HARA TANAMAN N, P & K (RESUME) SYEKHFANI, 2012
Objek Utama: Bentuk-bentuk dan transformasi N. Memungkinkan mengerti perubahan-N ke N-tersedia bagi tanaman dan relevan dengan isu lingkungan. Mengetahui mekanisme kontrol fiksasi-P, dan faktor utama penentu ketersediaan K. Mengetahui perihal fiksasi-P bergantung-pH. Mengetahui peran ganda bahan organik dalam nutrisi P. Mengetahui bentuk utama P dalam tanah. Mengetahui fakta bahwa K tidak berubah bentuk dalam daurnya.
Konsep dan Istilah Kunci: Hara-makro, Hara-mikro (unsur trace) Fiksasi-N2, Amonifikasi, Asimilasi Nitrogen, Nitrifikasi dan Denitrifikasi Eutrofikasi Fiksasi-P Daur tak sempurna Fiksasi-K
1
Bacaan Tambahan untuk Materi ini dan berikutnya: 1. Paramasivam,S., A. K. Alva, A. Fares, and K. S. Sajwan. 2001. Estimation of Nitrate Leaching in an Entisol under Optimum Citrus Production. Soil Science Society of America Journal 65:914–921. 2. Stecker, John A., James R. Brown, and Newell R. Kitchen. 2001. Residual Phosphorus Distribution and Sorption in Starter Fertilizer Band Applied in No-Till Culture. Soil Science Society of America Journal 65:1173–1183. 3. Mackowiak, C. L., P. R. Grossl, and B. G. Bugbee. 2001. Beneficial Effects of Humic Acid on Micronutrient Availability to Wheat. Soil Science Society of America Journal 65:1744– 1750. 4. Yermiyahu, U., R. Keren, and Y. Chen. 2001. Effect of Composted Organic Matter on Boron Uptake by Plants. Soil Science Society of America Journal 65:1436–1441. (artikel ini diperoleh dari halaman web)
Mengkaji Fenomena Sumber & Manfaat Unsur Hara Esensial bagi Tanaman: 1. Mengapa tanaman membutuhkannya? 2. Apakah ia mudah diambil tanaman? 3. Berapa jumlah relatif dibutuhkan tanaman (makro, sekunder atau mikro)? 4. Di mana unsur ditemukan (atau apa sumber global dan lokal?) 5. Bagaimana daurnya menurut waktu dan tempat? 6. Apakah unsur berangkat melalui transformasi kimia dan/atau biologi dalam sistem tanaman? Bila iya,mengertikah anda semua kunci proses dan aturan transformasinya? 7. Faktor-faktor dan proses-proses apa berkaitan atau mengontrol ketersediaan setiap unsur bagi tanaman? 8. Dapatkah anda mengaitkan pertanyaan-pertanyaan di atas dengan keputusan manajemen? 9. Dapatkan anda mengaitkan pertanyaan-pertanyaan di atas dengan isu lingkungan? 2
NITROGEN (N) 1. Apakah tanaman membutuhkan N? Tanaman butuh N untuk membentuk protein (enzim), khlorofil, dll.
2. Apakah N mobil dalam jaringan tanaman? Iya. Tanaman mendekatkan unsur N ke sekitarnya.
3. Berapa jumlah relatif kebutuhan N (makro, sekunder, atau mikro)? Empat jumlah terbanyak (di bawah C, O dan H) di antara unsur hara esensial, dan tertinggi di antara unsur hara dalam tanah. Merupakan unsur MAKRO pertama.
4. Dari mana asal N (atau apakah sumbernya bersifat global atau lokal?) (lih gambar) Catatan: Sebelum tanaman dan hewan dapat menggunakan N, pertama kali bentuk dua atom gas N2 harus di "tambat", atau diubah ke bentuk dapat digunakan.
Fluks utama pada lahan: Daur internal (tanah-tanaman) (~1200 juta metrik ton per tahun, MTPT) Input ke lahan: (1) Fiksasi-N2 biologis (~140 juta metrik ton per tahun, JMTPT) (2) Aktivitas manusia (pupuk, gas kendaraan, dll.) (~130) (3) Fiksasi-N2 oleh petir (~20) (4) semprotan laut (~15) Total input: 305 3
Output dari lahan: (1) denitrifikasi (~130) (2) aliran sungai (~36) (3) debu dan NOx dari lahan (~12) Total output: 178 Imbangan bersih lahan: 305 - 178 = 127 Mengapa daur nitrogen di lahan jauh dari imbangan nol?
5. Bagaimana daur N melalui waktu dan tempat? (lih gambar)
6. Apakah unsur N berangkat melalui transformasi kimia dan/atau biologis dalam sistem tanah-tanaman? Bila iya, apa anda mengerti semua kunci proses baik regulasi maupun transformasinya? Iya. Ia berangkat baik dari transformasi kimia maupun biologis.
Amonifikasi Amonifikasi adalah konversi biologis N-organik ke N-anorganik ---amonium: R-NH2 > NH3 (atau NH4+) Banyak mikroorganisme pelaku amonifikasi. Semua dekomposer melakukan. Jadi setiap kondisi berhubungan dengan dekomposisi bahan organik tanah (BOT) merupakan faktor penting mengontrol amonifikasi (seperti: substrat mikrobial, air, O2, suhu, dsb).
Asimilasi Asimilasi adalah proses di mana N anorganik (NH4+ atau NO3-) dikonversi ke bentuk Norganik.
4
Proses tipik: NO3(NH4+) > R-NH2 Proses ini terjadi hanya dalam kondisi biologis (atau sel hidup).
Denitrifikasi Denitrifikasi adalah seri proses mulai dari nitrat (NO3-) dan berakhir dengan N2: NO3- > NO2- > (N2O) > N2 Beberapa bakteri denitrifikasi tipik: (Paracoccus denitrificans, Thiobacillus denitrificans, Pseudomonas spp.). Kunci tentang denitrifikasi: 1. Mikroba denitrifikasi menggunakan NO3- atau NO2- sebagai aseptor elektron. 2. Denitrifikasi hanya terjadi di bawah kondisi anaerobik. 3. Denitrifikasi butuh substrat reduksi sebagai sumber energi. 4. Sistem enzim keseluruhannya dihambat oleh oksigen bebas, tetapi tidak amoniak. 5. Asetilin dapat memblok reduktase N2O (Balderson et al.1976), sehingga digunakan untuk mengukur tingkat denitrifikasi, sedang N2 sangat kuat diukur berkaitan dengan latar belakamg di udara. Bila ditambahkan 0.01 atm gas asetilin ke inkubasi atmosfer, produk akhir denitrifikasi adalah N2O.
Nitrifikasi Nitrifikasi adalah seri proses oksidasi mulai dari amonium dan berakhir dengan nitrat: Nitrosomonas
Nitrobacter
Nitrifikasi: NH4+ > NO2- > NO3-
5
Baik Nitrosomonas maupun Nitrobacter adalah khemo-litotrof, keduanya aktif pada pH rendah sedang nitrifikasi terjadi pada lingkungan pH rendah. Dari NH 4+ ke NO3perubahan bisa sangat nyata, khususnya dalam tanah. Seluruh NH 4+ diserap permukaan partikel tanah (pertukaran kation). Jadi TAK ADA masalah kehilangan N melalui pencucian dan pencemaran lingkungan. Nitrat dalam air tanah berupa ion NO3- sangat bebas bergerak, menjadi masalah serious: 1. Nitrat + senyawa amino ---nitrosamina (karsinogenik tinggi) 2. Nitrat dapat direduksi dalam usus balita menjadi nitrit racun, berkombinasi dengan hemoglobin darah, menyebabkan sesak napas atau disebut sindrom bayi biru. 3. Reduksi nitrat menjadi nitrit dapat juga terjadi di lambung ternak ruminan, menyebabkan penyakit hewan.
Fiksasi-N2 Fiksasi nitrogen (N2) Merupakan proses konversi N2 ke amoniak (amonium), atau nitrat. Ada tiga cara utama fiksasi-N2: (1) Petir alami (2) Sintesis buatan (3) Mikroorganisme prokariotik--fiksasi-N2 biologis
(1). Fiksasi-N2 oleh petir N2 > NOx > NO3Masih belum begitu jelas bagaimana ini terjadi. Pada skala global, petir dapat menambat sebanyaknya 70 hingga 100 juta metrik ton nitrogen per tahun.
(2). Fiksasi-N2 buatan Proses terkenal dari Haber-Bosch: 6
200 ATM + 5000 oC 4N2 + 12H2 > 8NH3 Katalis Persamaan di atas mewakili produksi utama industri pupuk nitrogen. Sekarang jumlah pupuk nitrogen total digunakan dunia 70-80 juta metrik ton per tahun. Produksi pupuk nitrogen merupakan bisnis energi sangat intesif.
(3). Fiksasi-N2 biologis Beberapa mikroorganisme prokariotik mampu melakukan fiksasi-N2: N2 + 6H + (16+9 ATP) > 2NH3 Enzim bertanggung jawab sebagai katalisator reaksi di atas disebut nitrogenase. Semua nitrogenase super peka terhadap O2 bebas. Sejumlah O2 bebas meracun enzim dan menyetop fiksasi N2. Fiksasi-N2 biologis membutuhkan suplai energi dalam jumlah besar untuk memecah ikatan kovalen N2. Secara global, fiksasi-N2 biologis menyumbang sekitar 140 juta metrik ton nitrogen per tahun dalam sistem lahan, dan sekitar 30 juta ton ke lautan.
(3.1) Simbiotik (mutualistik): Tipe Rhizobium, dan tipe aktinomiset
(3.2) "Free-living": mis., Azotobacter, Azospirillum, Beijerinckia, dan bakteri-siano (ganggang hijau biru). Prokariot ini mengandung enzim nitrogenase, dan mampu memfiksasi N2. Mereka umumnya dijumpai di permukaan tanah (daun dan pelepah, atau filosfer) lingkungan lembab atau dalam jaringan tanaman, dan beberapa dijumpai di permukaan akar, di mana suplai O2 bebas oleh substrat organik tinggi. Suatu asosiasi khusus antara bakteri-siano dan Azolla: Anabaena (asosiasi dengan Azolla), asosiasi khusus ini sedikit efisien dalam menambat N2 di lahan sawah tropika dan subtropika. 7
Beberapa bakteri-siano membentuk "hetero-kista", sel berdinding tebal, sering sel membengkak, di mana kehilangan oksigen-hasil-fotosistem-II, Sehingga nitrogenase tersebut terlindung dari oksigen.
7. Apakah faktor-faktor dan proses-proses mempengaruhi dan mengontrol kemampuan unsur tertentu pada tanaman? Semua proses transformasi, dan faktor-faktor lingkungan berpengaruh.
8. Dapatkah anda mengaitkan pertanyaan di atas dengan keputusan manajemen? Pupuk kimia vs pertanian organik.
9. Dapatkah anda mengaitkan pertanyaan di atas dengan isu lingkungan yang relevan? Alternatif daur N global Eutrofikasi Hujan asam Produksi pangan dan pertumbuhan populasi penduduk
8
FOSFOR (P)
1. Mengapa P dibutuhkan tanaman? Semua organisme membutuhkan P untuk membentuk membran sel dan asam nukleat, dll.
2. Apakah P mobil dalam tanaman? Iya. Tanaman memindah P ke sekitar.
3. Berapakah jumlah kebutuhan P relatif bagi tanaman (makro, sekunder atau mikro)? Sekitar 0.3% berat kering tanaman. Ia adalah unsur hara MAKRO.
4. Darimana unsur P berasal (atau apakah sumber P bersifat global atau lokal?) (lih gambar)
5. Bagaimana daur P menurut waktu dan tempat? Daur dan pencucian. Tidak dalam bentuk gas, disebut daur tak sempurna.
6. Apakah unsur P berangkat melalui transformasi kimia dan/atau biologis dalam sistem tanah-tanaman? Bila iya, apa anda mengerti semua kunci proses baik regulasi maupun transformasinya
9
Meski ia selalu dalam bentuk fosfat, tetapi ia berubah bentuk kimia organik vs anorganik, asosiasi kimia berbeda (mis. larutan H2PO4- dan HPO42-, tidak larut, atau organik)
7. Apakah faktor-faktor dan proses-proses mempengaruhi dan mengontrol kemampuan unsur tertentu pada tanaman? Fiksasi kimia (pH, Oksisol, dll) pelarutan mikrobial, dsb.
8. Dapatkah anda mengaitkan pertanyaan di atas dengan keputusan manajemen? Netralisasi lahan
9. Dapatkah anda mengaitkan pertanyaan di atas dengan isu lingkungan yang relevan? Cari sumber di sedimen laut
10
KALIUM (K)
1. Mengapa K dibutuhkan tanaman? Ion logam esensial untuk >60 enzim.
2. Apakah K mobil dalam tanaman? Iya. Ia hanya ada dalam bentuk mobil (tak terikat).
3. Berapakah jumlah kebutuhan relatif K bagi tanaman (makro, sekunder atau mikro)? Sekitar 0.8% dari berat kering tanaman. Ia adalah unsur MAKRO,
4. Darimana unsur K berasal (atau apakah sumber K bersifat global atau lokal?) Batuan, pelapukan batuan, dan mineral liat (contohnya mika).
5. Bagaimana daur K menurut waktu dan tempat? Daur batuan, pelapukan,dan pencucian.
6. Apakah unsur K berangkat melalui transformasi kimia dan/atau biologis dalam sistem tanah-tanaman? Bila iya, apa anda mengerti semua kunci proses baik regulasi maupun transformasinya Ia selalu berada sebagai ion K+. 11
7. Apakah faktor-faktor dan proses-proses mempengaruhi dan mengontrol kemampuan unsur tertentu pada tanaman? Ia dapat terjebak antara lempeng liat ilit atau liat sejenis selama daur basah-kering-Fiksasi K.
8. Dapatkah anda mengaitkan pertanyaan di atas dengan keputusan manajemen? Manajemen irigasi & drainase Imbangan basa-basa K, Na, Ca, Mg
9. Dapatkah anda mengaitkan pertanyaan di atas dengan isu lingkungan yang relevan? Cari sumber di sedimen laut
12
