Pupuk
Pupuk adalah material yang ditambahkan pada media tanam atau tanaman untuk mencukupi kebutuhan hara yang diperlukan tanaman sehingga mampu berproduksi dengan baik. Material pupuk dapat berupa bahan organik ataupun non-organik (mineral). Pupuk berbeda dari suplemen. Pupuk mengandung bahan baku yang diperlukan pertumbuhan dan perkembangan tanaman, sementara suplemen seperti hormon tumbuhan membantu kelancaran proses metabolisme. Meskipun demikian, ke dalam pupuk, khususnya pupuk buatan, dapat ditambahkan sejumlah material suplemen.
Dalam pemberian pupuk perlu diperhatikan kebutuhan tumbuhan tersebut, agar tumbuhan tidak mendapat terlalu banyak zat makanan. Terlalu sedikit atau terlalu banyak zat makanan dapat berbahaya bagi tumbuhan. Pupuk dapat diberikan lewat tanah ataupun disemprotkan ke daun. Salah satu jenis pupuk organik adalah kompos.
Dalam praktik sehari-hari, pupuk biasa dikelompok-kelompokkan untuk kemudahan pembahasan. Pembagian itu berdasarkan sumber bahan pembuatannya, bentuk fisiknya, atau berdasarkan kandungannya.
Dilihat dari sumber pembuatannya, terdapat dua kelompok besar pupuk: (1) pupuk organik atau pupuk alami (misal pupuk kandang dan kompos) dan (2) pupuk kimia atau pupuk buatan. Pupuk organik mencakup semua pupuk yang dibuat dari sisa-sisa metabolisme atau organ hewan dan tumbuhan, sedangkan pupuk kimia dibuat melalui proses pengolahan oleh manusia dari bahan-bahan mineral. Pupuk kimia biasanya lebih "murni" daripada pupuk organik, dengan kandungan bahan yang dapat dikalkulasi. Pupuk organik sukar ditentukan isinya, tergantung dari sumbernya; keunggulannya adalah ia dapat memperbaiki kondisi fisik tanah karena membantu pengikatan air secara efektif.
Berdasarkan bentuk fisiknya, pupuk dibedakan menjadi pupuk padat dan pupuk cair. Pupuk padat diperdagangkan dalam bentuk onggokan, remahan, butiran, atau kristal. Pupuk cair diperdagangkan dalam bentuk konsentrat atau cairan. Pupuk padatan biasanya diaplikan ke tanah/media tanam, sementara pupuk cair diberikan secara disemprot ke tubuh tanaman.
Terdapat dua kelompok pupuk berdasarkan kandungan: pupuk tunggal dan pupuk majemuk. Pupuk tunggal mengandung hanya satu unsur, sedangkan pupuk majemuk paling tidak mengandung dua unsur yang diperlukan. Terdapat pula pengelompokan yang disebut pupuk mikro, karena mengandung hara mikro ("micronutrients"). Beberapa merk pupuk majemuk modern sekarang juga diberi campuran zat pengatur tumbuh atau zat lainnya untuk meningkatkan efektivitas penyerapan hara yang diberikan.
Pupuk organik mencakup semua bahan yang dihasilkan dari makhluk hidup dan bisa digunakan untuk menyuburkan tanaman, seperti kotoran hewan, kotoran cacing, kompos, rumput laut, guano, dan bubuk tulang. Kotoran hewan merupakan limbah yang seringkali menjadi masalah lingkungan, sehingga penggunaan kotoran hewan sebagai pupuk dapat menguntungkan secara lingkungan dan pertanian. Tulang hewan sisa penyembelihan hewan bisa dijadikan bubuk tulang yang kaya kandungan fosfat.
Pupuk organik diketahui mampu meningkatkan keanekaragaman hayati pertanian dan produktivitas tanah secara jangka panjang. Pupuk organik juga dapat menjadi sarana sekuestrasi karbon ke tanah.
Nutrisi organik meningkatkan keanekaragaman hayati tanah dengan menyediakan bahan organik dan nutrisi mikro bagi organisme penghuni tanah seperti jamur mikoriza yang membantu tanaman menyerap nutrisi, dan dapat mengurangi input pupuk.
Pupuk organik merupakan pupuk yang bersifat kompleks karena ketersediaan senyawa yang ada pada pupuk tidak berupa unsur ataupun molekul sederhana yang dapat diserap oleh tanah secara langsung. Kadar nutrisi yang tersedia sangat bervariasi dan tidak dalam bentuk yang tersedia secara angsung bagi tanaman sehingga membutuhkan waktu lama untuk diserap oleh tanaman.
Beberapa limbah yang dikomposkan, jika tidak diolah secara tepat, dapat menjadi sarana pertumbuhan patogen yang merugikan tanaman.
Kadar nutrisi, tingkat kelarutan, dan laju pelepasan nutrisi pupuk organik umumnya lebih rendah dibandingkan pupuk anorganik. Secara umum, keberadaan nutrisi pada pupuk organik lebih terlarut ke antara molekul tanah, namun juga tidak lebih tersedia dalam wujud yang bisa dimanfaatkan secara langsung oleh tanaman.
Berdasarkan studi dari Universitas California, semua pupuk organik diklasifikasikan sebagai pupuk dengan laju pelepasan yang lambat ("slow release fertliizer") sehingga tidak menyebabkan memar ("burn") pada tanaman meski kadar nitrogen pada pupuk organik berlebih. Gejala "burn" merupakan gejala umum yang ditemukan pada tanaman ketika pemberian pupuk kimia dilakukan secara berlebihan.
Kualitas pupuk organik dari kompos dan sumber lainnya dapat bervariasi dari satu proses produksi ke proses produksi berikutnya. Tanpa pengujian secara sampling terlebih dahulu, tingkat nutrisi yang akan diterima tanaman tidak bisa diketahui secara pasti.
Urea dari kotoran hewan (dan juga manusia) dapat digunakan untuk menjadi sumber pupuk organik. Sebuah firma di Belanda telah mampu mengubah urin manusia menjadi struvite yang dapat digunakan sebagai pupuk.
Namun limbah perkotaan yang kemungkinan telah tercampur obat-obatan, polusi, hormon buatan, logam berat, plastik, dan sebagainya tidak dapat digunakan sebagai bahan baku pupuk untuk digunakan pada usaha pertanian organik.
Penelitian yang dilaukan oleh Agricultural Research Service (ARS) mennjukan bahwa kotoran ayam dapat menjadikan kondisi tanah lebih baik bagi pertumbuhan tanaman dibandingkan dengan penggunaan pupuk anorganik. ARS melakukan studi tersebut kepada perkebunan kapas dan menemukan bahwa kapas menghasilkan 12% lebih banyak dibandingkan dengan penggunaan pupuk anorganik. ARS juga memperkirakan harga kotoran ayam saat ini hanya $17 per ton, jauh lebih murah dibandingkan dengan jumlah manfaat yang dapat disediakan pupuk anorganik pada kemampuan pengkondisian tanah yang setara yang sebesar $78 per ton.
Tepung tulang, tepung darah, tepung ikan, dan emulsi ikan juga dapat digunakan sebagai pupuk.
Tanaman penutup legum (misal alfalfa) seringkali ditumbuhkan di sela-sela tanaman perkebunan untuk memperkaya tanah dengan nitrogen melalui proses pengikatan nitrogen dari atmosfer dan memperkaya kandungan fosfor melalui mobilisasi nutrisi.
Salah satu studi yang dilakukan ARS menemukan bahwa alga dapat digunakan untuk menangkap nitrogen dan fosfor yang dilepaskan lahan usaha tani ke lingkungan melalui aliran air permukaan ("surface runoff"). Alga ini dapat digunakan untuk menyaring limbah pertanian, yang lalu dapat dikembalikan lagi ke tanah sebagai pupuk. Laju pelepasan nutrisinya setara dengan pupuk anorganik sehingga dapat digunakan pada pembibitan.
Limbah industri kayu seperti serbuk gergaji dan kepingan kayu, juga dapat digunakan sebagai pupuk.
Secara umum, tumbuhan hanya menyerap nutrisi yang diperlukan jika terdapat dalam bentuk senyawa kimia yang mudah terlarut. Nutrisi dari pupuk organik hanya dilepaskan ke tanah melalui pelapukan yang dapat memakan waktu lama. Pupuk anorganik memberikan nutrisi yang langsung terlarut ke tanah dan siap diserap tumbuhan tanpa memerlukan proses pelapukan.
Tiga senyawa utama dalam pupuk anorganik yaitu nitrogen (N), fosfor (P), dan kalium (K). Kandungan NPK dihitung dengan pemeringkatan NPK yang memberikan label keterangan jumlah nutrisi pada suatu produk pupuk anorganik.
Secara umum, nutrisi NPK yang siap diserap oleh tanaman pada pupuk anorganik mencapai 64%, jauh lebih tinggi dibandingkan pupuk organik yang hanya menyediakan di bawah 1% dari berat pupuk yang diberikan. Inilah yang menyebabkan mengapa pupuk organik harus diberikan dalam jumlah yang jauh lebih banyak dibandingkan pupuk anorganik.
Pupuk nitrogen dibuat dengan menggunakan proses Haber yang ditemukan pada tahun 1915. Proses ini menggunakan gas alam sebagai sumber hidrogen, dan gas nitrogen dari udara pada temperatur dan tekanan yang tinggi dengan bantuan katalis menghasilkan amonia sebagai produknya. AMonia dapat digunakan sebagai bahan baku pupuk lainnya seperti amonium nitrat dan urea. Pupuk ini dapat dilarutkan terlebih dahulu dengan air. Sebelum ditemukannya proses Haber, mineral seperti natrium nitrat ditambang untuk dijadikan sumber pupuk nitrogen anorganik. Mineral ini masih ditambang sampai sekarang.
Proses lainnya dalam pembuatan pupuk organik adalah proses Odda yang disebut juga dengan proses nitrofosfat. Bebatuan fosfat dengan kadar fosfor hingga 20% dilarutkan ke asam nitrat untuk menghasilkan asam fosfat dan kalsium nitrat. Bebatuan fosfat juga bisa diproses menjadi mineral PO dengan bantuan asam sulfat. Melalui tungku listrik, mineral fosfat juga bisa direduksi menjadi fosfat murni, namun proses ini sangat mahal.
Kalium secara komersial dapat ditemukan di berbagai tempat mulai dari bebatuan di dalam bumi hingga sedimen di dasar laut. Bebatuan yang mengandung kalium seringkali berada dalam bentuk kalium klorida yang juga ditemukan bersamaan dengan mineral natrium klorida. Bebatuan yang mengandung kalium ditambang dengan bantuan air panas sehingga larut. Larutan ini diuapkan dengan bantuan sinar matahari. Senyawa amina digunakan untuk memisahkan KCl dengan NaCl.
Penggunaan pupuk organik secara komersial telah berkembang dan meningkat hingga 20 kali lipat dibandingkan 50 tahun yang lalu dengan jumlah konsumsi saat ini mencapai 100 juta ton nitrogen anorganik per tahun. Tanpa pupuk anorganik, diperkirakan sepertiga bahan pangan saat ini tidak dapat berproduksi. Penggunaan pupuk fosfat juga meningkat dari 9 juta ton (1960) menjadi 40 juta ton (2000). Setiap hektare tanaman jagung membutuhkan antara 30 hingga 50 kilogram pupuk fosfat, sedangkan kedelai membutuhkan 20-25 kg. Yara International merupakan produsen pupuk nitrogen anorganik terbesar di dunia.
Pupuk anorganik digunakan di semua jenis tanaman pertanian dengan jumlah pemberian bergantung pada jenis tanaman dan tingkat kesuburan tanah saat ini. Misal tanaman pertanian jenis legum (seperti kedelai) tidak membutuhkan pupk nitrogen anorganik sebanyak tanaman lain karena mampu mengikat nitrogen.
Namun penerapan pupuk anorganik berlebih mampu menyebabkan peningkatan keasaman tanah karena mineral yang tidak dimanfaatkan mampu bereaksi dengan air yang ada di tanah membentuk senyawa asam. Untuk mencegah hal ini, status nutrisi dari tanaman dan tanah perlu dinilai sebelum penerapan pupuk anorganik.
Nutrisi pada pupuk anorganik, terutama nitrat, dapat mencemari lingkungan alam dan mengganggu kehidupan manusia jika terbilas oleh air hujan dan mengalir dari lahan pertanian hingga ke perairan setempat dan air tanah. Jumlah pupuk anorganik yang masuk ke perairan cenderung sulit untuk dihitung dan diperkirakan dampaknya secara kuantitatif.
Pembilasan pupuk nitrogen dari kawasan pertanian mampu mencemari air tanah. Penggunaan amonium nitrat anorganik secara umum bersifat membahayakan air tanah karena tanaman lebih mudah menyerap ion amonium dibandingkan ion nitrat untuk mendapatkan nitrogen, sehingga ion nitrat yang berlebih tersebut akan terbilas dan mencemari air tanah. Kadar nitrat di atas 10 miligram per liter (10 ppm) pada air tanah mampu menyebabkan sindrom bayi biru.
Setiap pupuk anorganik berbahan dasar mineral dapat mengandung zat pengotor berupa fluorida dan logam berat seperti kadimum dan uranium tergantung dari di mana dan bagaimana bahan mineral ditambang. Bahan pengotor tersebut dapat dihilangkan, namun akan meningkatkan biaya prduksi secara signifikan sehingga tidak dilakukan oleh sebagian besar industri pupuk. Senyawa pengotor ini dapat mempengaruhi kualitas tanah hingga meracuni tanaman.
Petani secara tidak sadar menjadi "kecanduan" pupuk anorganik karena penggunaan pupuk anorganik secara jangka panjang mematikan organisme tanah yang bermanfaat sehingga penyediaan nutrisi secara organik tidak akan secepat tanah biasa. Organisme tanah seperti mikoriza, fungi, dan berbagai bakteri mampu menguraikan senyawa organik. Ketidakseimbangan nutrisi tanah akibat pupuk anorganik mematikan sebagian besar organisme tanah dan menyebabkan peningkatan keasaman tanah.
Berbagai pupuk anorganik tidak mengandung unsur hara mikro karena dibuat dalam bentuk murni. Unsur hara mikro ini dapat secara bertahap menghilang dari tanah karena diserap oleh tumbuhan. Hilangnya unsur mikro telah dikaitkan dengan studi turunnya kandungan mineral pada buah dan sayur yang dihasilkan suatu usaha tani. Di Australia, defisiensi seng, tembaga, mangan, besi, dan molibden menjadi pembatas jumlah hasil pertanian dan peternakan yang dihasilkan pada tahun 1940 sampai 1950an. Sejak kejadian ini, nutrisi hara mikro mulai ditambahkan pada produksi pupuk anorganik.
Berbagai tanah di seluruh dunia yang kekurangan nutrisi seng terkait pula dengan defisiensi seng pada asupan nutrisi manusia yang hidup di sekitarnya.
Pemupukan berlebih dapat berakibat sama buruknya dengan kekurangan nutrisi. Gejala seperti "fertilizer burn" terjadi karena pupuk diberikan terlalu banyak, sehingga menyebabkan daun mengering hingga menyebabkan kematian tanaman. Tingkat gejala memar terkait dengan indeks kadar garam pada pupuk dan tanah.
Di Amerika Serikat, 317 miliar kaki kubik gas alam dikonsumsi untuk memproduksi amonia setiap tahunnya. Secara keseluruhan di seluruh dunia, konsumsi gas alam untuk produksi amonia diperkirakan mencapai 5% dari total gas alam yang dikonsumsi, yang kurang lebih setara dengan 2% total kebutuhan energi dunia.
Amonia diproduksi dengan memanfaatkan gas alam dalam jumlah besar dengan kebutuhan energi yang tinggi pula untuk meningkatkan tekanan dan temperatur dalam prosesnya. Biaya pembelian gas alam memakan biaya produksi amonia sebesar 90%. Peningkatan harga gas alam tidak terlepas dari peningkatan permintaan komoditas ini untuk memproduksi pupuk sehingga ikut meningkatkan harga pupuk.
Gas rumah kaca (GRK) berupa karbon dioksida, metana, dan nitro oksida ketiganya dihasilkan dari industri pupuk, baik disengaja maupun tidak. Metana dan nitro oksida merupakan senyawa gas rumah kaca yang lebih berbahaya dibandingkan gas karbon dioksida, dan dampak keduanya dapat disetarakan dengan karbon dioksida. Diperkirakan setiap kilogram amonium nitrat yang dihasilkan, dua kilogram GRK setara karbon dioksia dilepaskan oleh industri. Selain itu, pupuk nitrogen yang sudah terlarut ke dalam tanah mampu dilepaskan oleh bakteri menjadi nitro oksida melalui proses denitrifikasi. Semakin banyak nitrogen di dalam tanah yang tersedia, laju proses denitrifikasi menjadi lebih cepat sesuai dengan kesetimbangan kimia.
Tumbuhan tidak lagi bergantung pada mikoriza dalam pemecahan senyawa organik dan penyerapan nutrisi karena ketersediaan nutrisi lebih banyak didapatkan dari pupuk anorganik. Hubungan simbiosis ini dapat terlepas dan mempengaruhi ekosistem tanah secara keseluruhan.
Pupuk secara umum mengandung senyawa yang mampu mempercepat pertumbuhan tumbuhan. Eutrofikasi adalah gejala peningkatan laju pertumbuhan tumbuhan air. Pupuk yang terbilas aliran air permukaan mampu diserap oleh tumbuhan air dan menyebabkan eutrofikasi. Hal ini membahayakan perairan karena ketika tumbuhan mati, proses dekomposisi oleh bakteri yang terjadi di bawah air mampu menyebabkan hilangnya oksigen dan menyebabkan kebinasaan ikan dan hewan air lainnya. Dan air mampu berubah menjadi keruh dan berwarna kehijauan (atau merah, coklat, kuning, tergantung jenis alga yang mengalami eutrofikasi di perairan).
Sekitar setengah danau di Amerika Serikat kini bersifat eutrofik dan jumlah kawasan mati ("dead zone") meningkat hingga ke pinggir pantai.
Pupuk organik dan anorganik yang kaya nitrogen dapat menyebabkan peningkatan keasaman tanah ketika diberikan. Keasaman tanah yang meningkat mampu mengikat beberapa senyawa nutrisi mikro sehingga menjadi tidak tersedia bagi tumbuhan untuk diserap. Pengapuran tanah dapat menurunkan tingkat keasaman tanah.
Emisi metana dari lahan pertanian, terutama sawah penanaman padi meningkat dengan bertambahnya penerapan pupuk berbasis amonia. Emisi ini dapat berkontribusi secara signifikan pada perubahan iklim karena metana merupakan gas rumah kaca yang kuat. Selain metana, nitro oksida telah menjadi gas rumah kaca dengan kontribusi pemanasan global ketiga di dunia karena meningkatnya penggunaan pupuk berbasis nitrogen.
Emisi gas metana dari pupuk mencakup: