POTENSI PELEPASAN N-NH4+ DAN N-NO3- TANAH ANDISOL YANG DITANAMI SAYURAN DI DAERAH DATARAN TINGGI
ANGGI TRESNAWATI HIDAYAT
DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2009
ABSTRAK ANGGI TRESNAWATI HIDAYAT. Potensi Pelepasan N-NH4+ dan N-NO3- Tanah Andisol yang Ditanami Sayuran di Daerah Dataran Tinggi. Dibimbing oleh BETTY MARITA SOEBRATA dan LADIYANI RETNO W. Nitrogen merupakan salah satu unsur hara esensial bagi tanaman namun ketersediaannya rendah di dalam tanah. Nitrogen diserap oleh tanaman dalam bentuk NH4+ (amonium) dan NO3- (nitrat). Nitrogen organik dalam tanah mudah berubah sehingga penelitian ini bertujuan untuk mengukur potensi pelepasan N-NH4+ dan N-NO3pada tanah Andisol yang ditanami sayuran di daerah dataran tinggi. Contoh tanah andisol yang digunakan dalam penelitian ini berasal dari tanah yang dikelola petani 1 dan 2 di daerah Kejajar Wonosobo dan Sumowono Semarang. Tahap analisis dimulai dengan persiapan contoh lalu dimasukkan ke dalam pipa paralon (diameter 5,4 cm dan tinggi 10 cm) untuk diinkubasi. Inkubasi dilakukan selama 102 hari dengan sampling sebanyak 9 kali dengan waktu sampling 0, 7, 18, 31, 46, 60, 74, 88, dan 102 hari. Tahap berikutnya kadar NH4+ dan NO3- pada tanah tersebut dianalisis dengan metode KCl dan CaCl2 secara spektrofotometri. Berdasarkan hasil penelitian, potensi pelepasan kadar N-NH4+ tanah Kejajar Wonosobo pada petani 1 dan 2 berturut-turut sebesar 7,45 dan 7,15 mg/kg, sedangkan kadar N-NO3- petani 1 dan 2 berturut-turut sebesar 111,20 dan 123,41 mg/kg. Potensi pelepasan kadar N-NH4+ tanah Sumowono Semarang petani 1 dan 2 berturut-turut sebesar 7,23 dan 7,17 mg/kg, sedangkan kadar N-NO3- petani 1 dan 2 berturut-turut sebesar 94,95 dan 103,55 mg/kg. Laju mineralisasi amonium atau nitrat mempunyai pola yang hampir sama pada tanah Andisol Kejajar Wonosobo dan Sumowono Semarang. ABSTRACT ANGGI TRESNAWATI HIDAYAT. Mineralization potency of N-NH4+ and N-NO3- at Andisol Soil planted vegetables on highly upland. Supervised by BETTY MARITA SOEBRATA and LADIYANI RETNO W. Nitrogen is one of essential minerals for plant but it has less availability in the soil. Nitrogen is absorbed by plant as NH4+ (ammonium) and NO3- (nitrate). Nitrogen organic in the soil is easy to change so this experiment was carried out to measure mineralization potency of N-NH4+ and N-NO3- at Andisol Soil planted vegetables on highly upland. Andisol soils sample used came from Kejajar Wonosobo and Sumowono Semarang represent farmer 1 and 2. The first step of analysis was preparation of soil sample, and put it into PVC (diameter 5,4 cm and high 10 cm) for incubation. Experiment needed 102 days incubation with 9 times sampling with time duration of each sampling is 0, 7, 18, 31, 46, 60, 74, 88, and 102 days. Then, NH4+ and NO3- contents of the soil were analyzed using KCl and CaCl2 spectrofotometri method. Based on the experiment, mineralization potency of released N-NH4+ at Kejajar Wonosobo from soil farmer 1 and 2 were 7,45 and 7,15 mg kg-1, whereas N-NO3- of farmer 1 and 2 were 111,20 and 123,41 mg kg-1, respectively. Mineralization potency of released N-NH4+ at Sumowono Semarang from soil farmer 1 and 2 were 7,23 and 7,17 mg kg-1, whereas N-NO3- of farmer 1 and 2 were 94,95 and 103, 55 mg kg-1, respectively. Ammonium or Nitrate mineralization processes almost has same pattern in andisol soils at Kejajar Wonosobo and Sumowono Semarang.
POTENSI PELEPASAN N-NH4+ DAN N-NO3- TANAH ANDISOL YANG DITANAMI SAYURAN DI DAERAH DATARAN TINGGI
ANGGI TRESNAWATI HIDAYAT
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 : Potensi Pelepasan N-NH4 dan N-NO3 Tanah Andisol yang Ditanami
Sayuran di Daerah Dataran Tinggi
Nama : Anggi Tresnawati Hidayat NIM : G44204032
Menyetujui: Pembimbing I,
Pembimbing II,
Betty Marita Soebrata, S.Si., M.Si. NIP 131 694 523
Ir. Ladiyani Retno W., M.Sc. NIP 080 118 973
Mengetahui Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Dr. drh. Hasim, DEA NIP 131 578 806
Tanggal Lulus:
PRAKATA Segala puji dan syukur atas segala rahmat dan karunia Allah SWT sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi berdasarkan hasil penelitian dengan + judul Potensi Pelepasan N-NH4 dan N-NO3 Tanah Andisol yang Ditanami Sayuran di Daerah Dataran Tinggi. 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.
Penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada Ibu Betty Marita Soebrata, S.Si. M.Si. selaku pembimbing I dan Ibu Ir. Ladiyani Retno W, MSc. selaku pembimbing II yang memberikan masukan dan nasihatnya. Selain itu, kepada Prof. Dr. Ir. M. Sri Saeni, MS. (Alm), kedua orang tua, Mas Agung, Bu Diah, Pak Dedi, Pak Iwan, Teh Iin, Teh Puji, dan Hardiriyanto atas masukan ilmunya, beserta teman-teman kimia angkatan 41 yang telah memberikan dukungan dan doanya. Sebagai penutup, penulis berharap penelitian ini dapat bermanfaat bagi semua pihak.
Bogor, Januari 2009
Anggi Tresnawati Hidayat
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Sumedang pada tanggal 17 Januari 1986 dari ayah bernama Lukman Hidayat dan ibu bernama Ade Kurniawati. Penulis adalah anak ke-1 dari 2 bersaudara. Tahun 2004 penulis lulus dari SMU Negeri 1 Situraja 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 SEAMEO BIOTROP. Judul yang dipilih adalah Pengaruh Penambahan Pupuk dan Perbedaan Jarak Tanam terhadap Pertumbuhan Tanaman Jarak Pagar. Selama mengikuti perkuliahan, penulis menjadi asisten Kimia Fisik pada tahun ajaran 2007/2008.
DAFTAR ISI Halaman DAFTAR GAMBAR .....................................................................................
vii
DAFTAR LAMPIRAN ...................................................................................
vii
PENDAHULUAN ..........................................................................................
1
TINJAUAN PUSTAKA Tanah Andisol .. ...................................................................................... Sayuran di Dataran Tinggi ..................................................................... Nitrogen dalam Tanah............................................................................. Metode Penetapan Senyawa Nitrogen .................................................... Kadar Air.................................................................................................
1 1 2 3 3
BAHAN DAN METODE Alat dan Bahan ....................................................................................... Metode Analisis ...................................................................................... Persiapan Contoh ................................................................................... Inkubasi Tanah ....................................................................................... Penentuan Kadar Air .............................................................................. Penentuan Kadar Amonium Tanah ........................................................ Penentuan Kadar NitratTanah ................................................................
3 3 3 3 4 4 4
HASIL DAN PEMBAHASAN Sifat Tanah Awal ................................................................................... Kadar Air ............................................................................................... Mineralisasi Nitrogen Tanah Andisol Kejajar Wonosobo ...................... Mineralisasi Nitrogen Tanah Andisol Sumowono Semarang ................
4 5 5 6
SIMPULAN DAN SARAN Simpulan ................................................................................................ Saran ....................................................................................................
7 8
DAFTAR PUSTAKA .....................................................................................
8
LAMPIRAN …………………………………………………………………
10
DAFTAR GAMBAR Halaman 1 Kadar air contoh tanah Andisol Kejajar Wonosobo pada perlakuan inkubasi .................................................................................................. 2 Kadar air contoh tanah Andisol Sumowoo Semarang pada perlakuan inkubasi ................................................................................................... 3 Hubungan konsentrasi N-NH4+ dan hari inkubasi pada tanah Andisol Kejajar Wonosobo ................................................................... 4 Hubungan konsentrasi N-NO3- dan hari inkubasi pada tanah Andisol Kejajar Wonosobo ................................................................... 5 Hubungan konsentrasi N-NH4+ dan hari inkubasi pada tanah Andisol Sumowono Semarang .............................................................. 6 Hubungan konsentrasi N-NO3- dan hari inkubasi pada tanah Andisol Sumowono Semarang ..............................................................
5 5 6 6 7 7
DAFTAR LAMPIRAN Halaman 1 2 3 4 5 6 7 8
Pembuatan pereaksi dan larutan.............................................................. Data analisis sifat tanah awal ................................................................. Kriteria penilaian sifat-sifat tanah .......................................................... Bagan alir kerja ...................................................................................... Perhitungan analisis tanah ...................................................................... Kurva standar amonium ......................................................................... Kurva standar nitrat ................................................................................ Data analisis penghitungan kadar amonium daerah Kejajar Wonosobo ............................................................................................... 9 Data analisis penghitungan kadar nitrat daerah Kejajar Wonosobo ....... 10 Data analisis penghitungan kadar amonium daerah Sumowono Semarang ................................................................................................. 11 Data analisis penghitungan kadar nitrat daerah Sumowono Semarang ................................................................................................
11 12 13 14 15 16 17 18 20 22 24
PENDAHULUAN Pertanian sayuran menduduki tempat khusus dalam sistem pertanian di Indonesia karena pengusahaannya yang sangat intensif. Sayuran biasanya diusahakan di daerah dataran tinggi karena tanah yang subur dan suhu yang mendukung untuk pertumbuhan tanaman tersebut. Salah satu jenis tanah yang merupakan sentra produksi sayuran di Indonesia adalah tanah andisol dengan luas sekitar 5,39 juta Ha (Puslitbangtanak 2006). Tanah andisol merupakan tanah yang berasal dari bahan vulkan dan kaya bahan organik. Peningkatan produksi tanaman sangat berkaitan dengan keadaan hara dalam tanah. Jenis dan jumlah unsur hara yang diberikan harus disesuaikan dengan kebutuhan tanaman untuk tingkat produksi tertentu. Pupuk merupakan salah satu sumber unsur hara yang dibutuhkan oleh tanaman, sehingga berguna untuk meningkatkan produksi pertanian. Penggunaan pupuk yang berlebihan berbahaya bagi lingkungan dan kesehatan manusia sehingga penggunaannya harus diefisienkan. Nitrogen merupakan salah satu unsur hara esensial bagi tanaman namun ketersediaannya rendah di dalam tanah karena mudah mengalami pencucian dan penguapan. Nitrogen dibutuhkan dalam jumlah besar untuk mendukung pertumbuhan tanaman. Sumber utama nitrogen di dalam tanah adalah bahan organik, sehingga keberadaan bahan organik akan menentukan jumlah dan ketersediaan N dalam tanah. Menurut Soepardi (1996) nitrogen diserap oleh tanaman dalam bentuk NH4+ (amonium) dan NO3- (nitrat) yang diperoleh dari perombakan N organik menjadi N-mineral melalui proses biokimia kompleks dengan membebaskan gas CO2. Ion–ion nitrat, nitrit, dan amonium jumlahnya bergantung pada jumlah pupuk yang diberikan dan kecepatan dekomposisi bahan tanah. Hasil penelitian Umariah (2007) menjelaskan bahwa metode analisis yang baik untuk penetapan NH4+ dengan metode ekstraksi KCl dan metode ekstraksi CaCl2 digunakan untuk penetapan NO3-. Penelitian Ushama (2006) menjelaskan potensi mineralisasi N-NH4+ dan N-NO3- tanah Andisol Getasan Semarang memiliki pola kenaikan dan penurunan N-NH4+ yang hampir sama akan tetapi tidak untuk ketersediaan NNO3- . Defisiensi nitrogen selama masa pertumbuhan dapat menurunkan hasil tanaman. Di lain pihak kelebihan nitrogen
akan menyebabkan masalah lingkungan yang disebabkan oleh pencucian nitrat setelah masa panen tanaman. Penelitian ini bertujuan mengukur potensi pelepasan N-NH4+ dan N-NO3- pada tanah Andisol yang ditanami sayuran di daerah dataran tinggi.
TINJAUAN PUSTAKA Tanah Andisol Tanah adalah bahan mineral tidak padat (unconsolidated) yang terletak di permukaan bumi dan dipengaruhi oleh faktor-faktor genetik serta lingkungan yang meliputi bahan induk, iklim (termasuk kelembapan dan suhu), organisme (makro dan mikro), dan topografi pada suatu periode tertentu (Hanafiah 2005). Tanah juga merupakan kumpulan dari benda alam di permukaan bumi yang tersusun dalam horison-horison, terdiri atas campuran bahan mineral, bahan organik, air, dan udara, serta merupakan media untuk tumbuhnya tanaman (Hardjowigeno 2003). Setiap jenis tanah memiliki kandungan bahan organik yang berbeda-beda, bergantung pada tingkat ketinggian dan horizon tanah (Darmawijaya 1990). Tanah andisol merupakan tanah yang berwarna gelap khususnya pada lapisan atas. Tanah ini umumnya dibentuk oleh bahan vulkanik dan banyak ditemukan di dataran tinggi di sekitar gunung berapi (Hardjowigeno 2003). Tanah andisol memiliki porositas yang tinggi, memiliki kapasitas memegang air tinggi, tetapi ketahanan terhadap erosi rendah. Tanah andisol memiliki potensi yang cukup besar untuk dimanfaatkan secara optimum. Sifat kimia dari tanah andisol ditandai dengan reaksi tanah agak masam sampai netral (pH 5,0–6,5), kejenuhan basa sekitar 20-40%, kapasitas tukar kation sekitar 20-30 me/100g kandungan C dan N tinggi tetapi rasio C/N rendah, kandungan kalium sedang, kandungan fosfor rendah, berat jenis < 0.85% dan pada kapasitas lapang kelembaban tanah > 15% dan kandungan bahan organik pada lapisan atas 520 % (Tan 1991). Sayuran di Dataran Tinggi Tanaman sayuran biasanya merujuk pada tunas, daun, buah, dan akar tanaman yang lunak dan dapat dimakan secara utuh atau sebagian, segar/mentah atau dimasak, sebagai pelengkap pada makanan (Williams 1993). Jenis sayuran yang diusahakan dan ditemukan di pasar-pasar jauh lebih banyak di daerah tropis daripada di negara-negara iklim sedang.
Lebih dari 100 jenis (spesies) tanaman dibudidayakan sebagai sayuran di berbagai bagian daerah tropis terutama di daerah dataran tinggi. Usaha pertanian sayuran dipengaruhi oleh ketinggian tempat. Tipe-tipe usaha pertanian sayuran yang berbeda dapat dijumpai di dataran tinggi dan dataran rendah, dan secara luas perbedaan ini dapat dinyatakan melalui jenis sayuran yang ditanam. Beberapa jenis tertentu secara tradisional diusahakan di dataran tinggi seperti kubis krop, kubis bunga, wortel, brokoli, kucai, kentang, dan sebagainya. Jenis lain seperti sayuran buah, kacang panjang, dan terong secara tradisional diusahakan di dataran rendah. Sayuran yang ditanam di daerah dataran tinggi lebih menghasilkan produksi yang tinggi karena dipengaruhi oleh suhu yang lebih rendah dibandingkan di dataran rendah. Suatu kenyataan fisiologi yang umum bahwa suhu yang lebih rendah lebih memicu pertumbuhan akar, bunga, dan organ-organ penyimpanan serta memicu perkembangan buah dan biji (Williams 1993). Nitrogen dalam Tanah Nitrogen merupakan salah satu unsur hara makro bagi pertumbuhan tanaman yang sangat diperlukan untuk pembentukan atau pertumbuhan seperti daun, batang, dan akar (Hakim 1986). Nitrogen diserap oleh tanaman dengan kuantitas terbanyak dibandingkan dengan unsur lain yang didapatkan dari tanah (Krisna 2002). Sumber nitrogen di dalam tanah adalah dari fiksasi oleh mikroorganisme, air irigasi dan hujan, absorpsi amoniak, perombakan bahan organik, dan pemupukan (Delwice diacu dalam Chapman 1975). Nitrogen di dalam tanah mempunyai dua bentuk utama, yaitu nitrogen organik dan nitrogen anorganik berupa amonium (NH4+), amoniak (NH3), nitrit (NO2), dan nitrat ( NO3-) (Stevenson 1982). Mineralisasi merupakan proses konversi nitrogen bentuk organik menjadi bentuk mineral (Krisna 2002). Menurut Soepardi (1996) ion-ion nitrat, nitrit, dan amonium jumlahnya bergantung pada jumlah pupuk yang diberikan dan kecepatan dekomposisi bahan tanah. Laju mineralisasi nitrogen bergantung pada suhu, rasio C/N, pH tanah, dan susunan mineral lempung (Sanchez 1992). Menurut Havlin et al. (1999), proses mineralisasi melibatkan dua reaksi yaitu reaksi aminisasi dan amonifikasi yang terjadi melalui aktivitas mikroorganisme heterotrofik. Aminisasi adalah pemecahan protein dan
senyawa serupa menjadi senyawa asam amino. Reaksi yang terjadi sebagai berikut (Soepardi 1983): protein
R-NH2 + CO2 + energi
Amonifikasi adalah proses enzimatik yang mengubah senyawa amino menjadi amonium dengan bantuan bakteri heterotrof. Kecenderungan NH4+ terbentuk karena kehadiran ion-ion hidrogen dalam tanah, dan ikatan yang kuat terbentuk antara amonia dan hidrogen dari penyatuan elektron (Foth 1998). Reaksi yang terjadi sebagai berikut: R-NH2 + H2O NH3 + H
+
R-OH + NH3 + energi NH4+
Amonium yang terbentuk pada proses ini : (1) diubah menjadi N-NO3- melalui nitrifikasi; (2) diserap oleh tanaman; (3) digunakan langsung oleh mikroorganisme heterotrof dalam dekomposisi C-organik untuk proses selanjutnya; (4) fiksasi dalam kisi-kisi mineral liat; dan (5) diubah menjadi N2 dan dilepaskan perlahan kembali ke atmosfer (Havlin et al. 1999). Menurut Wiederholt dan Johnson (2005) nitrifikasi merupakan konversi amonium melalui nitrit (NO2-) menjadi nitrat (NO3-). Proses ini merupakan proses biologis yang memerlukan bakteri spesifik sebagai mediasi. Selain itu, proses ini terjadi secara cepat pada tanah yang hangat, lembap, dan cukup air. Faktor-faktor yang mempengaruhi nitrifikasi dalam tanah adalah jumlah amonium, populasi bakteri nitrifikasi, reaksi tanah, aerasi tanah, kelembapan tanah, dan suhu (Havlin et al. 1999). Reaksi yang terjadi sebagai berikut: 2NH4+ +3O2Nitrosomonas 2NO2-+2H2O+4H+ 2NO2- + O2
Nitrobacter
2NO3-
Menurut Pang dan Letey (2000) nitrogen dalam bentuk nitrat lebih mobil dan mudah pindah ke dalam air tanah yang menyebabkan degradasi kualitas air. Tanaman dapat mengadsorpsi nitrat melalui akar-akarnya dan digunakan untuk memproduksi protein. Pencucian nitrat merupakan proses pergerakan yang menurunkan nitrat melalui profil tanah oleh air tanah. Perkolasi air tanah merupakan kejadian fisik kehilangan nitrat. Nitrat mudah larut dan bergerak dalam tanah yang airnya berlebih di bawah zona akar. Standar yang ditetapkan untuk jumlah nitrat yang diperbolehkan dalam air minum adalah 50 mg/l (Permenkes No.416/1990). Kehilangan nitrogen pada pertanian dapat terjadi melalui denitrifikasi, volatilisasi, dan
