BAHAN KAJIAN MK. DASAR ILMU TANAH NITROGEN dan BELERANG TANAH marno.lecture.ub.ac.id

1. BAHAN KAJIANMK. DASAR ILMU TANAH NITROGEN danBELERANG TANAH www.marno.lecture.ub.ac.id

2. PEREDARAN NITROGEN Nitrogen Atmosfer Reaksi khemo-elektrik & Hujan Fiksasi simbiotik Fiksasi non-simbiotik Sisa tumbuhan & binatang penguapan Bahan Organik Tanah amonifikasi ekskresi denitrifikasi Amonia nitrifikasi penyerapan Nitrat & Nitrit Pencucian

3. NITROGEN AMONIUM N-NH4 AMONIFIKASI: hidrolisis R-NH2 + HOH R-OH + NH3 + energi enzimatik 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

4. NITRIFIKASI Nitrifikasi mrpk proses oksidasi enzimatik: oksidasi 2NH4+ + 3O2 2NO2- + 2H2O + 4H+ +energi enzimatik oksidasi 2 NO2- + O2 2NO3- + 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.

5. 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.

6. NITROGEN TANAH 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.

7. www.ldd.go.th/18wcss/techprogram...6340.HTM

8. NITROGEN dlm HUJAN & DEBU 1. Kontribusinya sebesar 4 - 8 kg N/ha/tahun 2. Aktivitas elektris selama thunderstorms 3. Debu, asap, partikulat dalam udara mengandung N 4.

9. ossperc.wordpress.com/2009/02/04...ndhills/

10. FIKSASI N NON-SIMBIOTIK 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.

11. FIKSASI N SIMBIOTIK 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.

12. www.tutorvista.com/topic/nitrogen-cycle

13. MINERALISASI NITROGEN 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

14. FLUKTUASI MUSIMAN N ANORGANIK 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.

15. ohioline.osu.edu/aex-fact/0463.html

16. 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.

17. AKUMULASI NITRAT SELAMA MUSIM KERING 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

18. Kandungan Musiman Nitrat dalam Tanah Musim Horison Pola tanam: kg N/ha sbg NO3- Fallow Jagung Pasture Hujan A 18 9 8 (190 mm/bl) B 13 10 7 Kering A 35 22 10 (38 mm/bl) B 17 10 9 Sumber: Hardy (1946)

19. NITROGEN FLUSHES AWAL MUSIM HUJAN 1. Bbrp hari setelah hujan lebat pertama, terjadi peningkatan N-anorganik 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

20. KEHILANGAN N MUSIM HUJAN 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.

21. PUPUK NITROGEN Pupuk nitrogen yang lazim digunakan: 1. Urea 2. ZA (Ammonium sulfat) 3. Ammonium nitrat 4. Anhydrous ammonia 4. Ammonium Fosfat

22. HIDROLISIS UREA 1. Pd tanah yg lembab, urea mengalami hidrolisis ensimatis: CO(NH2)2 + H2O (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. Urease

23. VOLATILISASI AMMONIA 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.

24. KEHILANGAN PENGUAPAN DOSIS UREA: 222 kg N/ha Kedalaman Kehilangan (% dosis pupuk) pupuk (cm) Aplikasi sebelum Irigasi Setelah Irigasi Permukaan tanah 8.1 40.2 1.2 1.2 33.4 2.5 0.6 18.1 5.0 0.05 0.5 7.5 0.0 0.0 Sumber: Shankaracharya dan Meta (1971)

25. NITRIFIKASI ZA YG DISEBAR PERMUKAAN 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.

26. Persen recovery ZA yg disebar permukaan tanah Laterit berpasir dg dosis 80 kg N/ha Kedalaman Setelah 3 hari (%) Setelah 21 hari (%) (cm) N - NH4+ N - NO3- N - NH4+ N - NO3- 0 - 8 23.7 2.6 26.5 56.3 8 - 15 15.5 3.1 0.6 5.4 15-30 51.0 5.6 0.4 8.0 30-45 12.1 1.2 0.7 1.7 Total 102.3 12.5 28.2 71.4 Sumber: Wetselaar (1962).

27. NITRIFIKASI PUPUK N BENAM 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

28. Pembentukan nitrit dan nitrat setelah pembenaman pupuk N (1000 ppm N) pd tanah berkapur Pupuk Minggu inkubasi 2 4 6 12 Urea ppm Nitrit 170 345 125 0 ppm Nitrat 15 55 330 365 pH tanah 7.4 7.2 6.0 4.7 ZA ppm Nitrit 0 0 0 0 ppm Nitrat 25 85 130 140 pH tanah 6.2 6.4 5.6 4.8 Sumber: Wetselaar et al. (1972).

29. KEBUTUHAN N TANAMAN TROPIKA Nutrient Removal by Tropical Crops Tanaman Bagian Hasil (t/ha) kg N/ha Jagung Biji 1.0 25 Jerami 1.5 15 Biji 7.0 128 Jerami 7.0 72 Padi Biji 1.5 35 Jerami 1.5 7 Biji 8.0 106 Jerami 8.0 35 Ubikayu Umbi 30.0 120 Kentang Umbi 40.0 172 Kac tanah Unhulled nuts 1.0 49 Sumber: Sanchez, 1976.

30. NITROGEN USES BY CORN Nitrogen used by corn (kg/ha) 400 300 200 100 0 2 4 6 8 10 12 Hasil jagung, t/ha Sumber: Bartholomew (1972). Total Biji Jerami

31. PENENTUAN DOSIS PUPUK NITROGEN 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

32. EFISIENSI PUPUK 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 tanah-tanah yg mengalami pembasahan & pengeringan. 3. Dosis pupuk optimum ditentukan: Serapan N pd tingkat hasil ttt - Serapan N tanpa pupuk Dosis N = ------------------------------------------------------------------------- % Recovery

33. RESPON NITROGEN BIJI-BIJIAN 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.

34. INTERAKSI RESPON N DAN POPULASI JAGUNG Hasil tongkol (t/ha) 5 4 3 2 1 20 30 40 50 60 Populasi tanaman (1000/ha) 120 N 80 N 40 N 0 N

35. PENGARUH REZIM AIR TANAH THD RESPON N Hasil biji jagung (t/ha) 5 4 3 2 1 0 40 80 120 Pupuk N (kg/ha) Sumber: Sanchez, 1976. Air tnh optimum Excess moisture Drought

36. EFEK RESIDU PUPUK N 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 N-anorganik 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.

37. 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.

38. EFEK PUPUK N thd pH TANAH pH (0-20 cm) NaNO3 7 6 5 4 3 Urea ZA 50 100 150 200 kg N/ha Dosis pupuk selama 5 tahun terus

39. EFEK PENCUCIAN N-PUPUK thd KB SUBSOIL % Kejenuhan Basa 70 60 50 40 30 20 0-15 cm Tanah Liat 15-30 cm 440 880 1760 kg N/ha Dosis pupuk ZA

40. 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 Pupuk buatan Simbiotik Non-simbiotik Sisa tnm + Rabuk N-tersedia N-atmosfer BOT Diserap tanaman Pencucian Erosi - run off

41. SUMBER BELERANG ALAMI Mineral Tanah: Sulfida besi, nikel dan tembaga biasanya dijumpai pada tanah-tanah 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

42. PEREDARAN BELERANG Gas H2S Sisa-sisa Biomasa tanaman Volatilisasi Belerang organik reduksi Mineral tanah Serapan Mineral tanah Dekomposisi Oksidasi reduksi Sulfida (S=) Sulfat (SO4=) Oksidasi Oksidasi reduksi Oksidasi Pencucian Sulfur (S)

43. www.omafra.gov.on.ca/english/cro...06a2.htm

44. MINERALISASI - IMOBILISASI: Reaksi mineralisasi: S-Organik Hasil dekomposisi Sulfat (Protein & senyawa (Senyawa sulfida) Organik lain) Reaksi Imobilisasi: Ion Sulfat Jasad renik S-organik Perilaku Belerang dlm Tanah OKSIDASI - REDUKSI: reaksi-reaksi biokimia H2S + 2O2 H2SO4 2H+ + SO4= 2S + 3 O3 + 2H2O 2H2SO3 2H+ + SO3= Alkohol-organik + Sulfat Asam organik + H2O + S= Bakteri belerang Fe++ + S= FeS Sulfat Sulfit Tiosulfat direduksi oleh bakteri Sulfida S-elementer

45. www.lifesci.dundee.ac.uk/people/...esearch/

46. Perilaku Belerang dlm Tanah OKSIDASI BELERANG & KEMASAMAN: 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 SO4 -Al Al- + KHSO4 -Al Al- + H2O O O H H

47. filebox.vt.edu/users/chagedor/bi...uct.html

48. …. dstayo belajar bersamasampai jumpa lagi ….