NITROGEN dan belerang dalam tanah

Bahan Kajian MK. DIT
NITROGEN dan
BELERANG
DALAM TANAH
diabstraksikan oleh
Soemarno tanahfpub-2010
PEREDARAN NITROGEN
Nitrogen Atmosfer
Reaksi
khemoelektrik
& Hujan
Fiksasi simbiotik
Fiksasi non-simbiotik
Sisa tumbuhan & binatang
penguapan
Bahan Organik Tanah
amonifikasi
ekskresi
denitrifikasi
Amonia
nitrifikasi
Nitrat & Nitrit
Pencucian
penyerapan
NITROGEN
AMONIUM
AMONIFIKASI:
hidrolisis
R-NH2
+ HOH
R-OH + NH3 + energi
enzimatik
N-NH4
2 NH3 + H2CO3
(NH4)2CO3
2NH4+ + CO3=
Reaksi amonifikasi berlangsung lancar bila tanah berdrainasi dan
aerasi yg baik, mengandung banyak kation basa, pH sekitar netral
Penggunan Senyawa Amonium
1. Digunakan / diserap oleh jasad renik tanah
2. Diserap oleh akar tanaman / tumbuhan
3. Difiksasi oleh mineral liat tertentu, seperti Ilit
4. Dioksidasi secara enzimatis melalui proses nitrifikasi
5. Pd kondisi pH tinggi dpat berubah menjadi NH3 dan menguap
Nitrifikasi mrpk proses oksidasi enzimatik:
NITRIFIKASI
oksidasi
2NH4+ + 3O2
2NO2- + 2H2O + 4H+ +energi
enzimatik
oksidasi
2NO3-
2 NO2- + O2
+ energi
enzimatik
Pd tanah yg bereaksi sngt alkalin, reaksi ke dua agak lambat
Jasad Renik yg terlibat :
1. Jasad renik nitrifikasi: Nitrobacter
Nitrosomonas: amonia menjadi nitrit
Nitrobacter : nitrit menjadi nitrat
2. Mungkin ada jasad renik lain yg mempunyai kemampuan serupa
dengan kedua jasad tsb
LAJU NITRIFIKASI :
1. Pada kondisi tanah, suhu, dan kelengasan yg ideal proses nitrifikasi
berlangsung cepat
2. Laju harian 6 - 22 kg N setiap 2.000.000 kg tanah terjadi bila 100 kg
ammonium diberikan ke tanah.
FAKTOR
TANAH yg
berpengaruh
thd
NITRIFIKASI
Bakteri nitrifikasi sangat peka thd kondisi lingkungan:
Faktor lingkungan tanah yg berpengaruh:
1. Aerasi : ……. Aerasi optimal?
2. Suhu
: ……. Suhu optimal ?
3. Kelengasan
: ……. Kelengasan optimal?
4. Kapur aktif
: ……. Kondisi optimal?
5. Pupuk
: ……. Kondisi optimal ?
6. C/N ratio
: ……. kisaran optimal?
PENGARUH PUPUK :
1. Sedikit pupuk yg mengandung unsur makro dan/atau mikro dapat
membantu nitrifikasi
2. Keseimbangan antara N-P-K sangat menolong nitrifikasi
3. Pemberian pupuk amonium dosis tinggi menghambat nitrifikasi
4. Ternyata amonia dapat bersifat toksik bagi Nitrobacter, tetapi
tidak bagi Nitrosomonas
C/N ratio :
1. Karbohidrat merupakan sumber energi bagi jasad renik tanah
2. Kalau tanah banyak karbohidrat (C/N ratio tinggi), jasad nitrifikasi
tidak mampu bersaing dengan jasad renik lainnya.
Penambahan N ke dalam tanah:
1. Hujan dan debu
2. Fiksasi N non-simbiotik
3. Fiksasi N simbiotik
4. Limbah Pertanian: ternak, tanaman, ikan, manusia
5. Pemupukan
Kehilangan N dari tanah:
1. Volatilisasi, penguapan
2. Denitrifikasi
3. Pencucian, Erosi dan run-off
4. Serapan tanaman.
Sumber: www.ldd.go.th/18wcss/techprogram...6340.HTM
7
1. Kontribusinya sebesar 4 - 8 kg N/ha/tahun
2. Aktivitas elektris selama thunderstorms
3. Debu, asap, partikulat dalam udara mengandung N
4.
Sumber: ossperc.wordpress.com/2009/02/04...ndhills/
9
1. Tempat terjadinga: Tajuk tanaman, seresah/litter, tanah,
rhizosfer
2. Pd helai daun: oleh Azotobacter dan Beijerinckia spp.
3. Kontribusi tahunan sebesar 0 - 8 kg N/ha/thn, di daerah
rainforest hingga 40 kg N/ha.
4. Fiksasi dlm tanah (sawah) oleh Blue green algae
5. Fiksasi dlm rhizosfer tebu, padi, rumput : Azotobacter,
Beijerinckia, dan Derxia.
6. Kontribusi No. 5 sekitar < 10 kg N/ha/thn.
1. Kontribusinya tgt pada jumlah spesies legume
2. Kontribusi single legume stand 16 - >500 kg N/ha/th
3. Kendala fiksasi : rendahnya P-tersedia , tingginya Aldd,
kekeringan, kurangnya inokulum spesifik
4. Kontribusinya pd lahan pertanian 4 - 50 kg N/ha
5. Kontribusinya pd lahan hutan tropis 46 - 147 kg N/ha
6.
Sumber: www.tutorvista.com/topic/nitrogen-cycle
12
1. Dekomposisi N-organik menjadi N-anorganik ada tiga tahap:
1. Aminisasi: Protein menjadi amine
2. Amonifikasi: amine menjadi ammonium (NH4+)
3. Nitrifikasi: Ammonium menjadi nitrit dan nitrat
2. Kecepatannya tgt pada suhu, C/N rasio, pH tnh, mineralogi
liat dan kandungan air tanah
3. Pada tanah masam, mineralisasi karbon lebih cepat dp
nitrogen, shg menurunkan C/N-rasio
4. Mineralisasi N lebih cepat kalah nilai C/N rasio rendah
5. Pada Andepts, mineralisasi N berbanding terbalik dg
kandungan alofan
6. Mineralisasi N masih dapat berlangsung pd tegangan air > 15
bar; alternate wetting & drying mempercepat mineralisasi N
Pola fluktuasi musiman Nitrat tanah terdiri atas:
1. Akumulasi nitrat secara lambat dlm topsoil pd musim kering
2. Peningkatan cepat dlm waktu singkat pd awal musim hujan
3. Penurunan cepat selama musim hujan sisanya.
Periode Kering singkat pd musim hujan mengakibatkan “Birch
Effect atau FLUSHES”: Peningkatan N-anorganik cepat dan
diikuti penurunanya secara bertahap.
Sumber: ohioline.osu.edu/aex-fact/0463.html
15
NASIB
N-NITRAT
TANAH
N-nitrat tanah
1. Digunakan oleh jasad renik tanah (IMOBILISASI)
2. Diserap oleh akar tanaman/ tumbuhan (ABSORPSI)
3. Hilang bersama air drainase (pencucian, leaching)
4. Hilang ke atmosfer dalam bentuk gas (denitrifikasi)
DIGUNAKAN JASAD RENIK & TANAMAN :
1. N-Nitrat dapat diserap oleh jasad renik tanah dan akar tanaman.
Kapan persaingan kedua jenis jasad ini sangat intensif?
LEACHING & VOLATILIZATION :
1. Bila tanah ditumbuhi tanaman, biasanya kehilangan nitrat dalam air
drainase tidak terlalu banyak
2. Rata-rata kehilangan per tahun melalui pencucian di daerah humid
berkisar antara 5 dan 6 kg setiap hektar
3. Pada kondisi drainse dan aerasi tanah yg jelek, N-nitrat direduksi
melalui proses denitrifikasi menjadi gas N2.
1. Akumulasi nitrat pd topsoil terjadi karena nitrifikasi pd
kondisi tegangan air tanah 15 - 80 bar
2. Pergerakan air tanah dari subsoil ke topsoil mendukung
mineralisasi N
3. Hasil mineralisasi N pd subsoil terbawa naik bersama air
kapiler dan terakumulasi pd tanah lapisan atas setebal 5 cm
4. Selama musim hujan, nitrat akan terangkut kembali ke
subsoil
Musim Horison
Pola tanam: kg N/ha sbg NO3Fallow
Jagung
Pasture
Hujan
A
(190 mm/bl) B
18
13
9
10
8
7
Kering
(38 mm/bl)
35
17
22
10
10
9
A
B
Sumber: Hardy (1946)
1. Bbrp hari setelah hujan lebat pertama, terjadi peningkatan Nanorganik dlm tanah
2. Kontribusinya 23 - 121 kg N/ha dalam jangka 10 hari
3. Puncak akumulasi N ini berbanding langsung dg durasi dan intensitas
periode kering sebelumnya
4. Bberapa alasan terjadinya N-flushes ini :
1. Populasi mikroba aktif meningkat cepat
2. Banyak tersedia substrat yg mudah didekomposisi
3. Musim kering menurunkan C/N rasio humus,
krn mineralisasi C lebih cepat selama periode kering
4. C/N rasio rendah mempercepat mineralisasi N
5. Bangkai jasad renik menjadi substrat tambahan
1. Serapan tanaman, Pencucian dan Denitrifikasi
2. Kecepatan pencucian nitrat: 0.5 mm/ mm hujan;
untuk tanah berpasir 1 - 5 mm/mm hujan
3. Kehilangan akibat denitrifikasi sulit
dikuantifikasikan
4.
Pupuk nitrogen yang lazim digunakan:
1.
2.
3.
4.
4.
Urea
ZA (Ammonium sulfat)
Ammonium nitrat
Anhydrous ammonia
Ammonium Fosfat
1. Pd tanah yg lembab, urea mengalami hidrolisis ensimatis:
CO(NH2)2 + H2O
Urease
(NH4)2CO3
NH4+ +
CO3=
2. Sebelum terhidrolisis, urea bersifat mobil dan dapat tercuci
3. Proses hidrolisis urea pd tanah lembab 1 - 4 hari
4. Laju hidrolisis urea pada tanah tergenang hampir sama dg
tanah tidak tergenang
5.
1. Pd tanah yg pH nya > 7.0 : mis. VERTISOLS
NH4+
NH3 (menguap bila tnh mengering)
2. Kehilangan penguapan dpt mencapai 4% kalau urea
disebar permukaan tanah (pasir berlempung pH 7.1) dg
dosis 28 kg N/ha , kalau dosisnya 277 kg N/ha kehilangan
penguapan mencapai 44%.
3. Penguapan dapat dikurangi dengan membenamkan urea
pd kedalaman > 5 cm
4. Deep placement sangat penting untuk lahan kering
berkapur.
DOSIS UREA: 222 kg N/ha
Kedalaman
pupuk (cm)
Kehilangan (% dosis pupuk)
Aplikasi sebelum Irigasi
Setelah Irigasi
Permukaan tanah
1.2
2.5
5.0
7.5
8.1
1.2
0.6
0.05
0.0
Sumber: Shankaracharya dan Meta (1971)
40.2
33.4
18.1
0.5
0.0
1. ZA yg disebar di permukaan tanah tdk mengalami kehilangan
penguapan sebanyak Urea
2. Pd tnh lempung-liat nitrifikasi ammonium berlangsung cepat
pada musim hujan; sebagian besar N-pupuk ditemukan sebagai
nitrat pd kedalaman tanah 60-120 cm.
3. Pd tanah berpasir, akumulasi NH4+ pada kedalaman 15-30 cm
setelah 3 hari sejak aplikasinya
4. Setelah 21 hari sejak aplikasi ZA, terjadi akumulasi nitrat pd
lapisan permukaan 8 cm.
Persen recovery ZA yg disebar permukaan tanah Laterit
berpasir dg dosis 80 kg N/ha
Kedalaman
(cm)
Setelah 3 hari (%)
N - NH4+ N - NO3-
Setelah 21 hari (%)
N - NH4+ N - NO3-
0-8
8 - 15
15-30
30-45
23.7
15.5
51.0
12.1
2.6
3.1
5.6
1.2
26.5
0.6
0.4
0.7
56.3
5.4
8.0
1.7
Total
102.3
12.5
28.2
71.4
Sumber: Wetselaar (1962).
1. Pemupukan lebih efisien dibanding dg disebar
2. ZA atau Urea 80 kg N/ha dibenamkan 15 cm pd saat tanam,
nitrifikasi dalam beberapa hari lebih dari 80%.
3. Nitrat yg dihasilkan tercuci ke luar zone akar, sebelum tanaman
menumbuhkan akarnya
4. Pada dosis pupuk yg tinggi bakteri nitrifikasi tdk tahan terhadap
tekanan osmotik yg tinggi dan pH > 8.0
5. Dg waktu konsentrasi NH4+ di sekitar lokasi pupuk berkurang, pH
menjadi sekitar 7-8, nitrifikasi menghasilkan nitrit (akumulasi nitrit
toksik). Kalau pH menurun < 7.0 akibat dari peningkatan CO2,
terbentuklah nitrat.
6. Pertumbuhan akar di sekitar lokasi urea ditangguhkan selama 4
minggu sampai nitrit berubah menjadi nitrat
Pembentukan nitrit dan nitrat setelah pembenaman
pupuk N (1000 ppm N) pd tanah berkapur
Pupuk
2
Minggu inkubasi
4
6
12
Urea
ppm Nitrit
ppm Nitrat
pH tanah
170
15
7.4
345
55
7.2
125
330
6.0
0
365
4.7
ZA
ppm Nitrit
ppm Nitrat
pH tanah
0
25
6.2
0
85
6.4
0
130
5.6
0
140
4.8
Sumber: Wetselaar et al. (1972).
KEBUTUHAN N TANAMAN TROPIKA
Nutrient Removal by Tropical Crops
Tanaman
Bagian
Hasil (t/ha)
kg N/ha
Jagung
Biji
Jerami
Biji
Jerami
Biji
Jerami
Biji
Jerami
Umbi
Umbi
Unhulled nuts
1.0
1.5
7.0
7.0
1.5
1.5
8.0
8.0
30.0
40.0
1.0
25
15
128
72
35
7
106
35
120
172
49
Padi
Ubikayu
Kentang
Kac tanah
Sumber: Sanchez, 1976.
Nitrogen used by corn (kg/ha)
400
Total
300
Biji
200
100
0
Jeram
i
2
4
6
8
10
12
Hasil jagung, t/ha
Sumber: Bartholomew (1972).
1. Tiga parameter unt estimasi dosis pupuk:
1. Serapan N tnm unt menghasilkan tingkat hasil ttt.
2. Suplai N oleh tanah
3. Persen recovery pupuk N
2. Kebutuhan internal N: Jumlah (kadar) minimum N dlm
tajuk tanaman yg berhubungan dg hasil maksimum:
1. Tebu
: 0.2 % N
2. Jagung
: 1.2% N
3. Padi
: 0.8% N
3. Suplai N dari tanah dpt diestimasi dari rataan hasil tanpa
pemupukan N; atau serapan N tanaman tanpa pemupukan
N
1. Efisiensi
PUPUK dpt dihitung berdasarkan recovery pupuk dari
percobaan lapangan.
Serapan N dg dosis N - Serapan N tanpa pupuk
% Recovery = ------------------------------------------------------------ x 100%
Dosis N
2. Recovery pupuk N berkisar 20 - 70%; nilai yang tinggi biasanya oleh
tanaman yg berakarannya ekstensif; nilai rendah terjadi pada tanahtanah yg mengalami pembasahan & pengeringan.
3. Dosis pupuk optimum ditentukan:
Serapan N pd tingkat hasil ttt - Serapan N tanpa pupuk
Dosis N = ------------------------------------------------------------------------% Recovery
1. Respon jagung thd Pupuk N biasanya positif, dosis pupuk
menentukan tingkat hasil biji
2. Populasi (jarak tanam ) dan varietas menentukan respon
pupuk dan produktivitas tanaman
3. Varietas unggul mempunyai respon N yg lebih tinggi
4. Rekomendasi di daerah tropis :
Amerika latin : 60 - 150 kg N/ha
Meksiko
: 80 - 175 kg N/ha
Indonesia
: …………….
5. Bentuk Kurva respon dipengaruhi oleh populasi tanaman
6. Respon padi juga dipengaruhi oleh tipe tanaman, radiasi,
jarak tanam, dan lama pertumbuhan
7.
INTERAKSI RESPON N DAN POPULASI JAGUNG
Hasil tongkol (t/ha)
5
120
N
4
3
80 N
2
40 N
1
0N
20
30
40
Populasi tanaman (1000/ha)
50
60
PENGARUH REZIM AIR TANAH THD RESPON N
Hasil biji jagung (t/ha)
5
Air tnh
optimu
m
4
3
Excess
moisture
2
1
Drought
0
40
80
Pupuk N (kg/ha)
Sumber: Sanchez, 1976.
120
1. 30-50% dari Pupuk N diambil tanaman, sisanya
tinggal dlm tanah dan hilang tercuci dan denitrifikasi
2. Perilaku residu N tgt kondisi tanah & iklim
3. Oxisols & Ultisols mengandung > 300 kg N/ha Nanorganik di dlm profilnya stl mengalami pemupukan
terus menerus (Fox et al. 1974)
4. Umumnya kehilangan pencucian & denitrifikasi lebih
dominan, shg efek residue N dlm tanah jarang
diketahui
5.
PERUBAHAN SIFAT & CIRI TANAH
1. ZA dan Urea mempunyai efek residu kemasaman:
(NH4)2SO4 + 4O2 ------ 2NO3- + 2H2O +4H+ + SO4=
CO(NH2)2 + 2 H2O ----- (NH4)2CO3 + 4O2
2NO3- + 3H2O + 2H+ + CO2
2. Aplikasi ZA dosis tinggi terus-menerus menurunkan
pH dan kejenuhan basa tanah lapisan bawah. Kedua
hal ini dapat diperbaiki dg pengapuran.
EFEK PUPUK N thd pH TANAH
pH (0-20 cm)
NaNO3
7
6
5
Urea
4
ZA
3
50
100
150
200 kg N/ha
Dosis pupuk selama 5 tahun terus
EFEK PENCUCIAN N-PUPUK thd KB SUBSOIL
% Kejenuhan Basa
70
0-15 cm
60
Tanah Liat
50
40
30
15-30 cm
20
440
880
Dosis pupuk ZA
1760 kg N/ha
Pengelolaan
N-Tanah
Dua Tujuan Pokok:
1. Memelihara ketersediaan N yg cukup dalam tanah
2. Pengaturan ketersediaan N sedemikian rupa shg
selalu tersedia dlm jumlah yg diperlukan tanaman.
NERACA NITROGEN
Fiksasi-N
Simbiotik
Sisa tnm
+ Rabuk
Pupuk buatan
Non-simbiotik
N-tersedia
N-atmosfer
BOT
Diserap
tanaman
Pencucian
Erosi - run off
SUMBER
BELERANG
ALAMI
Mineral Tanah:
Sulfida besi, nikel dan tembaga biasanya dijumpai pada tanahtanah yg drainasenya jelek
Pirits juga sering dijumpai pd tanah-tanah rawa pasang-surut
Gips (Gipsum) terakumulasi pd horison bawah Mollisol &
Aridisol
BELERANG ATMOSFER
1. Tanaman dpt menyerap langsung belerang atmosfer, sekitar
25 - 35% dari total kebutuhannya
2. Tanah juga dapat menyerap langsung belerang atmosfer
3. Air hujan menganjung sejumlah belerang, 1 - 100 kg setiap
hektar
BELERANG ORGANIK
1. Asam amino tertentu
2. Senyawa lain yang mempunyai mikatan C-S
3. Sulfat organik
PEREDARAN BELERANG
Gas H2S
Sisa-sisa Biomasa
tanaman
Volatilisasi
Belerang
organik
Mineral
tanah
reduksi
Dekomposisi
Serapan
Oksidasi
Sulfida
(S=)
reduksi
reduksi
Mineral
tanah
Sulfat
(SO4=)
Oksidasi
Oksidasi
Oksidasi
Sulfur (S)
Pencucian
Sumber: www.omafra.gov.on.ca/english/cro...06a2.htm
43
Perilaku
Belerang dlm
Tanah
MINERALISASI - IMOBILISASI:
Reaksi mineralisasi:
S-Organik
Hasil dekomposisi
(Protein & senyawa
Organik lain)
(Senyawa sulfida)
Reaksi Imobilisasi:
Ion Sulfat
Jasad renik
OKSIDASI - REDUKSI:
H2S + 2O2
2S + 3 O3 + 2H2O
Sulfat
S-organik
reaksi-reaksi biokimia
2H+ + SO4=
2H+ + SO3=
H2SO4
2H2SO3
Alkohol-organik + Sulfat
Asam organik + H2O + S=
Bakteri belerang
Fe++ + S=
Sulfat
Sulfit
Tiosulfat
S-elementer
FeS
direduksi oleh bakteri
Sulfida
Sumber: www.lifesci.dundee.ac.uk/people/...esearch/
45
OKSIDASI BELERANG & KEMASAMAN:
Perilaku
Belerang dlm
Tanah
Oksidasi belerang pd akhirnya menghasilkan ion H+ yg dpt
menurunkan pH tanah
Didaerah pasang-surut, tanahnya disebut TANAH SULFAT
MASAM, mengandung “cat-clay”. Kalau tanah ini tetap
tergenang dapat ditanami padi; kalau tanah ini dikeringkan
akan terjadi oksidasi belerang dan sulfida menjadi sulfat yg
mampu mengasamkan tanah secara ekstrim
RETENSI SULFAT
Retensi sulfat dalam tanah rendah, baik jumlah & kekuatannya.
Tanah bagian bawah biasanya mempunyai retensi sulfat lebih tinggi
daripada topsoil
Retensi sulfat berhubungan dg hidroksida Fe dan Al, dan Kaolinit
K
H
O
-Al
SO4
Al- + KHSO4
O
H
-Al
AlO
H
+ H2O
Sumber: filebox.vt.edu/users/chagedor/bi...uct.html
47
terimakasih
semoga manfaat
Aamiiien
Wass.