Kadar Amonium Selama Masa Pertumbuhan Tanaman

70 berupa urea di permukaan tanah dapat meningkatkan kadar N pada seluruh kedalaman tanah, kecuali pada kedalaman 20-30 cm. Peningkatan yang terjadi sampai ke lapisan bawah menunjukkan adanya pergerakan N baik masih berupa pupuk maupun sudah dalam bentuk N terlarut. Peningkatan N terjadi sampai kedalaman 40-50 cm, menunjukkan bahwa pergerakan N terjadi akibat curah hujan yang dapat membawa N maupun kadar air yang dapat melarutkannya.

5.4.2. Kadar Amonium Selama Masa Pertumbuhan Tanaman

Kadar amonium larutan tanah di lahan percobaan selama periode pertumbuhan tanaman berfluktuasi Gambar 14, Lampiran 30, dan 31. Kadar amonium pada awal musim agak tinggi karena pemupukan pada saat tanam, kemudian menurun; dan meningkat mencapai puncak pada minggu ke lima setelah pemupukan susulan pada minggu keempat. Terjadinya puncak amonium pada minggu ke lima menunjukkan bahwa urea cepat terurai menjadi amonium. Pemberian pupuk urea yang segera diikuti oleh kejadian hujan lebih cepat terurai, karena urease cepat terbentuk. Selain itu, urease mudah terbentuk di rhizosfer yang dipupuk urea akibat aktivitas mikroba meningkat karena eksudat akar Mengel, 1985, Tisdale et al., 1993. Setelah minggu ke lima, kadar amonium menurun kembali sampai akhir musim. Gambar 13. Kadar nitrogen sebelum tanam N 0 dan pada waktu panen N 10 -50 -40 -30 -20 -10 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 Kadar N K edal am an tanah c m N 0 N 10 71 Fluktuasi kadar amonium larutan tanah terjadi pada seluruh kedalaman tanah. Fluktuasi kadar amonium tanah dapat terjadi akibat adanya tambahan dari pupuk, pengurangan akibat serapan akar, dan perubahan menjadi bentuk nitrat yang tergantung pada kelembaban tanah. Pada keadaan reaksi tanah mendekati netral, seperti pada percobaan ini, lebih banyak bentuk amonium diserap tanaman daripada bentuk nitrat. Namun pada pH yang agak masam, bentuk nitrat lebih banyak diserap tanaman Tisdale et al., 1993. Perubahan amonium menjadi nitrat tergantung pada suhu dan kelembaban tanah. Pada suhu optimum, apabila kadar air tanah berada pada potensial -13 bar atau - 15 bar, proses nitrifikasi menurun drastis; tetapi pada potensial air -7 bar pF 3,85 seluruh amonium dapat dikonversi menjadi nitrat Tisdale et al., 1993. Berdasarkan kurva karakteristik air tanah Lampiran 20, kadar air tanah selama periode pertumbuhan tanaman Gambar 11, Lampiran 26 dan 28, tidak pernah mencapai pF 3,85 sehingga tidak memungkinkan terjadinya nitrifikasi sempurna. Dengan demikian N dalam tanah bisa berada dalam bentuk amonium maupun nitrat. Kadar amonium larutan tanah tidak nyata dipengaruhi oleh fluks aliran air, pergerakan air transient, maupun kadar air tanah Tabel 10. Amonium dalam larutan tanah merupakan ion positif kation yang mudah diikat oleh koloidliat tanah Mengel, 1985, diimobilisasi oleh mikroba tanah, diserap oleh akar Gambar 14. Kadar amonium selama masa pertumbuhan tanaman 5 10 15 20 Waktu minggu Ka d a r N H 4 + p p m 0-10 cm 11,08 4,813 2,046 5,013 9,628 4,433 6,05 4,72 5,622 4,069 10--20 cm 7,457 2,483 2,104 4,012 17,37 4,519 5,652 5 5,727 4,78 20-30 cm 5,773 3,924 1,308 2,704 17,87 4,603 6,712 4,767 5,587 4,46 30-40 cm 6,525 3,203 1,357 2,674 8,459 5,338 7,053 4,923 5,959 4,7 40-50 cm 5,863 2,923 1,452 3,655 9,086 5,571 7,636 4,857 5,384 4,485 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 72 tanaman Roy et al., 2006, dan segera ternitrifikasi Tisdale et al., 1993. Oleh karena itu ion amonium dalam tanah bersifat tidak mobil dan pada tanah lahan kering kadarnya relatif rendah bila dibandingkan dengan ion nitrat. Walaupun fluks aliran air tidak menunjukkan pengaruh terhadap kadar amonium tanah, tetapi dari Gambar 14 terlihat bahwa penambahan pupuk susulan pada minggu kelima secara berangsur meningkatkan kadar amonium di lapisan bawah. Penurunan kadar amonium dari minggu pertama hingga minggu ke tiga dan dari minggu ke lima hingga ke sepuluh pada seluruh kedalaman tanah dapat Tabel 10. Korelasi antara fluks aliran air, laju pergerakan air transient, dan kadar air terhadap kadar NH 4 + , NO 3 - , P, dan K larutan tanah Peubah NH 4 + NO 3 - P K Fluks -0,01 0,08 0,17 0,15 dKA 0,01 -0,08 -0,17 -0,15 KA -0,10 -0,75 -0,12 -0,70 disebabkan oleh serapan akar. Namun peningkatan kadar amonium larutan tanah di lapisan bawah pada minggu ke sepuluh dibandingkan minggu ke tiga menunjukkan adanya pergerakan N baik masih berupa pupuk atau sudah dalam bentuk amonium. Kadar amonium larutan tanah tidak nyata dipengaruhi oleh kadar air dalam tanah Tabel 10. Berdasarkan nilai kadar air pada seluruh kedalaman tanah Gambar 11, Lampiran 26 dan Lampiran 28, nilai kadar air tanah tidak memiliki variasi yang cukup besar, sehingga kadar amonium antar kedalaman tanah juga berada pada nilai yang relatif sama. Dengan demikian tidak terlihat pengaruh kadar air tanah terhadap kadar amonium larutan tanah. Apabila kadar air tanah selama masa pertumbuhan tanaman berfluktuasi pada selang nilai yang lebar dari kadar air rendah sampai mendekati jenuh, maka pengaruhnya terhadap kadar amonium larutan tanah lebih nyata terlihat. Pada kondisi yang sangat kering, ion amonium dapat terikat kuat oleh liat tanah atau mengalami nitrifikasi sempurna 73 yang dapat terjadi pada potensial air – 7 bar. Pada kondisi kadar air yang sangat tinggi, amonium yang terikat koloidliat tanah dapat terlepas ke larutan tanah. Mengingat kedalaman perakaran tanaman jagung manis hanya sampai 20 cm, tetapi terlihat bahwa kadar amonium larutan tanah pada kedalaman 20 cm menurun dari minggu ke lima sampai ke sepuluh Gambar 14 dan 15. Hal ini menunjukkan bahwa kadar amonium di kedalaman 20 cm ikut menyumbangkan untuk serapan akar. Hubungan kadar amonium dalam tanah dengan karakteristik pori menunjukkan korelasi yang rendah Lampiran 32. Amonium merupakan ion yang tidak mobil Mengel, 1985, sehingga tidak mudah bergerak bersama air. Karena sifatnya yang tidak mobil, ion amonium dalam larutan tanah bergerak melalui proses difusi, di mana daya penggeraknya adalah perbedaan konsentrasi ion tersebut. Oleh karena itu pengaruh karakteristik pori terhadap kadar amonium larutan tanah relatif rendah. Karena ion di dalam tanah berada di dalam ruang pori, baik pori makro maupun pori mikro, maka ada kecenderungan bahwa amonium larutan tanah dipengaruhi oleh karakteristik pori secara bersama. Berdasarkan uji regresi berganda hubungan antara karakteristik pori dengan kadar amonium larutan tanah menunjukkan bahwa kadar amonium larutan tanah dipengaruhi oleh ruang pori drainase sangat cepat dengan koefisien korelasi Gambar 15. Kadar NH 4 + , curah hujan, dan fluks aliran air selama massa pertumbuhan tanaman 4 8 12 16 20 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Waktu minggu K ada r N H 4 ppm -150 -75 75 150 C u rah hujan, F luk s m m CH Fluks 0-10 10-20 20-30 30-40 40-50 74 sebesar 0,31 r = - 0,31 Lampiran 34. Namun ruang pori drainase sangat cepat di dalam sistem lahan kering kurang nyata pengaruhnya karena ruang pori tersebut berfungsi apabila tanah berada dalam keadaan jenuh. Dalam sistem lahan kering, kondisi jenuh hanya dapat terjadi apabila terjadi hujan yang sampai menjenuhi tanah. Hal ini hanya dapat terjadi pada saat hujan dalam waktu yang relatif singkat. Pada kondisi kering, ruang pori drainase berfungsi sebagai ruang pori aerasi. Karena ion amonium dalam larutan tanah merupakan ion yang sangat dipengaruhi oleh proses biokimia dalam tanah, maka karakteristik pori yang sangat menentukan terhadap pergerakan dan distribusi air dan udara dalam tanah sangat menentukan kelarutan amonium secara tidak langsung. Pengaruh tidak langsung tersebut melalui kehidupan mikroba yang ada di dalam tanah, di mana dapat mempercepat transformasi amonium di dalam tanah menjadi bentuk NH 4 + yang terimobilisasi atau ternitrifikasi menjadi NO 3 - Mengel, 1985. 5.4.3. Kadar Nitrat Selama Masa Pertumbuhan Tanaman Kadar nitrat larutan tanah selama periode pertumbuhan tanaman ditampilkan pada Gambar 16, Lampiran 35 dan Lampiran 36. Selama masa pertumbuhan tanaman, kadar nitrat mengalami fluktuasi seperti halnya amonium. Seperti telah disebutkan di atas, apabila kadar air tanah lebih tinggi, kadar amonium lebih dominan tetapi apabila kadar air tanah menurun di bawah kapasitas lapang maka kadar nitrat lebih dominan karena terjadi perubahan dari amonium menjadi nitrat. Berbeda dengan amonium, nitrat larutan tanah diserap tanaman pada kondisi pH tanah lebih rendah daripada amonium yang umumnya diserap pada pH sekitar netral Tisdale et al., 1993. Tanaman umumnya lebih banyak menyerap nitrogen dalam bentuk nitrat daripada bentuk amonium, melalui proses difusi atau aliran massa. Ion nitrat tanah lebih mudah bergerak bersama aliran air drainase karena anion exclution. Akibat anion exclution, ion nitrat bergerak cepat ke pusat pori untuk selanjutnya bergerak dengan kecepatan yang lebih tinggi daripada kecepatan air pori. Berdasarkan hukum Poiseuille’s Koorevaar et al., 1983, kecepatan aliran air di pusat pori lebih besar daripada di dekat dinding pori; dan akibat heterogenitas ukuran pori di dalam tanah, ion yang berada dalam larutan 75 tanah seperti ion nitrat, dapat mengalami dispersi mekanik dispersi hidrodinamik Toride, Inoue, dan Leij, 2003. Pola perubahan kadar nitrat larutan tanah pada seluruh lapisan kedalaman tanah hampir sama Gambar 16, yang mana mencapai puncak pada minggu ke lima setelah pemupukan urea susulan pada minggu ke empat. Kadar nitrat mengalami penurunan dari minggu pertama hingga minggu ketiga pada seluruh kedalaman tanah, akibat serapan oleh akar tanaman. Pemupukan susulan pada minggu ke empat dapat meningkatkan kadar nitrat di seluruh kedalaman tanah. Dari minggu ke lima sampai ke sepuluh terjadi penurunan kadar nitrat di seluruh kedalaman tanah akibat serapan akar tanaman. Kadar nitrat antar lapisan kedalaman tanah menunjukkan penurunan dengan makin dalamnya tanah Gambar 17 dan Lampiran 35, dan tidak terdapat perbedaan pada kedalaman 10 cm. Hal ini umum terjadi pada lahan-lahan pertanian karena kadar N lebih banyak dalam bentuk organik dan nitrogen tanah sangat mudah diimobilisasi di lapisan ataspermukaan Roy et al., 2006, sehingga kadarnya menurun dengan kedalaman tanah. Fluktuasi nitrat di lapisan atas juga lebih besar daripada di lapisan bawah, karena lapisan permukaan tanah lebih sering kena panas sinar matahari dan hujan yang menyebabkan fluktuasi 30 60 90 120 150 180 Waktu minggu Ka dar NO 3 - ppm 0-10 cm 52,17 30,07 32,19 53,12 155,7 83,87 61,62 57,25 67,49 49,37 10-20 cm 38,30 15,21 31,23 48,83 57,02 54,21 36,21 51,10 53,70 47,82 20-30 cm 35,36 10,15 22,31 36,42 52,54 49,05 27,88 41,06 42,26 35,40 30-40 cm 33,07 11,25 23,69 38,92 46,78 43,45 26,45 34,68 37,45 34,18 40-50 cm 26,64 10,62 20,26 36,70 40,04 45,42 27,80 31,78 32,90 32,34 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Gambar 16. Kadar NO 3 - larutan tanah selama masa pertumbuhan tanaman 76 suhu dan kelembaban lebih besar dibanding lapisan tanah di bawahnya. Adanya pengaruh kelembaban dan suhu menyebabkan proses perubahan amonium menjadi nitrat lebih cepat. Menurut Tisdale et al. 1993, pada kadar air yang sangat rendah Ψ - 15 bar ketersediaan nitrat tanah rendah, kemudian dengan naiknya kadar air meningkatkan kadar nitrat tanah. Pada kadar air lebih besar dari kapasitas lapang kadar nitrat juga rendah atau hilang bersama air drainase. Oleh karena itu, lapisan permukaan tanah yang lebih sering kena panas sinar matahari dan hujan, kadar nitrat tanah sangat berfluktuasi. Kadar nitrat dalam larutan tanah tidak nyata dipengaruhi oleh fluks aliran air maupun laju perubahan storage, tetapi sangat nyata dipengaruhi oleh kadar air dalam tanah Tabel 10, Gambar 18, dan Lampiran 38. Walaupun fluks aliran air tidak nyata pengaruhnya terhadap kadar nitrat larutan tanah, tetapi dari Gambar 16 terlihat bahwa terjadi peningkatan kadar nitrat tanah di lapisan bawah pada minggu ke sepuluh. Hal ini menunjukkan adanya pergerakan nitrat dari lapisan atas ke bawah. Pengaruh pergerakan air terhadap kadar nitrat larutan tanah terjadi secara tidak langsung, yaitu melalui perubahan kadar air dalam tanah, maupun pengaruh pergerakan air terhadap pergerakan nitrat. Kadar nitrat dalam tanah menurun Gambar 17. Kadar NO 3 - larutan tanah tiap kedalaman tanah a b bc c c 20 40 60 80 K a dar N O 3 - p p m Kedalaman tanah cm NO3- 64,29 43,36 35,24 32,99 30,45 0-10 cm 10-20 20-30 30-40 40-50 77 secara linier dengan makin besarnya kadar air tanah, dengan koefisien korelasi sebesar 0,75 Gambar 18. Penurunan kadar nitrat pada kondisi kadar air tanah yang makin tinggi disebabkan oleh: 1 terhambatnya proses nitrifikasi, 2 tercuci, dan 3 terdenitrifikasi Roy et al., 2006. Seperti telah disebutkan di atas, pada kadar air yang lebih tinggi dapat menghambat perubahan amonium menjadi nitrat Tisdale et al., 1993 karena lebih tingginya kadar air dapat menurunkan laju difusi oksigen Letey, 1985. . Peningkatan kadar air, terutama di atas kapasitas lapang kadar air 44 volume, Lampiran 14, menyebabkan nitrat yang sangat mobil mudah terbawa oleh aliran air drainase dalam perkolasi. Berdasarkan Lampiran 26 dan 28, kadar air tanah di lokasi penelitian pada masa pertumbuhan tanaman sering berada dalam keadaan di atas kapasitas lapang kadar air 44 . Nitrat yang bermuatan negatif, ditolak oleh koloid tanah yang bermuatan negatif anion exclution, sehingga menuju ke pusat pori dan bergerak bersama aliran air dengan kecepatan lebih besar daripada kecepatan air pori. Pergerakan nitrat bersama aliran air di pusat pori melalui ruang-ruang pori yang beragam ukurannya, menyebabkan ion nitrat terdispersi secara hidrodinamik Ross, 1989; Tinker dan Nye, 2000; Toride et al., 2003. NO 3 - = 171,41 - 3,05 KA; r = 0,75, n = 141 20 40 60 80 100 30 34 38 42 46 50 54 Kadar air vol Ka d a r N O 3 p p m Gambar 18. Pengaruh kadar air terhadap kadar nitrat larutan tanah 78 Pengurangan nitrat oleh proses denitrifikasi dapat terjadi karena pada kadar air tanah yang tinggi, ruang pori tanah lebih banyak terisi oleh air sehingga laju difusi oksigen terhambat Letey, 1985. Pengurangan laju difusi oksigen juga dapat terjadi apabila pada tempat-tempat tertentu di dalam solum tanah, ruang pori yang ada didominasi oleh ruang pori air imobil. Kekurangan oksigen di dalam tanah menyebabkan mikroba yang mendekomposisi bahan organik secara anaerob lebih berperan. Mikroba anaerob tersebut mampu menggunakan NO 3 - sebagai akseptor elektron yang berfungsi menggantikan O 2 dalam respirasi aerobik, sehingga ion nitrat berubah menjadi N 2 O atau N 2 dan hilang ke atmosfer Alexander, 1977; Tisdale et al., 1993 seperti reaksi berikut: Pengaruh karakteristik pori terhadap kadar nitrat larutan tanah menunjukkan bahwa kadar nitrat larutan tanah menurun dengan makin banyaknya ruang pori air imobil dengan koefisien korelasi 0,51 Gambar 19, Lampiran 32 dan 34. Walaupun ion nitrat di dalam larutan tanah bersifat mobil, tetapi apabila berada di dalam ruang pori air imobil tanah, maka pergerakan ion nitrat menjadi terbatas. -2 H 2 O - H 2 O - H 2 O N 2 2 HNO 3 + 4H 2 HNO 2 + 2H -2 H 2 O 2 NO + 2H N 2 O + 2H Gambar 19. Pengaruh ruang pori air imobil terhadap kadar NO 3 - larutan tanah NO 3 = - 2,16 RP air imobil + 128,33; n = 125; r = 0,51 20 40 60 80 100 25 30 35 40 45 50 RP air imobil vol K a dar N O 3 ppm 79 Seperti telah diuraikan di atas, bahwa pergerakan ion, seperti nitrat, melalui aliran massa sangat ditentukan oleh diameter pori tanah. Kecepatan air pori pada ruang pori mikro lebih lambat dibanding dalam pori makro Koorevaar et al., 1983. Ruang pori air imobil merupakan ruang pori mikro dengan ukuran 15 x 10 -4 mm, yang mana air yang ada di dalamnya dapat dikosongkan dengan tekanan 2 bar. Seperti telah disebutkan di atas, apabila proporsi ruang pori air imobil di dalam tanah lebih dominan, maka ruang pori tersebut lebih banyak mengikat air dan laju difusi oksigen ke dalam tanah menurun drastis. Keadaan demikian mempengaruhi proses pembentukan nitrat nitrifikasi maupun meningkatkan proses denitrifikasi, sehingga kadar nitrat di dalam larutan tanah menurun. Oleh karena itu, makin banyaknya ruang pori air imobil dalam tanah menyebabkan kadar nitrat tanah makin berkurang.

5.4.4. Kadar Fosfor dalam Tanah