6. bab iv nitrogen rev.

BAB IV. NITROGEN
KONTEN MATERI :
4.1. Siklus N2
4.2. Fungsi dan Bentuk N dalam Tanaman
4.3. Fiksasi N2 Simbiotik
4.4. Fiksasi N2 Nonsimbiotik
4.5. Bentuk N Tanah
4.6. Transformasi N dalam Tanah
4.7. Kehilangan N bentuk gas
4.8. Sumber dan pupuk N untuk
peningkatan hasil tanaman
4.1. Siklus N
 Tanaman non legum, sering kekurangan N
 Sumber organik & anorganik mensuplai N-tersedia bagi tanaman.
 N2 yang difiksasi tan. legum dapat mencukupi pertumbuhan
tanaman.
 Memahami kimia dan biologi N tanah adalah penting untuk
memaksimalkan produktifitas , sambil mengurangi dampak input
N terhadap lingkungan.
 Sumber utama adalah N2 udara sekitar 78% volume udara bumi.
 Tanaman tingkat tinggi tidak dapat memetabolisis langsung N2
menjadi protein.
 N2 harus diubah menjadi N-tersedia bagi tanaman oleh :
1. mikroorganisme yang hidup bersimbiosis pada akar legum
2. mikroorganisme tanah nonsimbiosis atau yang hidup bebas
3. loncatan listrik di udara waktu hujan membentuk N-oksida
4. pabrik pembuatan pupuk N.
Tabel 4.1. Perkiraan Distribusi N seluruh sistem
tanah - tanaman/hewan - atmosfer
Sumber N
Metrik Ton
% Total
Atmosfer
Laut (bermacam-macam)
Tanah (tanpa kehidupan)
Tanaman
Mikroba dalam tanah
Hewan (Lahan)
Manusia
3,9 X 1015
2,4 X 1013
1,5 X 1011
1,5 X 1010
6 X 109
2 X 108
1 X 107
99,3840
0,6116
0,0038
0,00038
0,00015
0,000005
0,00000025
Gambar 4.1. Siklus N
Hujan Kilat
Fiksasi N2
1
N 2O
NO
N2
NO3-
Non Simbiosis
Simbiosis
Tanaman
NO3-/NH4+
N2
NO3-
Residu
tanaman&hewan
NH3
Diangkut
Kacang2an/legum
7
Volatilisasi NH3
Bahan organik Tanah
N2O
Fiksasi NH4+
4
2
NO
NH4+
Ammonifikasi
NO2
R-NH2
Aminisasi
Mineralisasi
Liat 2:1
NO3Denitrifikasi
6
1.
2.
3.
4.
Fiksasi N2
Dekomp./mineralisasi
Nitrifikasi
Diserap tanaman
NO3-
5
Pencucian
NO2-
3
Nitrifikasi
5. Pencucian NO36. Denitrifikasi
N2ON2
7. Volatilisasi NH3
Tabel 4.2. Input, Output (kehilangan) N, dan Daur
dalam Sistem Tanah-tanaman-Atmosfer*
Input/penambahan N
Fiksasi
-Biologi
-Industri
-Elektrik
-Pembakaran
Kotoran hewan
Sisa-sisa tanaman
Output/Kehilangan N
Diambil tanaman
Denitrifikasi
Volatilisasi
Pencucian
Fiksasi NH4+ †
Tanpa Penambahan/
kehilangan N (Daur)
Immobilisasi
Mineralisasi
nitrifikasi
* Sejumlah komponen input, output dan daur N dapat dipengaruhi oleh
pengelolaan tetapi umumnya tidak dikelola
† Sejumlah NH4+ yang difiksasi dapat dilepaskan (input)
4.2. Fungsi dan Bentuk N Dalam Tanaman
4.2.1. Bentuk N dalam Tanaman
♣ Tanaman mengandung 1-6% dari N berat tanaman,
dan diserap dalam bentuk NO3- dan NH4+.
♣ Dalam keadaan lembab, panas, aerasi tanah baik,
larutan NO3- diserap oleh akar > NH4+, keduanya
diserap akar melalui aliran massa dan diffusi
♣ Sebagai senyawa: As.amino, enzim, khlorophyl, gen.
♣ Dibutuhkan dlm konst. tinggi pada bag. aktif tumbuh (daun muda/tunas, buah,dan ujung-ujung akar).
4.2.2. Fungsi N dalam Tanaman
Sebelum NO3- dapat digunakan tanaman, harus
direduksi → NH4+ atau NH3. reduksi NO3melibatkan reaksi dua 2 enzim katalis, yang terjadi
dalam akar dan/daun tergantung spesies tanaman.
Kedua reaksi terjadi dalam rangkaian yang juga
toksik NO2- tidak diakumulasi.
Reaksi reduksi
Tahap 1
Tahap 2
NO3- → NO2NO2- → NH3
Enzim
reduktase Nitrat
reduktase Nitrit
Tempat reaksi
Cytoplasma
Chloroplast
1. Pembentukan sintesis/ protein:
2. Bagian dari molekul khlorophyl
3. Komponen vitamin
4. Merangsang pertumbuhan vegetatif
Tabel 4.3. Pengaruh N Terhadap Kelembaban dan
Hasil Biji Jagung
N (Lb/a)
Hasil (bu/a)
Kelembaban Biji (%)
0
60
120
180
240
300
66
101
135
158
167
168
36,1
30,0
27,9
26,9
28,2
27,2
Sumber : Ohio State Univ., 1979, 17th Annu. Agron.
Demonstration, Farm Sci. Rev.
4.2.3. Gejala Defisiensi
Tanaman kekurangan N: daun tampak kuning.
Kehilangan N protein dari khloroplast pada daun tua
menyebabkan
kekuningan,
atau
khlorosis,
menunjukkkan kekurangan N.
Khlorosis pertama nampak pada daun terbawah, daun
bagian atas tetap hijau; kekurangan N yang hebat,
pada gilirannya daun terbawah berwarna coklat dan
mati. Nekrosis dimulai pada ujung daun dan maju
memanjang ke antar tulang daun sampai seluruh
daun dan akhirnya mati.
4.3. Fiksasi N2 Simbiotik
4.3.1. Fiksasi N2 Biologi
Tabel 4.4. Pentingnya Mikroorganisme yang Terlibat Fiksasi N2 Biologi
Secara Ekonomi
Organisme
Sifat Umum
Kepentingan Untuk
Pertanian
Azotobacter
Aerobik; fiksasi bebas; hidup
dalam tanah, air, rhizospher
(daerah sekeliling akar),
permukaan daun
Keuntungan tambahan pada
pertanian; ditemukan dalam
jaringan vascular tebu, dengan
sukrosa berlebih mungkin
sebagai sumber energi untuk
fiksasi N2
Azospirillum
Mikroaerobik; fiksasi bebas; diTemukan hubungannya dengan
akar dari rumput2an
Keuntung inokulasi beberapa
tanaman nonlegum,
menunjukkan peningkatan
perkembangan rambut akar
Lanjutan Tabel 4.4.
Organisme
Sifat Umum
Kepentingan Untuk
Pertanian
Rhizobium
Fiksasi N simbiosis legumRhizobium
Tanaman legum diuntungkan
oleh inokulan dengan strain
yang tepat
Aktinomycetes,
Frankia
Fiksasi N Simbiosis dengan pohon
kayu-kayuan dan legum. Myrica,
Kasuarina
Berpotensi penting pada
daerah hutan dan tanaman
kayu-kayuan
BGA, Anabaena Mengandung klorofil seperti pada Untuk tanaman padi sawah ;
tanaman tingkat tinggi; aquatik dan Azolla (dalam air) –
teresterial
Anabaena- Azolla simbiosis;
digunakan sebagai pupuk hijau
Hasil biji legum
Tahun
Gambar. 4.2 Hubungan terbalik antara pupuk N yang digunakan
dan produksi biji legum di A.S
Hasil biji legum (lb x 106)
Penggunaan pupuk N (ton x 106)
Penggunaan pupuk N
Tabel 4.5. Perkiraan Persentase Penambahan N Total Dikebun
Sayuran Dengan Berbagai Sumber di A.S
Sumber N
Jumlah Total (juta ton)
Persentase Total
N Komersil
8,55
57
Legum, Sisa Tanaman
3,74
25
Pupuk Kandang
2,14
14
Sumber Lain
0,52
4
Sumber : USDA, 1992. In Havlin,J.L et all; 2005. Soil Fertility and Fertilizer
4.3.2. Fiksasi N oleh Legum
nitrogen
N2 + 16 ATP + 2H+
2NH4+ + 16 ADP + H2
Gambar. 4.2 .Perubahan N2 menjadi NH4+ oleh Rhizobia dibagian dalam
nodul akar legum
4.3.3. Jumlah N2 yang difiksasi
o Fiksasi via nodula bakteri 25-80% dari N total
legum.
o N2 yang difiksasi oleh sebagian besar tanaman
legum tahunan berkisar 100–200 lbs/a/tahun,
meskipun pada kondisi di bawah optimum
fiksasi N2 nilainya dapat mencapai 2-3 kali.
o Tanaman legum semusim memfiksasi antara
50 dan 100 lbs N/a/tahun.
4.3.4. Faktor yang Mempegaruhi Fiksasi N2
1. pH Tanah
2. Status Hara
3. Fotosintesis dan Iklim
4. Pengelolaan Tanaman Legum
5. Fiksasi oleh Pohon Legum dan
Semak
pH Tanah
1. Kemasaman tanah dapat membatasi kelangsungan hidup
dan pertumbuhan Rhizobia dalam tanah.
2. Sangat mempengaruhi nodulasi dan proses fiksasi N2.
Umumnya pada pH < 5,5 – 6,0, keracunan Al+3,Mn+2, H+
disertai rendahnya Ca+2 dan H2PO4-,
3. Dapat mengurangi infeksi rhizobia yang kuat, pertumbuhan
akar, dan produktivitas legum.
4. Nyata berbeda dalam sensitifitas antara Rhizobia dengan
adanya kemasaman tanah.
5. pH tanah < 6,0 secara drastis menurunkan populasi
Rhizobium meliloti, derajat nodulasi dan hasil alfalfa,
dimana pH tanah 5,0-7,0 sedikit berpengaruh terhadap
Rhizobium dihubungkan dengan red clover.
Hasil (g bahan kering/pot)
Toleransi pH rendah
Sensitif pH rendah
Non legum sebagai kontrol
pH tanah
Skor nodulasi
Toleransi pH rendah
Sensitif pH rendah
pH tanah
Gambar. 4.3. Hasil tanaman makanan ternak (a) dan skor nodulasi (b) alfalfa
yang diinokulasi dengan toleransi pH rendah dan sentitif pH
rendah oleh strain Rhizobium meliloti. Barley adalah non legum
sebagai kontrol (Rice, 1989, Can. J. Plant Sci. 62:943.)
Status Hara
1.Tanah masam, kekurangan Ca+2 dan H2PO4dapat membatasi pertumbuhan Rhizobia dan
mengurangi produktivitas tanaman inang
(Gambar 4.4.).
2. Fiksasi N2 membutuhkan Mo yang lebih
banyak dibandingkan dg tanaman inang,
karena Mo sbg komponen nitrogenase.
Hasil biji (kg/ha x 1,000)
13
2.5
Diinokulasi
Tidak diinokulasi
2
1.5
1
0.5
0
Dosis P (kg/ha)
Gambar 4.4 Pengaruh Pupuk
P dan Inokulasi terhadap Hasil
Kedelai.( Singleton et al., 1990, Applied BNF
Technology; A Practical Guide for Extention Specialists,
NifTAL, Paia, HI.). In Havlin J. L.et al.,2005
Fotosintesis dan Iklim
1. Tingginya laju fotosintat berhubungan
kuat dengan kenaikan fiksasi N2 oleh
Rhizobia.
2. Faktor berkurangnya laju fotosintesis
akan menurunkan fiksasi N2, seperti
intensitas cahaya berkurang, cekaman
air, suhu rendah.
Pengelolaan Legum
1. Berkurangnya tegakan legum per satuan luas
akan mengurangi jumlah N2 yang difiksasi oleh
legum, seperti halnya cekaman air dan hara;
kecuali menekan tumbuhan penggangu dan
hama, serta perbaikan pengelolaan panen.
2. Praktek panen untuk setiap lokasi bervariasi
besar, tetapi kecepatan frekuansi pemotongan,
panen awal, atau terlambat panen, keculai karena
rebah, dapat mengurangi tegakan legum dan
jumlah N2 yang difiksasi.
Fiksasi Pohon Legum dan Semak
1. Fiksasi N2 oleh pohon legum penting dalam membentuk
ekologi hutan subtropik dan tropik, dan sistem agroforestri
dalam dalam pengembangan daerah.
2. Banyak spesies pohon legum atau semak yang memfikasi N2,
seperti mimosa, akasia, dan lain-lain.
3. Pohon legum yang dijadikan pupuk hijau, seperti Gliricidia
sepium, Leucaena leucosepala, dan Sesbania biospinosa dlm
sistem penanaman berbasis padi.
4. Tumbuhan non legum, seperti Betulaceae, Elaegnaceae,
Myricaceae, Coriariaceae, Rhamnaceae, dan Casurinaceae
dapat berfungsi serupa dengan legum dan simbiosis dengan
mikroorganisme pada nodule akar.
4.3.5. Ketersediaan N Legum Terhadap Tanaman
Non Legum
Hasil tanaman non legum meningkat apabila
bersamaan ditanam dengan tanaman legum.
Contoh jika jagung ditanam bersamaan dengan
tanaman kedelai, N yang dibutuhkan kurang
untuk hasil yang optimum dibandingkan jika
tanaman jagung ditanam setelah tanaman kedelai
(Gambar 4.5).
Hasil biji (bu/a)
Jagung-kacang
Jagung-Jagung
Rata-Rata N (lb/a)
(a)
Hasil biji (bu/a)
Jagung tahun pertama
Rata-Rata N (lb/a)
(a)
Gambar. 4.5
Tabel 4.6. Hasil dan Serapan N dari Tanaman Barley Setelah
Ditanami Legum
Hasil Barley (bu/a)
Serapan N Barley (lb/acre)
Non
Legum
Alfalfa*
Red
Clover*
Non
Legum
Alfalfa*
Red
Clover*
1970
66
41
70
59
44
68
1971
27
51
51
26
64
22
1972
26
50
40
26
55
42
1973
32
52
48
26
46
33
1974
27
35
37
21
29
24
1975
22
31
26
-
-
-
Total
200
260
272
158
238
189
Rata-Rata
33
43
45
32
48
38
Ditanam Tahun 1968 dan 1969
Sumber : Leitch, 1976, Alfalfa Production in The Peace River Region, in In Havlin,J.L et all; 2005.
Soil Fertility and Fertilizer
Hasil biji (bu/a)
Panen Tanaman
Jagung
Kedelai
Gandum
Alfalfa pemangkasan 3 x
Alfalfa pemangkasan 1 x
Dosis N (lb/a)
Gambar 4.6. pengaruh panen sebelumnya dan pupuk N
terhadap hasil biji jagung ( Heichel, 1987,
Role of Legume in Conservation Tillage
Systems, Soil Cons. Serv. Am.,p.33.)
Havlin,J.L et all; 2005.
4.3.5. Rotasi Legum
1. Alasan utama legum dalam rotasi tanaman
adalah untuk mensuplai N, tetapi dengan
perkembangan dan ketersediaan pupuk N
relatif murah, produksi pertanian tidak selalu
memerlukan N legum (Gambar 4.3).
2. Dalam sistem pertanian peternakan, tujuan
utama dari legum untuk mensuplai jumlah
besar dari kualitas makanan ternak tinggi,
apakah jerami atau rumput.
3. Legum umumnya mempunyai kualitas
superior, dengan konsentrasi mineral
dan protein lebih tinggi dibandingkan
dengan rumput dipupuk N.
4. Sistem tanam dengan legum esensil
untuk mensuplei beberapa tanaman
non legum terhadap kebutuhan N
4.4. Fiksasi N2 Nonsimbiotik
4.4.1. Mikroorganisme Tanah
a. Fiksasi N nonsimbiotik dalam tanah terjadi jika
terdapat beberapa strain bakteri dan
BGA
(Tabel 4.5).
b. BGA, bersifat autotroph, membutuhkan cahaya,
air, N2, CO2 dan hara esensil.
c. Algae biasa hidup dalam keadaan tergenang
dibanding dengan drainase baik.
4.4.2. N Atmosfer
Senyawa N dari atmosfer berasal dari hujan
dan salju sebagai NH4+, NO3-, NO2- dan N
organik. Jumlah NO2- sedikit di atmosfer,
NO3- dan NO2-
4.4.3. Fiksasi N2 Industri
Industri Fiksasi N2 sangat penting sebagai
sumber N untuk tanaman. Fiksasi N2 ini
berdasarkan pada proses Haber-Bosch :
Catalis
3H2 + N2
2 NH3
1.200OC, 500 atm
4.5. Bentuk N Tanah
Total N tanah < 0,02% (top soil), dalam sub soil sampai 2,5%
pada tanah organik. N tanah sebagai N anorganik dan organik,
kira-kira 95 % dari N-total dalam permukaan tanah dalam
bentuk N organik.
4.5.1. Senyawa N –Anorganik
a. Termasuk NH4+, NO2-, NO3-, N2O, NO dan unsur N (N2),
digunakan oleh rhizobia dan mikroorganisme yang
memfiksasi N.
b. Untuk tanaman NH4+, NO2-, NO3- penting dan dihasilkan dari
dekomposisi secara aerobik bahan organik tanah atau dari
penambahan pupuk N. Jumlahnya 2-5% dari total N tanah.
Sedangkan N2O dan NO merupakan bentuk yang hilang
melalui denitrifikasi.
4.5.2. Senyawa N –organik
a. Sebagai protein, asam amino, gula amino dan senyawa N
komplek lain. Bagian dari N total tanah dalam fraksi tersebut
beragam : ikatan asam amino 20-40%, gula amino seperti
heksosamin 5-10%, derivat purin dan pirimidin < 1 %.
b. Secara alami jumlahnya sangat sedikit dalam bentuk kimia
hanya 50% atau N organik tidak ditemukan dalam fraksi
tersebut.
c. Bentuk protein ditemukan dalam kombinasi dengan liat,
lignin, dan bahan-bahan lain yang resisten terhadap
dekomposisi.
d. Oksidasi biologi, asam amino sangat penting sebagai sumber
NH4+. Jumlah asam amino bebas dalam tanah rendah.
4.6. Transformasi Bentuk N Dalam Tanah
4.6.1. Mineralisasi N
Tahap 1 : Aminisasi
NH2
NH2
H2O
Protein
R-C-COOH + R-NH2 + C=O + CO2 + Energi
Bakteri dan
fungi
H
Asam amino
NH2
Amida
Urea
Tahap 2 : Amonifikasi
R-NH2 + H2O
NH3 + R-OH + Energi
H2O
NH4+
+ OH-
NH4+ dihasilkan melalui amonifikasi pada beberapa keadaan (Gambar
4.1), NH4+ dapat menjadi
1. Diubah menjadi NO2- (nitrifikasi)
2. Diserap langsung oleh tanaman tingkat tinggi (N diserap)
3. Digunakan oleh bakteri heterotop menjadi residu (immobilisasi)
4. Difiksasi secara biologi menjadi N tidak tersedia dalam kisi
beberapa mineral liat (NH4+ difiksasi), atau
5. Dikonversi menjadi NH3 dan dilepas lambat kembali ke atmosfer
(volatilisasi)
Contoh perhitungan :
Jika tanah mengandung bahan organik (BO) 4 % dan BO
mengandung 5 % N, 2 % BO tsb dimineralisasi, maka
perhitungan jumlah N yang dimineralisasi adalah :
4 % b.o. ( 2 x 106 kg/ha) x 5 % N x (2 % N dimineralisasi) =
80 kg N/ha
4.6.2. N Immobilisasi
a. N immobilisasi adalah konversi N anorganik (NH4+ dan NO3)
menjadi N organik dan merupakan reaksi bolak balik dari
mineralisasi N (Gambar 4.1).
b. Jika
dekomposisi
b.o.
mengandung
N
rendah,
mikroorganisme NH4+ dan NO3- diimmobilisasi dalam larutan
tanah.
c. Mikroba memerlukan N pada C:N rasio 8:1. N anorganik dalam
tanah
digunakan
dengan
cepat
untuk
populasi
pertumbuhannya.
d. Immobilisasi N selama residu tanaman didekomposisi dapat
mengurangi NH4+ dan NO3- sampai ketingkat sangat rendah.
e. Mikroorganisme efektif bersaing dengan tanaman akan NH4+
dan NO3- selama immobilisasi dan tanaman dapat mengalami
kekurangan N.
4.6.3. Pengaruh C:N Rasio terhadap Immobilisasi dan
Mineralisasi
a. Rasio C:N adalah bandingan jumlah 2 unsur C dan N dari
residu tanaman, b.o. segar lainnya, b.o. tanah, dan
mikroorganisme tanah (Tabel 4.7).
b. Kandungan N humus atau b.o. tanah stabil rata-rata 5,0 – 5,5
%, dimana rata-rata C 50-58 %, memberikan rasio C
berbanding N rata-rata antara 9 dan 12.
c. Mineralisasi atau immobilisasi N tergantung pada rasio C:N
b.o. yang didekomposisi oleh mikroorganisme tanah. Contoh,
suatu tanah dimineralisasi 0,294 mg N, kemudian diukur oleh
serapan tanaman (Tabel 4.8). Jika rasio residu C:N berubahubah ditambahkan ke tanah mineralisasi atau immobilisasi N
ditunjukkan jika tanaman mengambil > atau < 0,294 mg N
berturut-turut.
d. Rasio C:N = 20:1 batas pembagi antara immobilisasi dan
mineralisasi. C:N >20:1 terjadi immobilisasi dan C:N < 20:1
terjadi mineralisasi.
Tabel 4.7. Rasio C:N B.O. Terpilih
Substansi Organik
Mikroorganik tanah
Bahan organik tanah
Sweet clover (muda)
Pupuk Kandang(Matang)
Residu penutup tanah
Green rye
Jagung/residu sorghum
Jerami biji-bijian
Timothy
Rasio C;N
8:1
10:1
12:1
20:1
23:1
36:1
60:1
80:1
80:1
Substansi Organik
Bitumens dan asphalts
Batubara cair dan pelumas
Oak
Cemara
Minyak mentah
Serbuk gergaji (secara umum)
Sejenis pohon cemara
Pohon cemaran
Havlin,J.L et all; 2005. Soil Fertility and Fertilizer
Rasio C:N
95:1
125:1
200:1
300:1
100:1
400:1
1.000:1
1.200:1
Tabel 4.8. Mineralisasi N dari Berbagai Residu yang
Diukur Dengan Serapan Tanaman
Residu tanaman*
Pemeriksaan tanah
Batang Tomat
Akar jagung
Batang Jagung
Daun jagung
Akar tomat
Collard roots
Batang buncis.
Daun tomat
Batang buncis
Collard stem
Collard leaves
Rasio C:N
N uptake (mg)
8:1
45:1
48:1
33:L1
32:1
27:1
20:1
17:1
16:1
12:1
11:1
10:1
0,294
0,051
0,007
0,38
0,020
0,029
0,311
0,823
0,835
1,209
2,254
1,781
* Residu di atas garis batas mempunyai rasio C:N > 20:1 Residu di
bawah garis batas mempunyai rasio C:N < 20:1. Havlin,J.L et all
Rasio C/N
Hasil bersih mineralisasi
Hasil bersih mineralisasi
4-8 minggu
Evolusi CO2
Tingkat NO3- baru
Jumlah
Tingkat NO3-
Tingkat CO2
Waktu
Gambar.4.7 Deskripsi umum Mineralisasi dan Immobilisasi N
mengikuti penambahan residu pada tanah (Havlin, J.L
et al., 2005).
• Contoh perhitungan dekomposisi residu C : N yang ditambahkan ke tanah,
residu N dan N anorganik digunakan oleh mikrooragnisme selama
didekomposisi. Jml N-tanah anorganik diimmobilisasi mikrobe dapat
dihitung.
• Diketahui : residu sebanyak 3.000 kg/ha, C/N= 60 dengan kandungan C
sebanyak 40 %. Aktivitas mikrobe membutuhkan 35 % residu C (terjadi
peningkatan biomassa mikrobe), sisanya 65 % direspirasi sebagai CO2 .
• Ditanyakan:
• 1. Berapa kg C residu yang digunakan mikrobe ?
• 2. Jika populasi mikrobe meningkat berapa N yang dibutuhkan untuk
pertumbuhan mikrobe tsb bila C/N = 8/1 ?
• 3. Berapa N yang dibutuhkan mikrobe selama dekomposisi residu ?
• 4. Jika kandungan N-residu 0,67 % . Berapa kg N residu/ha ?
• 5. Berapa jumlah N yang diimmobilisasi ?
Jawaban:
1. C-residu tanah = 3.000kg/ha x 40 % = 1.200 kg/ha C dlm residu.
Aktivitas mikrobe hanya menggunakan 35 % residu = 35/100 x 1.200 kg =
420 kg/ha
2. N yang dibutuhkan untuk pertumbuhan mikrobe tsb bila C/N = 8/1: = 420
kg C : kg N = 8 : 1  y = 1/8 x 420 kg = 52,50 kg N/ha.
3. N yang dibutuhkan mikrobe selama dekomposisi residu (420 kg C atau
1.200 kg residu) = 1200 kg C : ykg N = 60 ; 1  y = 1/60 x 1.200 kg = 20
kg N/ha residu.
4. Jika kandungan N-residu 0,67 % . Maka N residu/ha = 0,67/100 x 3.000
kg residu/ha = 20 kg N/ha.
5. Jumlah N yang diimmobilisasi = 52,5o kg N – 20 kg N = 32,50 kg N/ha.
BENTUK TRANSFORMASI NITROGEN DI
DALAM TANAH
A. Bentuk-bentuk Nitrogen
 Tanaman mengabsorpsi nitrogen dalam bentuk
amonium dan nitrat
 NO3- > NH4+
 Bentuk NO3-, NH4+ pada tanaman ditentukan oleh :
- Umur
- Tipe tanaman
- Lingkungan
- Faktor lainnya
46
FIKSASI N
 Fiksasi secara biologik : rhizobium dan bakteribakteri simbiotik yang lain pada akar-akar tanaman
kacang-kacangan dan bukan kacang-kacangan, maupun
oleh organisme-organisme lain yang terdapat dalam
tanah, air, maupun pada permukaan daun.
 Fiksasi karena loncatan muatan listrik di udara yang
menghasilkan salah satu bentuk oksida nitrogen.
 Fiksasi oleh salah satu proses dalam industri pupuk
nitrogen, baik dalam bentuk NH4+, dan NO3- ataupun
CN2-.
47
Bentuk N dalam Tanah
1. Bentuk organik : bagian terbesar ada dalam tanah.
Senyawa N-organik dalam tanah umumnya terdapat
dalam bentuk asam-asam amino, protein, gula-gula
amino dan senyawa kompleks yang sukar ditentukan
(a.l. reaksi NH4+ - lignin, polimerisasi dari quinone
dan senyawa nitrogen, serta kondensasi dari gula +
amino.
2. Bentuk anorganik : NH4+, NO2-, NO3-, N2O, NO dan
gas N2 yang hanya dimanfaatkan oleh Rhizobium.
Bentuk NH4+, NO3- dan NO2- sangat penting dalam
hubungan dengan kesuburan tanah. Bentuk N2O dan
N2 merupakan bentuk-bentuk yang hilang dari tanah
dalam bentuk gas sebagai akibat proses denitrifikasi.
Tranformasi Nitrogen Di Dalam Tanah
o Tanaman mengambil nitrogen terutama dalam bentuk
NH4+ dan NO3-. Yang berasal dari pupuk & bahan
organik tanah. Jumlah yang diserap tergantung dari :
- jumlah pupuk yang diberikan.
- kecepatan perombakan dari bahan-bahan organik.
o Jumlah yang dibebaskan dari bahan organik (dan juga
sedikit yang berasal dari sisa pupuk) ditentukan oleh
kesetimbangan antara faktor-faktor yang
mempengaruhi mineralisasi, immobilisasi unsur N serta
kehilangannya dari lapisan tanah.
o Mineralisasi bahan organik tanah terjadi melalui 3
tahap reaksi utama; (1) aminisasi, (2) amonifikasi, dan
(3) nitrifikasi.
Tahap aminisasi dan amonifikasi berlangsung di bawah
aktivitas mikroorganisme yang heterotrop; tahap nitrifikasi
dipengaruhi oleh bakteri-bakteri autotrop. Mikroorganisme
heterotrop membutuhkan senyawa C organik sebagai sumber
enersi sedangkan autotrop memperoleh enersi dari oksidasi
garam-garam anorganik dan memperoleh karbon dari CO2
dalam udara di sekitarnya.
1. Aminisasi : Protein  R-NH2 + CO2 + enersi + lain-lain
2. Amonifikasi : Amina-amina dan asam-asam amino yang
dibebaskan akan dimanfaatkan oleh golongan bakteri
heterotrop yang lain dan dibebaskan menjadi senyawa
amonium, yang kemudian dapat : (a) dikonversi ke nitrit dan
nitrat; (b) diambil langsung oleh tanaman; (c) dipakai langsung
oleh bakteri dalam melanjutkan proses dekomposisi; dan (d)
fiksasi oleh mineral liat tertentu dari tipe 2 : 1.
3. Nitrifikasi : ada dua tahap yaitu perubahan amonium
menjadi nitrit dan nitrit menjadi nitrat.
2NH4+ + 3O2  2NO2- + 4H+ + H2O + energi (bakteri
Nitrosomonas/bakteri obligat autotrop).
2NO2- + O2  2NO3- (Nitrobakteri/bakteri obligat
autotrop).
Tiga hal penting dalam proses nitrifikasi :
1. Reaksi ini membutuhkan oksigen, proses oksidasi
berlangsung di tanah-tanah yang aerasinya baik.
2. Reaksi ini membebaskan H+, menyebabkan tanah
masam bila dipupuk dengan pupuk NH4+ atau N
organik buatan seperti Urea.
3. karena bakteri memegang peranan dalam proses ini
maka perubahan berlangsung dipengaruhi oleh
keadaan lingkungan.
Akumulasi nitrat karena nitrifikasi:
Tanah dengan aerasi baik dan reaksi tanah sampai agak
masam, kecepatan oksidasi dari NO2- ke NO3- >
oksidasi NH4+ ke NO2-. Kecepatan oksidasi NO2- =/>
kecepatan pembentukan NH4+. Akibatnya bentuk NO3cenderung diakumulasi dalam tanah-tanah tersebut.
Faktor-faktor yang mempengaruhi proses nitrifikasi :
(1). jumlah NH4+ di dalam tanah,
(2) populasi bakteri nitrifikasi,
(3) reaksi tanah,
(4) aerasi,
(5) kelembaban tanah, dan
(6) suhu.
4.7. KEHILANGAN N DALAM BENTUK GAS
Kehilangan utama N dalam bentuk gas disebabkan:
1. DENITRIFIKASI
dan
2. VOLATILISASI NH3
DENITRIFIKASI
NO3- = > NO2- = > NO = > N2O = > N2
Terjadi dalam keadaan anaerobik (reduksi).
Jika tanah tergenang, O2 tidak ada, terjadi kondisi
anaerobik. Beberapa organisme an- aerobik
memperoleh O2 dari NO2- dan NO3- , dan melepaskan
gas N2 dan N2O.
Proses perubahan biokimia denitrifikasi nitrat:
NO3-  NO2-  NO  N2O  N2
Populasi mikroorganisme yang hidup banyak, seperti :
bakteri Pseudomonas, Bacillus, Paracoccus, dan
beberapa bakteri autotroph (Thiobaccilus denitrificans
dan T. tioparus).
 Potensial denitrifikasi tinggi pada sebagian besar
tanah, disebabkan perubahan keadaan aerobik ke
anaerobik, sehingga terjadi perubahan dari
respirasi aerobik ke metabolisme denitrifikasi yang
melibatkan NO3- sebagai aseptor elektron dengan
tidak adanya O2.
 Tingginya kehilangan N dlm bentuk gas N2O dan
N2 beragam karena fluktuasi kondisi lingkungan
antara musim dan tahun.
 Kehilangan N2
lebih menonjol, kadang2
jumlahnya kira2 90% dari total, sedangkan
kehilangan N2O lebih besar pada kondisi reduksi
kurang.
Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Denitrifikasi :
1. Dekomposisi bahan organik,
2. Kandungan air tanah,
3. Aerasi, kandungan nitrat atau nitrit tergantung pada suplai O2.
4. pH tanah,
5. Suhu,
6. Kandungan NO3- tanah,
7. Tanaman/tumbuhan pemasok C-organik, dan pemakai O2 untuk
menstimulasi aktivitas akar dan mikroorganisme di daerah
perakaran. Tanaman juga dapat membatasi denitrifikasi,
karena 1. serapan NH4+ dan NO3+, 2. mengurangi kandungan air
tanah dengan meningkatnya resultante suplai O2, 3. tanaman
tertentu dapat mensuplai O2 ke daerah perakaran (contoh padi).
8. Akumulasi NO2- di dalam tanah.
9. Budidaya pertanian dan lingkungan yang mengubah perubahan
NO2- di dalam tanah
1. Dekomposisi Bahan OrganiK
 Dekomposisi BO tanah atau C mempertinggi
potensial denitrifikasi dalam tanah. Reaksi dengan C
tersedia dibutuhkan untuk reduksi mikrobial dari NO3menjadi N2O atau N2 :
4(CH2O) + 4NO3- + 4H+  4CO2 + 2N2O + 6H2O
5(CH2O) + 4NO3- + 4H+  5CO2 + 2N2 + 7H2O
Dalam kondisi lapang, penambahan residu
tanaman segar dapat merangsang denitrifikasi.
Eksudat karbonat dari akar aktif mensuport
pertumbuhan bakteri denitrifikasi di daerah perakaran.
2. Kandungan Air Tanah
• Penggenangan tanah akan menyebabkan nitrifikasi
dengan tidak tersedia lagi difusi oksigen melalui tanah.
Besarnya kandungan air tanah meningkatkan
kehilangan N melalui denitrifikasi. Perubahan cepat
dari NO3- ke N2O atau N2 terjadi bila hujan menjenuhi
tanah agak panas (a warm soil) karena musim panas
atau karena radiasi matahari.
• Kehilangan N-denitrifikasi karena penjenuhan berkisar
10 – 30 lbs/acre = 10 – 30 kg/ha. Penggenangan
tanaman padi sawah, pemupukan NO3- tidaklah efektif
karena didenitrifikasi. NO3- pada tanah sawah selalu
ada karena perubahan NH4+ di daerah perakaran
dikonversi ke NO3- . Bila difusi NO3- ke dalam bagian
tanah anaerobik, terjadi denitrifikasi yang cepat.
3. Aerasi
• Formasi NO3- dan NO2- tergantung pada ketiadaan O2.
• Proses denitrifikasi hanya terjadi apabila suplai O2 yang
dibutuhkan mikroorganisme sangat rendah.
• Denitreifikasi bisa terjadi pada tanah beraerasi baik,
karena terjadi anaerobik microsite (tempat kecil
tertentu) di mana permintaan O2 untuk proses biokimia
mikrobial melampaui suplai O2.
• Denitrifikasi juga terjadi bila laju difusi O2 ke dalam
tanah dan permintaan respirasi mikrobialnya tinggi.
• Denitrifikasi karena kandungan O2 kurang dari 10 –
15% udara tanah.
4. pH tanah
• Bakteri denitrifikasi sensitif pada pH rendah, jadi
mikrobial denitrifikasi tidak terdapat pada pH<5,0
tetapi meningkat pada pH>5,0. Pada pH<6,0 sampai
6,5 menunjukkan lebih dari setengahnya N hilang ke
udara. Pembentuk NO terjadi pada pH<5,5. NO2
mungkin gas yang pertama ditemukan dalam tanah
sedikit masam atau netral, tetapi ini direduksi oleh
mikroba menjadi N2 pada pH>6.
5.Suhu
Denitrifikasi meningkat cepat pada jarak 2 sampai 5oC
.
5. TEMPERATUR
• Denitrifikasi meningkat cepat pada kisaran 2
sampai 50C. Denitrifikasi berjalan pada
kecepatan kecepatan sedikit lebih tinggi jika
temperatur dari 25o sampai 60oC, tetapi
terhambat pada temperatur >60oC.
Peningkatan denitrifikasi pada kenaikan suhu
tanah menyebabkan mikroorganisme
thermophilic peran utama dalam denitrifikasi
6. Kandungan NO3• NO3- harus ada untuk terjadi denitrifikasi dan
NO3- tinggi meningkatkan potensial denitrifikasi.
7. Keberadaan Tanaman
Keadaan lapangan, denitrifikasi meningkat karena
dari pelepasan dari C-tersedia mudah larut dalam
eksudat akar mempengaruhi aktivitas mikrobia daerah
perakaran.
A. Bentuk Gas N2 dan N2O :
1. DENITRIFIKASI NO3- : NO3- = > NO2- = > NO = > N2O = > N2
2. NITRIFIKASI NH4+ : NH4+ => NH2OH => H2N2O2 => NO2- = > NO3H2N2O2 => H2O + N2O
Reaksi NO2- dg NH4+ : NH4+ + NO2- => N2 + 2H2O
NO2- dg as. amino : NO2- + NH2R => N2 + ROH + OHNO2- dg lignin : NO2- + lignin => N2 + N2O + CH3ONO
Dekomposisi Nitrit (NO2- ):
H+ : 3NO2- + 4H+ => NO + NO3- + 2H2O
Fe+2 : Fe+2 + NO2- + 2H+ => Fe+3 + NO + H2O
Mn+2 : Mn+2 + NO2- + 2H+ => Mn+3 + NO + H2O
B. Bentuk NH3 :
Pupuk anhidrous NH3 : NH3 (cair) => NH3 (gas)
urea
: (NH2)2CO + H2O => 2NH3 + CO2
Garam NH4+
: NH4+ + OH- => NH3 + H2O (pH > 7)
Dekomposisi Sisa BO: N-Organik => NH4 + NH3
Sumber: Modified from Kurts, 1980, ASA Spec. Publ.38, p.5
Volatilisasi NH3
• Kehilangan N dalam bentuk gas NH3 yang berasal
dari pupuk N dan pupuk organik.
• NH4+ < == > NH3 + H+ (pK0 9,3); dipengaruhi
faktor2:
• pH tanah,
• Penempatan pupuk N,
• Kapasitas penyangga tanah,
• Kondisi lingkungan,
• Sisa panen,
• Kondisi lingkungan dan manajemen pertanian