Mengenal Siklus Nitrogen Pada Tanaman

Nitrogen, Tanaman dan Lingkungan

Nitrogen (N) sangat penting dalam kebutuhan dilahan pertanian. Ketika terjadi kekurangan unsur hara N, sistem perakaran tanaman dan pertumbuhan tubuh tanaman menjadi kerdil, daun tua berubah menjadi kekuningan, dan hasil buah pada tanaman akan mengandung sedikit sekali protein kasar. Ketika terjadi kelebihan unsur N, tanaman akan mengalami keterlambatan proses pematangan dan pertumbuhan vegetatifnya akan berlebihan. Pupuk Nitrogen merupakan barang yang mahal di pasaran, dan apabila tercuci bisa memberikan dampak negatif kepada lingkungan. Mengefisiensikan penggunaan pupuk nitrogen sesuai kebutuhan tanaman serta menghindari  pemberian secara berlebihan adalah sangat penting untuk dilakukan.

Siklus Nitrogen

Siklus daur unsur nitrogen di lahan pertanian menunjukkan bagaimana unsur N dari kotoran hewan, pupuk kimia, dan tanaman mengalir di dalam tanah menuju ke tanaman, air dan udara. Dengan memahami siklus nitrogen, akan memberikan Anda pemahaman mengenai penggunaan terbaik antara Kotoran Hewan (Manure) dengan Pupuk Kimia (Fertilizer) untuk memenuhi kebutuhan tanaman serta tetap menjaga kelestarian lingkungan.

Secara umum siklus nitrogen di alam terdiri atas 3 (tiga) runtutan langkah yaitu:

1. Fiksasi
2. Mineralisasi
3. Nitrifikasi

Ketiga langkah dalam proses siklus daur nitrogen tersebut memperkaya kebutuhan unsur nitrogen bagi tanaman. Sedangkan,

1. Denitrifikasi
2. Volatilisasi
3. Immobilisasi
4. Leaching / Pencucian

Keempat langkah tersebut diatas akan mengakibatkan pengurangan atau bahkan kehilangan secara permanen unsur Nitrogen dari zona akar ( _root zone_ ) tanaman.

MINERALISASI

Adalah proses yang dilakukan oleh mikroba untuk mengurai N organik dari kotoran hewan, material organik dan sisa tanaman menjadi bentuk Amonium. Karena ini merupakan proses biologis, kecepatan dan kadar mineralisasinya akan sangat bervariasi tergantung suhu tanah, kelembaban tanah, dan jumlah oksigen yang terkandung di dalam tanah ( _aerasi_ ).

Secara kimia, proses ini dapat dijabarkan sebagai berikut:

R-NH₂ ( Nitrogen Organik ) –> NH₃ ( Amoniak ) –> NH₄⁺ ( Ammonium)

Proses mineralisasi hanya bisa terjadi dengan syarat pada kondisi tanah yang hangat ( 20 – 35 Celsius), kondisi tanah yang beraerasi dan memiliki kelembaban yang baik.

NITRIFIKASI

Adalah proses yang dilakukan oleh mikroorganisme mengubah Amonium menjadi Nitrat untuk menghasilkan energi. Nitrat adalah bentuk unsur Nitrogen (N) yang paling mudah diserap tanaman, namun sangat mudah sekali hilang tercuci ( Leaching ).

Secara kimia, proses biologis ini dapat dijabarkan hasil akhirnya sebagai berikut:

NH₄⁺ (Ammonium) –> NO₂^– (Nitrit) –> NO₃^– (Nitrat)

Proses nitrifikasi terjadi lebih cepat pada saat kondisi tanah hangat (20 – 35 Celsius), lembab dan beraerasi baik. Laju proses biologi ini akan terhenti (istirahat) pada saat kondisi tanah dibawah 5 Celsius atau diatas 50 Celsius.

DENITRIFIKASI

Adalah proses hilangnya unsur N melalui konversi nitrat menjadi bentuk gas Nitrogen, contohnya menjadi bentuk oksida seperti Nitric Oxide, Nitrous Oxide Dinitrous Oxide. Ini terjadi ketika kondisi tanah jenuh dan bakteri kemudian menggunakan nitrate sebagai salah satu sumber oksigen.

Secara kimia, proses biologis ini dapat dijabarkan hasil akhirnya sebagai berikut:

NO₃^– (Nitrate) –> NO₂^– (Nitrit) –> NO (Nitric Oxide) –> N₂O (Nitrous Oxide) à N₂ (Dinitrogen Gas)

Proses denitrifikasi biasanya terjadi pada tanah yang memiliki drainase buruk.

VOLATILISASI

Adalah proses kehilangan nitrogen melalui konversi / perubahan amonium menjadi gas amoniak, yang kemudian dilepaskan ke udara. Proses kehilangan nitrogen secara volatilisasi lajunya semakin meningkat pada kondisi tanah yang memiliki pH tanah tinggi dan tanah yang mudah kehilangan air (evaporasi) contohnya pada kondisi panas dan berangin.

Secara kimia, proses kehilangan nitrogen secara volatil ini dapat dijabarkan sebagai berikut:

CH₄N₂O ( _Urea_ ) –> NH₄⁺ (Ammonium) –> NH₃ (Amoniak)

Kehilangan volatil sangat tinggi pada kotoran hewan ( _manures_ ) dan pupuk urea yang diaplikasikan dipermukaan tanah terbuka yang tidak dibarengi dengan penggemburan atau penghujanan pada tanah.

Kotoran hewan mengandung unsur N dalam dua bentuk utama: Ammonium dan N organik. Jika kotoran hewan pada saat dipalikasikan dibiarkan terbuka dilahan pertanian dalam waktu satu hari, 65% kandungan Amonium akan bertahan. Namun jika dibiarkan dalam waktu lima hari unsur N amonium dalam kotoran hewan akan hilang. N organik pada kotoran hewan tidak akan hilang melalui proses volatilisasi ini, namun membutuhkan waktu untuk mengalami mineralisasi sehingga dapat dikonsumsi tanaman.

IMMOBILISASI

Adalah kebalikan dari proses mineralisasi. Semua makhluk hidup membutuhkan unsur N, termasuk mikro organisme di tanah pun berkompetisi dengan tanamn untuk mendapatkan unsur N. Immobilisasi terkait dengan proses dikonsumsinya unsur nitrat dan ammonium oleh organisme tanah sehingga menjadi tidak bisa dikonsumsi oleh tanaman.

Secara kimia, proses kehilangan nitrogen secara biologis ini dapat dijabarkan sebagai berikut:

NH₄⁺ ( Ammonium ) dan / atau NO₃^– ( nitrat ) –> R-NH₂ (N Organik)

Penggabungan material dengan kadar rasio Karbon – Nitrogen (C/N ratio) yang tinggi (Contoh: serbuk kayu, jerami, dsb) , akan meningkatkan aktifitas biologi dan mengakibatkan meningkatnya kebutuhan akan N, akhirnya menghasilkan immobilisasi.

Immobilisasi hanya mengunci sementara unsur N, ketika mikroorganisme mati, unsur N organik yang dikandung dalam sel akan diubah kembali melalui proses Mineralisasi dan Nitrifikasi sehingga menghasilkan unsur Nitrat yang dapat dikonsumsi tanaman.

LEACHING

Adalah tercucinya unsur N dalam konsentrasi yang tinggi sehingga berdampak pada kualitas air. Partikel tanah tidak bisa menahan nitrat, karena muatan atom negatifnya. Sebagai akibatnya, nitrat mudah sekali terbawa air dalam tanah. Laju pencucian / leaching tergantung pada kondisi drainase tanah, curah hujan, jumlah nitrat di dalam tanah, dan konsumsi tanaman ( uptake )

Standar EPA mensyaratkan nilai maksimum 10ppm N dalam air minum yang telah terkontaminasi nitrat untuk dapat dikonsumsi dengan aman.

CROP UPTAKE / Konsumsi Tanaman

Adalah tujuan utama dari manajemen nitrogen dilahan pertanian. Efisiensi terbaik akan muncul ketika sejumlah unsur N diberikan secara tepat dalam satu waktu ketika tanaman secara aktif membutuhkannya. Efisiensi N hanya tergantung pada beberapa faktor termasuk suhu, kelembaban tanah, tekanan hama, dan pemadatan tanah ( soil compaction )

Penggunaan secara efisiens unsur Nitrogen selama musim tanam dan penggunaan tanaman penutup (cover crop) dapat meminimalkan kehilangan unsur nitrogen dalam tanah.

Tujuan utama dari manajemen Nitrogen adalah untuk memaksimalkan efisiensi N dengan cara meningkatkan *CROP UPTAKE* dan meminimalkan kehilangan N di lapangan. N tanaman bisa dipenuhi melalui sumber N yang sudah ada (Contoh: dari unsur organik tanah, bawaan tanah, dan kotoran hewan yang telah diberikan) dan aplikasi tambahan N melalui pupuk organik dan kimia.

Untuk cara terbaik aplikasi penggunaan sumber N yang sudah ada dilahan ataupun pembelian pupuk kimia, pertimbangkanlah fakta dari siklus N berikut:

1. N yang dilepaskan dari tanah mati, melalui mineralisasi dan nitrifikasi kebanyakn bisa men-supply cukup N
2. Metode dan waktu pemberian kotoran hewan ( manures ) dan pupuk kimia menentukan ketersediaan nitrogen untuk tanaman, namun juga berpotensi kehilangan. Aplikasi kombinasi penebaran kotoran hewan dan pupuk kimia yang dilakukan secara cepat di lapangan dapat menjaga kandungan amonium dari kehilangan N volatil.