MINERALISASI NITROGEN PADA EMPAT KEDALAMAN TANAH ANDISOL YANG DIKELOLA SECARA ORGANIK DAN KONVENSIONAL DI CIWIDEY DAN CISARUA
EGIH NOORIZQIYAH
DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2009
ABSTRAK EGIH NOORIZQIYAH. Mineralisasi Nitrogen pada Empat Kadalaman Tanah Andisol yang Dikelola secara Organik dan Konvensional di Ciwidey dan Cisarua. Dibimbing oleh BETTY MARITA SOEBRATA dan DIAH SETYORINI. Sistem pertanian konvensional menggunakan pestisida dan pupuk anorganik dengan dosis yang berlebihan, sehingga menyebabkan akumulasi hara di perairan maupun air tanah yang berdampak pada pencemaran lingkungan. Nitrogen merupakan salah satu unsur hara esensial dengan tingkat ketersediaan yang rendah dalam tanah. Perilaku nitrogen dalam tanah sangat dinamis dan mudah berubah sehingga dilakukan penelitian untuk mengetahui tingkat pelepasan nitrogen khususnya dalam bentuk NH4+ dan NO3pada empat kedalaman tanah Andisol yang dikelola secara organik dan konvensional di Ciwidey dan Cisarua. Contoh tanah diambil pada kedalaman 0-25, 25-50, 50-75, dan 75-100 cm di Ciwidey (Bukit Organik) dan Cisarua (Permata Hati dan Bina Sarana Bakti). Pengeboran dilakukan pada tiap bedengan dengan 4 titik yang dipilih secara acak di setiap pertanaman. Contoh tanah dari 4 titik tersebut dicampurkan menjadi satu contoh tanah komposit yang homogen. Kadar NH4+ dan NO3- pada tanah tersebut dianalisis dengan metode KCl dan CaCl2 secara spektrofotometri. Berdasarkan hasil pengamatan terdapat perbedaan pelepasan kadar NH4+ dan NO3- pada beberapa kedalaman tanah Andisol yang dikelola secara organik dan konvensional di Permata Hati, Bukit Organik, dan Bina Sarana Bakti. Mineralisasi nitrogen dalam bentuk NH4+ tanah pada pertanian organik lebih lambat dibandingkan dengan pertanian konvensional.
ABSTRACT EGIH NOORIZQIYAH. Nitrogen Mineralization of Four Andisol Soil Depths which is Cultivating Organic and Conventional in Ciwidey and Cisarua. Supervised by BETTY MARITA SOEBRATA and DIAH SETYORINI. Conventional agricultural system uses pesticide and organic fertilizer excessively that cause nutrient accumulation in waters and ground water that can pollute environment. Nitrogen is one of essential nutrient with low availability in the ground. Nitrogen is dynamic nutrient and easy to change. Therefore it needs to obtain information about nitrogen mineralization degrees especially NH4+ and NO3- in some depths of Andisol soil which is developed for cultivating organic and conventional in Ciwidey and Cisarua. The soil samples were taken from 0-25, 25-50, 50-75, and 75-100 cm depths at Ciwidey (Bukit Organik) and Cisarua (Permata Hati dan Bina Sarana Bakti). Drilling was done in each embankment of four points which were chosen randomly of each cultivating area. Soil samples of four points were mixed to homogenous. NH4+ and NO3- contents of the soil were analyzed using KCl and CaCl2 spectrophotometric methods. Based on the results, there was a difference of nitrogen mineralization (content of NH4+ and NO3-) in the some depths of Andisol soil which is developed for cultivating organic and conventional at Permata Hati, Bukit Organik, and Bina Sarana Bakti. Nitrogen mineralization of NH4+ in the soil of organic cultivating is slower than conventional cultivating.
MINERALISASI NITROGEN PADA EMPAT KEDALAMAN TANAH ANDISOL YANG DIKELOLA SECARA ORGANIK DAN KONVENSIONAL DI CIWIDEY DAN CISARUA
EGIH NOORIZQIYAH
Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Departemen Kimia
DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2009
Judul : Mineralisasi Nitrogen pada Empat Kedalaman Tanah Andisol yang Dikelola secara Organik dan Konvensional di Ciwidey dan Cisarua Nama : Egih Noorizqiyah NIM : G44204025
Menyetujui:
Pembimbing I,
Pembimbing II,
Betty Marita Soebrata, S.Si., M.Si. NIP 131 694 523
Dr. Diah Setyorini NIP 080 077 872
Mengetahui: Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Dr. drh. Hasim, DEA NIP 131 578 806
Tanggal Lulus:
PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan karuniaNya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi berdasarkan hasil penelitian dengan judul ”Mineralisasi Nitrogen pada Empat Kedalaman Tanah Andisol yang Dikelola secara Organik dan Konvensional di Ciwidey dan Cisarua”. Penelitian dilaksanakan dari bulan Maret 2008 sampai Juli 2008 di Laboratorium Uji Tanah Balai Penelitian Tanah, Balai Besar Penelitian dan Pengembangan Sumber Daya Lahan Pertanian. Terima kasih penulis ucapkan kepada Ibu Betty Marita Soebrata, S.Si., M.Si. selaku pembimbing pertama, dan Ibu Dr. Diah Setyorini selaku pembimbing kedua, atas semua arahan, kesabaran dan bimbingannya kepada penulis. Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Prof. Dr. Ir. MS Saeni, MS. (Alm) yang telah memberikan arahan dan masukan ilmunya. Terima kasih juga penulis sampaikan kepada kegiatan penelitian N-Balance yang kerja sama antara Ghent University, Belgia dan Balai Penelitian Tanah, Bogor, Pak Dedi, Bu Retno dan Bu Linca atas masukan ilmu dan kesabaranya, Pak Iwan, dan Teh Iin atas masukan ilmunya, beserta teman-teman kimia angkatan 41 khususnya Uchan, Anggi, Ai, Harry, iyan yang telah memberikan doa dan dukungannya. Tak lupa penulis ucapkan terima kasih buat Hardiriyanto, S.Si yang telah memberi motivasi, masukan ilmu, dukungan, dan doa yang sangat berarti bagi penulis.Penghargaan dan terima kasih juga ditujukan kepada Ayah, Ibu, Kakak, dan Adik, atas kasih sayang, doa, perhatian, dan dukungannya. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat bagi pembaca.
Bogor, Januari 2009
Egih Noorizqiyah
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Subang pada tanggal 22 Desember 1985 dari ayah bernama H. Maman Majuddin (Alm) dan ibu bernama Hj. Enok Juenah. Penulis adalah anak ke-3 dari 4 bersaudara. Tahun 2004 penulis lulus dari SMU Negeri 1 Ciasem dan pada tahun yang sama lulus seleksi masuk IPB melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB pada Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Penulis melakukan praktik lapangan pada tahun 2007 di Balai Besar Penelitian Tanaman Padi, Subang. Judul yang dipilih adalah Pengaruh Dosis Pupuk Nitrogen Terhadap Kadar Protein, Mutu Fisik, dan Sifat Fisikokimia Beras Varietas Cigeulis, Ciherang, dan Batang Lembang. Selama mengikuti perkuliahan, penulis menjadi asisten Kimia Fisik pada tahun ajaran 2007/2008.
DAFTAR ISI Halaman DAFTAR GAMBAR .....................................................................................
vii
DAFTAR TABEL ...........................................................................................
vii
DAFTAR LAMPIRAN ...................................................................................
vii
PENDAHULUAN ..........................................................................................
1
TINJAUAN PUSTAKA Tanah Andisol .. ...................................................................................... Nitrogen Tanah........................................................................................ Mineralisasi Nitrogen ............................................................................. Nitrifikasi ............................................................................................... Metode Penetapan Senyawa Nitrogen..................................................... Pertanian Organik dan Konvensional ..................................................... Kadar Air.................................................................................................
1 2 2 3 3 4 4
BAHAN DAN METODE Bahan dan Alat ....................................................................................... Metode .................................................................................................... Pengambilan Contoh Tanah ................................................................... Penentuan Kadar Air .............................................................................. Penentuan Kandungan Amonium Tanah ................................................ Penentuan Kandungan Nitrat Tanah ...................................................... Analisis Statistik .....................................................................................
4 4 4 4 4 5 5
HASIL DAN PEMBAHASAN Sifat Tanah Awal .................................................................................... Kadar Air ................................................................................................ Pelepasan NH4+ Tanah pada Sistem Pertanian Organik dan Konvensional .......................................................................................... Pelepasan NO3- Tanah pada Sistem Pertanian Organik dan Konvensional .......................................................................................... Perbandingan antara Pertanian Organik dan Konvensional pada Penentuan Kadar NH4+ Tanah ................................................................ Perbandingan antara Pertanian Organik dan Konvensional pada Penentuan Kadar NO3- Tanah .................................................................
9
SIMPULAN DAN SARAN Simpulan ................................................................................................ Saran ....................................................................................................
10 10
DAFTAR PUSTAKA .....................................................................................
10
LAMPIRAN …………………………………………………………………
12
5 5 6 7 8
DAFTAR GAMBAR Halaman 1 2 3 4 5 6 7 8
Kadar air (%) pada beberapa kedalaman tanah di pertanian organik .. Kadar air (%) pada beberapa kedalaman tanah di pertanian konvensional ....................................................................................... Kadar amonium (mg/kg) pada beberapa kedalaman tanah di pertanian organik ................................................................................................ Kadar amonium (mg/kg) pada beberapa kedalaman tanah di pertanian konvensional ....................................................................................... Kadar nitrat (mg/kg) pada beberapa kedalaman tanah di pertanian organik ................................................................................................ Kadar nitrat (mg/kg) pada beberapa kedalaman tanah di pertanian konvensional......................................................................................... Perbandingan kadar NH4+ tanah awal pada kedalaman 0-25 cm antara pertanian organik dan konvensional.......................................... Perbandingan kadar NO3- tanah awal pada kedalaman 0-25 cm antara pertanian organik dan konvensional ..........................................
6 6 7 7 8 8 9 9
DAFTAR LAMPIRAN Halaman 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Pembuatan pereaksi dan larutan........................................................... Data analisis tanah awal ...................................................................... Kriteria penilaian sifat-sifat tanah (Puslittanah 2005)......................... Diagram alir penelitian ........................................................................ Contoh perhitungan analisis tanah ...................................................... Data analisis penentuan NH4+ tanah di Permata Hati .......................... Data analisis penentuan NH4+ tanah di BukitOrganik ......................... Data analisis penentuan NH4+ tanah di Bina Sarana Bakti .................. Data analisis penentuan NO3- tanah di Permata Hati .......................... Data analisis penentuan NO3- tanah di Bukit Organik ......................... Data analisis penentuan NO3- tanah di Bina Sarana Bakti .................. Perhitungan analisis statistik kadar NH4+ tanah.................................... Perhitungan analisis statistik kadar NO3- tanah ...................................
13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 27
PENDAHULUAN Sistem pertanian di Indonesia pada umumnya berbasis konvensional, namun beberapa tahun terakhir muncul alternatif teknologi berbasis lingkungan, seperti LEISA (sistem pertanian input rendah) dan pertanian organik. Sistem pertanian sayuran dataran tinggi yang dibudidayakan di Ciwidey dan Cisarua adalah sistem pertanian organik dan konvensional. Namun petani di daerah tersebut telah menggunakan pupuk yang berlebihan sehingga perlu dikaji untuk mengetahui kesuburan tanah dan perubahan sifat kimia yang terjadi. Sistem pertanian konvensional menggunakan pestisida dan pupuk anorganik dengan dosis yang berlebihan, sehingga menyebabkan akumulasi hara di perairan maupun air tanah yang berdampak pada pencemaran lingkungan. Meningkatnya dampak kerusakan lingkungan akibat penggunaan pestisida dan pupuk, membawa kesadaran bagi segenap pihak, dengan menerapkan teknologi ramah lingkungan antara lain melalui cara budidaya pertanian organik. Menurut Sutanto (2002) pertanian organik menerapkan hukum pengembalian yang berarti suatu sistem yang berusaha untuk mengembalikan semua jenis bahan organik ke dalam tanah baik dalam bentuk residu dan limbah pertanaman maupun ternak yang selanjutnya bertujuan memberikan makanan pada tanaman. Analisis tanah dapat menilai tingkat produktivitas tanah. Hal ini dibutuhkan karena kondisi setiap tanah berbeda-beda, bergantung pada proses pembentukannya. Proses pembentukkan tanah sendiri dipengaruhi oleh faktor lingkungan (pedogenesis) maupun kegiatan manusia (metapedogenesis) (Purwowidodo 1998). Salah satu jenis tanah di Indonesia adalah tanah Andisol. Tanah Andisol merupakan tanah yang berkembang dari bahan vulkanik (Hardjowigeno 2003). Analisis tanah dilakukan pada beberapa kedalaman. Pemilihan kedalaman untuk sampling berdasarkan pada nilai kedalaman efektif. Kedalaman efektif adalah tingkat kedalaman tanah yang tidak dapat ditembus oleh akar karena batu. Analisis tanah digunakan dalam penelitian kesuburan sebagai dasar penentuan rekomendasi pemupukan untuk perbaikan kesuburan tanah dan peningkatan hasil pertanian. Perilaku nitrogen di dalam tanah sangat dinamis dan mudah berubah. Oleh karena itu bila dalam jumlah yang berlebihan akan
berbahaya bagi lingkungan dan kesehatan manusia sehingga penggunaan pupuk khususnya nitrogen harus diefisienkan (Resh 1983). Menurut Hakim (1998) proses mineralisasi tanah sangat bergantung pada faktor-faktor lingkungan seperti iklim dan macam vegetasi yang dipengaruhi oleh keadaan setempat seperti topografi, batuan induk dan kegiatan manusia. Oleh karena itu perbedaan jenis tanah dan cara pengolahan tanah terutama pemupukan, memungkinkan terjadinya perbedaan ketersediaan nitrogen hasil proses mineralisasi nitrogen dalam tanah. Nitrogen adalah salah satu unsur hara esensial dengan tingkat ketersediaan yang rendah di dalam tanah, karena mudah hilang melalui proses penguapan dan pencucian. Sumber utama nitrogen tanah adalah bahan organik, yang kemudian akan mengalami proses mineralisasi yaitu konversi nitrogen oleh mikroorganisme dari nitrogen organik (protein dan senyawa amina) menjadi bentuk anorganik (NH4+ dan NO3-) sehingga menjadi tersedia untuk diserap oleh tanaman (Crohn 2004). Hasil penelitian Umariah (2007) menjelaskan bahwa metode yang digunakan untuk analisis penetapan NH4+ pada tanah, yaitu metode ekstraksi KCl sedangkan metode yang digunakan untuk penetapan NO3- adalah metode ekstraksi CaCl2. Walaupun nitrogen tersedia secara alami namun jumlahnya tidak cukup untuk tanaman maka diberikan dalam bentuk pupuk organik maupun pupuk sintetis. Penelitian ini bertujuan mengukur dan membandingkan tingkat pelepasan amonium (NH4+) dan nitrat (NO3-) pada beberapa kedalaman tanah Andisol pada sistem pertanian organik dan konvensional. Selain itu hasil penelitian ini dapat digunakan sebagai dasar pemberian dosis pupuk nitrogen.
TINJAUAN PUSTAKA Tanah Andisol Tanah merupakan hasil pelapukan batuan yang bercampur dengan sisa-sisa bahan organik dari organisme (vegetasi atau hewan) yang hidup di permukaan atau di dalamnya. Setiap jenis tanah mempunyai sifat dan karakteristik tertentu yang dicirikan melalui sifat fisik, kimia, dan biologi tanah (Tejoyuwono 1998). Andisol berdasarkan pada sistem klasifikasi taksonomi tanah dikenal dengan Andosol yang memiliki epipedon histik dan sifat andik serta memiliki kompleks pertukaran yang didominasi oleh
2
bahan amorf dengan bobot isi kurang dari 0.85 g/cm3 (Soil Survey Staff 1999). Sifat umum Andisol di Indonesia meliputi ciri morfologi dan fisik kimia. Ciri morfologi Andisol ditandai dengan tanah yang berwarna gelap, coklat sampai hitam, porositas tinggi, memiliki kapasitas air tinggi, tetapi ketahanan terhadap erosinya rendah. Sifat fisik kimia Andisol ditandai dengan reaksi tanah agak masam sampai netral (pH 5.0−6.5), kejenuhan basa sekitar 20−40%, kapasitas tukar kation tinggi sekitar 20−30 me/100g, kandungan C dan N tinggi tetapi rasio C/N rendah, kandungan kalium sedang, kandungan fosfor rendah, sukar mengalami peptisasi, berat jenis <0.85% dan pada kapasitas lapang kelembaban tanah >15%. Andisol terbentuk baik di dataran rendah maupun di lereng gunung sampai kira−kira ketinggian 2000 m di atas permukaan laut (Tan 1991). Menurut Lembaga Penelitian Tanah, peta penyebaran tanah tahun 1963 (Ciwidey) dan 1966 (Cisarua) skala 1:250.000 menunjukkan bahwa tanah tersebut merupakan tanah Andisol. Berikut ini data analisis awal tanah Andisol Cisarua dan Ciwidey. Tabel 1 Data analisis awal tanah Andisol Cisarua dan Ciwidey* Kode N-total C-organik C/N (%) (%) PHO 0.38 3.36 8.9 PHK 0.23 1.95 8.7 BOO 0.49 5.06 10.4 BOK 0.31 2.75 8.8 BSBO 0.34 3.18 9.4 BSBK 0.35 3.08 8.7 *Sumber: Moeskops, 2007 Keterangan: Permata Hati (PH), Bukit Organik (BO), dan Bina Sarana Bakti (BSB). Nitrogen Tanah Nitrogen merupakan unsur hara makro esensial yang sangat diperlukan untuk pertumbuhan tanaman. Nitrogen diserap oleh tanaman dengan kuantitas terbanyak dibandingkan dengan unsur lain yang didapatkan dari tanah (Krisna 2002). Atmosfer mengandung nitrogen dalam jumlah yang besar, kira-kira 80% dari udara terdiri atas nitrogen. Pembentukan nitrogen di alam dalam bentuk terikat, yang disebut fiksasi nitrogen. Hal ini terjadi di dalam tanah, terutama oleh bakteri. Jenis bakteri pengikat nitrogen yang paling efisien bersifat simbiotik (Nasoetion 1996).
Fraksi nitrogen yang terdapat dalam tanah yang umum adalah N-organik. Subfraksi dari N-organik terdiri atas asam amino dan humin N. Persen konsentrasi dan distribusi dari sub-fraksi dari N-organik selalu bervariasi, bergantung pada faktor tanah, komponen yang ditambahkan, proses pengairan, intensitas pengolahan dan komponen mikrobiologi tanah. Fraksi N-tanah yang lain adalah fraksi N-anorganik yang disusun atas N-NH4+, N-NO3-, N-NO2- dan N2 (Krisna 2002). Kehilangan nitrogen pada tanah pertanian dapat terjadi melalui denitrifikasi, volatilisasi amonia, dan pencucian (kehilangan NO3-). Pencucian nitrat merupakan masalah pencemaran yang potensial terjadi pada air permukaan dan air bawah tanah yang sangat berbahaya bagi lingkungan dan kesehatan manusia (Bohn et al. 1979). Mineralisasi Nitrogen Tanah Mineralisasi merupakan aspek penting dari transformasi nitrogen dalam tanah. Mineralisasi adalah proses konversi dari bentuk organik dari nitrogen menjadi bentuk mineral (Krisna 2002). Proses mineralisasi nitrogen mencakup perombakan N-organik menjadi N-mineral dalam tanah. Nitrogen tanah sebagian besar berada dalam bentuk organik, maka pelapukan N-organik merupakan suatu proses yang menjadikan nitrogen tersedia bagi tanaman. Pelapukan yang merupakan suatu proses biokimia yang kompleks membebaskan karbondioksida dan akhirnya nitrogen dibebaskan dalam bentuk amonium (NH4+). Menurut Havlin et al. (1999), proses mineralisasi melibatkan dua reaksi yaitu reaksi aminisasi dan amonifikasi yang terjadi melalui aktivitas mikroorganisme heterotrofik. Aminisasi merupakan proses perubahan protein dan senyawa serupa yang merupakan sebagian besar nitrogen dari tanah menjadi senyawa amino. Prosesnya dapat digambarkan sebagai berikut (Soepardi 1983): Protein → R–NH2 + CO2 + Energi Mineralisasi disebut juga dengan amonifikasi, karena hasil akhirnya adalah amonia. Sebagian besar amonia cepat menghasilkan bentuk NH4+. Kecenderungan NH4+ terbentuk karena kehadiran ion-ion hidrogen dalam tanah, dan ikatan yang kuat terbentuk antara amonia dan hidrogen dari penyatuan elektron (Foth 1998).
