masukkan script iklan disini
Potret Pertanian -Di dalam tanah unsur N dapat mengalami alih rupa sebagai berikut: Mineralisasi, Immobilisasi, Nitrifikasi, Denitrifikasi, Volatilisasi, Fiksasi N.
Mineralization
Pelepasan N organik menjadi N yang tersedia bagi tanaman yaitu: NH4+, melibatkan mikrobia heterotrof yaitu bakteri dan kapang. Bahan organik tanah mengandung N sekitar 5%, sekitar 1-4% dari N organik mengalami mineralisasi setiap tahunnya.
Immobilisasi (assimilasi)
Berkebalikan dengan proses mineralisasi. Pengambilan bentuk N anorganik dari tanah kemudian menyatukan bahan tersebut menjadi bentuk N organik oleh mikrobia, dapat berupa NH4+ atau NO3-. Kesetimbangan antara mineralisasi dan immobilisasi ditentukan oleh nisbah C:N .
Nitrifikasi
Perubahan NH4+ menjadi NO3-, sumber NH4+ dapat berupa bahan organik atau pupuk. Oksidasi biologis: bilangan oksidasi N meningkat dari -3 menjadi + 5, melalui 2 tahapan proses:
2NH4+ + 3O2 –> 2NO2- (nitrit) + 2H2O + 4H+ (Nitrosomonas bacteria) dan
2NO2- + O2 –> 2NO3- ( Nitrobacter bacteria)
Nitrit bersifat meracun, umumnya tidak sampai mengumpul, karena reaksi nitrit menjadi nitrat jauh lebih besar dibanding perubahan ammonium menjadi nitrit. Ada dua jenis bakteri ototrof yang menonjol, mereka mendapatkan energi dari oksidasi N, sedangkan C diambil dari CO2
Proses nitrifikasi
Meningkatkan potensi pelindian N. Senyawa NO3- sangat mobil, sangat larut air, tidak dapat dipegang oleh koloid tanah. Senyawa NH4+ merupakan kation tertukar, dapat dipegang oleh koloid tanah, bersifat mobil dalam tanah pasiran tanah yang memiliki KPK rendah. Untuk berlangsungnya proses nitrifikasi diperlukan suasana aerasi yang baik, karena yang aktif bakteri aerobik, oksigen diperlukan sebagai reaktan dalam kedua reaksi yang terlibat. Proses ini bersifat mengasamkan tanah, 2 mol H+ dihasilkan per mol NH4+ yag dinitrifikasi, ini dapat berasal dari pupuk ammonium atau mengandung pembentuk ammonium (urea). Sangat cepat pada pH tinggi, optimum pada pH 8.5, bakteri memerlukan cukup Ca dan P, keseimbangan reaksi lebih cocok pada pH tinggi tersebut. Reaksi cepat pada temperatur hangat dan tanah yang lembab. Penghambat nitrifikasi: digunakan untuk membatasi pelindian nitrat, N-Serve (nitrapyrin) karena bersifat meracun bagi Nitrosomonas.
Denitrifikasi
Kehilangan N dalam bentuk gas, reaksi NO3- menjadi N2 dan N2O. Bakteri anaerob: Pseudomonas, Bacillus, menggunakan N sebagai sumber O2 dalam respirasi, terjadi pada tanah tergenang atau terbatasnya oksigen, sekitar akar atau seresah yang sedang terombak. Bakteri memerlukan bahan organik, bahan orgaik yang siap dirombak sebagai sumber energi
4(CH2O) + 4NO3- + 4H+ –> 4CO2 + 2N2O + 6H2O
5(CH2O) + 4NO3- + 4H+ –> 5CO2 + 2N2O + 7H2O
Kehilangan N dari pupuk umumnya 10-30%, pada kondisi: penambahan bahan orgaik dan kurangnya aerasi, temperatur hangat : antara 50 – 80 F, pH >5.5, cukup sediaan nitrat, pertumbuhan tanaman, dapat menyumbang C dan kurangnya oksigen, tanaman dapat juga membatasi denitrifikasi dengan mengurangi kadar air dalam tanah dan nitrat karena diserap
Volatilisasi
Kehilangan berupa gas NH3, terutama dari pupuk N di permukaan, juga rabuk di permukaan tanah, kehilangan rabuk juga terjadi saat penanganan dan penyimpanan, dengan reaksi NH4+ –> H+ + NH3 . Kehilangan NH3 terutama pada pH tinggi, pH larutan >7 , pada kesetimbangan reaksi bergerak ke kanan, kehilangan tersebut dapat ditekan dengan cara pemberian pupuk dibenamkan, atau dengan penyiraman air irigasi, urea bersifat sangat larut.
Pada tanah masam dan netral: kehilangan urea lebih besar dibanding pupuk NH4+ , reaksi awal NH4+ bersifat asam. Hidrolisis Urea meningkatkan pH sekitar butiran:
CO(NH2) 2 (urea) + H+ + 2H2O –> 2NH4+ + HCO3-
ini memerlukan H+ dan menaikkan pH, dapat mencapai > 7
mendorong reaksi : NH4+ + HCO3- –>NH 3 + H2O + CO2
Pada tanah kapuran (calcareous soils), kehilangan Urea secara potensial tetap tinggi. Pupuk NH4+ lebih mudah menguap dibanding dalam suasana asam, karena bereaksi dengan karbonat, NH4+ + HCO3- NHà 3 + H2O + CO2 , kehilangan ammonium fosfat and sulfat lebih tinggi dibanding garam ammonium yang terlarut seperti klorida dan nitrat.
Faktor lain yang mendorong volatilisasi antara lain: bentuknya cairan vs. padatan. Aplikasi permukaan disebar (broadcast surface applications), dibandingkan setempat atau dicampurkan. Temperatur yang tinggi. Permukaan tanah yang lembab dan evaporasi yang cepat. KPK yang rendah: retensi NH4+ dan penyanggaan pH. residu tanaman di permukaan, penggembalaan dan gumpal tanah, menjaga lengas tanah permukaan, mengurangi kontak tanah dan gerakan ke dalam tanah
Inhibitor Urease merupakan alat untuk menghambat perombakan urea dan mengurangi volatilisasi N, contoh:
Agrotrain. umumnya kurang efektif dibandingkan dengan perbaikan cara pemupukan, misalnya concentrated banding. Urease adalah ensim yang memecah urea, berasal dari tanaman atau tanah (mikrobia). Usaha yang lain dengan membuat Slow release, urea-based fertilizers Contoh: Ureaform: Urea-formaldehyde, SCU (Sulfur-coated urea), manfaatnya: pemberian cukup satu kali untuk suatu jangka waktu tertentu, misalnya 3 – 6 atau 9 bulan, hemat pada tempat yang memiliki potensi pelindian atau penguapan yang tinggi, Sering digunakan untuk tanaman hias atau tanaman tahunan.
Ammonia anhidrat, karena bentuknya mudah menguap, maka disuntikkan di bawah permukaan tanah, standar 15 cm untuk tanah kasar lebih dalam lagi. Kondisi yang cocok untuk kehilangan: tanah yang kering: lubang bekas injeksi tidak menutup rapat, NH3 tidak berubah menjadi NH4+, tanah lempung basah: lubang bekas injeksi tidak menutup rapat, tekstur kasar: difusi NH3 , tanah berbongkah: difusi NH3 , bahan organik rendah: bahan organik memegang NH3,
Tujuan penggunaan Inhibitor nitrifikasi untuk menghambat nitrifikasi, dan mengurangi pelindian N. Umumnya digunakan pada musim gugur, atau di tanah pasiran. Contoh: bahan N-Serve, DCD yang berfungsi menghambat perubahan ammonium menjadi nitrit dalam proses nitrifikasi.
Fiksasi N
Meskipun kadar N udara 78%, tetapi ketersediaan N dalam tanah sering menjadi faktor penghambat. Terdapat 70 juta kg N setiap hektar tanah. N2 harus diubah menjadi bentuk yang tersedia bagi tanaman. Fiksasi industri: N2 direduksi dengan energi yang besar (high energy inputs), pada temperatur tinggi 1.200 0C dan tekanan tinggi 500 atm. dengan reaksi: 3H2 + N2 –> 2NH3. NH3 (amonia anhidrat) digunakan langsung sebagai pupuk atau sebagai bahan baku pupuk N yang lain.
Berbagai mikrobia dapat menyemat N2: Simbiotik atau hidup bebas. Rhizobia dan legum. Hal ini penting bagi dunia pertanian. Bakteri simbiotik membentuk bintil akar, tanaman inang menerima N yang tersemat sedangkan bakteri menerima fotosintat.
Rhizobia dan legum memiliki hubungan yang bersifat spesifik, legum yang yang berbeda membutuhkan spesies Rhizobia tertentu yang sesuai. Umumnya dilakukan inokulasi pada biji yang akan ditanam. Hal ini diperlukan terutama jika lahan baru untuk pertama kali ditanami legum tersebut atau untuk introduksi suatu strain baru. Strain memiliki kemampuan menyemat N yang berbeda-beda.
Faktor yang mempengaruhi penyematan N antar alain: Keadaan pH tanah : pH yang rendah membahayakan Rhizobia dan akar tanaman, adanya keracunan Al dan Mn , serta kekahatan Ca, Mo dan P. Spesies dan strain memiliki tingkat kepekaan yang berbeda-beda. R. meliloti (alfalfa, sweet clover) sangat peka terhadap pH yang rendah, strain lain lebih toleran. Kadar Nitrogen tersedia tanah: jika kandungan N tanah tinggi, maka penyematan akan rendah. Pertumbuhan tanaman dan manajemen: laju fotosintesis tinggi akan meningkatkan penyematan N, sebaliknya hal yang menurunkan batang atau hasil juga menurunkan penyematan N misalnya frekuensi dan waktu pemangkasan pada HMT. Kemampuan penyematan N pada legum tahunan (perennial) : 100-200 kg/ha/th, sedangkan legum semusim (annual) : 50-100 kg/ha/th
Penyematan N lainnya
Azolla Anabaena : paku air dan ganggang hijau biru (cyanobacteria), jumlah N yang tersemat cukup untuk padi sawah. Cyanobacteria (blue-green algae), hidup bebas, pada tanah tergenang, permukaan tanah yang lembab. Azospirillum: bakteria yang hidup bebas, atau bersekutu dengan akar serealia atau rerumputan. Azotobacter: bakteria hidup bebas, di tanah, air , risosfer, atau permukaan daun. Bentuk hubungan yang lain kurang berhubungan dengan pertanian, tetapi bermanfaat bagi ekosistem alam atau agroforestry. Pohon legum: Black locust, mimosa, akasia. Frankia: aktinomisetes simbiotik, Alder.
Mineralization
Pelepasan N organik menjadi N yang tersedia bagi tanaman yaitu: NH4+, melibatkan mikrobia heterotrof yaitu bakteri dan kapang. Bahan organik tanah mengandung N sekitar 5%, sekitar 1-4% dari N organik mengalami mineralisasi setiap tahunnya.
- Aminisasi: proteins + H2O –> asam amino + amina + urea + CO2 + energi. pemecahan protein menjadi unit lebih kecil, yang mengandung gugus NH2
- Ammonifikasi:R – NH2 + H2O –> NH3 + R – OH + energi NH3 + H2O –> NH4+ + OH-
Berkebalikan dengan proses mineralisasi. Pengambilan bentuk N anorganik dari tanah kemudian menyatukan bahan tersebut menjadi bentuk N organik oleh mikrobia, dapat berupa NH4+ atau NO3-. Kesetimbangan antara mineralisasi dan immobilisasi ditentukan oleh nisbah C:N .
Nitrifikasi
Perubahan NH4+ menjadi NO3-, sumber NH4+ dapat berupa bahan organik atau pupuk. Oksidasi biologis: bilangan oksidasi N meningkat dari -3 menjadi + 5, melalui 2 tahapan proses:
2NH4+ + 3O2 –> 2NO2- (nitrit) + 2H2O + 4H+ (Nitrosomonas bacteria) dan
2NO2- + O2 –> 2NO3- ( Nitrobacter bacteria)
Nitrit bersifat meracun, umumnya tidak sampai mengumpul, karena reaksi nitrit menjadi nitrat jauh lebih besar dibanding perubahan ammonium menjadi nitrit. Ada dua jenis bakteri ototrof yang menonjol, mereka mendapatkan energi dari oksidasi N, sedangkan C diambil dari CO2
Proses nitrifikasi
Meningkatkan potensi pelindian N. Senyawa NO3- sangat mobil, sangat larut air, tidak dapat dipegang oleh koloid tanah. Senyawa NH4+ merupakan kation tertukar, dapat dipegang oleh koloid tanah, bersifat mobil dalam tanah pasiran tanah yang memiliki KPK rendah. Untuk berlangsungnya proses nitrifikasi diperlukan suasana aerasi yang baik, karena yang aktif bakteri aerobik, oksigen diperlukan sebagai reaktan dalam kedua reaksi yang terlibat. Proses ini bersifat mengasamkan tanah, 2 mol H+ dihasilkan per mol NH4+ yag dinitrifikasi, ini dapat berasal dari pupuk ammonium atau mengandung pembentuk ammonium (urea). Sangat cepat pada pH tinggi, optimum pada pH 8.5, bakteri memerlukan cukup Ca dan P, keseimbangan reaksi lebih cocok pada pH tinggi tersebut. Reaksi cepat pada temperatur hangat dan tanah yang lembab. Penghambat nitrifikasi: digunakan untuk membatasi pelindian nitrat, N-Serve (nitrapyrin) karena bersifat meracun bagi Nitrosomonas.
Denitrifikasi
Kehilangan N dalam bentuk gas, reaksi NO3- menjadi N2 dan N2O. Bakteri anaerob: Pseudomonas, Bacillus, menggunakan N sebagai sumber O2 dalam respirasi, terjadi pada tanah tergenang atau terbatasnya oksigen, sekitar akar atau seresah yang sedang terombak. Bakteri memerlukan bahan organik, bahan orgaik yang siap dirombak sebagai sumber energi
4(CH2O) + 4NO3- + 4H+ –> 4CO2 + 2N2O + 6H2O
5(CH2O) + 4NO3- + 4H+ –> 5CO2 + 2N2O + 7H2O
Kehilangan N dari pupuk umumnya 10-30%, pada kondisi: penambahan bahan orgaik dan kurangnya aerasi, temperatur hangat : antara 50 – 80 F, pH >5.5, cukup sediaan nitrat, pertumbuhan tanaman, dapat menyumbang C dan kurangnya oksigen, tanaman dapat juga membatasi denitrifikasi dengan mengurangi kadar air dalam tanah dan nitrat karena diserap
Volatilisasi
Kehilangan berupa gas NH3, terutama dari pupuk N di permukaan, juga rabuk di permukaan tanah, kehilangan rabuk juga terjadi saat penanganan dan penyimpanan, dengan reaksi NH4+ –> H+ + NH3 . Kehilangan NH3 terutama pada pH tinggi, pH larutan >7 , pada kesetimbangan reaksi bergerak ke kanan, kehilangan tersebut dapat ditekan dengan cara pemberian pupuk dibenamkan, atau dengan penyiraman air irigasi, urea bersifat sangat larut.
Pada tanah masam dan netral: kehilangan urea lebih besar dibanding pupuk NH4+ , reaksi awal NH4+ bersifat asam. Hidrolisis Urea meningkatkan pH sekitar butiran:
CO(NH2) 2 (urea) + H+ + 2H2O –> 2NH4+ + HCO3-
ini memerlukan H+ dan menaikkan pH, dapat mencapai > 7
mendorong reaksi : NH4+ + HCO3- –>NH 3 + H2O + CO2
Pada tanah kapuran (calcareous soils), kehilangan Urea secara potensial tetap tinggi. Pupuk NH4+ lebih mudah menguap dibanding dalam suasana asam, karena bereaksi dengan karbonat, NH4+ + HCO3- NHà 3 + H2O + CO2 , kehilangan ammonium fosfat and sulfat lebih tinggi dibanding garam ammonium yang terlarut seperti klorida dan nitrat.
Faktor lain yang mendorong volatilisasi antara lain: bentuknya cairan vs. padatan. Aplikasi permukaan disebar (broadcast surface applications), dibandingkan setempat atau dicampurkan. Temperatur yang tinggi. Permukaan tanah yang lembab dan evaporasi yang cepat. KPK yang rendah: retensi NH4+ dan penyanggaan pH. residu tanaman di permukaan, penggembalaan dan gumpal tanah, menjaga lengas tanah permukaan, mengurangi kontak tanah dan gerakan ke dalam tanah
Inhibitor Urease merupakan alat untuk menghambat perombakan urea dan mengurangi volatilisasi N, contoh:
Agrotrain. umumnya kurang efektif dibandingkan dengan perbaikan cara pemupukan, misalnya concentrated banding. Urease adalah ensim yang memecah urea, berasal dari tanaman atau tanah (mikrobia). Usaha yang lain dengan membuat Slow release, urea-based fertilizers Contoh: Ureaform: Urea-formaldehyde, SCU (Sulfur-coated urea), manfaatnya: pemberian cukup satu kali untuk suatu jangka waktu tertentu, misalnya 3 – 6 atau 9 bulan, hemat pada tempat yang memiliki potensi pelindian atau penguapan yang tinggi, Sering digunakan untuk tanaman hias atau tanaman tahunan.
Ammonia anhidrat, karena bentuknya mudah menguap, maka disuntikkan di bawah permukaan tanah, standar 15 cm untuk tanah kasar lebih dalam lagi. Kondisi yang cocok untuk kehilangan: tanah yang kering: lubang bekas injeksi tidak menutup rapat, NH3 tidak berubah menjadi NH4+, tanah lempung basah: lubang bekas injeksi tidak menutup rapat, tekstur kasar: difusi NH3 , tanah berbongkah: difusi NH3 , bahan organik rendah: bahan organik memegang NH3,
Tujuan penggunaan Inhibitor nitrifikasi untuk menghambat nitrifikasi, dan mengurangi pelindian N. Umumnya digunakan pada musim gugur, atau di tanah pasiran. Contoh: bahan N-Serve, DCD yang berfungsi menghambat perubahan ammonium menjadi nitrit dalam proses nitrifikasi.
Fiksasi N
Meskipun kadar N udara 78%, tetapi ketersediaan N dalam tanah sering menjadi faktor penghambat. Terdapat 70 juta kg N setiap hektar tanah. N2 harus diubah menjadi bentuk yang tersedia bagi tanaman. Fiksasi industri: N2 direduksi dengan energi yang besar (high energy inputs), pada temperatur tinggi 1.200 0C dan tekanan tinggi 500 atm. dengan reaksi: 3H2 + N2 –> 2NH3. NH3 (amonia anhidrat) digunakan langsung sebagai pupuk atau sebagai bahan baku pupuk N yang lain.
Berbagai mikrobia dapat menyemat N2: Simbiotik atau hidup bebas. Rhizobia dan legum. Hal ini penting bagi dunia pertanian. Bakteri simbiotik membentuk bintil akar, tanaman inang menerima N yang tersemat sedangkan bakteri menerima fotosintat.
Rhizobia dan legum memiliki hubungan yang bersifat spesifik, legum yang yang berbeda membutuhkan spesies Rhizobia tertentu yang sesuai. Umumnya dilakukan inokulasi pada biji yang akan ditanam. Hal ini diperlukan terutama jika lahan baru untuk pertama kali ditanami legum tersebut atau untuk introduksi suatu strain baru. Strain memiliki kemampuan menyemat N yang berbeda-beda.
Faktor yang mempengaruhi penyematan N antar alain: Keadaan pH tanah : pH yang rendah membahayakan Rhizobia dan akar tanaman, adanya keracunan Al dan Mn , serta kekahatan Ca, Mo dan P. Spesies dan strain memiliki tingkat kepekaan yang berbeda-beda. R. meliloti (alfalfa, sweet clover) sangat peka terhadap pH yang rendah, strain lain lebih toleran. Kadar Nitrogen tersedia tanah: jika kandungan N tanah tinggi, maka penyematan akan rendah. Pertumbuhan tanaman dan manajemen: laju fotosintesis tinggi akan meningkatkan penyematan N, sebaliknya hal yang menurunkan batang atau hasil juga menurunkan penyematan N misalnya frekuensi dan waktu pemangkasan pada HMT. Kemampuan penyematan N pada legum tahunan (perennial) : 100-200 kg/ha/th, sedangkan legum semusim (annual) : 50-100 kg/ha/th
Penyematan N lainnya
Azolla Anabaena : paku air dan ganggang hijau biru (cyanobacteria), jumlah N yang tersemat cukup untuk padi sawah. Cyanobacteria (blue-green algae), hidup bebas, pada tanah tergenang, permukaan tanah yang lembab. Azospirillum: bakteria yang hidup bebas, atau bersekutu dengan akar serealia atau rerumputan. Azotobacter: bakteria hidup bebas, di tanah, air , risosfer, atau permukaan daun. Bentuk hubungan yang lain kurang berhubungan dengan pertanian, tetapi bermanfaat bagi ekosistem alam atau agroforestry. Pohon legum: Black locust, mimosa, akasia. Frankia: aktinomisetes simbiotik, Alder.
