 55⁰C dan 65⁰C) .

Tekanan osmotik, pada umumnya m.o mempunyai daya adaptasi yang cukup terhadap tekanan osmotik dari lingkungan hidupnya.  Protoplasma m.o yang normal mempunyai kadar solute yang lebih tinggi dari tekanan osmotik lingkungan hidupnya. Kedaan ini menyebabkan kecenderungan air masuk ke sel, sehingga turgor sel dapat dipertahankan.

Tegangan permukaan, hal ini berkaitan dengan kelembaban dimana distribusi m.o dalam tanah tidak merata dan terutama terdapat pada bagian organik dari partikel tanah yang mengandung cukup air. Dalam hal ini bahan organik sebagai sumber nutrien dan air berfungsi dalam metabolisme m.o (transpor nutrien dari luar sel ke dalam sel dan untuk proses metabolisme). Di dalam tanah, m.o umumnya aktif pada kelembaban > 15 bar (kapasitas lapang 1/3 bar, titik layu 15 bar). Beberapa m.o yang termasuk fungi dan khamir dapat tumbuh pada tekanan 70 bar.

Fenomena adsorpsi, partikel liat sering berukuran sama dengan ukuran bakteri, bahkan liat bisa lebih kecil. Bakteri dan liat mempunyai muatan sehingga keduanya dapat berinteraksi, sebab muatan pada sel dan liat terpolarisasi atau diperantarai oleh ion metal.

• Air, mempengaruhi aktivitas m.o sebab air merupakan komponen utama dari protoplasma.  Air yang berlebih akan membatasi pertukaran gas sehingga menurunkan suplay O₂, lingkungan akan menjadi anaerob.

• pH,  mempengaruhi tidak saja aktivitas m.o tetapi juga keragaman spesiesnya. Aktivitas enzim mikroba tergantung kepada ion H⁺, oleh karena itu pH tanah mempengaruhinya. Contoh Streptomyces (Actinomycetes) tidak akan tumbuh pada pH < 7,5.  Pada umumnya kebanyakan m.o tumbuh optimum pada kisaran pH 6 – 8.  Meskipun demikian m.o juga masih dapat tumbuh dengan baik diluar kisaran pH tersebut. Fungi umumnya lebih tahan terhadap pH masam, bakteri belerang dapat tumbuh pada pH 0 – 1, sebaliknya Actinomycetes sangat peka terhadap pH < 5.

• Nutrien (hara), berpengaruh terhadap pertumbuhan m.o, sebab didalam proses sintesa protein (enzim), m.o dapat terpengaruh oleh kondisi tersedianya nutrien. Terjadinya perubahan nutrien dapat menyebabkan perubahan komponen sel (RNA), protein dan kecepatan tumbuh (medium kaya, medium miskin). Bahan organik dan unsur hara esensial merupakan bahan yang diperlukan didalam proses metabolisme m.o tanah.  Kecepatan m.o tanah dalam menggunakan bahan organik jika kondisi lingkungan sesuai maka dengan naiknya kadar bahan organik di dalam tanah makin besar pula kecepatan dekomposisinya.

Disamping sifat fisik dan kimia tanah, faktor biologi juga mempengaruhi pertumbuhan m.o, seperti interaksi antara m.o dan pengaruh tumbuhan tingkat tinggi.

1. Interaksi antara mikroorganisme

• Netralisme: tidak terpengaruh satu dengan yang lain. Ex. Lactobacillus dan Streptococcus.
• Kompetisi : 2 populasi saling berkompetisi untuk memperoleh sumber makanan yang serupa dalam wadah yang sama. Ex. Kompetisi antara inokulum Rhizobium dengan strain Rhizobium yang terdapat di dalam tanah.
• Mutualisme: 2 populasi yang saling mempengaruhi dan menguntungkan satu dengan yang lain. Jika hidup terpisah keduanya kurang dapat atau tidak dapat mempertahankan diri. Ex. Simbiosis antara bakteri penambat N dengan bakteri fotosintetik (Lactobacillus arabinosus dan Streptococcus faecalis). Simbiosis antara jamur dan ganggang yang disebut Lichenes. Rhizobium dengan leguminose.
• Komensalisme: Interaksi yang positif bagi salah satu populasi, dimana satu spesies mendapat keuntungan sedangkan spesies lain tidak dirugikan. Spesies yang untung disebut komensal, spesies yang memberi keuntungan disebut hospes (inang). Komensal tidak dapat hidup tanpa hospes. Ex. Chlorella dapat mendukung pertumbuhan Pseudomonas. Saccharomyces dengan Acetobacter, dimana Saccharomyces menghasilkan alkohol yang mutlak bagi Acetobacter.
• Amensalisme (antagonisme): Interaksi dimana salah satu populasi terhambat sedangkan populasi lain dalam asosiasi tersebut tidak terpengaruh. Ex. Antibiotik yang dihasilkan oleh suatu kultur menghambat kultur lain. Streptococcus lactis yang menghasilkan asam susu akan menghambat pertumbuhan Bacillus subtilis. Spesies yang terhambat pertumbuhannya disebut amensal dan yang menghambat disebut antagonis.
• Sinergisme: 2 spesies hidup bersama dan saling menguntungkan. Ex. Ragi untuk membuat tape yang terdiri atas beberapa spesies (Aspergillus, Saccharomyces Candida, Hansenula, Acetobacter). Masing-masing spesies mempunyai kegiatan sendiri sehingga amilun berubah menjadi gula, menjadi asam organik, alkohol dll.
• Parasitisme: Hanya menguntungkan satu pihak. Ex. Virus yang merupakan parasit pada bakteri. Virus tidak dapat hidup diluar bakteri atau sel hidup lain.
• Predatorisme: Pemangsa. Ex. Amuba merupakan pemangsa (predator) bakteri. Predator tidak dapat hidup tanpa mangsa.

Meskipun demikian, bentuk hubungan seperti di atas sering tidak jelas, sebab ada bentuk hubungan satu yang merupakan suatu fase untuk berubah menjadi bentuk hubungan yang lain. Ex. Mutualisme pada lichenes dapat berubah menjadi parasitisme.

2.      Pengaruh tumbuhan tingkat tinggi

Lingkungan hidup di daerah sistem akar yang disebut rhizosfer, pada daerah ini kegiatan biolgi paling aktif.  M.o tidak hanya tumbuh baik pada rhizosfir tetapi juga pada permukaan akar dan bagian tanah yang melekat pada permukaan akar (rhizoplane)

Tampaknya akar tanaman sangat mempengaruhi kegiatan bakteri dibandingkan fungi. Bakteri gram negatif sangat dipengaruhi oleh perakaran. Bakteri gram positif menurun jumlahnya didaerah perakaran.

Pengaruh perakaran terhadap fungi bersifat selektif. Ex. Tumbuhan pisang menghambat pertumbuhan miselium dan spora dari Fusarium oxysporum.

Mikroorganisme di daerah perakaran terjamin hidupnya karena eksudat yang dihasilkan oleh akar tanaman Ex. Asam amino, asam organik (asetat, laktat, butirat, fumarat, glikolat dll), karbohidrat (arabinosa, fruktosa, galaktosa, maltosa dll), faktor tumbuh (biotin, inositol, nikotinat dll), ensim (amilase, fosfatase, dan protease) dan senyawa lain termasuk sisa-sisa akar yang mati. Ex. Kapas menghasilkan inositol, Jagung menghasilkan fosfatase dan protease. Bahan-bahan tersebut berfungsi sebagai sumber energi, karbon, nitrogen dan faktor tumbuh bagi m.o tanah.

Perlu diketahui pula bahwa akar tanaman tertentu dapat pula menghasilk- an agensia penghambat pertumbuhan m.o (ex. Penghambat kegiatan bakteri nitrifikasi).

Mikroorganisme di daerah rhizosfer dapat juga mempengaruhi pertumbuhan  tanaman baik + maupun  ̶- .  Pembentukan CO₂ dan asam organik dan anorganik di daerah perakaran oleh m.o dapat berfungsi melarutkan nutrien anorganik bagi tanaman. Namun kompetisi akan O₂ oleh m.o aerob dan juga pembentukan CO₂ dapat mempengaruhi petumbuhan akar sehingga mengakibatkan kecepatan pengambilan nutrien  dan air terhambat.

Beberapa m.o dapat memperbaiki ketersediaan fosfat bagi tanaman, yaitu dengan melarutkan senyawa yang mengandung fosfat (VAM, Pseudomonas putida, Bacillus megatherium) yang melepaskan orthofosfat dari P-organik atau anorganik.

Asimilasi Mn, Fe, Zn dan K oleh tumbuhan juga menjadi lebih baik dengan adanya pertumbuhan bakteri heterotrof.

Beberapa bakteri melakukan asosiasi simbiotik dengan tumbuhan (ex. Bakteri bintil akar “Rhizobium”).

Pelarutan P oleh m.o karena adanya asam-asam yang dihasilkan (ex.asam  α-ketoglukonat oleh bakteri dan asam sitrat dan oksalat oleh fungi).

D.       Peranan Mikroorganisme dalam Pengelolaan Tanah

Produktivitas tanaman sangat erat kaitannya dengan kemampuan tanaman dalam menyerap air dan unsur hara secara efisien dari tanah.  Kegiatan akar ditentukan oleh suatu kumpulan proses biologi terpadu. Oleh karena itu pendekatan bioteknologi yang memanfaatkan m.o  merupakan pendekatan baru dalam mengatasi berbagai masalah yang tidak dapat dipecahkan secara efisien dengan menggunakan teknologi yang ada saat ini.

Pemanfaatan m.o menawarkan teknik-teknik yang memungkinkan untuk memantapkan agregat tanah, meningkatkan serapan unsur hara, mengendalikan patogen dalam tanah dan mempercepat pelapukan limbah organik padat tanpa menimbulkan pencemaran terhadap lingkungan.

a. Mikroorganisme pemantap agregat

Stabilitas  agregat pada umumnya meningkat dengan makin banyaknya jumlah m.o (Lynch,1987).  Hal ini dapat dilihat dari penambahan jumlah bakteri (Azotobacter chroococcum dan Pseudomonas sp.) dan ragi (Lypomyces starkeyi) yang ternyata meningkatkan stabilitas agregat  terhadap kekuatan air.  Sebaliknya tanah yang ditambah jenis jamur (Mucor hiemalis) menunjukkan hasil yang berbeda.

Pada jumlah penambahan yang sama, jamur justru menurungkan stabilitas agregat.  Mekanisme ini belum jelas namun suatu hipotesis yang diajukan untuk menerangkan hal tersebut.  Pada kondisi alamiah suatu populasi m.o mengikat pertikel tanah, peningkatan jumlah m.o mendorong terbentuknya perekatan (cementation) petikel tersebut.  Dengan adanya jamur perekatan ini tidak terjadi, karena hifa jamur akan menghalangi kontak antara partikel tanah dengan bakteri disekelilingnya.  Namun dalam kondisi yang lain, hifa jamur dapat melindungi agregat primer yang dibentuk oleh perekatan bakteri untuk membentuk agregat sekunder.  Di alam,bahan perekat yang dijumpai jarang yang berupa m.o saja, tetapi umumnya berkombinasi dengan ikatan asam organik (Hillel, 1982).

b. Mikroorganisme pendorong serapan hara

Pemanfaatan m.o tanah untuk meningkatkan efisiensi serapan hara oleh akar tanaman pada umumnya melalui peningkatan kelarutan unsur hara yang dibutuhkan tanaman baik yang berasal dari pupuk maupun yang berasal dari mineral tanah dan atau peningkatan kemampuan akar menyerap hara.  Hal ini berkaitan dengan bakteri pelarut hara dan yang berkaitan dengan jamur mikoriza.

Pseudomonas sp. dan Bacillus sp. adalah jenis bakteri yang mampu meningkatkan kelarutan fosfat dalam tanah. Namun menurut Lynch (1983) jenis yang pertama mampu mengakumulasi nitrit, sehingga dapat meracuni tanaman.  Pseudomonas fluorescens-putida mampu membentuk koloni di rhizosfer dengan cepat sehingga dapat meningkatkan hasil kentang, bit gula dan lobak sebanyak 144 %.  Pada tanaman kedelai kombinasi antara Pseudomonas putida dan Azospirillum sp. meningkatkan serapan N dan P. Pemberian bakteri pelarut fosfat juga meningkatkan laju pertumbuhan bibit lamtoro, meningkatkan ketersediaan fosfat pada tanah ber pH tinggi >7 dan kadar P tanah tersedia tinggi (95 ppm).

Bacillus sp. mampu meningkatkan serapan P tanaman pinus 1,5 kali pada tanah yang tidak dipupuk dan > 8 kali lipat pada tanah yang dipupuk dengan trikalsium fosfat.  Mikroorganisme tertentu juga dapat meningkatkan kelarutan sulfat, mangan, besi dan silikat. 

Jamur mikoriza, mampu memperbaiki nutrisi tanaman seperti P dan unsur mikro Zn, Cu, dan Fe.  Hal ini terjadi melalui percepatan pertumbuhan akar dengan adanya  simbiosis jamur tersebut.  Namun demikian pada kenyataannya, masih sulit mengembangkan jamur mikoriza VA dalam biakan, sehingga sebagian besar aspek genetiknya belum dapat diketahui.  Jamur mikoriza sangat peka terhadap pH tanah, sehingga pemanfaatannya secara efektif perlu disertai pengapuran.  Serapan P bibit tanaman kakao dan kelapa sawit meningkat dengan adanya jamur mikoriza VA.