PEREDARAN NITROGEN

Sisa tumbuhan & binatang

Amonia

Bahan Organik Tanah

Nitrat & Nitrit

Nitrogen Atmosfer

Pencucian

Reaksi khemo-elektrik & Hujan

penyerapanpenyerapan

ekskresiekskresi

Fiksasi simbiotikFiksasi simbiotik

Fiksasi non-simbiotikFiksasi non-simbiotik

denitrifikasidenitrifikasi

nitrifikasinitrifikasi

amonifikasiamonifikasi

penguapanpenguapan

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 tanah2. Diserap oleh akar tanaman / tumbuhan3. Difiksasi oleh mineral liat tertentu, seperti Ilit4. Dioksidasi secara enzimatis melalui proses nitrifikasi

5. Pd kondisi pH tinggi dpat berubah menjadi NH3 dan menguap

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 nitritNitrobacter : 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 cepat2. 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 nitrifikasi2. Keseimbangan antara N-P-K sangat menolong nitrifikasi3. Pemberian pupuk amonium dosis tinggi menghambat nitrifikasi4. Ternyata amonia dapat bersifat toksik bagi Nitrobacter, tetapi

tidak bagi Nitrosomonas

C/N ratio :1. Karbohidrat merupakan sumber energi bagi jasad renik tanah2. 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 debu2. Fiksasi N non-simbiotik3. Fiksasi N simbiotik4. Limbah Pertanian: ternak, tanaman, ikan, manusia5. Pemupukan

Kehilangan N dari tanah:1. Volatilisasi, penguapan2. Denitrifikasi3. Pencucian, Erosi dan run-off4. Serapan tanaman.

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

1. Kontribusinya sebesar 4 - 8 kg N/ha/tahun2. Aktivitas elektris selama thunderstorms3. Debu, asap, partikulat dalam udara mengandung N4.

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

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 algae5. 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 legume2. Kontribusi single legume stand 16 - >500 kg N/ha/th3. Kendala fiksasi : rendahnya P-tersedia , tingginya Aldd,

kekeringan, kurangnya inokulum spesifik4. Kontribusinya pd lahan pertanian 4 - 50 kg N/ha5. Kontribusinya pd lahan hutan tropis 46 - 147 kg N/ha6.

12

www.tutorvista.com/topic/nitrogen-cycle

1. Dekomposisi N-organik menjadi N-anorganik ada tiga tahap:1. Aminisasi: Protein menjadi amine2. 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 rendah5. Pada Andepts, mineralisasi N berbanding terbalik dg

kandungan alofan6. 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 kering2. Peningkatan cepat dlm waktu singkat pd awal musim hujan3. 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.

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

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 banyak2. Rata-rata kehilangan per tahun melalui pencucian di daerah humid

berkisar antara 5 dan 6 kg setiap hektar3. 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 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)

1. Bbrp hari setelah hujan lebat pertama, terjadi peningkatan N-anorganik dlm tanah

2. Kontribusinya 23 - 121 kg N/ha dalam jangka 10 hari3. Puncak akumulasi N ini berbanding langsung dg durasi dan intensitas

periode kering sebelumnya4. Bberapa alasan terjadinya N-flushes ini :

1. Populasi mikroba aktif meningkat cepat 2. Banyak tersedia substrat yg mudah didekomposisi3. Musim kering menurunkan C/N rasio humus,

krn mineralisasi C lebih cepat selama periode kering4. C/N rasio rendah mempercepat mineralisasi N5. 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. Urea2. ZA (Ammonium sulfat)3. Ammonium nitrat4. Anhydrous ammonia4. Ammonium Fosfat

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 hari4. Laju hidrolisis urea pada tanah tergenang hampir sama dg

tanah tidak tergenang5.

Urease

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 Kehilangan (% dosis pupuk)pupuk (cm) Aplikasi sebelum Irigasi Setelah Irigasi

Permukaan tanah 8.1 40.21.2 1.2 33.42.5 0.6 18.15.0 0.05 0.57.5 0.0 0.0

Sumber: Shankaracharya dan Meta (1971)

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 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).

1. Pemupukan lebih efisien dibanding dg disebar2. 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 akarnya4. Pada dosis pupuk yg tinggi bakteri nitrifikasi tdk tahan terhadap

tekanan osmotik yg tinggi dan pH > 8.05. 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 Minggu inkubasi 2 4 6 12

Urea ppm Nitrit 170 345 125 0ppm Nitrat 15 55 330 365pH tanah 7.4 7.2 6.0 4.7

ZA ppm Nitrit 0 0 0 0ppm Nitrat 25 85 130 140pH tanah 6.2 6.4 5.6 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 1.0 25Jerami 1.5 15Biji 7.0 128Jerami 7.0 72

Padi Biji 1.5 35Jerami 1.5 7Biji 8.0 106Jerami 8.0 35

Ubikayu Umbi 30.0 120Kentang Umbi 40.0 172Kac tanah Unhulled nuts 1.0 49

Sumber: Sanchez, 1976.

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

1. Tiga parameter unt estimasi dosis pupuk:1. Serapan N tnm unt menghasilkan tingkat hasil ttt.2. Suplai N oleh tanah3. Persen recovery pupuk N

2. Kebutuhan internal N: Jumlah (kadar) minimum N dlm tajuk tanaman yg berhubungan dg hasil maksimum:

1. Tebu : 0.2 % N2. Jagung : 1.2% N3. 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 tanah-tanah 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 tinggi4. Rekomendasi di daerah tropis :

Amerika latin : 60 - 150 kg N/haMeksiko : 80 - 175 kg N/haIndonesia : …………….

5. Bentuk Kurva respon dipengaruhi oleh populasi tanaman6. Respon padi juga dipengaruhi oleh tipe tanaman, radiasi,

jarak tanam, dan lama pertumbuhan7.

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

PENGARUH REZIM AIR TANAH THD RESPON NPENGARUH 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 optimu

m

Excess moistur

e

Drought

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.

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)

50 100 150 200 kg N/ha

7

6

5

4

3ZA

Urea

NaNO3

Dosis pupuk selama 5 tahun terus

EFEK PENCUCIAN N-PUPUK thd KB SUBSOIL

% Kejenuhan Basa

440 880 1760 kg N/ha

70

60

50

40

30

20

15-30 cm

0-15 cm

Dosis pupuk ZA

Tanah Liat

Pengelolaan N-Tanah

Dua Tujuan Pokok:1. Memelihara ketersediaan N yg cukup dalam tanah2. Pengaturan ketersediaan N sedemikian rupa shg selalu tersedia dlm jumlah yg diperlukan tanaman.

NERACA NITROGEN

N-tersedia

Fiksasi-N Pupuk buatan

Simbiotik Non-simbiotik

N-atmosfer

Erosi - run offPencucian Diserap tanaman

BOT

Sisa tnm + Rabuk

SUMBER BELERANG

ALAMI

Mineral Tanah:Sulfida besi, nikel dan tembaga biasanya dijumpai pada tanah-tanah yg drainasenya jelekPirits juga sering dijumpai pd tanah-tanah rawa pasang-surutGips (Gipsum) terakumulasi pd horison bawah Mollisol & Aridisol

BELERANG ATMOSFER1. Tanaman dpt menyerap langsung belerang atmosfer, sekitar

25 - 35% dari total kebutuhannya2. Tanah juga dapat menyerap langsung belerang atmosfer3. Air hujan menganjung sejumlah belerang, 1 - 100 kg setiap

hektar

BELERANG ORGANIK1. Asam amino tertentu2. Senyawa lain yang mempunyai mikatan C-S3. Sulfat organik

PEREDARAN BELERANG

Sulfur (S)

Belerang organik

Sulfida (S=)

Sulfat (SO4

=)

reduksi

Oksidasi

Oksidasi Oksidasi

reduksi

reduksi

Oksidasi Dekomposisi Mineral

tanahMineral

tanah

PencucianPencucian

Serapan

Sisa-sisa Biomasa tanaman

Gas H2S

Volatilisasi

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

Perilaku Belerang dlm

Tanah

MINERALISASI - IMOBILISASI:Reaksi mineralisasi:

S-Organik Hasil dekomposisi Sulfat(Protein & senyawa (Senyawa sulfida)Organik lain)

Reaksi Imobilisasi: Ion Sulfat Jasad renik S-organik

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= FeSSulfatSulfitTiosulfat direduksi oleh bakteri SulfidaS-elementer

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= FeSSulfatSulfitTiosulfat direduksi oleh bakteri SulfidaS-elementer

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

Perilaku Belerang dlm

Tanah

OKSIDASI BELERANG & KEMASAMAN:

Oksidasi belerang pd akhirnya menghasilkan ion H+ yg dpt menurunkan pH tanahDidaerah 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 topsoilRetensi sulfat berhubungan dg hidroksida Fe dan Al, dan Kaolinit

K H O SO4

-Al Al- + KHSO4 -Al Al- + H2O O O H H

RETENSI SULFAT Retensi sulfat dalam tanah rendah, baik jumlah & kekuatannya.Tanah bagian bawah biasanya mempunyai retensi sulfat lebih tinggi

daripada topsoilRetensi sulfat berhubungan dg hidroksida Fe dan Al, dan Kaolinit

K H O SO4

-Al Al- + KHSO4 -Al Al- + H2O O O H H

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

…. dst

ayo belajar bersamasampai jumpa lagi ….