Adaptasi Morfo-fisiologi Semai Tanaman Hutan Tropis Terhadap Cekaman Aluminium

Abstract

7. Revegetasi merupakan salah satu kegiatan lanjutan dari proses reklamasi di lahan pasca tambang. Kegiatan revegetasi dilaksanakan untuk mengembalikan kualitas dan fungsi lahan pasca tambang menuju ekosistem yang lestari. Kualitas tanah yang turun akibat kegiatan pertambangan menjadi tantangan bagi proses revegetasi lahan pasca tambang. Revegetasi di lahan pasca tambang umumnya mengalami kendala terhadap tingkat kesuburan tanah yang rendah, kemasaman tanah yang tinggi, rendahnya aktivitas mikroorganisme tanah dan tingginya kelarutan logam berat seperti Al di dalam tanah. Oleh karena itu, keberhasilan kegiatan rehabilitasi lahan pasca tambang dapat ditingkatkan dengan melakukan pemilihan jenis pohon hutan yang tahan dan mampu beradaptasi terhadap cekaman Al dan pH tanah yang rendah. Namun demikian informasi mengenai karakter morfo-fisiologis jenis-jenis tanaman hutan tropis yang tahan Al dan mampu beradaptasi terhadap cekaman Al masih belum banyak diketahui. Terutama jenis-jenis pohon hutan yang tumbuh di Indonesia. Penelitian ini terdiri dari tiga aspek yaitu melakukan seleksi jenis, mempelajari karakter morfologi dan fisiologi tanaman hutan terhadap cekaman Al, serta mempelajari respon tanaman hutan terhadap inokulasi fungi mikoriza arbuskula (FMA) dan abu sekam padi (ASP) pada media tanah dari pasca tambang silika dengan kandungan Al yang tinggi di rumah kaca. Tujuan penelitian ini adalah: 1) Mengevaluasi jenis-jenis tanaman hutan sensitif dan toleran terhadap cekaman Al; 2) Menganalisis pengaruh cekaman Al pada karakter morfo-fisiologi pada semai toleran dan sensitif terhadap Al; 3) Menjelaskan mekanisme adaptasi semai tanaman hutan sensitif dan toleran dengan eksudasi asam organik; dan 4) Menganalisis respon performa pertumbuhan tanaman yang sensitif dan toleran cekaman Al terhadap perlakuan bahan amelioran ASP dan FMA. Penelitian pertama dilaksanakan dengan mengamati pertumbuhan tanaman dan karakter fisiologis sembilan semai tanaman hutan jenis legum dan jenis daun lebar pada berbagai tingkat konsentrasi Al (0; 0,5; 1; 2; 4; 6; 8; 10; dan 12 mM) di hidroponik. Hasil penelitian satu menunjukkan variasi respon karakter morfologi dan pertumbuhan tanaman terhadap cekaman Al. Konsentrasi 4 mM Al merupakan konsentrasi batas ambang bagi karakter pemanjangan akar. Akar mengalami penurunan pemanjangan hingga lebih dari 50%. Hasil analisis Principal Component Analisys (PCA) dan analisis klaster berdasarkan karakter panjang akar, jumlah akar, berat kering akar dan berat kering tajuk relatif. Ketahanan tanaman dikelompokkan menjadi dua yaitu: kelompok toleran: Sengon Buto (Enterolobium cyclocarpum), Saga (Adenanthera pavonina), Nyamplung (Callophyllum inophyllum), Kaliandra (Calliandra calothyrsus) dan kelompok sensitif : Gmelina (Gmelina arborea), Balsa (Ochroma grandiflora), Ki Bolong (Cecropia peltata), Kecrutan (Spathodea campanulata) dan Trembesi (Samanea saman). Penelitian kedua dilaksanakan dengan menggunakan empat jenis tanaman hasil seleksi penelitian tahap pertama yaitu mewakili sifat toleran (C. inophyllum dan C. calothyrsus) dan sensitif (O. grandiflora dan S. saman). Tanaman kemudian diberikan cekaman Al pada konsentrasi 4 mM. Hasil penelitian menunjukkan jenis C. inophyllum lebih tahan terhadap cekaman Al. Pertumbuhan vegetatif C. inophyllum menunjukkan peningkatan terhadap kontrol dan konsentrasi Al di tajuk lebih kecil dibandingkan dengan ketiga jenis lainnya. Sebaliknya, jenis O. grandiflora menunjukkan sensitivitas yang tinggi terhadap cekaman Al, ditandai dengan pertumbuhan yang sangat tertekan, konsentrasi klorofil turun, dan terjadi peningkatan stres peroksida lipid baik di akar maupun di daun. Penelitian ketiga menggunakan empat jenis tanaman hutan yang mewakili sifat toleran (C. inophyllum dan C. calothyrsus) dan sifat sensitif (O. grandiflora dan S. saman). Tanaman diberi perlakuan cekaman AlCl3 1 mM selama dua hari di media cair CaCl2. Hasilnya menunjukkan cekaman Al menginduksi peningkatan eksudasi asam sitrat dan asam malat paling tinggi pada C. calothyrsus, asam sitrat pada O. grandiflora dan S. saman, dan asam oksalat pada S. saman. Sementara itu, eksudasi asam organik dari akar C. inophyllum menunjukkan jumlah eksudasi yang lebih rendah dari kontrol. Penelitian keempat menggunakan empat jenis tanaman yang mewakili jenis toleran (C. inophyllum dan C. calothyrsus), dan sensitif terhadap Al (O. grandiflora dan S. saman). Tanaman diinokulasi dengan mikoriza arbuscular (FMA) dan dengan menambahkan abu sekam padi (RHA). Hasil penelitian menunjukkan respon tanaman bervariasi terhadap cekaman Al. Sinergi inokulasi FMA di perakaran tanaman dan penambahan ASP ke dalam tanah meningkatkan daya adaptabilitas tanaman terhadap cekaman Al terutama pada jenis O. grandiflora dan S. saman. FMA dan ASP meningkatkan pertumbuhan tanaman dengan memperbaiki karakteristik kimia tanah (P dd, Ca, C organik) dan menurunkan Al di dalam tanah. FMA dan ASP meningkatkan kemampuan tanaman dalam menyerap hara (P, Ca, Mg, dan Si), dan meningkatkan kemampuan tanaman untuk mendetoksifikasi Al secara internal. FMA dan ASP meningkatkan kemampuan tanaman jenis sensitif Al (O. grandiflora) menghambat Al masuk lebih jauh ke dalam jaringan tajuk dengan menahan Al di akar dalam jumlah tinggi. C. calothyrsus cenderung dapat menekan stress oksidatif dan meningkatkan konsentrasi klorofil dan karotenoid di daun. Konsentrasi Si meningkat dibandingkan kontrol di jaringan akar dan tajuk pada semua jenis tanaman. Persentase konsentrasi serapan Al turun pada semua tanaman setelah diberi perlakuan ASP dan inokulasi FMA, tertinggi pada tanaman O. grandiflora. Hasil penelitian menunjukkan derajat kolonisasi FMA pada semua jenis tanaman tergolong tinggi (73-79%).

Revegetation on post-mining land is one of the following activities of the reclamation process. Revegetation activities are carried out to restore the quality and function of post-mining land to a sustainable ecosystem. The deteriorating quality of soil due to mining activities is a challenge for the revegetation process of post-mining land. Revegetation in post-mining land generally experiences problems such as low soil fertility, high soil acidity, low soil microorganism activity, and high solubility of heavy metals such as aluminum in the soil. Therefore, the success of post-mining land rehabilitation activities can be increased by selecting forest tree species that are resistant and able to adapt to Al stress and low soil pH. However, information on the morpho-physiological characters of tropical forest plant species that are Al resistant and able to adapt to Al stress is still not widely known. Especially forest trees species that grow in Indonesia. This research consisted of three aspects by selecting species, studying the morphological and physiological characters of forest plants against Al stress, and studying the response of forest plants to the inoculation of arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) and rice husk ash (RHA) on soil media from post-mining silica with high Al content in greenhouses. The objectives of this study were 1) Evaluating forest tree seedlings that are sensitif and tolerant of aluminum stress; 2) Analyzing the effect of Al stress on morpho-physiological characters of Al tolerant and sensitive seedlings; 3) Describe the adaptation mechanism of forest plant seedlings that are sensitive and tolerant of organic acid exudation; 4) Analyzing the response of plant growth performance that is sensitive and tolerant of aluminum stress to the treatment of amelioran RHA and AMF. The first experiment was carried out by observing plant growth and physiological characters of nine forest plant seedlings at various concentration levels (0, 0.5, 1, 2, 4, 6, 8, 10, 12 mM) in hydroponic media. The results of the first experiment showed variations of morphological response and plant growth to Al stress. The 4 mM Al concentration is the threshold concentration for the root elongation character. The roots’ elongation decreased by more than 50%. The results of Principal Component Analisys (PCA) and cluster analysis were based on the characters of root length, the number of roots, the root dry weight, and the relative shoot dry weight. Plant resistance was grouped into two, namely: tolerant groups: Sengon Buto (Enterolobium cyclocarpum), Saga (Adenathera pavonina), Nyamplung (Callophyllum inophyllum), Kaliandra (Calliandra calothyrsus), and sensitive groups: Gmelina (Gmelina arborea), Balsa (Ochroma grandiflora), Ki Bolong (Cecropia peltata), Kecrutan (Spathodea campanulata), and Trembesi (Samanea saman) The second experiment was carried out with four types of plants representing the tolerant (C. inophyllum and C. calothyrsus), and sensitive (O. grandiflora and S. saman) traits. Plants were given Al stress at a concentration of 4 mM. The results showed that C. inophyllum was more resistant to Al stress. The growth vegetative of C. inophyllum showed an increase to control and the Al concentration in shooth was smaller than the other three species. In contrast, O. grandiflora species showed high sensitivity to Al stress, characterized by highly stressed of growth characteristic, decreased of chlorophyll concentrations, and increased of lipid peroxide both in roots and leaves. The third experiment was carried out with four types of plants that represented tolerant (C. inophyllum and C. calothyrsus), and sensitive (O. grandiflora and S.saman) by giving 1 mM AlCl3 stress for two days in CaCl2 liquid media. The results showed that Al stress induced an increased exudation of citric and malic acid in C. calothyrsus the highest, citric acid in O. grandiflora and S. saman, and oxalic acid in S. saman compared to controls. Meanwhile, organic acid exudation from C. inophyllum roots showed a lower amount of organic acid exudation than control. The fourth study used four plants species which represent tolerant (C. inophyllum and C. calothyrsus), and sensitive to Al (O. grandiflora and S. saman). Plants were inoculated with arbuscular mycorrhizae fungi (AMF) and by adding RHA. The results showed the variation of plant responses to Al stress. Synergy of AMF inoculation in plant roots and addition of ASP to the soil increased the adaptability of plants to Al stress, especially in O. grandiflora and S. saman species. AMF and RHA increase plant growth by improving soil chemical characteristics (P dd, Ca, C organic) and reducing Al in the soil. AMF and ASP increase the ability of plants to absorb nutrients (P, Ca, Mg and Si), and increase the ability of plants to detoxify Al internally. AMF and RHA increased the ability of Al sensitive plants (O. grandiflora) to inhibit Al from entering further into the shoot by retaining high amounts of Al in the roots. C. calothyrsus tends to suppress oxidative stress and increase the concentration of chlorophyll and carotenoids in leaves. Si concentration increased compared to control in root and shoot in all plant species. The percentage of Al uptake concentration decreased in all plants after being treated with RHA and AMF inoculation, the highest was in O. grandiflora plants. The results showed that the degree of AMF colonization in all plant species was high (73-79%).