Transformasi nitogren dalam tanah tergenang aplikasi jerami padi dan urea serta hubungannya dengan serapan nitrogen dan pertumbuhan tanaman padi

(1)

Serapan Nitrogen dan Pertumbuhan Tanaman Padi

LILIK TRI INDRIYATI

SEKOLAH PASCASARJANA

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

2006

(2)

Nitrogen dan Pertumbuhan Tanaman Padi

Abstrak

Penggunaan bahan organik pada lahan-lahan sawah yang ditujukan untuk mengurangi ketergantungan terhadap pupuk kimia merupakan usaha yang mengarah pada pertanian yang berkelanjutan dan perbaikan efisiensi pupuk oleh tanaman padi di lahan-lahan sawah. Oleh karena itu diperlukan pemahaman yang lebih baik tentang transformasi N dalam tanah tergenang, terutama transformasi N secara biologi dari N-organik yang terkandung dalam bahan N-organik menjadi bentuk N tersedia bagi tanaman dan bentuk gas, yang tujuannya untuk: (1) meningkatkan efisiensi penggunaan N-tanah dan N-bahan organik oleh tanaman padi, (2) menentukan potensi denitrifikasi, dan (3) membantu penyeleksian praktek-praktek pengelolaan N menuju pertanian yang berkelanjutan. Percobaan dilakukan di laboratorium dan rumah kaca Departemen Tanah, Fakultas Pertanian, IPB. Percobaan inkubasi di laboratorium dilakukan untuk menentukan pelepasan dan ketersediaan N dalam tanah tergenang yang diberi jerami padi, kompos jerami padi 4 dan 8 bulan atau kombinasinya dengan urea, dan untuk mengetahui perubahan pH tanah tergenang selama masa inkubasi, serta menguji tingkat dekomposisi jerami padi terhadap ketersediaan N dalam tanah tergenang selama masa inkubasi 120 hari. Taraf N dari urea atau bahan organik yang diberikan ke dalam tanah adalah 92 kg ha-1 atau setara dengan 200 kg urea ha-1, 8,52 ton jerami padi ha-1, 6,39 ton kompos 4 bulan ha-1, 6,17 ton kompos 8 bulan ha-1. Untuk perlakuan kombinasi antara urea dan bahan organik masing-masing setara dengan setengah dari takaran perlakuan tunggal. Pada minggu pertama dari penggenangan tanah, konsentrasi N-NO3- pada semua tanah yang diberi perlakuan menurun secara tajam. Hal ini karena terjadi reduksi N-NO3- menjadi gas N2O dan N2 pada awal penggenangan tanah akibat perubahan kondisi tanah dari aerob menjadi anaerob. Data ini konsisten dengan hasil fluks gas N2O yang berasal dari tanah yang diberi perlakuan. Setelah hari ke -7 dari masa inkubasi konsentrasi N-NH4+ meningkat secara perlahan, dan sejak hari ke-21 dari masa inkubasi, tanah yang diberi jerami padi memperlihatkan pelepasan N-NH4+ yang lebih besar dibandingkan dengan perlakuan lainnya. Dengan makin lamanya masa penggenangan tanah, bentuk N mineral yang dominan yang dilepaskan selama masa inkubasi adalah N-NH4+, karena kondisi tanah yang anaerob menghalangi terjadinya proses nitrifikasi oleh bakteri aerob obligat. Kompos jerami padi 4 dan 8 bulan memperlihatkan laju pelepasan N-NH4+ yang lebih lambat dan ketersediaan N-NH4+ yang lebih rendah daripada jerami padi.

Hasil percobaan pot di rumah kaca menunjukkan bahwa jerami padi yang diberikan ke dalam tanah tergenang memberikan pengaruh yang nyata lebih tinggi bila dibandingkan dengan kompos terhadap peningkatan bobot kering tanaman padi, jumlah anakan, serapan N dan efisiensi penggunaan N oleh tanaman padi, serta peningkatan aktivitas enzim nitrogenase. Kandungan N-NH4+ tanah pada percobaan pot meningkat sampai 26 hari setelah tanam (HST), dan kemudian menurun secara tajam karena diserap oleh tanaman padi. Hal ini menunjukkan bahwa pertumbuhan tanaman padi yang paling aktif terjadi antara tahap pembentukan anakan dan awal pembentukan malai. Fluks gas N2O tertinggi terjadi pada awal penggenangan tanah, dan tanah yang diberi jerami padi memperlihatkan fluks gas N2O yang jauh lebih tinggi bila

(3)

dibandingkan dengan tanpa perlakuan. Hal ini berkaitan dengan perubahan kondisi tanah dari aerob menjadi anaerob, dan kandungan C-organik yang mudah didekomposisi dalam jerami padi lebih tinggi, dimana C-organik tersebut merupakan sumber energi bagi bakteri denitrifikasi. Emisi total gas N2O dari tanah tergenang yang diberi jerami padi lebih rendah dibandingkan dengan perlakuan lainnya. Hal ini karena pemberian jerami padi ke dalam tanah tergenang meningkatkan kondisi tanah menjadi lebih reduktif , sehingga N lebih banyak hilang dalam bentuk gas N2 daripada gas N2O, yang mengakibatkan terjadinya penurunan emisi gas N2O dari tanah yang diberi jerami. Tanpa memandang tingkat dekomposisi bahan organik yang diberikan ke dalam tanah, semakin lama tanah bersifat anaerob proses nitrifikasi menjadi terhambat sehingga ketersediaan nitrat membatasi terjadinya proses denitrifikasi. Secara umum pemberian bahan jerami padi atau komposnya ke dalam tanah tergenang meningkatkan aktivitas enzim nitrogenase. Tetapi pemberian jerami padi ke dalam tanah tergenang tampaknya memicu peningkatan aktivitas enzim nitrrogenase yang lebih tinggi bila dibandingkan dengan pemberian kompos. Peningkatan aktivitas penambatan N2 ini secara tidak langsung meningkatkan sumbangan N dalam tanah yang penting sebagai sumber N bagi tanaman padi terutama pada stadia pengisian bulir. Hal ini terlihat dari serapan N oleh tanaman padi pada stadia pengisian bulir dimana sebagian besar N yang diserap adalah berasal dari N-tanah.

(4)

NITROGEN TRANSFORMATION IN FLOODED SOIL :

Application of Rice Straw and Urea and Its Relation with Nitrogen

Uptake and Rice Plant Growth

Abstract

The use of organic materials aimed at reducing the dependence on inputs such as chemical fertilizers can contribute to sustainability and improving the low N fertilizer efficiency of rice plants in paddy soils. Therefore, better understanding of N transformation in flooded soils, particularly the microbial transformation of N-organic amendments to plant-available N and gaseous N forms is needed: (1) for most efficient use of soil and organic materials N by rice plant, (2) for determining the potential of denitrification and (3) for aiding in the selection of N management practices for sustainable agriculture. The experiments were conducted in the laboratory and glasshouse of Soil Department, Faculty of Agriculture, Bogor Agricultural University. An incubation experiment in laboratory was conducted to observe the release of N and its availability in flooded soil amended with rice straw, 4 month- and 8 month-compost of rice straw or their combination with urea ; to study the change of soil pH during incubation period; to verify the effect of the chemical composition of rice straw or composts of rice straw on N availability in flooded soil during 120 days. Nitrogen from urea or organic materials was applied at the rate of 92 kg ha-1 or equivalent to 200 kg urea ha-1, 8.52 ton rice straw ha-1, 6.39 ton 4-month-compost of rice straw ha-1, and 6.17 ton 8-month-compost of rice straw ha-1. The first time of soil flooding, NO3--N concentrations in all of the amended soils sharply decreased. It might be due to the reduction of NO3--N to N2O and N2 gas since the initial of incubation period as a consequence of the change of soil condition from aerobic to anaerobic condition. These data were consistent with the result of N2O emission derived from the amended soils. The concentration of NH4+-N was gradually increased after 7 days of incubation period. Since 21 days of incubation period, the rice straw amended soils showed the larger NH4+-N release than the other treatments. The longer soil flooded, the dominant form of mineral nitrogen that was released in soil during the incubation period was NH4+-N, because the anaerobic soil condition inhibited the nitrification process. The 4-month- and 8-month-compost of rice straw showed the slower N mineralization rate and the lower N availa bility than rice straw.

The results of pot experiment in glasshouse revealed that the amende d rice straw flooded soil gave significantly higher effect on the increase of the dry matte r weight of rice plants, the number of tillers, N uptake of rice, recovery N efficiency, and the increase of nitrogenase enzyme activity. Soil NH4+-N in pot experiment increased until 26 DAT (days after transplanting), and then decreased sharply, because of rice N uptake. It showed that the very active growth of rice plants was occurred between the growth stage of active tillering and initial panicle initiation. The highest flux of N2O was observed at the first time of soil flooding of the organic material amended soils. . It might be due to the change of soil condition from aerobic to anaerobic condition, and the higher decomposable C contained in rice straw as energy source for denitrifyer. However, the total emission of N2O from flooded soil which was amended with rice straw was lower than the other treatments. It might be due to the addition of rice straw to flooded soils caused the soil condition was more reductive, so more N was lost as N2 gas than N2O gas. Finally, the N2O gas emission from rice straw amended soil

(5)

decreased. Regardless the degree of decomposition of the organic materials added to soils, the longer anaerobic of soil nitrification process was inhibited, so that nitrate availability hampered denitrification process. Generally, the application of rice straw or rice straw composts to flooded soil increased the activity of nitrogenase enzyme. The application of rice straw, however, promoted the activity of nitrogenase enzyme higher than rice straw composts. The increase of this N2 fixation promoted indirectly N contribution in soil which is important as N source for rice pla nts, especially at the growth stage of heading. It substantiated by the fact that N uptake at the growth stage of heading most ly derived from N-soil.

(6)

PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI

DAN SUMBER INFORMASI

Dengan ini saya menyatakan bahwa disertasi yang berjudul :

TRANSFORMASI NITROGEN DALAM TANAH TERGENANG : Aplikasi

Jerami Padi dan Urea serta Hubungannya dengan Serapan Nitrogen dan Pertumbuhan Tanaman Padi

adalah karya saya sendiri dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari peneliti lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir disertasi ini.

Bogor, Januari 2006

Lilik Tri Indriyati

(7)

TRANSFORMASI NITROGEN DALAM TANAH TERGENANG :

Aplikasi Jerami Padi dan Urea serta Hubungannya dengan

Serapan Nitrogen dan Pertumbuhan Tanaman Padi

LILIK TRI INDRIYATI

Disertasi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

Doktor pada Program Studi Ilmu Tanah

SEKOLAH PASCASARJANA

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

2006

(8)

Judul Disertasi : TRANSFORMASI NITROGEN DALAM TANAH

TERGENANG : Aplikasi Jerami Padi dan Urea serta

Hubungannya dengan Serapan Nitrogen dan Pertumbuhan Tanaman Padi

Nama Mahasiswa : LILIK TRI INDRIYATI

NIM : 995198

Program Studi : ILMU TANAH

Disetujui

Komisi Pembimbing,

Prof. Dr. Ir. Supiandi Sabiham, M.Agr.

Ketua

Prof. Dr. Ir. Latifah K. Darusman, MS Prof. Dr. Ir. ,Sudarsono, MSc

Anggota Anggota

Prof. Dr. Ir. Rykson Situmorang, MS Dr. Ir. Widjang Herry Sisworo, APU

Anggota Anggota

Diketahui

Ketua Program Studi Dekan Sekolah Pascasarjana,

Ilmu Tanah,

Dr. Ir. Komaruddin Idris, MS Prof. Dr. Ir. Syafrida Manuwoto, MSc

(9)

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Lumajang, Jawa Timur pada tanggal 15 Maret 1966. Penulis adalah anak bungsu dari tiga bersaudara dari ayah Slamet dan ibu Satuyah.

Penulis menempuh pendidikan dasar di SD Negeri Jagalan Tempeh dan lulus pada tahun 1977. Penulis melanjutkan pendidikan ke SMP Negeri Tempeh dan lulus pada tahun 1981. Tahun 1984 penulis lulus dari Sekolah Menengah Pembangunan Pertama (SMPP) Negeri Lumajang. Pada tahun yang sama penulis diterima di Institut Pertanian Bogor (IPB) melalui Jalur Penelusuran Minat dan Kemampuan (PMDK) dan setahun kemudian penulis menjadi mahasiswa Jurusan Tanah, Fakultas Pertanian. Selanjutnya pada September 1992 penulis berangkat ke Jepang unt uk melanjutkan pendidikan program S2 di Tokyo University of Agriculture (Tokyo Nogyou Daigaku). Bulan Maret 1993 penulis resmi terdaftar sebagai mahasiswa program Master (S2) di Laboratorium Ilmu Tanah, Departemen Kimia Pertanian (Nougeikagaku) dengan beasiswa dari INPEX FOUNDATION dan penulis lulus pada bulan Maret tahun 1995. Pada Februari 2000 penulis resmi sebagai mahasiswa program doktor (S3) pada Program Studi Ilmu Tanah, Sekolah Pascasarjana, Institut Pertanian Bogor.

Sejak tahun 1992 penulis resmi diterima sebagai staf pengajar dan peneliti di Jurusan Tanah (sekarang Departemen Ilmu Tanah dan Sumberdaya Lahan), Fakultas Pertanian, Institut Pertanian Bogor sampai sekarang.

(10)

PRAKATA

Puji dan syukur yang tak terhingga penulis panjatkan kepada Tuha n Yesus Kristus yang telah memberi kekuatan, rahmat dan kasihNya sehingga disertasi ini berhasil diselesaikan. Ucapan terimakasih yang sebesar-besarnya disampaikan kepada Prof. Dr. Ir. Supiandi Sabiham, M.Agr. yang telah banyak memberikan bimbingan dan saran dalam perencanaan, pelaksanaan penelitian sampai penyelesaian penulisan disertasi ini dan sekaligus sebagai Ketua Laboratorium Kimia dan Kesuburan Tanah dimana penulis bekerja, atas kesempatan yang telah diberikan kepada penulis untuk melanjutkan pendidikan program doktor. Penghargaan yang sama juga penulis sampaikan kepada Prof. Dr. Ir. Latifah K. Darusman, MS., Prof. Dr. Ir. Rykson Situmorang, MS., Prof. Dr. Ir. Sudarsono, MSc., dan Dr. Ir. Widjang Herry Sisworo, APU masing-masing sebagai Anggota Komisi Pembimbing atas saran yang telah diberikan dalam perencanaan, pelaksanaan penelitian, dan penulisan disertasi ini.

Penghargaan dan ucapan terimakasih juga disampaikan kepada :

1. Dekan Sekolah Pascasarjana Institut Pertanian Bogor yang telah memberikan kesempatan belajar, serta para staf pengajar yang telah memberikan bekal ilmu pengetahuan dan wawasan untuk lebih maju dan berkembang lebih jauh.

2. Direktur QUE Project beserta jajarannya atas segala fasilitas, bantuan dana dan dorongan semangat kepada penulis dalam melaksanakan dan menyelesaikan pendidikan S3 ini.

3. Dr. Ir. Sri Djuniwati sebagai penguji luar pada ujian tertutup

4. Dr. Ir. Basuki Sumawinata dan Dr. Ir. A. Karim Makarim, APU sebagai penguji luar komisi pada ujian terbuka doktor

5. Ibu Yosephine Prasetyo dan Ibu Yayu dari International Centre for Research in Agrofestry (ICRAF) atas bantuan dan perkenannya kepada penulis menggunakan alat Gas Chromatografi untuk analisis gas N2O, serta Lusi Hutabarat yang membantu penulis da lam menganalisis gas N2O.

6. Dr. Ir. Iswandi Anas, MSc yang telah mengijinkan penulis untuk bekerja dan menggunakan alat Gas Chromatografi (GC) di Laboratorium Biologi Tanah, Departemen Tanah, Fakultas Pertanian, IPB.

(11)

7. Ibu Elsye Sisworo yang telah membantu dalam analisis 15N dan N-total tanaman padi serta bimbingannya dalam memahami penggunaan 15N dalam penelitian. 8. Saudari Iim dan Pak Sukoyo atas bantuannya dalam pelaksanaan penelitian di

Laboratorium, juga Pak Romli atas bantuannya selama penelitian di Rumah Kaca

9. Fitrasari (Mahasiswi S1) atas bantuan dan kerjasamanya dalam pelaksanaan penelitian di Rumah Kaca dan Laboratorium

10. Staf Pengajar di Laboratorium Bagian Kimia dan Kesuburan pada khususnya dan staf pengajar serta para pegawai di Departemen Ilmu Tanah dan Sumberdaya Lahan pada umumnya yang secara langsung maupun tidak langsung telah memberikan semangat pada penulis untuk menyelesaikan pendidikan S3.

11. Rekan-rekan mahasiswa Pascasarjana IPB dan teman-teman Family Altar (FA) terutama Ibu Tina Sitompul, Ibu Evi, Ibu Elly dan Bapak Daniel, serta teman-teman lainnya atas kerjasama, persahabatan, dan dukungan doanya selama ini

12. Kedua orang tuaku, mertua, kakak-kakakku Wiwik Eko Widayati dan Tutik

Dwi Handayani, mak nyik, keponakanku Yudi, Dita, Rangga, Yedi dan seluruh keluarga atas doa, bantuan dan dorongan semangatnya

13. Suamiku terkasih, Jefta Charles Welhelmus Ronabiha serta kedua anakku

Matheos Bernhard Ronabiha dan Jeremia Bire Ronabiha atas limpahan kasih sayangnya, doa, kesabaran, pengorba nan dan dorongan semangat yang tulus

14. Semua pihak yang telah banyak membantu baik materi maupun dorongan

semangat sehingga penelitian dan penulisan disertasi ini dapat diselesaikan.

Penulis berharap disertasi ini bisa bermanfaat bagi pengembangan ilmu da n semua pihak yang menggunakannya.

Bogor, Januari 2006

(12)

Halaman

DAFTAR TABEL ………..………… xiv

DAFTAR LAMPIRAN ... xv

DAFTAR GAMBAR ……….………...……….………… xvii

I. PENDAHULUAN ……….…….. 1

1.1. Latar Belakang ……….……….…… 1

1.2. Tujuan ……….………….……. 4

1.3. Hipotesis ……….…….. 5

II. TINJAUAN PUSTAKA ……….……. 6

2.1. Pengaruh Penggenangan Tanah terhadap Sifat-sifat Tanah …….. 6

2.1.1. Pengaruh Penggenangan terhadap Sifat Fisikokimia Tanah 6 2.1.2. Pengaruh Penggenangan terhadap Sifat Biokimia Tanah .. 7

2.2. Pengaruh Penggenangan terhadap Tanaman Padi …...…….……. 10

2.3. Transformasi Nitrogen dalam Tanah Tergenang ………..…….... 11

2.3.1. Pergerakan Nitrogen dalam Tanah Tergenang ....……..… 12

2.3.2. Mineralisasi dan Imobilisasi Nitrogen .…………...…... 13

2.3.3. Nitrogen terlarut dan dapat dipertukarkan ……… 15

2.3.4. Penambatan (Fiksasi) N2 Secara Biologi ………..… 16

2.3.5. Volatilisasi Amonia ……… 18

2.3.6. Nitrifikasi dan Denitrifikasi ……….. 20

2.3.7. Kehilangan Nitrogen dari Tanaman ……….. 23

2.4. Siklus Pertumbuhan Tanaman Padi Sawah ………..………. 24

2.5. Peranan dan Fungsi Nitrogen dalam Tanaman Padi …….. .…….. 25

III. BAHAN DAN METODE …...……….. 27

3.1. Tempat Penelitian ………..……… 27

3.2. Bahan Penelitian ………...…………. 27

3.3. Pelaksanaan Penelitian ……….….. 28

3. 3.1. Pembuatan Kompos dari Jerami Padi ..……….……. 28

3.3.2. Percobaan Inkubasi Tanah-Bahan Organik di Laboratorium …... 29

3.3.3. Percobaan Pot di Rumah Kaca …….…………...…….. 30

3.3.4. Pengambilan Contoh Tanah dan Gas serta Analisis …….. 33

3.3.4.1. Penetapan N-NH4+ dan N -NO3- Tanah ……….. 33

3.3.4.2. Penetapan Fluks Gas N2O Hasil Denitrifikasi … 34 3.3.4.3. Penetapan Aktivitas Enzim Nitrogenase (Fiksasi N2) ………... 35

3.4. Rancangan Percobaan dan Analisis Statistik ………. 36

(13)

4.1. Perubahan Sifat Kimia Jerami Padi Selama Pengomposan ... 38

4.2. Percobaan di Laboratorium ……… 40

4.2.1. Nitrogen Tersedia Dalam Tanah Tergenang Akibat Pemberian Jerami Padi, Kompos atau Kombinasinya dengan Urea serta Faktor yang Mengendalikannya …….. 40

4.2.2. Nilai pH Tanah Tergenang Akibat Pemberian Jerami Padi, Kompos dan atau Urea …...……....….. 46

4.3. Percobaan di Rumah Kaca ……….… 50

4.3.1. Konsentrasi N-NH4+ dapat dipertukarkan Dalam Tanah yang Ditanami Tanaman Padi ………...… 50

4.3.2. Jumlah Anakan dan Bobot Kering Tanaman Padi ...….. 52

4.3.3. Pelepasan N ke Dalam Tanah dan Serapan N Tanaman .... 54

4.3.4. Fluks Gas N2O dari Tanah dalam Kondisi Tergenang Akibat Pemberian Jerami Padi, Kompos dan atau Urea ... 62

4.3.5. Aktivitas Enzim Nitrogenase dalam Tanah Tergenang Akibat Pemberian Jerami Padi, Kompos dan atau Urea ... 68

V. PEMBAHASAN UMUM ………. 71

5.1. Implikasi pada Pengelolaan Nitrogen dari Pupuk Mineral dan Jerami Padi ……... 73

VI. KESIMPULAN DAN SARAN …………...………... 76

6.1. Kesimpulan ……… 76

6.2. Saran ……….. 76

VII. DAFTAR PUSTAKA ………..………. 77

(14)

DAFTAR TABEL

Tabel Halaman

Teks

1 Sifat Kimia Dystrudept Darmaga ………..… 28

2 Perlakuan, Jumlah N dan Takaran Bahan Organik dan Urea yang

Diberikan ke Dalam Tanah pada Kondisi Tergenang ………….... 31

3 Sifat Kimia Jerami Padi dan Kompos ...………..…….. 38 4 Nilai pH Tanah Tergenang yang Diberi Jerami Padi, Kompos dan

atau Urea ……...………. 49

5 Jumlah Anakan Tanaman Padi per Pot pada Setiap Stadia

Pertumbuhan Tanaman Padi ……….………. 52

6 Total Serapan Nitrogen oleh Tanaman Padi dan Serapan N yang Berasal dari Pupuk (Jerami Padi, Kompos dan Urea), Tanah dan

15_{N-ZA pada Stadia Pembentukan Anakan ……….……...} ₅₅

7 Total Serapan Nitrogen oleh Tanaman Padi dan Serapan N yang Berasal dari Pupuk (Jerami Padi, Kompos dan Urea), Tanah dan

15_{N-ZA pada Stadia Awal P embentukan Malai …….………...…..} ₅₆

8 Total Serapan Nitrogen oleh Tanaman Padi dan Serapan N yang Berasal dari Pupuk (Jerami Padi, Kompos dan Urea), Tanah dan

15_{N-ZA pada Stadia Pengisian Bulir Padi ...} ₅₈ 9 Konsentrasi N-NH4+ dan N-NO3- (mg kg-1) Dalam Tana h

Tergenang Pada Setiap Stadia Pertumbuhan Tanaman Padi ... 65 10 Nilai Rata-rata Fluks Gas N2O dan Pendugaan Total Nitrogen

yang Hilang Sebagai Gas N2O dari Tanah Tergenang Akibat

Pemberian Jerami Padi, Kompos dan atau Urea ……… 67

11 Nilai Acetylene Reduction Assay (ARA) di Daerah Perakaran Tanaman Padi (nmol C2H4 g-1 BK Akar jam-1) pada Tiga Stadia

Pertumbuhan Tanaman Padi …... 68

(15)

DAFTAR

LAMPIRAN

Lampiran Halaman

Teks

1 Cara Penghitungan Serapan 15N, dan N dari Bahan Organik dan

Urea ... 85

2 Komposisi Kimia dari Sereal dan Jerami Padi

(www.fiberfu tures.org) ... 87 3 Sidik Ragam pH Tanah Akibat Pemberian Jerami Padi, Kompos,

Urea dan Kombinasinya pada Inkubasi Tanah di Laboratorium ... 87 4 Sidik Ragam Konsentrasi N-NH4+ Tanah (mg kg-1) Akibat

Pemberian Jerami Padi, Kompos, Urea dan Kombinasinya pada

Setiap Stadia Pertumbuhan Tanaman Padi ... 89 5 Sidik Ragam Jumlah Anakan per Pot Akibat Pemberian Jerami

Padi, Kompos, Urea dan Kombinasinya pa da Setiap Stadia

Pertumbuhan Tanaman Padi ……….………. 90

6 Sidik Ragam Bobot Kering Tanaman Padi (g per pot) Akibat Pemberian Jerami Padi, Kompos, Urea dan Kombinasinya pada

Setiap Stadia Pertumbuha n Tanaman Padi ……….... 91

7 Sidik Ragam Serapan 15N (mg per pot) Tanaman Padi Akibat Pemberian Jerami Padi, Kompos, Urea dan Kombinasinya pada

Setiap Stadia Pertumbuhan Tanaman Padi ………. 92

8 Sidik Ragam Serapan N yang Berasal dari Tanah (mg per pot) Pemberian Jerami Padi, Kompos, Urea dan Kombinasinya pada

Setiap Stadia Pertumbuhan Tanaman Padi ………. 93

9 Sidik Ragam Serapan N yang Berasal dari Pupuk (mg per pot) Akibat Pemberian Jerami Padi, Kompos, Urea dan Kombinasinya

pada Setiap Stadia Pertumbuhan Tanaman Padi ………... 94

10 Sidik Ragam Efisiensi Penggunaan N Pupuk (%) oleh Tanaman Padi Akibat Pemberian Jerami Padi, Kompos, Urea dan

Kombinasinya pada Setiap Stadia Pertumbuhan Tanaman Padi ... 95 11 Sidik Ragam Fluks Gas N2O (mg m-2 jam-1) Akibat Pemberian

Jerami Padi, Kompos, Urea dan Kombinasinya Saat Inkubasi

Bahan Organik pada Setiap Stadia Pertumbuhan Tanaman Padi .. 96

12 Sidik Ragam Acetylene Reduction Assay (ARA) di Daerah

Perakaran Tanaman Padi (nmol C2H4 g-1 BK Akar jam-1) Akibat Pemberian Jerami Padi, Kompos, Urea dan Kombinasinya pada

Setiap Stadia Pertumbuhan Tanaman Padi ..…... 97

13 Jumlah Anakan Tanaman Padi per Pot pada Setiap Stadia

Pertumbuhan Tanaman Padi ……….. 98

14 Bobot Kering Tanaman Padi (g per pot) pada Setiap Stadia

(16)

15 Nilai pH Tanah Dalam Kondisi Tergenang pada Inkubasi di

Laboratorium ……….……… 100

16 Konsentrasi N-NH4+ Tanah (mg kg-1) Dalam Kondisi Tergenang

pada Inkubasi di Laboratorium ……….…. 101

17 Konsentrasi N-NO3- Tanah (mg kg-1) Dalam Kondisi Tergenang

pada Inkubasi di Laboratorium ………. 102

18 Konsentrasi N-NH4+ (mg kg-1) Dalam Tanah pada Setiap Stadia

Pertumbuhan Tanaman Padi ……….. 103

19 Konsentrasi N-NO3- (mg kg-1) Dalam Tanah pada Setiap Stadia

Pertumbuhan Tanaman Padi ………...… 104

20 Serapan Nitrogen Tanaman Padi pada Stadia Pembentukan

Anakan ... 105 21 Serapan Nitrogen Tanaman Padi pada Stadia Awal Pembentukan

Mala i ……… ………. 106

22 Serapan Nitrogen Tanaman Padi pada Stadia Pengisian Bulir Padi 107 23 Serapan Nitrogen Tanaman Padi pada Saat Panen ...……. 108 24 Konsentrasi 15N dan Nitrogen Dalam Tanaman yang Diperoleh

dari Jerami Padi, Kompos dan Urea serta yang Diperoleh dari

Tanah pada Stadia Pembentukan Anakan ... 109 25 Konsentrasi 15N dan Nitrogen Dalam Tanaman yang Diperoleh

dari Jerami Padi, Kompos dan Urea serta yang Diperoleh dari

Tanah pada Stadia Awal Pembentukan Malai ... 110 26 Konsentrasi 15N dan Nitrogen Dalam Jerami yang Diperoleh dari

Jerami Padi, Kompos dan Urea serta yang Diperoleh dari Tanah

pada Stadia Pengisian Bulir Padi ... 111 27 Konsentrasi 15N dan Nitrogen Dalam Gabah yang Diperoleh dari

Jerami Padi, Kompos dan Urea serta yang Diperoleh dari Tanah

pada Stadia Pengisian Bulir Padi ... 112 28 Konsentrasi 15N dan Nitrogen Dalam Jerami yang Diperoleh dari

Jerami Padi, Kompos dan Urea serta yang Diperoleh dari Tanah

pada Saat Panen ... 113 29 Konsentrasi 15N dan Nitrogen Dalam Gabah yang Diperoleh dari

Jerami Padi, Kompos dan Urea serta yang Diperoleh dari Tanah

pada Saat Panen ...……...……… 114

30 Hasil Analisis Gas N2O pada Setiap Stadia Pertumbuhan

Tanaman Padi ……… 115

31 Nilai Acetylene Reduction Assay (ARA) di Daerah Perakaran Tanaman Padi (nmol g-1 BK akar jam-1) pada Setiap Stadia

Pertumbuhan Tanaman Padi ………..………. 121

(17)

DAFTAR GAMBAR

Gambar Halaman

Teks

1 Skema dari Lapisan Oksidasi – Reduksi (Sumber: Mikkelsen,

1987) ... 8

2 Skema Transformasi Nitrogen dalam Ekosistem Tanah Sawah Tergenang (Sumber: Mikkelsen, 1987) ...…………...…. 12

3 Model Pasangan Proses Nitrifikasi – Denitrifikasi yang Menggambarkan Mekanisme Kedua Proses Tersebut dengan Penekanan Khusus pada Pembentukan N2O dan N2 (Sumber: Russow et al., 2000) …... 23

4 Siklus Pertumbuhan Varietas Tanaman Padi Berumur 120 Hari (Sumber: Yoshida, 1981) ... 25

5 Skema Waktu Pembuatan Kompos 4 dan 8 bulan ... 29

6 Skema Percobaan di Rumah Kaca ………. 32

7 Pengukuran Gas N2O dengan Alat Sungkup ..….………... 34

8 Konsentrasi N-NO3- Dalam Tanah Tergenang Akibat Pemberian (a) Jerami Padi dan Kompos; (b) Jerami Padi + Urea, dan Kompos + Urea Selama 120 Hari Penggenangan Tana h …... 40

9 Konsentrasi N-NH4+ Dalam Tanah Tergenang Akibat Pemberian (a) Jerami Padi dan Kompos; (b) Jerami Padi + Urea, dan Kompos + Urea Selama 120 Hari Penggenangan Tanah …... 43

10 Nilai pH Tanah Tergenang yang Diberi Jerami Padi, Kompos dan atau Urea ………...…….………...……. 47

11 Konsentrasi N-NH4+ Tanah pada Kondisi Tanah Tergenang pada Setiap Stadia Pertumbuhan Tanaman Padi ………...….. 50

12 Bobot Kering Tanaman dari Stadia Pembentukan Anakan sampai Stadia Pengisia n Bulir ………...… 54

13 Hubungan Antara N yang Dilepaskan Dalam Tanah dan Serapan N Tanaman pada 75 HST (Stadia Pengisian Bulir) …...……. 59

14 Hubungan Antara Serapan N Tanaman Padi dan Jumlah Anakan pada 75 HST (Stadia Pengisian Bulir) …...………..….. 60

15 Hubungan Antara Serapan N Tanaman Padi dan Bobot Kering Tanaman Padi pada 75 HST (Stadia Pengisian Bulir) ...…….. 60

16 Hubungan Antara Serapan N dari Pupuk (Jerami Padi, Kompos dan atau Urea) dan Bobot Kering Tanaman pada 75 HST (Stadia Pengisian Bulir) ……...…………..……….…….. 61

17 Akumulasi N yang Diserap Dalam Jerami Padi pada Setiap Stadia Pertumbuhan Tanaman Padi ………...… 61

(18)

18 Fluks Gas N2O dalam Tanah Tergenang Akibat Pemberian Jerami

(19)

1.1. Latar Belakang

Tanaman yang banyak mengonsumsi pupuk, terutama pupuk nitrogen (N) adalah tanaman padi sawah, yaitu sebanyak 72 % dan 13 % untuk palawija (Agency for Agricultural Research and Development, 1992). Hal ini terutama disebabkan oleh tersedianya varietas padi unggul yang sangat responsif terhadap N. Nitrogen merupakan input produksi yang sangat penting dan salah satu unsur hara yang memengaruhi pertumbuhan dan produksi padi. Tetapi menurut Kyuma (1983) konsentrasi N-total dalam sebagian besar tanah sawah di daerah tropika termasuk rendah, yaitu kurang dari 0,15%. Selanjutnya Kyuma menjelaskan bahwa kondisi ini mencerminkan rendahnya kandungan N dalam tanah yang dapat dimineralisasi.

Tanaman padi dapat menggunakan N, baik yang berasal dari pupuk N mineral maupun dari bahan organik. Akan tetapi N dalam bahan organik harus dimineralisasi lebih dulu sebelum dapat dimanfaatkan oleh tanaman padi. Pada umumnya N dari pupuk mineral tidak dapat digunakan oleh tanaman padi secara efisien, karena pupuk N sangat mudah larut dan bersifat sangat mobil. Selain itu dalam kondisi sawah yang tergenang, N pupuk banyak yang hilang dalam bentuk gas (Buresh dan De Datta, 1991). Hal ini menyebabkan petani seringkali memberikan pupuk mineral dengan takaran secara berlebihan, agar bisa memperoleh hasil yang tinggi. Di beberapa lokasi di Indonesia, para petani memberikan pupuk melebihi takaran pupuk yang direkomendasikan. Pemberian pupuk mineral secara berlebihan dapat mengganggu keseimbangan hara dalam tanah, meningkatkan biaya produksi, dan mengakibatkan munculnya dampak negatif pada lingkungan. Kehilangan N dalam bentuk gas tersebut terjadi melalui proses denitrifikasi (gas N2O dan N2) (Kakuda et al., 1999 dan Ostrom et al., 2000) maupun volatilisasi (gas NH3) (Mikkelsen et al., 1978), dua proses penting sebagai penyebab hilangnya N dari sistem tanah-tanaman. Tetapi sampai saat ini penyebab utama ketidakefisienan pupuk N dalam budidaya padi sawah diduga karena proses nitrifikasi – denitrifikasi dalam lapisan aerob – anaerob (Nugroho dan Kuwatsuka, 1990; Russow et al., 2000), yaitu hilang dari sistem rhizosfer

(20)

tanaman atau dari antar muka (interface) tanah–air atau setelah adanya pengeringan dan pembasahan tanah secara bergantian. Menurut Yoshida dan Padre Jr (1975) dengan penggenangan secara terus-menerus selama masa pertumbuhan padi, N pupuk yang hilang dari sistem tanah-tanaman berkisar antara 28,4% dan 18,4% berturut-turut untuk perlakuan tanpa dan dengan jerami. Kehilangan N tanah karena siklus penggenangan dan pengeringan berkisar 15 – 20%, sementara N pupuk yang hilang dalam kondisi sawah adalah 44,2% dan 18,4% berturut-turut untuk perlakuan tanpa dan dengan jerami padi (Patrick dan Wyatt, 1964). Hilangnya N pupuk karena denitrifikasi selain merugikan petani secara ekonomi, gas N2O yang terbentuk dari proses ini merupakan gas rumah kaca yang 300 kali lebih radiatif daripada CO2 dan memiliki masa hidup (lifetime) di atmosfer 150 tahun (Intergovernmental Panel on Climate Change/IPCC, 1992). Denitrifikasi merupakan sumber utama dari NOx stratosfer, yang merupakan katalis alami utama dari proses yang menyebabkan terjadinya penipisan lapisan ozon stratosfer (IPCC, 1994). Dengan demikian usaha meningkatkan serapan N pupuk oleh tanaman dapat mencegah akumulasi N mineral dalam tanah sehingga diharapkan akan meningkatkan efisiensi penggunaan N pupuk. Salah satu cara yang bisa dilakukan adalah dengan menyelaraskan pola penyediaan N dalam tanah dengan laju serapan N tanaman padi, sehingga akumulasi N mineral dalam tanah dapat dikurangi, sekaligus memperkecil peluang N hilang dari sistem tanah-tanaman.

Selama beberapa dekade yang lalu, peningkatan ketersediaan serta kemudahan mendapatkan pupuk mineral berakibat pada penurunan penggunaan pupuk organik, misalnya jerami padi. Akan tetapi karena akhir -akhir ini dunia dilanda krisis energi dan harga pupuk terus meningkat, maka pemanfaatan bahan organik atau sisa -sisa tanaman sebagai sumber unsur hara mulai dipertimbangkan kembali. Pengembalian sisa panen (jerami) dan penambahan kompos atau pupuk organik, selain untuk memperbaiki atau meningkatkan kandungan bahan organik tanah, diharapkan juga sebagai sumber hara N bagi tanaman padi. Nitrogen dalam bahan organik akan dilepas ke dalam tanah melalui proses pelapukan biologi yang disebut mineralisasi. Sebagian dari N dalam sisa panen akan dikonversikan menjadi jaringan tubuh dari jasad renik tanah yang dalam jangka panjang bisa

(21)

dimanfaatkan kembali oleh tanaman. Ada hubungan yang erat antara kesuburan tanah dengan kandungan bahan organik tanah, karena bahan organik memengaruhi sifat-sifat fisik dan kimia tanah. Selain itu, bahan organik merupakan sumber karbon (C) dan N serta energi yang diperlukan untuk pertumbuhan populasi dan aktivitas jasad renik tanah. Pembebasan N dari bahan organik bersifat lambat tersedia (slow release) sehingga akumulasi N mineral dalam tanah diharapkan akan berkurang dan selanjutnya dapat mengurangi hilangnya N dalam bentuk gas.

Sumber utama bahan organik yang mudah diperoleh di laha n sawah adalah jerami padi. Namun sampai saat ini belum banyak petani yang memanfaatkan bahan tanaman sisa-sisa panen sebagai sumber bahan organik di lahan sawah. Bahan ini banyak dibuang dengan cara membakarnya. Pembakaran bagian tanaman sisa-sisa panen tidak hanya akan berakibat pada menurunnya kandungan bahan organik tanah, tetapi juga lenyapnya beberapa unsur hara seperti N dan S. Pembakaran jerami padi menyebabkan polusi udara dengan adanya emisi gas-gas seperti CO, NOx dan CO2 yang merugikan kesehatan manusia dan ekosistem. Pemberian bahan organik seperti jerami padi dalam bentuk kompos atau pupuk hijau ke dalam lahan sawah dianggap efektif untuk mempertahankan atau meningkatkan kesuburan tanah. Jerami padi dianggap sebagai sumber bahan organik yang sangat penting dan tepat karena ketersediaannya di lahan sawah dan kandungan haranya yang relatif lengkap untuk pertumbuhan tanaman padi (Ueno dan Yamamuro, 2001). Menurut Ponnamperuma (1984) jerami padi mengandung kira-kira 0,6% N, 0,1% P, 0,1% S, 1,5% K, 5% Si dan 40% C dan ketersediaan jerami padi di lahan sawah bervariasi antara 2-8 ton/ha per musim tergantung pada varietas dan pengelolaan yang dilakukan. Jerami padi juga secara tidak langsung mengandung sumber senyawa N-C yang menyediakan substrat untuk metabolisme jasad renik yaitu gula, pati (starch), selulosa, hemiselulosa, pektin, lignin, lemak (fat), dan protein. Senyawa-senyawa ini terdiri dari 40% C dari bobot kering jerami (Ponnamperuma, 1984). Jerami padi merupakan sumber energi yang baik bagi jasad renik, karena itu pemberian jerami merangsang fiksasi N2 oleh bakteri heterotrofik dan fototrofik dalam tanah-tanah tergenang (Matsuguchi, 1979; Ventura et al., 1986).

(22)

Untuk meningkatkan pemanfaatan N bahan organik oleh tanaman padi, maka perlu diprediksi jumlah N yang bisa disuplai oleh bahan organik dan yang tersedia bagi tanaman. Jumlah N yang tersedia bagi tanaman tergantung pada mineralisasinya menjadi amonium (N-NH4+) dan nitrat (N-NO3-) dalam tanah. Keberadaan kedua bentuk senyawa N ini di dalam tanah menjadi penentu ketersediaan unsur hara N untuk memenuhi kebutuhan tanaman sepanjang masa pertumbuhannya. Dinamika dekomposisi bahan organik selain dipengaruhi oleh praktek budidaya padi sawah (lama penggenangan, metode pemberian, dan aplikasi N mineral) dan sifat-sifat tanah, juga sangat dipengaruhi oleh komposisi kimia dari bahan organik (Becker et al., 1994). Komposisi kimia bahan organik sangat beragam tergantung pada jenis atau sumber bahan organik dan tingkat pelapukannya. Komposisi kimia bahan organik sangat memengaruhi transformasi N dalam tanah. Karena unsur hara N adalah penentu produktivitas tanaman, maka proses transformasi N dalam tanah perlu dipelajari antara lain : (1) untuk mengetahui faktor yang berpengaruh dan keter kaitannya dengan serapan N, pertumbuhan dan hasil tanaman padi; (2) untuk meningkatkan keefisienan penggunaan pupuk N oleh tanaman padi dengan memperbaiki keselarasan antara jumlah N tersedia dan serapan N tanaman padi; dan (3) untuk mengetahui pengaruh de komposisi bahan organik terhadap transformasi N dalam tanah sawah.

1.2. Tujuan

Penelitian ini dilakukan dengan tujuan untuk :

1. Menentukan sumbangan dari bahan organik (dengan tingkat dekomposisi yang berbeda) dan dari kombinasi pupuk urea dengan bahan organik dalam menyediakan kebutuhan N tanaman pada kondisi tanah tergenang

2. Menetapkan jumlah N yang hilang dalam bentuk gas N2O dari proses

dekomposisi bahan organik (jerami padi dan kompos jerami) pada kondisi tanah tergenang.

3. Mempelajari pengaruh pemberian jerami padi, kompos dan campuran jerami dan urea, serta campuran kompos dan urea terhadap aktivitas penambatan N2 oleh bakteri penambat N di daerah perakaran tanaman padi, pertumbuhan dan serapan N tanaman padi serta efisiensi penggunaan N.

(23)

1.3. Hipotesis

Hipotesis penelitian ini adalah :

1. Sumbangan kompos terhadap konsentrasi N tanah (N -NH4+ dan N-NO3-) lebih tinggi daripada jerami. Pemberian urea, dan campuran antara urea dengan kompos atau jerami dapat meningkatkan ketersediaan N dalam tanah bagi pertumbuhan padi sawah.

2. Pemberian kompos terhadap pertumbuhan dan serapan N tanaman padi lebih baik dibandingkan dengan pemberian jerami.

3. Pemberian jerami padi ke dalam tanah pada kondisi tergenang mengurangi emisi gas N2O.

4. Pemberian jerami padi ke dalam tanah dalam kondisi tergenang dapat meningkatkan aktivitas enzim nitrogenase yang berperan dalam penambatan N2 udara.

(24)

II. TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Pengaruh Penggenangan Tanah terhadap Sifat-sifat Tanah

Sifat-sifat fisik, kimia, dan biologi tanah tergenang sangat berbeda dengan sifat-sifat tanah lahan kering. Dalam tanah sawah, oksigen yang semakin berkurang, pembuatan teras, dan pembentukan gundukan/pematang akan mengubah sifat kimia tanahnya dan adanya genangan air di atas permukaan tanah dapat melindungi tanah dari sebagian kerusakan akibat proses -proses yang memengaruhi produktivitas jangka panjangnya, seperti erosi tanah.

2.1.1. Pengaruh Penggenangan terhadap Sifat Fisikokimia Tanah

Dengan penggenangan, air memenuhi ruang pori tanah, dan udara dalam tanah dikeluarkan. Tiadanya oksigen dalam tanah maka organisme tanah akan menggunakan sumber penerima elektron lain dari komponen tanah lainnya sebagai pengganti oksigen, dan akibatnya tanah menjadi bersifat reduktif. Oksigen terlarut dalam air genangan yang berasal dari atmosfer atau dari aktivitas fotosintetik berbagai hidrofit, akan berdifusi ke lapisan tanah permukaan di bawah air genangan yang bersifat oksidatif. Walaupun lapisan yang lebih dalam dari tanah tergenang tetap tereduksi, lapisan teroksidasi tersebut sering berperan penting dalam transformasi kimia dan siklus hara yang terjadi dalam tanah tergenang. Pada lapisan tanah teroksidasi yang tipis tersebut, jasad renik melakukan proses biologi yang bersifat aerobik dan berbagai senyawa mineral berada dalam bentuk teroksidasi seperti SO42-, NO3-, Fe3+ dan Mn4+, sedangkan pada zona anaerob yang lebih bawah didominasi oleh bentuk-bentuk tereduksi seperti senyawa fero (Fe2+) dan mangano (Mn2+), ammonia, dan sulfida (S2-) (Mohanty dan Dash, 1982). Karena adanya besi feri (Fe3+) dalam lapisan teroksidasi, tanah sering berwarna coklat atau merah kecoklatan. Sebaliknya warna sedimen tereduksi yang didominasi oleh besi fero (Fe2+) sering memberikan warna abu kebiruan sampai abu kehijauan karena adanya proses gleisasi. Sebelum perubahan ini terjadi, organisme telah mereduksi ion nitrat menjadi gas N2O dan N2, dan mangani (Mn4+) menjadi mangano (Mn2+) (Greenland, 1997).

(25)

2.1.2. Pengaruh Penggenangan terhadap Sifat Biokimia Tanah

Konsentrasi O2 di bawah lapisan tanah teroksidasi yang tipis menurun tajam dan mendekati nol. Laju penipisan O2 ini tergantung pada suhu, ketersediaan bahan organik untuk respirasi jasad renik, dan kadang-kadang pada kebutuhan O2 dari reduktan seperti besi fero (Gambrell dan Patric k, 1978). Pada kondisi tanpa O2 jasad renik aerob mati atau menjadi tidak aktif dan jasad renik anaerob fakultatif atau anaerob obligat menjadi aktif dalam zona anaerob. Organisme-organisme ini menciptakan zona tereduksi dengan sistem potensial redoks campuran yang memengaruhi sifat kimia dan elektrokimia tanah (Mitsch dan Gosselink, 1993). Skema dari profil tanah tergenang ditunjukkan dalam Gambar 1.

Akibat dari penggenangan, potensial redoks dari lapisan tanah yang tereduksi menurun tajam. Potensial redoks (Eh), suatu ukuran tekanan elektron (atau ketersediaan elektron) dalam larutan, sering digunakan untuk mengkuantifikasi derajat reduksi elektrokimia dari tanah-tanah tergenang. Oksidasi terjadi tidak hanya selama pengambilan oksigen tetapi juga bila ion hidrogen dilepaskan (misalnya : H2S S2- + 2H+) atau, yang lebih umum bila secara kimia memberikan elektron (misal: Fe2+ Fe3+ + e-). Reduksi adalah proses yang berlawanan yaitu memberikan oksigen, menerima hidrogen (hidrogenasi), atau menerima elektron. Potensial redoks dapat diukur dalam tanah tergenang dan merupakan ukuran kuantitatif dari kecenderungan tanah untuk mengoksidasi atau mereduksi bahan atau komponen tanah (Faulkner dan Richardson, 1989). Tanah yang teraerasi dicirikan dengan potensial redoks +400 milivolt (mV) atau lebih besar. Bila proses reduksi cukup intens, tanah dapat mempunyai potensial redoks –300 mV. Tingkat oksidasi dan reduksi dari sistem redoks, seperti oksigen, nitrat, nitrit, mangan, besi, dan sulfur juga berbagai senyawa organik yang mudah terdekomposisi menentukan potensial redoks tanah (Qixiao dan Tianren, 1997).

Dalam lapisan tanah tereduksi, untuk menggantikan oksigen yang diperlukan dalam metabolisme aerob, organisme anaerob menggunakan penerima elektron lain yang lebih lemah. Penerima elektron yang terkuat setelah O2 adalah nitrat (NO3-). Nitrat direduksi menjadi gas N2 atau N2O pada potensial redoks

(26)

Kedalaman Tanah (cm) NH3 Permukaan air

1 NH4, NH4OH, NH3 (aq) 2

Permukaan tanah 3

NH4 +

HNO2 HNO3 LLaappiissaannTTaannaahhTTeerrookkssiiddaassii

4 Nitrifikasi

5 pencucian

7 HNO3 HNO2 HNO N2O dan N2 Denitrifikasi

gas volatil 9 LLaappiissaannTTaannaahhTTeerreedduukkssii

Gambar 1. Skema dari Lapisan Oksidasi – Reduksi (Sumber: Mikkelsen, 1987)

+220 mV dan proses ini disebut denitrifikasi. Nitrat bersifat stabil hanya pada lapisan tanah bagian atas, yaitu di bawah genangan air dan tapak-tapak mikro yang bersifat aerob dalam lapisan anaerob seperti di sekitar perakaran tanaman padi. Daerah di sekitar perakaran padi, kira-kira tiga milimeter tebalnya, merupakan zona teroksidasi (Zhiyu et al., 1990). Kondisi teroksidasi ini terjadi karena adanya transpor oksigen melalui aerenchyma dari tanaman padi ke daerah dekat permukaan akar. Nitrat tersebut biasanya bergerak ke bawah ke dalam lapisan tereduksi melalui difusi dan aliran massa yang selanjutnya secara biologi didenitrifikasi menjadi N2 dan N2O (Mikkelsen et al., 1995). Apabila O2 dan NO3- habis terpakai, maka potensial redoks turun dan hidroksida Mn4+ dan Fe3+ akan direduks i masing-masing menjadi Mn2+ pada +200 mVdan Fe2+ pada +120 mV. Bentuk-bentuk tereduksi dari Fe dan Mn ini mempunyai kelarutan yang lebih besar daripada bentuk teroksidasinya. Akibatnya, ketersediaan Fe dan Mn meningkat di bawah kondisi tergenang. Bila suplai penerima elektron lebih kecil daripada laju suplai elektron maka kondisi reduksi yang lebih kuat akan terjadi dan potensial redoks turun menjadi sekitar – 150 mV dan selanjutnya sulfat (SO42-)

(27)

direduksi menjadi sulfida (S2-). Bila SO42- habis maka jasad renik akan menggunakan energi yang tersimpan dalam senyawa organik dengan mereduksi H+ dan H2 dan bahan organik ddekomposisi secara anaerob menjadi CO2, asam-asam organik dan alkohol. Pada kondisi sangat tereduksi dekomposisi bahan organik menghasilkan CH4, biasanya pada nilai Eh di bawah –250 sampai – 300 mV. Tanah cenderung mempertahankan nilai Eh pada selang tertentu sampai komponen tanah yang teroksidasi habis, misalnya tanah yang direduksi akan cenderung mempertahankan Eh pada sekitar +220 mV selama ada NO3-. Bila NO3- habis, maka Eh turun dan selanjutnya terjadi reduksi penerima elektron yang lebih lemah daripada NO3-.

Dengan penggenangan terjadi akumulasi N-NH4+ dan hilangnya N-NO3 -yang sebelumnya sudah ada dalam tanah. Dalam tanah-tanah tergenang, amonia, amin, merkaptan dan sulfida dihasilkan dari dekomposisi protein. Mineralisasi N berkorelasi positif dengan persentase C- dan N-organik dalam tanah tetapi berkorelasi negatif dengan nisbah C/N (Mikkelsen, 1987), nisbah lignin/nitrogen (L/N) (Becker et al., 1994), dan nisbah tannin/nitrogen (T/N) (Clement et al., 1995).

Salah satu akibat penting dari penurunan potensial redoks setelah penggenangan adalah perubahan pH (Qixiao dan Tianren, 1997). Reaksi tanah (pH) dari sebagian besar tanah-tanah setelah penggenangan cenderung mendekati netral. Dalam sebagian besar proses reduksi yang terjadi dalam tanah, seperti reduksi oksida -oksida besi, mangan dan sulfat, terjadi konsumsi proton. Tetapi

asam-asam organik dan karbon dioksida (CO2) ya ng dihasilkan selama

dekomposisi bahan organik dapat memberikan proton ke dalam tanah, yang menyebabkan penurunan pH. Oleh karena itu, arah dan besarnya perubahan pH tanah selama penggenangan ditentukan oleh jumlah relatif proton yang dikonsumsi dan dilepaskan. Dalam tanah sawah yang masam, pada awal dekomposisi bahan organik tanah, dengan reduksi oksida-oksida besi dan mangan, nilai pH meningkat tajam sebagai hasil dari konsumsi proton yang jauh lebih besar daripada pelepasan proton. Tetapi pada tahap dekomposisi bahan organik yang aktif, pH dapat menurun karena produksi proton yang cepat. Selanjutnya pH tanah meningkat secara perlahan dan sampai pada tingkat tertentu stabil (Qixiao

(28)

dan Tianren, 1997). Reaksi tanah (pH) tanah sawah alkalin dikendalikan oleh kesetimbangan kimia dari sistem CaCO3-CO2 dalam tanah-tanah berkapur (Ponnamperuma, 1977; Qixiao dan Tianren, 1997), sistem Na2CO3-CO2 untuk tanah sodik (Ponnamperuma, 1977). Biasanya nilai pH menurun karena adanya akumulasi CO2 selama penggenangan. Penurunan pH tanah-tanah alkalin dan peningkatan pH tanah-tanah masam tersebut menguntungkan pertumbuhan tanaman.

Akibat penggenangan, kekuatan ion (ionic strength) dalam larutan tanah meningkat, kemudian menurun. Dalam tanah-tanah masam atau agak masam, reduksi feri dan mungkin mangani yang tidak larut menjadi bentuk yang lebih larut menyebabkan peningkatan kekuatan ion. Dalam tanah netral sampai alkalin, Ca2+ dan Mg2+ juga menyebabkan peningkatan kekuatan ion. Bahan organik meningkatkan kelarutan Fe, Ca dan Mg. Jika tanah yang awalnya banyak

mengandung N-NO3-, kekuatan ion dalam tanah dapat berkurang dengan

penggenangan karena hilangnya NO3- akibat denitrifikasi (Mikkelsen, 1987). Proses reduksi tanah yang terjadi dalam tanah tergenang merupakan proses biokimia, dan jasad renik bertanggung jawab pada perubahan-perubahan (transformasi) yang terjadi di dalam tanah. Proses reduksi tidak terjadi pada tanah yang steril. Tanaman padi juga memengaruhi tingkat reduksi tanah karena adanya sekresi O2 dari akar-akar tanaman padi.

2.2. Pengaruh Penggenangan terhadap Tanaman Padi

Padi merupakan tanaman yang unik karena dapat bertahan hidup dan bereproduksi di bawah kondisi lahan kering, tergenang dan air dalam. Walaupun medium berair (aquatik) cocok untuk pertumbuhan dan hasil tanaman padi, tetapi pertumbuhan akar memerlukan suplai O2 dan melepaskan CO2 selama respirasi. Hal ini dapat dilakukan oleh tanaman padi karena adanya sistem saluran pembawa udara (aerenchyma) yang mampu mengalirkan O2 dari daun ke korteks akar, sehingga akar -akar tanaman padi dapat mengaerasi tanah tanpa mengambil O2 dari tanah.

(29)

2.3. Transformasi Nitrogen dalam Tanah Tergenang

Nitrogen (N) merupakan unsur hara pembatas pertumbuhan tanaman dalam tanah-tanah tergenang, baik tana h-tanah tergenang tersebut merupakan lahan basah alami ataupun pada lahan basah pertanian seperti tanah sawah (Gambrell dan Patrick, 1978). Transformasi N dalam tanah tergenang melibatkan berbagai proses mikrobiologi, dan beberapa proses tersebut menyebabkan hara N menjadi kurang tersedia bagi tanaman. Ion ammonium merupakan bentuk utama dari N yang dimineralisasi dalam sebagian besar tanah tergenang. Gambar 2 menggambarkan interaksi kompleks yang ada dalam tanah-tanah tergenang yang menyebabkan unsur hara N hilang dari tanah. Kehilangan N dapat terjadi dalam lapisan tanah yang teroksidasi dan tereduksi, dari air genangan, terbawa oleh aliran permukaan, pencucian, serapan N oleh tanaman dan karena mekanisme lainnya.

Nitrogen mengalami beberapa transformasi fisikokimia dan biologi dalam tanah. Transformasi fisikokimia meliputi terperangkapnya (fiksasi) NH4+ dalam kisi-kisi minerali liat dan volatilisasi NH3. Transformasi N secara biologi meliputi mineralisasi-imobilisasi, fiksasi N2 atmosfer secara biologi, nitrifikasi-denitrifikasi, dan serapan tanaman.

Sistem budidaya padi yang melibatkan penggenangan secara terus -menerus dan berkala memengaruhi perilaku N tanah dan N yang diberikan ke dalam tanah. Kondisi khusus yang terjadi di bawah lingkungan tanah tergenang mempercepat proses amonifikasi dan menekan nitrifikasi bila tidak ada O2. Dengan penggenangan, N-NH4+ terakumulasi dalam tanah dan N -NO3- hilang.

Sumber-sumber pupuk N untuk tanaman padi dapat dibagi menjadi dua kelompok, yaitu sisa-sisa tanaman (pupuk organik) dan pupuk N mineral. Sebelum N yang terkandung dalam sisa-sisa tanaman menjadi tersedia bagi tanaman, sisa tanaman yang diberikan ke dalam tanah harus mengalami dekomposisi atau degradasi secara biologi lebih dulu. Urea mengalami hidrolisis enzimatik dan diubah menjadi N -NH4+ (Kirk dan Olk, 2000):

(30)

Kehilangan NH3 lewat daun Air hujan

Pupuk N

[CO(NH2)2,

(NH4) 2SO4]

N2 + O2 atm NH3 daun busuk

alga bakteri

AIR Lapisan N2 N-org NH4+ NO3- aliran tanahoksida tif fungi keluar

TANAH

Lapisan tanah residu tanam an reduktif

NH4+ NO3- N2 + N2O

bakteri

N2 N-org

Tapak bajak

NH4+ NO3 Lapisan tanah

teroksidasi

Fraksi Pencucian

Gambar 2. Skema Transformasi Nitrogen dalam Ekosistem Tanah Sawah Tergenang (Sumber: Mikkelsen, 1987).

2.3.1. Pergerakan Nitrogen dalam Tanah Tergenang

Pergerakan N dalam tanah berperan penting dalam menentukan bentuk kimia dan kete rsediaannya bagi pertumbuhan tanaman. Menurut Mikkelsen (1987) dua proses penting yang terlibat dalam pergerakan atau pengangkutan N adalah (1) pergerakan bahan-bahan terlarut dalam larutan tanah karena aliran

(31)

massa, dan (2) difusi molekul atau ion karena adanya gradien konsentrasi. Proses-proses ini memengaruhi difusi molekul dari bahan terlarut, seperti NH4+, NO2-, NO3-, urea dan gas-gas termasuk O2, NH3, N2 dan N2O (Rolston et al., 1990).

Dalam tanah-tanah tergenang, pergerakan N terlarut dari lapis an tanah tereduksi (anaerob) ke lapisan permukaan yang aerob terjadi terutama melalui difusi dan dipengaruhi oleh gradien konsentrasi, sumber N, dan konsentrasi dalam lapisan anaerob (Reddy dan Patrick, 1984). Difusi ammonium dapat menyebabkan terjadinya pergerakan ammonium terlarut dari tanah ke air genangan, bahkan bila bahan pupuk dimasukkan ke dalam tanah (deep-placed).

Nitrat yang ada dalam air genangan, dalam lapisan aerob, atau yang ada di lapisan oksidatif di sekitar akar padi segera berdifusi ke dalam lapisan anaerob yang terletak di bawahnya. Nitrogen-nitrat yang berdifusi ke dalam lapisan anaerob tampaknya hilang melalui denitrifikasi; sedangkan N-NH4+ yang berdifusi dari lapisan tanah aerob ke dalam air genangan rentan terhadap nitrifikasi dan volatilisasi ammonia (Savant dan De Datta, 1982).

Pergerakan N-NH4+ dari tapak-tapak pertukaran ke dalam larutan dapat terjadi sebagai akibat dari adanya serapan tanaman, imobilisasi N yang membentuk jaringan tubuh jasad renik, nitrifikasi dan volatilisasi.

2.3.2. Mineralisasi dan Imobilisasi Nitrogen

Ketersediaan N bagi tanaman sebagian besar dikendalikan oleh besarnya pengaruh dua proses di dalam tanah yang saling berlawanan, yaitu mineralisasi dan imobilisasi N. Mineralisasi N merupakan salah satu dari berbagai proses dalam siklus N di alam yang paling penting. Mineralisasi N adalah transformasi biologi dari N yang terikat secara organik menjadi N-mineral (N-NH4+ dan N-NO3-) selama proses dekomposisi (Gambrell dan Patrick, 1978), dan dimulai dengan aminisasi dan amonifikasi, berturut-turut adalah konversi mikrobiologi dari N-organik menjadi R-NH2 dan menjadi N-NH4+ (Mikkelsen et al., 1995), dan selanjutnya menjadi N-NO3- melalui proses nitrifikasi. Tahap aminisasi dan amonifikasi berlangsung dengan bantuan jasad renik heterotrof, sedangkan nitrifikasi terjadi karena peranan bakteri ototrof. Pada kondisi tergenang, mineralisasi berhenti pada pembentukan N-NH4+ karena kondisi oksidatif yang diperlukan untuk nitrifikasi terhalang dengan adanya air yang tergenang.

(32)

Imobilisasi N merupakan proses kebalikan dari mineralisasi N, dan didefinisikan sebagai konversi N-mineral menjadi bentuk N-organik dalam jaringan tubuh jasad renik (Soil Science Society of America, 1987). Imobilisasi (sintesis) dan mineralisasi atau pelepasan N dari senyawa organik dalam tanah terjadi karena aktivitas jasad renik yang mengarah pada pertukaran secara terus -menerus antara bentuk-bentuk N-organik dan mineral (Mikkelsen, 1987). Mineralisasi dan imobilisasi merupakan proses yang berlawanan yang terjadi secara serentak dan terus-menerus dan sangat memengaruhi ketersediaan N bagi tanaman dan konversi N dalam tanah dalam bentuk organik atau terfiksasi. Konsentrasi N-NH4+ dapat meningkat atau menurun tergantung pada dominasi relatif kedua proses tersebut. Proses amonifikasi, yang melibatkan hidrolisis enzimatik dan deaminasi N organik tanah menjadi ammonium, terjadi secara bersamaan dengan proses assimilatory dari imobilisasi N oleh mikrorganisme tanah.

Pembebasan N -NH4+ ke dalam tanah tergenang tergantung pada kebutuhan N populasi jasad renik tanah, nisbah C/N dari sisa-sisa tanaman yang terdekomposisi (Mikkelsen, 1987), komposisi kimia bahan organik dan beberapa faktor lingkungan. Komponen organik dalam sisa-sisa tanaman umumnya dibagi menjadi enam kategori, yaitu selulosa, hemiselulosa, lignin, fraksi larut air (meliputi gula sederhana, asam amino, dan asam-asam alifatik), komponen larut dalam eter dan alkohol, dan protein (Nagarajah, 1997). Lignin merupakan komponen organik dari sisa-sisa tanaman yang paling tahan terhadap pelapukan. Secara agronomi, N yang dimineralisasi sangat penting dan merupakan 50-80% dari N-total yang diasimilasi oleh tanaman padi (Mikkelsen et al, 1995).

Untuk mencapai penggunaan N tanah yang efisien da lam bentuk N terfiksasi secara biologi, sisa-sisa tanaman, dan pupuk, maka perlu dipertimbangkan aspek laju-waktu proses mineralisasi relatif terhadap kebutuhan N tanaman padi. Dalam jangka pendek, suplai N untuk tanaman padi diatur oleh laju mineralisasi N-organik menjadi N-NH4+. Senyawa N-organik, terutama protein dan turunannya mengalami pelapukan secara anaerob menghasilkan bentuk-bentuk yang lebih sederhana, seperti asam amino (Nagarajah, 1997). Nitrogen-asam amino lebih rentan terhadap mineralisasi daripada fraksi N tanah lainnya (Mikkelsen, 1987). Deaminasi senyawa N yang lebih sederhana

(33)

menghasilkan pelepasan N-NH4+ yang merupakan bentuk akhir dari senyawa N dan bersifat stabil dalam lapisan tereduksi. Dalam tanah tergenang, laju mineralisasi N sisa-sisa tanaman yang diberikan ke dalam tanah ditentukan terutama oleh nisbah L/N-nya (Becker et al., 1994).

Suplai N melalui mineralisasi bahan organik tanah telah diteliti oleh Stanford dan Smith (1972). Mereka melakukan percobaan di laboratorium untuk menentukan besarnya N yang dimineralisasi atau dilepaskan dari bahan organik tanah. Smith et al. (1977) juga telah melakukan percobaan di lapang dengan mengukur jumlah N mineral dalam pot-pot yang berisi tanah tanpa tanaman yang dibenamkan ke dalam tanah. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa potensi mineralisasi N tanah di lapang sesuai dengan hasil pengukuran dari percobaan laboratorium. Percobaan ini menunjukkan bahwa sebagian dari N dalam tanah berasal dari proses mineralisasi senyawa N yang mudah dimineralisasi, dan sisanya diasumsikan sebagai bentuk senyawa N yang tidak tersedia dan tetap berada dalam bahan organik tanah yang relatif stabil.

2.3.3. Nitrogen terlarut dan dapat dipertukarkan

Nitrogen terlarut dan dapat dipertukarkan (N-tersedia) merupakan fraksi N yang sangat penting sebagai nutrisi tanaman. Sumber utama dari N-tersedia berasal dari pupuk dan N hasil mineralisasi. Nitrogen-NH4+ yang dibebaskan selama pelapukan sisa-sisa tanaman, dengan cepat dijerap pada kompleks pertukaran kation dan berada dalam keseimbangan dengan N-NH4+ dalam larutan tanah. Proporsi relatif dari kedua bentuk N tersebut sebagian besar diatur oleh kapasitas pertukaran kation (KTK) tanah (Mikkelsen, 1987; Ando et al., 1996) dan sifat dari kompleks pertukaran kation (Nagarajah, 1997). Beberapa dari N-NH4+ juga berada dalam bentuk tidak dapat dipertukarkan (terperangkap dalam kisi-kisi mineral liat). Proses ini terjadi dalam tanah yang banyak mengandung mineral liat 2:1 seperti vermikulit dan illit.

Setelah beberapa hari penggenangan, konsentrasi N-NH4+ dapat

dipertukarkan dalam tanah dapat meningkat karena mineralisasi bahan organik tanah dan pelepasan N-NH4+ yang terfiksasi dalam kisi mineral liat. Menurut Mikkelsen (1987) pemberian jerami padi akan menurunkan tingkat N tersedia karena imobilisasi, segera setelah diberikan ke dalam tanah. Tetapi setelah

(34)

periode waktu tertentu N yang terimobilisasi tersebut akan dilepaskan kembali melalui mineralisasi sehingga menjadi tersedia bagi tanaman padi.

2.3.4. Penambatan (Fiksas i) N2 Secara Biologi

Dalam sistem pertanian subsisten (di banyak bagian dari Asia tropis), usaha tani padi sawah telah dilakukan secara terus menerus selama berabad-abad tanpa pemberian pupuk N tanpa memperlihatkan penurunan konsentrasi N tanah yang nyata. Di antara proses-proses yang turut menyumbang suplai N di lahan sawah, penambatan N2 secara biologi dianggap sebagai faktor penting dalam mempertahankan kesuburan N tanah. Data neraca N dari beberapa percobaan jangka panjang di lapang menunjukkan bahwa sumbangan penambatan N secara biologi ke dalam tanah selama musim pertanaman padi sawah berkisar dari 19 sampai 38 kg N ha-1 di Jepang, dan 30 sampai 52 kg N ha-1 di Philipina. Sumbangan N ini terutama berasal dari jasad renik asli (indigenous) yang bersifat asosiatif dan penambat N2 yang hidup bebas, yang meliputi bakteri heterotrof dan fototrof serta cyanobakteri (alga hijau-biru) yang ada dalam sistem tanah-tanaman-air genangan lahan sawah (Kundu dan Ladha, 1995).

Sumber unsur hara N terbesar adalah N2 udara yang merupakan 80% dari atmosfer bumi. Akan tetapi sebagian besar organisme hanya dapat menggunakan N yang bersenyawa dengan atom-atom lainnya untuk membentuk suatu ion seperti NH4+ atau NO3-. Bentuk N sebagai N2 tidak dapat digunakan secara langsung oleh sebagian besar tanaman karena adanya ikatan rangkap tiga yang membuatnya menjadi molekul yang bersifat inert (Deacon, 2003). Gas N2 ini sangat stabil dan tersedia melimpah bagi organisme yang mampu memanfaatkannya. Penambatan atau fiksasi N2 secara biologi dapat mengkonversikan gas N2 menjadi N organik melalui aktivitas organisme tertentu, baik aerob maupun anaerob, yang memiliki enzim nitrogenase. Dengan demikian penambatan N2 secara biologi menjadi sumber N utama bagi lahan sawah dalam system pertanian padi sawah yang bersifat tradisional dan subsisten.

Nitrogenase merupakan enzim yang sangat sensitif terhadap O2 (Bergesen, 1980). Ekosistem sawah sangat cocok untuk proses fiksasi N2 karena tegangan O2 dalam ekosistem sawah rendah. Fiksasi N2 dapat terjadi dalam air genangan, lapisan tanah aerob, lapisan tanah anaerob, rhizosfer tanaman yang oksidatif, pada

(35)

permukaan daun dan batang tanaman (Reddy dan Graetz, 1988). Fiksasi N2 pada kondisi sawah dapat dilakukan oleh bakteri non-simbiotik (alga hijau-biru), dan pada kondisi lahan kering dilakukan oleh bakteri simbiotik dari genus Rhizobium, atau oleh aktinomisetes. Roger dan Watanabe (1986) mengklasifikasikan organisme penambat N2 secara ekologi menjadi : (1) tiga kelompok jasad renik autotrof yang terdiri dari bakteri fotosintetik, alga hijau biru yang hidup bebas (non-simbiotik), dan Anabaena azollae sp. yang berasosiasi dengan tanaman paku air Azolla, dan (2) tiga kelompok jasad renik heterotrof yang terdiri dari bakteri penambat N2 dalam tanah (aerob, anaerob fakultatif dan anaerob obligat) yang hidup bebas, bakteri penambat N2 yang berasosiasi dengan akar-akar tanaman padi, dan organisme yang bersimbiose dengan legum (Rhizobium). Sampai saat ini hanya tanaman legum yang mampu menambat N2 dan pupuk hijau Azolla yang digunakan sebagai sumber N bagi tanaman padi melalui penambatan N2 secara biologi (Mikkelsen et al., 1995).

Menurut Kundu dan Ladha (1995) tanah yang sangat reduktif (yang tercipta karena penggenangan secara terus -menerus selama masa pertumbuhan tanaman padi) dan pelumpuran yang intens memberikan pengaruh yang kurang baik bagi bakteri penambat N asli (indigenous) dalam tanah sawah. Oleh karena itu, sistem yang dapat mendorong atau meningkatkan penambatan N2 akan sangat membantu mempertahankan kesuburan N pada tanah-tanah sawah (Ladha dan Kundu, 1997). Selain pemberian pupuk hijau dari tanaman yang mampu menambat N2 seperti Sesbania dan Azolla, pemberian sisa tanaman dengan nisbah C/N yang besar (seperti halnya jerami padi) juga dapat meningkatkan penambatan N2. Jerami padi merupakan sumber energi yang baik bagi bakteri heterotrof, dan pengembalian jerami padi ke dalam lahan sawah secara nyata dapat meningkatkan fiksasi N2 oleh bakteri heterotrof maupun fototrof (Matsuguchi, 1979; Ventura et

al., 1986; Adachi et al., 1997). Roger dan Ladha (1990) juga menyatakan bahwa pemberian jerami ke dalam tanah dapat memberikan N sebesar 2-4 kg N untuk setiap ton jerami. Hal ini menurut Ponnamperuma (1984) karena pemberian jerami padi dan N mineral meningkatkan populasi bakteri aerob penambat N2. Selain itu Greenland (1997) menyatakan bahwa aktivitas bakteri penambat N2 dan alga hijau-biru ditentukan oleh kondisi lingkungan tempat tumbuhnya. Aktivitas

(36)

mereka sebagian besar tergantung pada ketersediaan fosfor (P) dalam tanah sawah tetapi konsentrasi N yang tinggi dalam tanah sawah cenderung menghambat fiksasi N2.

2.3.5. Volatilisasi Amonia

Volatilisasi ammonia (NH3) merupakan mekanisme kehilangan N yang penting dalam sistem pertanaman yang dipupuk. Menurut Mikkelsen (1987) faktor-faktor dominan yang memengaruhi volatilisasi NH3 adalah pH tanah dan pe (- log konsentrasi elektron), tekanan parsial CO2 (pCO2) dan kimia karbonat, sifat pertukaran kation dan aktivitas jasad renik. Selain itu, kecepatan angin, konsentrasi NH3 terlarut dan tekanan parsial NH3 dalam air dan udara, suhu udara dan radiasi langsung juga memengaruhi volatilisasi NH3. Menurut Zhenghu dan Honglang (2000) laju volatilisasi ammonia berkorelasi positif dengan pH tanah, kandungan CaCO3, dan garam total, tetapi berorelasi negatif dengan kandungan bahan organik, KTK, dan kandungan liat. Dari ketiga faktor yang berkorelasi negatif, KTK merupakan faktor yang korelasinya sangat tinggi dengan volatilisasi ammonia, sedangkan faktor pH tanah merupakan faktor yang dominan di antara ketiga faktor yang berkorelasi positif. Menurut Zhenghu dan Honglang (2000) bahan organik berpengaruh secara tidak langsung pada penurunan volatilisasi ammonia melalui pengaruhnya terhadap penurunan pH tanah dan meningkatnya KTK tanah karena adanya pembentukan berbagai asam-asam organik dan humus selama proses dekomposisi bahan organik. Amonia yang dihasilkan dalam sistem karbonat aquatik melibatkan reaksi berikut (Mikkelsen et al., 1978):

NH4+ + OH- (NH3)aq + H2O NH4+ + HCO3- (NH3) aq + H2O + CO2 2NH4+ + CO32- 2(NH3) aq + H2O + CO2

Volatilisasi ammonia terjadi bila pH air genangan meningkat di atas pH 7,5 (Greenland, 1997). Hilangnya gas CO2 yang meningkat karena meningkatnya suhu air genangan pada siang hari dapat menyebabkan pH meningkat. Akan tetapi penyebab utama peningkatan pH dalam air genangan tanah sawah adalah pertumbuhan alga atau adanya proses biologi yang berlawanan yaitu fotosintesis dan respirasi (Greenland, 1997). Respirasi dan fotosintesis menyebabkan

Transformasi nitogren dalam tanah tergenang aplikasi jerami padi dan urea serta hubungannya dengan serapan nitrogen dan pertumbuhan tanaman padi

Serapan Nitrogen dan Pertumbuhan Tanaman Padi

LILIK TRI INDRIYATI

SEKOLAH PASCASARJANA

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

2006

Nitrogen dan Pertumbuhan Tanaman Padi

NITROGEN TRANSFORMATION IN FLOODED SOIL :

Application of Rice Straw and Urea and Its Relation with Nitrogen

Uptake and Rice Plant Growth

PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI

DAN SUMBER INFORMASI

TRANSFORMASI NITROGEN DALAM TANAH TERGENANG :

Aplikasi Jerami Padi dan Urea serta Hubungannya dengan

Serapan Nitrogen dan Pertumbuhan Tanaman Padi

LILIK TRI INDRIYATI

Disertasi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

Doktor pada Program Studi Ilmu Tanah

SEKOLAH PASCASARJANA

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

2006

RIWAYAT HIDUP

PRAKATA

DAFTAR TABEL

DAFTAR

LAMPIRAN

DAFTAR GAMBAR

II. TINJAUAN PUSTAKA

(m)

jam

)

Inkubasi Bahan Organik Minggu ke-2

K

(1)

1,8841

0,8646

1,5912

0,6806

0,024

41,8

0,71

1,7418

(2)

3,6128

0,8106

0,8671

0,7471

0,0019

40,8

0,71

0,1383

(3)

0,8352

0,891

0,7577

0,5972

0,0019

41,4

0,70

0,1361

0,6721

J

(1)

0,4937

0,5702

0,879

0,6122

0,0012

40,4

0,74

0,0912

(2)

0,5609

0,6357

0,4953

0,5808

0,0025

40,8