Presentasi sedang didownload. Silahkan tunggu

Presentasi sedang didownload. Silahkan tunggu

BAB IV. NITROGEN. KONTEN MATERI : 4.1. Siklus N 2 4.2. Fungsi dan Bentuk N dalam Tanaman 4.3. Fiksasi N 2 Simbiotik 4.4. Fiksasi N 2 Nonsimbiotik 4.5.

Presentasi serupa


Presentasi berjudul: "BAB IV. NITROGEN. KONTEN MATERI : 4.1. Siklus N 2 4.2. Fungsi dan Bentuk N dalam Tanaman 4.3. Fiksasi N 2 Simbiotik 4.4. Fiksasi N 2 Nonsimbiotik 4.5."— Transcript presentasi:

1 BAB IV. NITROGEN

2 KONTEN MATERI : 4.1. Siklus N Fungsi dan Bentuk N dalam Tanaman 4.3. Fiksasi N 2 Simbiotik 4.4. Fiksasi N 2 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

3 4.1. Siklus N  Tanaman non legum, sering kekurangan N  Sumber organik & anorganik mensuplai N-tersedia bagi tanaman.  N 2 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 N 2 udara sekitar 78% volume udara bumi.  Tanaman tingkat tinggi tidak dapat memetabolisis langsung N 2 menjadi protein.  N 2 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.

4 Tabel 4.1. Perkiraan Distribusi N seluruh sistem tanah - tanaman/hewan - atmosfer Sumber NMetrik Ton% Total Atmosfer Laut (bermacam-macam) Tanah (tanpa kehidupan) Tanaman Mikroba dalam tanah Hewan (Lahan) Manusia 3,9 X ,4 X ,5 X ,5 X X X X ,3840 0,6116 0,0038 0, , , ,

5 N 2 O NO N 2 N 2 O NO NO 2 NO 3 - NH 4 + R-NH 2 Ammonifikasi Aminisasi Bahan organik Tanah NO 3 - NO 2 - NO 3 - /NH 4 + NO 3 - Residu tanaman&hewan Hujan Kilat 1 Fiksasi N 2 Fiksasi NH 4 + Liat 2:1 Denitrifikasi Volatilisasi NH 3 NH Pencucian Nitrifikasi 4 Mineralisasi Gambar 4.1. Siklus N Kacang2an/legum Simbiosis Non Simbiosis DiangkutTanaman NO Fiksasi N 2 2.Dekomp./mineralisasi 3.Nitrifikasi 4.Diserap tanaman 5. Pencucian NO Denitrifikasi  N 2 O  N 2 7. Volatilisasi NH 3

6 Tabel 4.2. Input, Output (kehilangan) N, dan Daur dalam Sistem Tanah-tanaman-Atmosfer* Input/penambahan NOutput/Kehilangan NTanpa Penambahan/ kehilangan N (Daur) Fiksasi -Biologi -Industri -Elektrik -Pembakaran Kotoran hewan Sisa-sisa tanaman Diambil tanaman Denitrifikasi Volatilisasi Pencucian Fiksasi NH 4 + † Immobilisasi Mineralisasi nitrifikasi * Sejumlah komponen input, output dan daur N dapat dipengaruhi oleh pengelolaan tetapi umumnya tidak dikelola † Sejumlah NH 4 + yang difiksasi dapat dilepaskan (input )

7 4.2. Fungsi dan Bentuk N Dalam Tanaman Bentuk N dalam Tanaman ♣ Tanaman mengandung 1-6% dari N berat tanaman, dan diserap dalam bentuk NO 3 - dan NH 4 +. ♣ Dalam keadaan lembab, panas, aerasi tanah baik, larutan NO 3 - diserap oleh akar > NH 4 +, keduanya diserap akar melalui aliran massa dan diffusi ♣ Sebagai senyawa: As.amino, enzim, khlorophyl, gen. ♣ Dibutuhkan dlm konst. tinggi pada bag. aktif tum- buh (daun muda/tunas, buah,dan ujung-ujung akar).

8 Fungsi N dalam Tanaman Sebelum NO 3 - dapat digunakan tanaman, harus direduksi → NH 4 + atau NH 3. reduksi NO 3 - melibatkan reaksi dua 2 enzim katalis, yang terjadi dalam akar dan/daun tergantung spesies tanaman. Kedua reaksi terjadi dalam rangkaian yang juga toksik NO 2 - tidak diakumulasi. 1. Pembentukan sintesis/ protein: 2. Bagian dari molekul khlorophyl 3. Komponen vitamin 4. Merangsang pertumbuhan vegetatif Reaksi reduksiEnzimTempat reaksi Tahap 1 Tahap 2 NO 3 - → NO 2 - NO 2 - → NH 3 reduktase Nitrat reduktase Nitrit Cytoplasma Chloroplast

9 Tabel 4.3. Pengaruh N Terhadap Kelembaban dan Hasil Biji Jagung N (Lb/a)Hasil (bu/a)Kelembaban Biji (%) ,1 30,0 27,9 26,9 28,2 27,2 Sumber : Ohio State Univ., 1979, 17 th Annu. Agron. Demonstration, Farm Sci. Rev.

10 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.

11 4.3. Fiksasi N 2 Simbiotik Fiksasi N 2 Biologi Tabel 4.4. Pentingnya Mikroorganisme yang Terlibat Fiksasi N 2 Biologi Secara Ekonomi OrganismeSifat UmumKepentingan Untuk Pertanian AzotobacterAerobik; 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 N 2 AzospirillumMikroaerobik; fiksasi bebas; di- Temukan hubungannya dengan akar dari rumput2an Keuntung inokulasi beberapa tanaman nonlegum, menunjukkan peningkatan perkembangan rambut akar

12 Lanjutan Tabel 4.4. OrganismeSifat UmumKepentingan Untuk Pertanian RhizobiumFiksasi N simbiosis legum- Rhizobium 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, AnabaenaMengandung klorofil seperti pada tanaman tingkat tinggi; aquatik dan teresterial Untuk tanaman padi sawah ; Azolla (dalam air) – Anabaena- Azolla simbiosis; digunakan sebagai pupuk hijau

13 Gambar. 4.2 Hubungan terbalik antara pupuk N yang digunakan dan produksi biji legum di A.S Penggunaan pupuk N (ton x 10 6 ) Penggunaan pupuk N Hasil biji legum Hasil biji legum (lb x 10 6 ) Tahun

14 Tabel 4.5. Perkiraan Persentase Penambahan N Total Dikebun Sayuran Dengan Berbagai Sumber di A.S Sumber NJumlah Total (juta ton)Persentase Total N Komersil8,5557 Legum, Sisa Tanaman3,7425 Pupuk Kandang2,1414 Sumber Lain0,524 Sumber : USDA, In Havlin,J.L et all; Soil Fertility and Fertilizer

15 Fiksasi N oleh Legum Akar Legum Gambar. 4.2.Perubahan N 2 menjadi NH 4 + oleh Rhizobia dibagian dalam nodul akar legum nitrogen N ATP + 2H + 2NH ADP + H 2

16 Jumlah N 2 yang difiksasi oFiksasi via nodula bakteri 25-80% dari N total legum. oN 2 yang difiksasi oleh sebagian besar tanaman legum tahunan berkisar 100–200 lbs/a/tahun, meskipun pada kondisi di bawah optimum fiksasi N 2 nilainya dapat mencapai 2-3 kali. oTanaman legum semusim memfiksasi antara 50 dan 100 lbs N/a/tahun.

17 Faktor yang Mempegaruhi Fiksasi N 2 1. pH Tanah 2. Status Hara 3. Fotosintesis dan Iklim 4. Pengelolaan Tanaman Legum 5. Fiksasi oleh Pohon Legum dan Semak

18 pH Tanah 1.Kemasaman tanah dapat membatasi kelangsungan hidup dan pertumbuhan Rhizobia dalam tanah. 2.Sangat mempengaruhi nodulasi dan proses fiksasi N 2. Umumnya pada pH < 5,5 – 6,0, keracunan Al +3,Mn +2, H + disertai rendahnya Ca +2 dan H 2 PO 4 -, 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.

19 Sensitif pH rendah Toleransi pH rendah Skor nodulasi Hasil (g bahan kering/pot) Gambar 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.) Sensitif pH rendah Toleransi pH rendah Non legum sebagai kontrol pH tanah

20 Status Hara 1.Tanah masam, kekurangan Ca +2 dan H 2 PO 4 - dapat membatasi pertumbuhan Rhizobia dan mengurangi produktivitas tanaman inang (Gambar 4.4.). 2. Fiksasi N 2 membutuhkan Mo yang lebih banyak dibandingkan dg tanaman inang, karena Mo sbg komponen nitrogenase.

21 Hasil biji (kg/ha x 1,000) Tidak diinokulasi Dosis P (kg/ha ) Diinokulasi 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

22 Fotosintesis dan Iklim 1.Tingginya laju fotosintat berhubungan kuat dengan kenaikan fiksasi N 2 oleh Rhizobia. 2.Faktor berkurangnya laju fotosintesis akan menurunkan fiksasi N 2, seperti intensitas cahaya berkurang, cekaman air, suhu rendah.

23 Pengelolaan Legum 1.Berkurangnya tegakan legum per satuan luas akan mengurangi jumlah N 2 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 N 2 yang difiksasi.

24 Fiksasi Pohon Legum dan Semak 1.Fiksasi N 2 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 N 2, 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.

25 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).

26 Gambar. 4.5 Jagung-Jagung Jagung-kacang Rata-Rata N (lb/a) (a) Rata-Rata N (lb/a) (a) Hasil biji (bu/a) Rata-Rata N (lb/a) (a) Rata-Rata N (lb/a) (a) Jagung-Jagung Hasil biji (bu/a) Jagung tahun pertama Jagung tahun ketinga Jagung tahun kedua

27 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* Total Rata-Rata Ditanam Tahun 1968 dan 1969 Sumber : Leitch, 1976, Alfalfa Production in The Peace River Region, in In Havlin,J.L et all; Soil Fertility and Fertilizer

28 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; Hasil biji (bu/a) Jagung Panen Tanaman Dosis N (lb/a) Alfalfa pemangkasan 3 x Gandum Kedelai Alfalfa pemangkasan 1 x

29 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.

30 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

31 4.4. Fiksasi N 2 Nonsimbiotik Mikroorganisme Tanah a.Fiksasi N nonsimbiotik dalam tanah terjadi jika terdapat beberapa strain bakteri danBGA (Tabel 4.5). b.BGA, bersifat autotroph, membutuhkan cahaya, air, N 2, CO 2 dan hara esensil. c.Algae biasa hidup dalam keadaan tergenang dibanding dengan drainase baik.

32 N Atmosfer Senyawa N dari atmosfer berasal dari hujan dan salju sebagai NH 4 +, NO 3 -, NO 2 - dan N organik. Jumlah NO 2 - sedikit di atmosfer, NO 3 - dan NO 2 -

33 Fiksasi N 2 Industri Industri Fiksasi N 2 sangat penting sebagai sumber N untuk tanaman. Fiksasi N 2 ini berdasarkan pada proses Haber-Bosch : Catalis 3H 2 + N 2 2 NH O C, 500 atm

34 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 Senyawa N –Anorganik a.Termasuk NH 4 +, NO 2 -, NO 3 -, N 2 O, NO dan unsur N (N 2 ), digunakan oleh rhizobia dan mikroorganisme yang memfiksasi N. b.Untuk tanaman NH 4 +, NO 2 -, NO 3 - penting dan dihasilkan dari dekomposisi secara aerobik bahan organik tanah atau dari penambahan pupuk N. Jumlahnya 2-5% dari total N tanah. Sedangkan N 2 O dan NO merupakan bentuk yang hilang melalui denitrifikasi.

35 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 NH 4 +. Jumlah asam amino bebas dalam tanah rendah.

36 4.6. Transformasi Bentuk N Dalam Tanah Mineralisasi N Tahap 1 : Aminisasi Protein R-C-COOH + R-NH 2 + C=O + CO 2 + Energi NH 2 H Asam aminoAmida Urea H2OH2O Bakteri dan fungi

37 Tahap 2 : Amonifikasi R-NH 2 + H 2 O NH 3 + R-OH + Energi NH 4 + dihasilkan melalui amonifikasi pada beberapa keadaan (Gambar 4.1), NH 4 + dapat menjadi 1.Diubah menjadi NO 2 - (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 (NH 4 + difiksasi), atau 5.Dikonversi menjadi NH 3 dan dilepas lambat kembali ke atmosfer (volatilisasi) H2OH2O NH 4 + OH - +

38 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 10 6 kg/ha) x 5 % N x (2 % N dimineralisasi) = 80 kg N/ha N Immobilisasi a.N immobilisasi adalah konversi N anorganik (NH 4 + dan NO 3 ) menjadi N organik dan merupakan reaksi bolak balik dari mineralisasi N (Gambar 4.1). b.Jika dekomposisi b.o. mengandung N rendah, mikroorganisme NH 4 + dan NO 3 - diimmobilisasi dalam larutan tanah.

39 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 NH 4 + dan NO 3 - sampai ketingkat sangat rendah. e. Mikroorganisme efektif bersaing dengan tanaman akan NH 4 + dan NO 3 - selama immobilisasi dan tanaman dapat mengalami kekurangan N 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).

40 b. Kandungan N humus atau b.o. tanah stabil rata-rata 5,0 – 5,5 %, dimana rata-rata C %, 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 berubah- ubah 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.

41 Tabel 4.7. Rasio C:N B.O. Terpilih Substansi OrganikRasio C;NSubstansi OrganikRasio C:N Mikroorganik tanah Bahan organik tanah Sweet clover (muda) Pupuk Kandang(Matang) Residu penutup tanah Green rye Jagung/residu sorghum Jerami biji-bijian Timothy 8:1 10:1 12:1 20:1 23:1 36:1 60:1 80:1 Bitumens dan asphalts Batubara cair dan pelumas Oak Cemara Minyak mentah Serbuk gergaji (secara umum) Sejenis pohon cemara Pohon cemaran 95:1 125:1 200:1 300:1 100:1 400: : :1 Havlin,J.L et all; Soil Fertility and Fertilizer

42 Tabel 4.8. Mineralisasi N dari Berbagai Residu yang Diukur Dengan Serapan Tanaman Residu tanaman*Rasio C:NN uptake (mg) Pemeriksaan tanah Batang Tomat Akar jagung Batang Jagung Daun jagung Akar tomat Collard roots Batang buncis. Daun tomat Batang buncis Collard stem Collard leaves 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

43 Gambar.4.7 Deskripsi umum Mineralisasi dan Immobilisasi N mengikuti penambahan residu pada tanah (Havlin, J.L et al., 2005). Rasio C/N Tingkat NO 3 - baru Jumlah Tingkat NO 3 - Hasil bersih mineralisasi Evolusi CO 2 Tingkat CO 2 Waktu Hasil bersih mineralisasi 4-8 minggu

44 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 kg/ha, C/N= 60 dengan kandungan C sebanyak 40 %. Aktivitas mikrobe membutuhkan 35 % residu C (terjadi peningkatan biomassa mikrobe), sisanya 65 % direspirasi sebagai CO 2. 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 ?

45 Jawaban: 1.C-residu tanah = 3.000kg/ha x 40 % = kg/ha C dlm residu. Aktivitas mikrobe hanya menggunakan 35 % residu = 35/100 x 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 kg residu) = 1200 kg C : ykg N = 60 ; 1  y = 1/60 x kg = 20 kg N/ha residu. 4.Jika kandungan N-residu 0,67 %. Maka N residu/ha = 0,67/100 x kg residu/ha = 20 kg N/ha. 5.Jumlah N yang diimmobilisasi = 52,5o kg N – 20 kg N = 32,50 kg N/ha.

46 BENTUK TRANSFORMASI NITROGEN DI DALAM TANAH 46 A. Bentuk-bentuk Nitrogen Tanaman mengabsorpsi nitrogen dalam bentuk amonium dan nitrat NO 3 - > NH 4 + Bentuk NO 3 -, NH 4 + pada tanaman ditentukan oleh : - Umur - Tipe tanaman - Lingkungan - Faktor lainnya

47 FIKSASI N 47  Fiksasi secara biologik : rhizobium dan bakteri- bakteri 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 NH 4 +, dan NO 3 - ataupun CN 2 -.

48 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 NH lignin, polimerisasi dari quinone dan senyawa nitrogen, serta kondensasi dari gula + amino. 2.Bentuk anorganik : NH 4 +, NO 2 -, NO 3 -, N 2 O, NO dan gas N 2 yang hanya dimanfaatkan oleh Rhizobium. Bentuk NH 4 +, NO 3 - dan NO 2 - sangat penting dalam hubungan dengan kesuburan tanah. Bentuk N 2 O dan N 2 merupakan bentuk-bentuk yang hilang dari tanah dalam bentuk gas sebagai akibat proses denitrifikasi.

49 Tranformasi Nitrogen Di Dalam Tanah oTanaman mengambil nitrogen terutama dalam bentuk NH 4 + dan NO 3 -. Yang berasal dari pupuk & bahan organik tanah. Jumlah yang diserap tergantung dari : - jumlah pupuk yang diberikan. - kecepatan perombakan dari bahan-bahan organik. oJumlah 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. oMineralisasi bahan organik tanah terjadi melalui 3 tahap reaksi utama; (1) aminisasi, (2) amonifikasi, dan (3) nitrifikasi.

50 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 CO 2 dalam udara di sekitarnya. 1. Aminisasi : Protein  R-NH 2 + CO 2 + 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.

51 3. Nitrifikasi : ada dua tahap yaitu perubahan amonium menjadi nitrit dan nitrit menjadi nitrat. 2NH O 2  2NO H + + H 2 O + energi (bakteri Nitrosomonas/bakteri obligat autotrop). 2NO O 2  2NO 3 - (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 NH 4 + atau N organik buatan seperti Urea. 3.karena bakteri memegang peranan dalam proses ini maka perubahan berlangsung dipengaruhi oleh keadaan lingkungan.

52 Akumulasi nitrat karena nitrifikasi: Tanah dengan aerasi baik dan reaksi tanah sampai agak masam, kecepatan oksidasi dari NO 2 - ke NO 3 - > oksidasi NH 4 + ke NO 2 -. Kecepatan oksidasi NO 2 - =/> kecepatan pembentukan NH 4 +. Akibatnya bentuk NO 3 - cenderung diakumulasi dalam tanah-tanah tersebut. Faktor-faktor yang mempengaruhi proses nitrifikasi : (1). jumlah NH 4 + di dalam tanah, (2) populasi bakteri nitrifikasi, (3) reaksi tanah, (4) aerasi, (5) kelembaban tanah, dan (6) suhu.

53 4.7. KEHILANGAN N DALAM BENTUK GAS Kehilangan utama N dalam bentuk gas disebabkan: 1. DENITRIFIKASI dan 2. VOLATILISASI NH 3

54 DENITRIFIKASI NO 3 - = > NO 2 - = > NO = > N 2 O = > N 2 Terjadi dalam keadaan anaerobik (reduksi). Jika tanah tergenang, O 2 tidak ada, terjadi kondisi anaerobik. Beberapa organisme an- aerobik memperoleh O 2 dari NO 2 - dan NO 3 -, dan melepaskan gas N 2 dan N 2 O. Proses perubahan biokimia denitrifikasi nitrat : NO 3 -  NO 2 -  NO  N 2 O  N 2 Populasi mikroorganisme yang hidup banyak, seperti : bakteri Pseudomonas, Bacillus, Paracoccus, dan beberapa bakteri autotroph (Thiobaccilus denitrificans dan T. tioparus).

55  Potensial denitrifikasi tinggi pada sebagian besar tanah, disebabkan perubahan keadaan aerobik ke anaerobik, sehingga terjadi perubahan dari respirasi aerobik ke metabolisme denitrifikasi yang melibatkan NO 3 - sebagai aseptor elektron dengan tidak adanya O 2.  Tingginya kehilangan N dlm bentuk gas N 2 O dan N 2 beragam karena fluktuasi kondisi lingkungan antara musim dan tahun.  Kehilangan N 2 lebih menonjol, kadang2 jumlahnya kira2 90% dari total, sedangkan kehilangan N 2 O lebih besar pada kondisi reduksi kurang.

56 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Denitrifikasi : 1. Dekomposisi bahan organik, 2. Kandungan air tanah, 3. Aerasi, kandungan nitrat atau nitrit tergantung pada suplai O pH tanah, 5. Suhu, 6. Kandungan NO 3 - tanah, 7. Tanaman/tumbuhan pemasok C-organik, dan pemakai O 2 untuk menstimulasi aktivitas akar dan mikroorganisme di daerah perakaran. Tanaman juga dapat membatasi denitrifikasi, karena 1. serapan NH 4 + dan NO 3 +, 2. mengurangi kandungan air tanah dengan meningkatnya resultante suplai O 2, 3. tanaman tertentu dapat mensuplai O 2 ke daerah perakaran (contoh padi). 8. Akumulasi NO 2 - di dalam tanah. 9. Budidaya pertanian dan lingkungan yang mengubah perubahan NO 2 - di dalam tanah

57 1. Dekomposisi Bahan OrganiK  Dekomposisi BO tanah atau C mempertinggi potensial denitrifikasi dalam tanah. Reaksi dengan C tersedia dibutuhkan untuk reduksi mikrobial dari NO 3 - menjadi N 2 O atau N 2 : 4(CH 2 O) + 4NO H +  4CO 2 + 2N 2 O + 6H 2 O 5(CH 2 O) + 4NO H +  5CO 2 + 2N 2 + 7H 2 O Dalam kondisi lapang, penambahan residu tanaman segar dapat merangsang denitrifikasi. Eksudat karbonat dari akar aktif mensuport pertumbuhan bakteri denitrifikasi di daerah perakaran.

58 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 NO 3 - ke N 2 O atau N 2 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 NO 3 - tidaklah efektif karena didenitrifikasi. NO 3 - pada tanah sawah selalu ada karena perubahan NH 4 + di daerah perakaran dikonversi ke NO 3 -. Bila difusi NO 3 - ke dalam bagian tanah anaerobik, terjadi denitrifikasi yang cepat.

59 3. Aerasi Formasi NO 3 - dan NO 2 - tergantung pada ketiadaan O 2. Proses denitrifikasi hanya terjadi apabila suplai O 2 yang dibutuhkan mikroorganisme sangat rendah. Denitreifikasi bisa terjadi pada tanah beraerasi baik, karena terjadi anaerobik microsite (tempat kecil tertentu) di mana permintaan O 2 untuk proses biokimia mikrobial melampaui suplai O 2. Denitrifikasi juga terjadi bila laju difusi O 2 ke dalam tanah dan permintaan respirasi mikrobialnya tinggi. Denitrifikasi karena kandungan O 2 kurang dari 10 – 15% udara tanah.

60 4. pH tanah Bakteri denitrifikasi sensitif pada pH rendah, jadi mikrobial denitrifikasi tidak terdapat pada pH 5,0. Pada pH 6. 5.Suhu Denitrifikasi meningkat cepat pada jarak 2 sampai 5 o C.

61 5. TEMPERATUR Denitrifikasi meningkat cepat pada kisaran 2 sampai 5 0 C. Denitrifikasi berjalan pada kecepatan kecepatan sedikit lebih tinggi jika temperatur dari 25 o sampai 60 o C, tetapi terhambat pada temperatur >60 o C. Peningkatan denitrifikasi pada kenaikan suhu tanah menyebabkan mikroorganisme thermophilic peran utama dalam denitrifikasi

62 6. Kandungan NO 3 - NO 3 - harus ada untuk terjadi denitrifikasi dan NO 3 - 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.

63 A. Bentuk Gas N 2 dan N 2 O : 1.DENITRIFIKASI NO 3 - : NO 3 - = > NO 2 - = > NO = > N 2 O = > N 2 2.NITRIFIKASI NH 4 + : NH 4 + => NH 2 OH => H 2 N 2 O 2 => NO 2 - = > NO 3 - H 2 N 2 O 2 => H 2 O + N 2 O Reaksi NO 2 - dg NH 4 + : NH NO 2 - => N 2 + 2H 2 O NO 2 - dg as. amino : NO NH 2 R => N 2 + ROH + OH - NO 2 - dg lignin : NO lignin => N 2 + N 2 O + CH 3 ONO Dekomposisi Nitrit (NO 2 - ): H + : 3NO H + => NO + NO H 2 O Fe +2 : Fe +2 + NO H + => Fe +3 + NO + H 2 O Mn +2 : Mn +2 + NO H + => Mn +3 + NO + H 2 O B. Bentuk NH 3 : Pupuk anhidrous NH 3 : NH 3 (cair) => NH 3 (gas) urea : (NH 2 ) 2 CO + H 2 O => 2NH 3 + CO 2 Garam NH 4 + : NH OH - => NH 3 + H 2 O (pH > 7) Dekomposisi Sisa BO: N-Organik => NH 4 + NH 3 Sumber: Modified from Kurts, 1980, ASA Spec. Publ.38, p.5

64 Volatilisasi NH 3 Kehilangan N dalam bentuk gas NH 3 yang berasal dari pupuk N dan pupuk organik. NH 4 + NH 3 + H + (pK 0 9,3); dipengaruhi faktor2: pH tanah, Penempatan pupuk N, Kapasitas penyangga tanah, Kondisi lingkungan, Sisa panen, Kondisi lingkungan dan manajemen pertanian


Download ppt "BAB IV. NITROGEN. KONTEN MATERI : 4.1. Siklus N 2 4.2. Fungsi dan Bentuk N dalam Tanaman 4.3. Fiksasi N 2 Simbiotik 4.4. Fiksasi N 2 Nonsimbiotik 4.5."

Presentasi serupa


Iklan oleh Google