FRAKSIONASI ISOTOP NITROGEN PADA TUMBUHA

RESENSI JURNAL ILMIAH BIOLOGI TUMBUHAN
FRAKSIONASI ISOTOP NITROGEN PADA TUMBUHAN KACANGKACANGAN PAKAN TERNAK TAGASTE (Chamaecytisus proliferus) DAN
PERKIRAAN INPUT FIKSASI N2 PADA TANAH BERPASIR DALAM DI
AUSTRALIA BARAT
Murray J. Unkovich, John S. Pate, Edward C. Lefroy, David J. Arthur
oleh :
Kelompok 3
Ananda Teli Rahmanita

11213010

Elga Ridho Maulana

11213014

Mochhammad Fadholi

11213018

Ganjar Abdillah Ammar

11213021

Ivana Kurniawan

11213024

Dosen : Dr. Rizkita Rachmi Esyanti

PROGRAM STUDI REKAYASA HAYATI
SEKOLAH ILMU DAN TEKNOLOGI HAYATI
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
2015

I.

Pendahuluan
Kelimpahan

15

N dalam N2 di atmosfer memiliki nilai yang konstan

sekitar 0,3663 atom%. Nilai ini digunakan sebagai nilai standar (0‰)
terhadap variasi dimana isotop 15N (δ15N) diukur. Nilai δ15N bervariasi dalam
tanah tetapi dapat diperkirakan sekitar 0,5-5‰ relatif terhadap atmosfer.
Dalam sistem pertanian tahunan, variasi dalam δ15N telah digunakan untuk
menerka persentase N dari atmosfer pada berbagai tumbuhan kacangkacangan setelah dipalingkan dari sumber N tanah sehingga dapat meneliti
strategi pengambilan N oleh berbagai macam tumbuhan. Keterkaitan ini
berhubungan dengan fraksinasi isotop N ketika N bergerak dari satu daerah
ke daerah yang lain dalam tanah dan dalam tumbuhan. Untuk menggunakan
δ15N sebagai cara untuk menilai strategi pengambilan N oleh tumbuhan
perenial dalam ekosistem tertentu, penelitian mengenai variasi δ15N dalam
bagian-bagian dalam tumbuhan dibutuhkan.
Dalam jurnal ini, kita menelusuri penggunaan δ15N untuk menghitung
fiksasi N2 secara simbiotik dari tanaman tagasaste. Hal yang dibahas
mengenai percobaan dalam pot untuk menginvestigasi isotop N fraksinasi dan
N2 fiksasi dari nodul pohon muda, dan studi lapangan untuk memonitor
fiksasi N2 di daerah perkebunan Moora, Australia Barat. Studi ini melengkapi
penelusuran baru dari produksi tumbuhan seiring penggunaan oleh spesies
dalam tempat yang sama sebagai bagian dari perbandingan hidrologi dan

keseimbangan N peternakan, pertanian, tagasaste dan sistem vegetasi alami
dalam kawasan tersebut.
II. Materi dan Metode
2.1 Penelitian rumah kaca
Fraksinasi Isotop 15N dari tagasaste telah di uji di dalam pot dengan
cahaya alami dan heated glasshouse di University of Western Australia.
Pohon muda bernodul (bintil akar) yang telah tumbuh dengan ada atau
tiadanya sumber N anorganik, pucuk, daun, dianalisis 15N-nya. Penulis
berharap dapat menentukan bagaimana aplikasi terbaik dari teknik
kelimpahan

15

N alami untuk memperkirakan simbiosis fiksasi N2 dari

spesies pada kondisi yang ada di lapangan.

Pot plastik berkapasitas 10 L yang mengandung pasir silika steril
dan bebas nutrien, masing-masing ditaburkan lima biji tagasaste pada
musim gugur (April 1997) dan dikurangi menjadi 3 bibit per pot. Benih

sudah di suntik saat penaburan dengan commercial inoculant,
Bradyrhizobium strain CC1502 (Bio-Care Technology Pty Ltd,
Somersby, NSW). Benih disiram dua kali dalam seminggu dengan
larutan nutrisi bebas N dengan 1,5 atau 10 mM KNO 3–. Volume larutan
nutrisi ditambahkan dengan cukup, sesuai nutrisi yang diberikan
sebelumnya, sehingga mencegah penumpukan garam pada akar. Setiap
perawatan dengan NO3- melibatkan tiga replikasi pot, sementara untuk
bebeas N enam replikasi dan dua kali pemanenan.
15N yang disuplai dari NO3– (3.45‰) sesuai dengan penelitian
sebelumnya tentang kandungan mineral N tanah (3.1–4.5‰) pada
kondisi lapangan. Pemanenan dilakukan untuk semua pot pohon muda
dengan perlakuan NO3- dan setengahnya dari perlakuan bebas N pada
akhir Agustus 1997, 145 hari setelah penaburan benih. Setengahnya lagi
dari perlakuan bebas N, dipanen pada bulan Desember (269 hari).
Tanaman dipisahkan batang, daun, akar dan nodulnya, dan setiap
komponen ini dikumpulkan di sebuah dasar pot. Daun yang gugur,
dikumpulkan pada pemanenan di pot bebas N. Semua sampel tanaman
dikeringkan berlebih pada suhu 70°C, ditimbang dan digiling sebelum
analisis total N dan 15N.
2.2 Penelitian lahan di Moora

Detail tempat the Brown property off Agaton Rd dekat Moora
(116°40′ S, 30°45′ E) disediakan oleh Lefroy and Stirzaker (1999). Tanah
berjenis seragam yaitu pasir-kerikil (Dystric Xerosamment; McArthur
1991), berlapis tanah liat dengan kedalaman 10 m, di dalamnya terdapat
air tawar setinggi 5 m. Lima pasang plot dibuat pada 8 hektar lahan.
Rhizobia yang memiliki kemampuan memproduksi nodul yang efektif
pada tagasaste tersebar di Australia Selatan. Area antar baris ditaburi
setiap tahunnya dengan sereal atau tanaman lupin (alley-crop spacing),

ataupun sebagai penyemprotan bahan kimia teratur yang mencegah
revegetasi spesies tahunan (alley-fallow spacing). Penanaman berjarang
(plantation spacing) dengan jarak antar barisnya 6 m (2330 pohon per
hektar) atau lorong berjarak (alley spacing) dengan jarak antar barisnya
30 m (550 pohon per hektar). Setiap pemberian jarak (plantation, alleycrop, alley-fallow) terdiri atas dua replikasi plot.
Pada akhir musim gugur (Mei) pada 1996, pohon tagasaste yang
berumur 4 tahun dipangkas menjadi 0,6 m ketinggiannya. Kemudian
domba dibiarkan memakan rumput liar pada alley-crop dan alley-fallow
spacings di bulan Juni. Setelah itu, semua pohon dibiarkan tumbuh tanpa
pemangkasan. Alley-crop spacing ditaburi dengan lupin berdaun rindang
(L. angustifolius cv. Gungurru in 1996 and cv. Merrit pada tahun 1998)

bergantian dengan oat (Avena sativa cv. Toodyay) pada tahun 1997.
Curah hujan pada dua tahun pertama menurut kalender adalah 445 mm
(1996) dan 431 mm (1997), sedangkan 88 mm tercatat pada bulan
Januari dan Mei 1998.
Biomassa tagasaste dipanen setiap bulan pada tahun pertama,
setelah itu dibuat menjadi 3 bulan sekali, agar mengurangi densitas
pohon berhubung karena pengaruh air. Untuk menilai dan tingkat
pertumbuhan dan akumulasi N, semua semak belukar ditumbuhkan
kembali pada empat pohon yang dipilih secara acak dari setiap pohon
yang telah di pangkas menjadi 0.6 m pada pemanenan. Berat segar semak
segera dicatat, lalu sampel dibawa ke labolatorium untuk pengeringan
dan penentuan berat segar sampel: berat kering sampel, untuk menilai dry
matter (DM). Untuk keperluan penelitian ini, data plot alley-crop dan
alley-follow dikumpulkan dan dilabeli dengan ‘alley’. Umpankan
biomassa kering melalui chipper sebelum dianalisis total dan 15N.
Pada sampel semak belukar, dipilih pucuk semak yang berkembang
aktif 3-10 cm secara acak di kanopi masing-masing 30 tanaman dari
masing-masing baris (6 baris) dalam plot alley, atau dari masing-masing
baris (6 baris) yang dipilih secara acak dari plot plantating. Panen

bulanan ini digunakan untuk menilai fiksasi N2 saat ini baru diperoleh
dan memobilisasi N dialokasikan untuk pertumbuhan pucuk selama
periode tertentu, berbeda dengan hasil N kumulatif tercakup dalam
sampel seluruh semak belukar.
Pada akhir studi (Mei 1998), total akumulasi N oleh pohon di alley
dan plantation selama periode 2 tahun regenerasi semak belukar dinilai
menggunakan rata-rata tunas: biomassa akar rasio berat kering 2,7
(direkam oleh JS Pate dan EC Lefroy) untuk pohon yang digali, dan
diterapkan untuk kedua kali panen awal dan akhir dari penelitian ini.
Kenaikan total DM per pohon juga diperkirakan, dari rasio DM dari
semak belukar yang ditumbuhkan kembali ke batang pohon induk bagian
bawah saat panen akhir. Menggunakan nilai untuk % N di DM dari
semak belukar pucuk, tunggul dan akar, kenaikan N pada setiap pohon
dapat dihitung.
2.3 Pengukuran simbiotik fiksasi N2 menggunakan teknik kelimpahan
15

N alami
Ketergantungan tumbuhan akan %Ndfa (Nitrogen Derived From

Atmosphere) diestimasikan dengan membandingkan

δ

15

N sampel

material tumbuhan dari N2 yang diikat tumbuhan kacang-kacangan
sebagai sumber nitrogen atau dari tumbuhan referensi yang bukan
kacang-kacangan.

Untuk tanaman yang dalam pot:

Untuk tanaman yang di lapangan:

Pada pembahasan fiksasi N2 oleh tagasaste,

δ

15

N untuk tunas

dari 269 DAS tumbuh secara penuh bersimbiosis bersama tagasaste.
Dengan tinggi mencapai 1.5 ml dijadikan nilai B, ketika tumbuhan
δ

referensi dijadikan sampel

15

N dari tanah yang mengandung N2

termasuk rumput-rumputan yang tumbuh tahunan seperti capeweed
(Arctotheca calendula L.), wild radish (Raphanus raphanistrum L.) and
mustard (Brassica tournefortii Gouan).
Dari setiap bidang tanah, 5-10 tunas keseluruhan dari spesies
δ

tersebut dilakukan analisis

15

N. Spesies hanya dapat tersedia selama

musim dingin dan semi (Juni-November), material pucuk

juga

disampling dari dua akar terdalam non-legume perenial. Salah satunya,
naif herbaseus perenial Ptilotus polystachyus tersebar tepat pada palit,
tapi hanya aktif tumbuh di musim panas. Hal ini menyediakan referensi
vital pada material non-legume untuk periode November-April. Jumlah
variasi dari spesies tanaman ini dari 1-2 menuju 15-20. Tapi pada setiap
palit, ujung tunas dipertimbangkan untuk N yang diambil dari tumbuhan
dan bagian terbesar dari setiap plot. Pada akhirnya terbentuk daun dari
dua individu pada spesies lain, Eucalyptus todtiana (sebuah pohon
praeatopik yang tumbuh berdekatan pada plot yang diamati juga
disampling).

Studi sebelumnya memperlihatkan bahwa P. Polystachyus a.dalah
nitrofilus dan hidup pada kebanyakan nitrat di dalam tanah atau air tanah.
Sampel nitrat yang tinggi berasal dari tanah dikumpulkan dari lubang
pada plot dan akan diuji

15

N menggunakan distilasi dengan campuran

Devarda dan magnesium oksida dan sebelumnya dilakukan terlebih

dahulu pengumpulan dari resultan NH4+ pada zeolit untuk analisis rasio
isotop oleh spektrofotometri massa aliran kontinu.
Analisis

δ

15

N dan %N dari semua sampel dilakukan dengan

menggunakan analisator CN yang dihubungkan dengan spektrofotometer
presisi tinggi isotop rasio massa (VG Isogas SIRA 9 or Europa Scientific
20/20, Crewe UK)
III. Hasil
3.1 Penelitian rumah kaca dari fraksinasi isotop N pada tumbuhan
muda yang bergantung secara simbiotik dan diberi nitrat
Nilai dari δ15N untuk pucuk, daun, batang, akar, nodul dan seluruh
tanaman yang ditumbuhkan dengan dan tanpa nitrat dipanen pada 145
hari setelah penyemaian, ditunjukan pada gambar 1, dan untuk panen
selanjutnya (269 hari setelah penyemaian) dari tumbuhan yang
bersimbiosis tanpa penambahan nitrat ditunjukan pada tabel 1. Tumbuhan
yang bergatung hanya dari fiksasi N memperlihatkan fraksinasi isotop
yang lebih besar pada distribusi N antara nodul, batang, daun, dan akar
dibandingkan dengan tumbuhan yang ditambahkan dengan nitrat. Nodul
mengakumulasi 15N (7,2‰ pada 145 HSP) dibandingkan dengan batang
(-1,5‰), daun atau akar (keduanya sekitar 0,8‰). Untuk tumbuhan yang
ditambahkan dengan nitrat juga dapat dilihat hasil δ15N-nya pada gambar
1
Nilai dalam gambar 1 kemudian digunakan untuk memperkirakan
nilai %Ndfa (Tabel 2) untuk bagian dari pohon muda yang dipanen dari
tiap perlakuan nitrat. Hasil data untuk tumbuhan keseluruhan (whole
plant) menunjukkan penurunan yang besar akan ketergantungan dari
fiksasi N2 (85% turun menjadi 37%) ketika suplai nitrat bertambah. Hal
yang sama terjadi untuk nilai %Ndfa dari pucuk dan daun. Tetapi, tanpa
memperhatikan

konsentrasi

nitrat

yang

disuplai,

data

isotop

mengindikasikan bahwa nitrat N atmosfer berkurang terutama oleh akar.

Gambar 3.1.
δ15N dari
setiap komponen dan dihitung untuk keseluruhan tumbuhan pohon muda tagaste
pemfiksasi N2 pada kultur pasir di rumah kaca di Universitas Australia Barat,
tumbuh sepenuhnya simbiotik, 1,5 atau 10 mM nitrat dan dipanen 145 DAS.

Tabel 1. δ15N dari DM total N tagasate simbiotik tumbuh di rumah kaca bebas N
kultur pasir dan panen 269 DAS
3.2 Pertumbuhan dan akumulasi N pada semak liar dan semak lahan
perkebunan
Dalam studi lapangan, Gambar. 2A menunjukkan nilai dari jumlah
dry matter (DM) tiap tanaman selama waktu percobaan. Sedangkan
Gambar. 2B menunjukan %N dalam DM dari tanaman selama waktu
percobaan. Sedangkan Gambar. 2C total nitrogen dari semak belukar
selama waktu percobaan dalam gram per tanaman. Data menunjukkan

pertumbuhan semak belukar yang relatif lambat dan akumulasi N pada 8
bulan

pertama

atau

selama

masa

penyembuhan

tanaman

dari

pemotongan. Kemudian hal ini diikuti dengan peningkatan pesat
pertumbuhan yang mengakibatkan peningkatan hampir 4 kali lipat
akumulasi DM dan N selama musim kedua pertumbuhan. Pohon-pohon
yang ditanam dengan cara alley atau plantation menunjukkan pola sangat
mirip baik dalam pertumbuhan dan akumulasi N keseluruhan (Gambar.
2C).
Ada kecenderungan umum untuk tanaman memiliki kadar N yang
berlimpah (3-4,5% N di DM) di musim pertama setelah pemotongan
(Gambar. 2B), karena adanya akumulasi progresif bahan kayu seperti
batang yang menebal dan memperbanyak dedaunan yang kaya akan N.
Ada juga kecenderungan dalam sistem alley dan plantation untuk
konsentrasi N dalam pohon menjadi sangat rendah selama akhir musim
panas dan musim gugur (1996/7 dan 1997/8). Hal ini berkaitan dengan
stres yang disebabkan oleh gugurnya daun.
Sebaliknya, %N meningkat tajam dari awal hujan Mei melalui
musim dingin (Agustus/ September) ketika tumbuhan berada dalam
kondisi banyak daun dan mampu mengasimilasi lebih dari cukup N untuk
mempertahankan pertumbuhan saat itu.

Gambar 2. Perkiraan dari (A) dry matter kumulatif, (B) %N pada dry matter, dan
(C) kumulatif total N semak yang ditumbuhkan kembali dari pohon tagaste,
selama 2 tahun dari pemotongan pertama (May 1996) ketika berumur 4 tahun.

3.3 Sinyal δ15 N dari komponen agroekosistem dan turunan dari %Ndfa
untuk seluruh semak dan pertumbuhan pucuk baru dari tagasaste
Karena distribusi secara acak dari spesies rujukan dalan dan di
antara plot, nilai δ15 N untuk tanaman rujukan yang dibuat di lokasi penelitian
dikumpulkan untuk setiap waktu pengambilan sampel terlepas dari spesies yang
bersangkutan dan tempat pengambilan. Ketika menurunkan %Ndfa untuk
semua semak N, -0.48%o didapatkan untuk nilai B (Tabel 1) untuk pucuk
berumur 269 hari, sedangkan ketika membuat estimasi yang sama untuk
biomassa pucuk, nilai B nya dalah 0.53% o (Tabel 2) untuk material daun dari
pot yang sama. Range δ15 N untuk spesies rujukan (2.2%o -5.1%o) cenderung
lebih luas daripada tagasaste tapi, rata-rata 3.72% o di semua spesies dan

waktu panen, cukup tinggi untuk mendapatkan nilai yang berguna untuk
%Ndfa dari sampel tagasaste secara bersamaan. δ15 N untuk individu
dewasa Ptilotus yang berakar dalam (range 2.9-5.1% o ) tidak terlalu jauh

dengan rumput yang berakar dangkal (2.4-4.7%o ). Analisis tiap bulan untuk
δ15 N dari nitrat dari air tanah dibawah plot memiliki range 1.5-4.8% o selama

jangka waktu 12 bulan (Feb 1997-Maret 1998), rata-rata 2.525% o . Getah
xylem N dari bagian terbawah akar tagasaste (2.8-3.3%o ) dan
pertumbuhan pucuk Eucalyptus todtiana (3.7-4.0%o ), menunjukkan
sinyal nitrat-terkait δ15 N yang terekam dari air tanah dan getah xylem akar
tagasaste tidak jauh berbeda dari yang ditunjukan oleh macam non-N 2 –fixing

tanaman rujukan. Karena kemiripan yang dekat dalam alley δ15 N dan
plantation tagasaste, mean untuk hal ini untuk setiap waktu pengambilan sampel
digunakan untuk menurunkan %Ndfa. Data δ15 N mengindikasikan keseragaman
yang tinggi (78-89%) kebergantungan seluruh pertumbuha coppice dal
mengikat N2 dibandingkan terhdapa N tanah.

3.4 Waktu akumulasi N dari fiksasi dan tanah ke dalam biomassa pohon
Jumlah total N pada panen terkahir dari alley dan plantation mirip
(230 g N/tree), dengan jumlah yang besar untu penurunan ini dari fiksasi
N2. terdapat bukti bahwa semak mengakumulasi N selama musim
dingin/musim semi tahun 1997. Hal ini mungkin adalah hasil dari
aktivitas akar dari alley-culture tree yang terganggu pada awal musim
dingin dengan penanaman pada tanah selama penyemaian diselingi
dengan tanaman tahunan. Mean %Ndfa untuk plantation dan alley adalah
83%. Nilai pada tabel 3 merupakan penurunan dari (a) jumlah total N
dalam biomassa pertumbuhan kembali pada 2 tahun terakhir persemaian
dan (b) estimasi bertahap dalam kandungan N dari cabang induk paling
bawah dibawah pucuk semak dan N dari biomassa akar, sebagai turunan
dari rasio material kering dengan total N di pucuk samapi akar, dan rasio
Dm dari semak dengan cabang induk paling bawah. Total dari 3 item
tersebut adalah 306 dan 338 g N/tree untuk alley dan plantation. Dengan
550 pohon per hektar dalam konfogurasi jalan kecil, dan 2330 per hektar
dalam jarak perkebunan, nilai ini akan menjadi 168 kg N/hektar dalam
total biomassa pohon dengan jarak alley dan 790 kg N/hektar dalam
plantation selama 2 tahun. Konsentrasi dari N di dalam sampah cukup
tinggi (1.5-2% dalam DM) dan dengan mssajenis sampah di dalam rage
18-25 kg Dm/tree, jumlah sampah N yang terakumulasi dari setiap pohon
sangat besar yaitu 179 g N alley/ hektar dan 192 g N plantation/tree. Jika
diasumsikan sampah ini sudah terakumulasi selama 6 tahun dari
pertumbuhan pohon dan mineralisasi N diabikan, maka total N yang
disebutkan akan kembali ke permukaan tanah sebagai sampah selama 2
tahun penelitian. Proporsi dari input sampah dapat ditambahkan ke dalma
laju fiksasi tahuna per hektar mengggunakan nilai mean 83 %Ndfa untuk
plantation dan alley. Total N dari 201g/hektar sebagai biomassa yang
hidup ditambah sampah dengan 2 tahun persemaina sebanding dengan
input fiksasi yaitu 83 kg N per hektar per tahun, sedangkan pohon dengan
jarak plantation sekitar 390 kg N terfiksasi per hektar per tahun.

IV. Pembahasan
Sinyal δ15N pada biomassa N tumbuhan keseluruhan dan pada bagian
spesifik pohon tagaste yang hanya bergantung pada N menunjukkan
fraksinasi isotop N yang lebih besar selama partisi daripada fiksasi N 2 per se,
dengan kandungan pada nodul sangat banyak, daun dan akar cukup banyak,
dan batang tidak mengandung

15

N relatif terhadap atmosfer N2 (0 ‰).

Pengurangan 15N di tunas relatif terhadap nodul akar umumnya terdapat pada
tumbuhan kacang-kacangan pemfiksasi N2 yang memiliki nodul fungsional
yang kaya akan 15N. Hingga saat ini, mekanismenya belum dapat dijelaskan.
δ15N total dihitung dengan δ15N daun, batang, akar, dan nodul tagaste yang
seluruhnya simbiotik sebagai 0,42 ‰ (s.e. 0,11) 145 DAS dan -0,47 ‰ (tidak
termasuk daun-daun jatuh) 269 DAS. Terdapat literatur mengenai fraksinasi
dengan hasil fiksasi N2 yang bernilai positif dan negatif untuk spesies
tumbuhan kacang-kacangan yang sama (Shearer dan Kohl, 1986). Alasan
umum untuk δ15N seluruh tumbuhan kacang-kacangan yang seluruhnya
simbiotik tidak mendekati 0 ‰ adalah fraksinasi selama hilangnya N dengan
penguapan atau daun yang jatuh, kesalahan dalam rekonstruksi komponen
seluruh bagian tanaman δ15N, kontribusi dari N biji dalam spesies berbiji, dan
komtaminasi N dari medium akar. Terbukti jika kondisi sepenuhnya
terkendali, tumbuhan kacang-kacangan yang sepenuhnya simbiotik memiliki
nilai δ15N pada keseluruhan tumbuhan yang mendekati 0 ‰ (Peoples et al.,
1989 dan diskusi pada Hogberg, 1997 dan Unkovich dan Pate, 2000).
Variasi δ15N yang signifikan antar bagian tanaman kurang dapat
dipahami. Nodul kacang-kacangan kaya akan 15N sedangkan tunasnya sedikit.
Bagian tumbuhan yang berkayu memiliki δ15N lebih rendah dari bagian daun
baik untuk tumbuhan kacang-kacangan (Shearer dan Khol, 1986; van Kessel
et al., 1994) maupun bukan (Gebauer dan Schulze, 1991). Hal ini juga terjadi
pada penelitian terhadap tagaste baik pada tumbuhan dengan fiksasi N2
maupun memanfaatkan N2 dan NO3-. N yang berpindah ke jaringan berkayu
cenderung menjadi δ15N yang lebih rendah dari sumbernya yaitu bahan
berdaun muda (Handley dan Scrimgeour, 1997). Reduksi NO3- (Pate et al.,
1993; Evans et al., 1996) penting untuk nilai δ15N akar dibandingkan dengan

pucuk, yaitu δ15N di akar (1-2,5 ‰) dan pucuk (0,2 2 ‰) pada tumbuhan
yang diberi nutrisi KNO3- (3,45 ‰) sebagai bukti pemanfaatan NO3- di akar.
Reduksi nitrat terbukti dapat menyebabkan perbedaan δ15N tanda tangan pada
bagian-bagian tanaman. Pada penelitian ini tidak dilakukan penelitian lebih
lanjut mengenai reduksi NO3- pada tagaste, tetapi aktivitas nitrat reduktase
tidak terdeteksi pada pucuk atau akar sampel bulan Mei (musim gugur) di
Moora (M. Unkovich dan JS Pate, data tidak dipublikasikan) menggunakan
tes standar in vivo (Stewart et al., 1993).
Semakin tinggi konsentrasi nitrat, semakin tinggi juga δ15N pada
komponen tumbuhan yang diberi nitrat dan seutuhnya simbiotik. Hal ini
menunjukkan bahwa fraksinasi isotop N tidak mengganggu kelimpahan 15N di
alam sebagai acuan pengukuran input fiksasi N2 pada pohon tagasaste.
Penelitian di Moora juga menggunakan tumbuhan referensi yang cocok untuk
memantau δ15N dari tumbuhan yang bermineral N (Pate et al., 1994).
Biomassa N pucuk tumbuhan berakar dangkal spesies gulma herba tahunan,
tanaman tahunan berakar dalam, xilem getah N dari bagian bawah akar
tunggang tagaste yang tidak bernodul, dan air tanah untuk memantau
kemungkinan variasi δ15N dari N anorganik dari berbagai bagian profil tanah.
Kombinasi δ15N yang mirip (3-4,5 ‰) untuk semua bahan dan nilai yang
relatif rendah untuk semak tagasaste (-0.4 hingga 0,9 ‰), memungkinkan
estimasi % Ndfa yang cukup akurat menggunakan teknik kelimpahan

15

N

alami dan spesies referensi tahunan dan abadi tumbuhan bukan kacangkacangan yang tersedia. Nilai B dicocokan pada seluruh tunas akhir panen
dari kultur pohon tagaste, yang seluruhnya simbiotik pada pot, dengan
seluruh N tunas semak tagaste, dan nilai B untuk daun pada tumbuhan yang
sama-sama dikultur pada pot, untuk menilai % Ndfa dari N yang diambil dari
tunas tumbuhan liar dan tumbuhan yang dikembangkan.
Protokol ini diharapkan dapat mengatasi kesalahan pada penelitian
fiksasi biologis oleh pohon atau semak kacang-kacangan menggunakan
teknik

15

N (contohnya pada diskusi Shearer dkk., 1983; Shearer dan Kohl,

1986; Domenach et al., 1989; Danso et al. 1992; Ovalle et al., 1996; Peoples
et al., 1996). Tagaste terbukti dapat memfiksasi sebagian besar N, kesalahan

metode ini terkait dengan fraksinasi

15

N dalam tumbuhan dibandingkan

dengan variasi δ15N tumbuhan referensi (Unkovich dan Pate, 2000). Namun,
alasan di atas bukanlah masalah serius dalam penelitian ini.
Perkiraan jumlah N2s pada penelitian ini sedikit konservatif, karena
analisis gagal memperhitungkan pergantian N dalam formasi musim dan
penuaan nodul dan biomassa akar. Faktor ini diketahui cukup berpengaruh
dalam siklus N pada semak tumbuhan kacang-kacangan seperti Leucaena
leucocephala (van Kessel et al., 1994) dan herba tanaman dan rumput
tumbuhan kacang-kacangan (Unkovich dan Pate, 2000)
Penelitian lain mengenai fiksasi N2 di tagasaste ada pada Ovalle et al.
(1996), yang membandingkan akumulasi biomassa, % Ndfa dan input N
spesies ini pada tiga tumbuhan kacang-kacangan Chili. Produksi biomassa
setelah 2 tahun penanaman terbukti jauh lebih besar pada tagasaste, yang nilai
Ndfa rata-rata mencapai 86% dan fiksasi setara dengan 49 g N per pohon per
tahun. Nitrogen isotop fraksinasi di tagasaste Hasil dari pohon muda yang
tidak dipotong pada penelitian tersebut tidak dapat dibandingkan dengan
penelitan ini yang menggunakan tumbuhan lebih tua, tetapi keduanya
menunjukkan kompetensi simbiotik C. proliferus dengan kondisi lapangan.
Selanjutnya,

penelitian

Ovalle

et

al.

(1996)

dan

penelitian

ini

(JS Pate, pengamatan tidak diterbitkan) telah menemukan nodul di kedalaman
yang cukup (di bawah 2 m) serta di akar atas tumbuh tagasaste. Karakter
nodul pada nodul yang lebih dalam memungkinkan fiksasi tetap terjadi pada
musim panas, dimana nodul pada akar lateral bagian atas telah mati, seperti
yang telah digambarkan untuk Prosopis spp. oleh Sprent (1987).
Perbandingan nilai input tahunan N untuk tumbuhan tagaste liar dan
yang dipelihara di Moora dengan pohon yang dapat memfiksasi N 2 dari
agroekosistem lain sangat menarik. Review Danso et al. (1992) meringkas
data untuk % Ndfa dan input fiksasi untuk spesies pohon/ semak selain
tagasaste. Nilainya berkisar 45-65% Ndfa dan input fiksasi 304-548 kg N per
hektar per tahun untuk berbagai penelitian Leucaena leucocephala, 11-18%
dan 43-102 kg N per hektar per tahun untuk Sesbania sesban, 35-45% dan
505-581 kg N per hektar per tahun untuk S. rostrata, 72% dan 108 kg N per

hektar per tahun untuk Gliricidia sepium, 60% dan 94 kg N per hektar per
tahun untuk Albizzia lebbeck, dan 39-76% dan 43-60 kg N per hektar per
tahun untuk simbiosis tumbuhan bukan kacang-kacangan Casuarina
equisetifolia berbasis Frankia.
Sebagian besar perkiraan di atas diperoleh dengan desain penanaman,
manajemen, umur pohon, densitas, dan kondisi iklim yang berbeda
dibandingkan penelitian ini, nilai 83% Ndfa dan 390 kg N per hektar per
tahun untuk tagaste yang ditanam pada penelitian ini memiliki peringkat
tertinggi

di

antara

spesies.

Selain

itu,

kinerja

fiksasi

N2

dari

spesies di tempat penelitian pada tahun kedua setelah pemotongan (150-170g
N per pohon) yang setara dengan 587 kg N per hektar per tahun untuk jarak
penanaman, merupakan yang tertinggi dari spesies di atas dan lebih tinggi
dari nilai maksimal fiksasi N2 oleh tanaman kacang-kacangan tahunan dari
penelitian sebelumnya (Unkovich dan Pate, 2000). Nilai 587 kg N per hektar
per tahun mendekati potensi maksimum yang dapat dicapai dari tagaste yang
ditanam di Australia Barat dengan kombinasi musim dingin ringan, radiasi
matahari tingkat tinggi, air tanah tidak mengandung garam yang tidak
terbatas, dan curah hujan yang mendukung punck produktivitas dan kinerja
simbiotik pada spesies (Lefroy et al., 2001).
Penelitian ini menjelaskan keuntungan tagasaste dalam hal input N pada
biomassa pakan ternak dalam ekosistem pertanian. Ketergantungannya
terbatas pada NO3- pada tanah dan air tanah, dikombinasikan dengan
kemungkinan penambahan N dari dekomposisi tagasaste, menunjukkan
potensi dampak negatif dalam hal pencemaran akuifer oleh NO3-.
Perbandingan tingkat dampak ini dengan dampak dari penggunaan tumbuhan
kacang-kacangan harus dievaluasi lebih jauh.

V. Daftar Pustaka
Danso SKA, Bowen GD, Sanginga N (1992) Biological nitrogen fixation in
trees in agro-ecosystems. Plant and Soil 141, 177–196.
Domenach AM, Kurdali F, Bardin R (1989) Estimation of symbiotic
dinitrogen fixation in alder forest by the method based on natural 15 N
abundance. Plant and Soil 118, 51–59.
Evans RD, Bloom AJ, Sukrapanna SS, Ehleringer JR (1996) Nitrogen isotope
composition of tomato (Lycopersicon esculentum Mill. cv. T-5) grown
under ammonium or nitrate nutrition. Plant, Cell and Environment 19,
1317–1323.
Gault RR, Pilka A, Hebb D, Brockwell J (1994) Nodulation studies on
legumes

exotic

to Australia:

symbiotic

relationships

between

Chamaecytisus palmensis (tagasaste) and Lotus spp. Australian Journal
of Experimental Agricultural 34, 385–394.
Gebauer G, Schulze E-D (1991) Carbon and nitrogen isotope ratios in
different compartments of a healthy and a declining Picea abies forest
in the Fichtelgebirge, NE Bavaria. Oecologia 87, 198–207.
Handley L, Scrimgeour C (1997) Terrestrial plant ecology and in Ecological
Research 27, 133–212.
Hogberg P (1997)

15 N natural abundance in soil–plant systems New

Phytologist 137, 179–203.
Hogberg P (1990) 15 N natural abundance as a possible marker of the
ectomycorrhizal habit of Trees in mixed African woodlands. New
Phytologist 115, 483–486.
Lefroy EC, Stirzaker RJ (1999) Agroforestry for water management in the
cropping zones of southern Australia. Agroforestry Systems 45, 277–
302.

Lefroy EC, Stirzaker RJ, Pate JS (2001) The influence of tagasaste Trees
(Chamaecytisus proliferus) on the water balance of an alley cropping
system on deep sands in Western Australia. Australian Journal of
Agricultural Research (in press)
McArthur WM (1991) ‘Reference soils of south-western Australia.’
(Department of Agriculture and Australian Society of Soil Science, WA
Branch: Perth)
Ovalle C, Longeri L, Aronson J, Herrera A, Avendano J (1996) N -fixation,
nodule efficiency and biomass accumulation after Two years in three
Chilean legume trees and tagasaste Chamaecytisus proliferus subsp.
palmensis. Plant and Soil 179, 131–140.2
Pate JS, Bell, T (1999) Application of the mimic concept to the speciesrich
Banksia woodlands of the deep oligotrophic sands of Western Australia.
Agroforestry Systems 45, 303–342. Pate JS, Dawson TE (1999)
Assessing the performance of woody plants in uptake and utilisation of
carbon, water and nutrients. Agroforestry Systems 45, 245–276.
Pate JS, Stewart GR, Unkovich MJ (1993) 15N natural abundance of plant
and soil components of a Banksia woodland ecosystem in relation to
nitrate utilization, life form, mycorrhizal status and N –fixing abilities
of component species. Plant, Cell and Environment 16, 365–373.
Pate JS, Unkovich MJ, Armstrong EL, Sanford P (1994) Selection of
reference plants for 15 N natural abundance assessment of N fixation
Bay crop and pasture legumes in southwest Australia. Australian
Journal Agricultural Research 45, 133–147.
Pate JS, Unkovich MJ, Erskine PD, Stewart GR (1998) Australian mulga
ecosystems — 13C and 15N natural abundance of biota components
and their ecophysiological significance. Plant, Cell and Environment
21, 1231–1242.

Peoples MB, Faizah A, Rerkasem B, Herridge, D (1989) (Eds) ‘Methods for
evaluating nitrogen fixation by nodulated legumes in the field.’
(Australian Centre for International Agricultural Research: Canberra)
Peoples MB, Palmer B, Lilley DM, Duc LM, Herridge DF (1996) Application
of 15 N and xylem ureide methods for assessing N fixation of three
shrub legumes periodically pruned for forage. Plant and Soil 182,125–
137.
Shearer G, Kohl DH (1986) N2 fixation in field settings: estimates based on
natural 15N abundance. Australian Journal of Plant Physiology 13,
699–756.
Shearer G, Kohl DH, Virginia RA, Bryan BA, Skeeter JL, Nilsen ET, Sharifi
MR, Rundel PW (1983) Estimates of N -fixation from variation in the
natural abundance of 15N in Sonoran desert ecosystems. Oecologia 56,
365–373.
Sprent JI (1987) ‘The ecology of the nitrogen cycle.’ (Cambridge University
Press: Cambridge, UK)
Stewart GR, Pate JS, Unkovich MJ (1993) Characteristics of inorganic
nitrogen assimilation of plants in fire-prone Mediterranean-type
vegetation. Plant, Cell and Environment 16, 351–363.
Unkovich MJ, Pate JS (2000) An appraisal of recent measurements of
symbiotic nitrogen fixation by crop legumes. Field Crops Research, 65,
211–228.
Unkovich MJ, Pate JS, Sanford P, Armstrong EL (1994) Potential precisionof
the d 15 N natural abundance method in field estimates of N fixation by
crop and pasture legumes in SW Australia. Australian Journal
Agricultural Research 45, 119–132.

Unkovich MJ, Pate JS, Sanford P (1997) Nitrogen fixation by annual legumes
in Australian Mediterranean agriculture. Australian Journal of
Agricultural Research 48, 267–293.
van Kessel C, Farrell R, Roskoski J, Keane K (1994) Recycling of the
naturally-occurring
15 N in an established stand of Leucaena leucocephala. Soil Biology and
Biochemistry 26, 757–762.
Velinsky D, Pennock J, Sharp J, Cifuentes L, Fogel, M (1989) Determination
of the isotopic composition of ammonium-nitrogen at the natural
abundance level from estuarine waters. Marine Chemistry 26, 351–361.
Yoneyama T (1995) Nitrogen metabolism and fractionation of nitrogen
isotopes in plants. In ‘Stable isotopes in the biosphere’. E Wada, T
Yoneyama, M Minagawa, T Ando and B Fry) pp. 92–102. Kyoto
University