MEMPELAJARI IMp~ILISASI N-PUPUK PADA TANAH SAWAH DENGANTEKNIK ISOTOP N

Ngadiman*, J. Soedarsono*, S. Kabirun*, dan N. Abdullah**

ABSTRAK.

MEHPELAJARI IHOBILISASI N-PUPUK PADA TANAH SAWAH DINGAH TlKMIK ISOTOP 15N•

penelitian i.obilisasi telah dilakukan pada tanah regoBol yang disawahkan .engguna­

kan teknik perunut isotop N-15. Percobaan dilakukan di rumah kaca menggunakan pot

plastik yang berisi 3,5 kg tanah kering angin yang diberi jerami padi yang dihalus­

kan se~anyak : 0; 0,4; dan n: bobot setiap pot dipupuk deng"n 100 PPIII N, 30 ppll

PZ05 dan 30 ppm KZO. Tanah digenangi air dan ditanami bibit padi, kemudian diinkuba­si selama 40 hari. Hasil percobaan menunjukkan bahwa laju imobilisasi nitrogen pupuk

meningkat dengan cepat selama 10 hari pertama. Pembenaman jerami 0; 0,4; dan 1% ber­

turut-turut mencapai imobilisasi maksimum pada hari ke : 10, ZO, dan 40. Besarnya

imobilisasi maksimum berturut-turut adalah 10, Z6 dan 38% nitrogen pupuk.

ABSTRACT

STUDY ON THI NITROGEN IItttOBILIZATION IN WATERLOGGED SOIL BY USING 15N TICB­

NIQUE. The aim of this study eluciadate immobilization of fertilizer nitrogen in

waterlogg-ed soil.On isotope technique was used in this experiment. The experiment

was conducted in the glass house using plastic pots which contained 3.5 kg dried

soil. The ground on rice straw was at the amount of 100 ppm N, 30 ppm PZOS: and 30

ppm KZO of fertilizer were applied. The soil was flooded with sterilized water.Three rice seedlings were transplanted to each pot and incubated for 40 days. The

results showed that the rate of fertilizer nitrogen immobilization was sharply in­

creased during the first 10 days incubation. The N immobilization reached the

maximum (10, Z6; and 38%) after 10, ZO and, 40 days after fertilizer application,

respectively for the straw incorporation of 0; 0,4; aflrl,.

PENDAHULUAN

Tanah sawah merupakan suatu lahan pertanian yang penting untuk

budidaya tanaman padi. Sejalan dengan laju pertambahan penduduk, ma-

* Fakultas Pertanian, UGH

** Pusat Aplikasi Isotop dan Radiasi, BAT AN

223

kapeningkatan produksi beras mutlak diperlukan. Namun usaha ini

\ dibatasi oleh kekahatan (deficiency) unsur hara utama dalam tanah,

ynitu nitroienl UntuK itu D~r~n~n tCKnoloii intcn~ifiK~~i Dcrt~niBn

di lakukan, termasuk pemupukan nitrogen dan hasilnya telah dapat di­

rasakan.

Bila dikaji secara mendalam, penerapan teknologi tersebut juga

menghadapi kendala seperti masalah efisiensi pemupukan. Beberapa

peneliti menyebutkan bahwa pada umumnya serapan nitrogen pupuk hanya

berkisar antara 30 - 40%, sedangkan 60 - 70% hilang melalui proses :

nitrifikasi-denitrifikasi, fiksasi oleh mineral lempung, penguapan

amonia, pel indian dan aliran masa (1). Oleh karena itu upaya terha­

dap efisiensi pemupukan nitrogen sangat diperlukan. Beberapa cara

untuk meningkatkan efisiensi pemupukan adalah : cara pemupukan yang

tepat (2), penggunaan senyawa penghambat ni trifikasi (3), pengem­

balian sisa tanaman setelah panen ke dalam tanah (4). Pengembalian

sisa tanaman seperti jerami padi memerlukan perhatian khusus, karena

selain produksinya yang besar antara 2 - 10 ton/Ha/musim (5), juga

terdapat beberapa akibat yang ditimbulkan (6).

Secara mikrobiologis, pengembalian jerami ke dalam tanah akan

menyediakan energi dan karbon bagi mikroba untuk tumbuh dan berkem­

bang biak (7). Pada saat itu mikroba mengasimilasi nitrogen tersedia

dalam tanah yang disebut dengan proses imobilisasi nitrogen (8).

Proses ini dapat menekan kehilangan nitrogen melalui proses-proses

di atas (9).

Bertolak pada permasalahan di atas, penelitian ini dimaksudkan

untuk menguji imobilisasi N-pupuk pada tanah yang disawahkan.

Diharapkan hasil penelitian ini dapat dikembangkan sebagai teknologi

untuk menghemat penggunaan pupuk tanpa harus menekan pertumbuhan dan

atau hasil tanaman padi secara nyata.

BAHAN DAN METODE

Bahan Penelitian. Tanah yang digunakan adalah jenis tanah

regosol yang diambil dari lahan percobaan UGM di Kalitirto, Berbah,

Sleman, Yogyakarta. Tanah dikeringanginkan, kemudian disaring dengan

saringan berdiameter 2 mm.

224

Jerami padi menggunakan jerami padi varietas IR 36, dikeringkan

pada suhu 60 - 700C dan digiling hingga 10108 saringan 20 .me8h.

Demikian pula benih padi yang ditanam adalah varietas IR 36 •

. Pupuk nitrogen dalam bentuk urea bertanda 15N diperoleh dari

Pusat Aplikasi Isotop dan Radiasi (PAIR)-BATAN Jakarta, sedang pupuk

P dan K masing-masing berbentuk TSP dan KCL.

Netode Penelitian. Sebanyak 3,5 kg tanah kering angin dituang

ke dalam ember plastik dengan ukuran diameter bawah 17 em, diameter

atas 20 em, dan tinggi 10 em.

Jerami kering-halus ditambahkan ke dalam tanah dengan takaran :

0; 0,4; dan 1% dari bobot tanah, kemudian diaduk hingga merata.

Pupuk eampuran yang terdiri dari 100 ppm N berupa urea, 30 pp.

P205 berupa TSP, dan 30 ppm K20 berupa KCL di tambahkan ke dalam

tanah dalam bentuk larutan, kemudian dieampur menggunakan mixer

sampai homogen.

Penggenangan dilakukan dengan menambahkan air steril hingga

dieapai ketinggian air 2,5 em. Cara penambahan air melalui pipa PVC

yang berlobang keeil-keeil dan ditaneapkan pada bagian tepi, sehing­

ga dapat melindungi tanah dari kerusakan.

Keesokan harinya, tiga batang bibit padi umur 21 hari ditanam

(transplantin~) pada tiap-tiap pot. Selanjutnya diinkubasi selama 40

hari dan dijaga kondisi airnya.

Pengamatan dilakukan enam kali dengan eara sampel terbuang pada

hari ke : 1, 5, 10, 20, 30, dan 40 setelah tanam. Analisis dan

pengamatan dibedakan antara tanah dan tanaman. Analisis tanah meli­

puti : kandungan nitrogen dan jumlah mikroba dalam tanah. Kandungan

nitrogen meliputi : N-total dan N-sisa (BLACK, 1965) serta N­

tersedia (10). Jumlah mikroba meliputi : mikroba aerob (11),

pereduksi nitrat (ALEXANDER 1965), dan pereduksi sulfat (MOMUAT,

1985). Pengamatan terhadap tanaman adalah : kenampakan tanaman dan

N-total.

Penetapan 15N dilakukan terhadap N-total, N-sisa, dan N-tana.an

(12) •Untuk mengetahui perbedaan antar perlakuan pada tiap-tiap

pengamatan digunakan analisis multiobservation of data yang disusun

dalam raneangan aeak lengkap dalam kelompok (RCBD), kemudian diuji

dengan Duncan Multiple Ran~e Test (DMRT) (13).

225

Y. 5 gram

ODDL-~PenetapanN- total

Penetapan

NH4

II. 15 gram

Tiga ulangansubsampel tanah

EketraKCl 2

eke trak 1 !Tan'ahli isaI,.Penetapan Penetapan

N03 N-sisg

Garrbar 1. Skerna analisis ni trogen dalarn tanah

HAS I L DAN PEMBAHASAN

Nitrogen pupuk yang terimobilisasi diketahui dengan merunut

isotop 15N dalam N-sisa tanah (8) dan hasil analisisnya seperti pada

Gambar 2 dan Tabel 1. Dari ketiga perlakuan yang diuj ikan tampak

bahwa laju imobilisasi nitrogen pupuk meningkat dengan tajam selama

10 hari pertama. Setelah itu diikuti sedikit peningkatan atau penu­

runan tergantung kandungan bahan organiknya. Kalau dilihat dari

hasil anal isis statistik, perbedaan antar perlakuan pada tiap penga­

mat an menunjukkan beda nyata mulai hari ke 5. Hasi! ini memberi

petunjuk bahwa proses imobilisasi nitrogen mulai berlangsung aktif

sejak awal inkubasi.

226

0---0 Tanpa jeram1

.~ Dengan jerami 0,4%

45 t >f-,J( Dengan jeram1 1%

35

25 ----.~

o 1 5 10 20 30 40

Waktu, hari

Garrbar 2. Pola imobilisasi nitrogen pupukpada tanah yang dis awahkan

Pembenaman jerami 0; 0,4; dan 1% berturut-turut untuk penambli.han

jerami 0; 0,4 dan 1%. Imobilisasi maksimum terjadi pada hari ke 10,

20, dan 40, besarnya masing-masing adalah 10, 26, dan 38% dari ni­

trogen pupuk yang diberikan. Dengan kata lain, pembenaman jerami ke

dalam tanah meningkatkan laju dan jumlah imobilisaasi nitrogen.

Sebagai pendukung proses imobilisasi tersebut juga terlihat

dari hasil analisis N-anorganik dan jumlah mikroba tanah. Keterse­

diaan nitrogen dalam tanah selama inkubasi seperti pada Gambar 3.

Pada awal inkubasi ketersediaan nitrogen sebesar 90 ppm, dan pada

227

Tabel 1. Perbandingan rerata 15N yang terimobilisasi tiga perlakuan

pada tiap-tiap pengamatan.

-----------------------I5N=t--~---~-:-------------------

Perlakuan erlmoblllsasi -------------------------------------------------------

1 5 10 20 30 40

••••••••••••••••••••••••• % ••••••••••••••••••••••••••••

A

4,311 a5,284a10,336a5,233a4,692a4,933a

B

6,010a15,153b25,412b25,986b25,504b24,486b

C

11,607b22,825c35,555c37,026c37,467c38,314c

Keterangan :

A, B, C = Berturut-turut perlakuan tanpa jerami; dengan

jerami 0,4%; dan dengan jerami 1%.

akhir inkubasi tinggal 9 ppm. Pengurasan N-tersedia ini disebabkan

karena terimobilisasi, diserap tanaman, dan atau hilang dalam bentuk

gas. Bila ditinjau selama 10 hari pertama, aktivitas serapan nitro­

gen oleh tanaman masih relatif kecil, sedangkan imobilisasi 'nitrogen

telah berlangsung aktif, sehingga kemungkinan terbesar penurunan N­

tersedia pada waktu 10 hari itu disebabkan oleh proses i.obilisasi.

Hasil pengamatan jumlah mikroba seperti pada gambar 4. Secara u.u.perkembangan ketiga jenis mikroba yang diamati relatif menyolok

selama 10 hari pertama. Pola masing-masing mikroba berbeda-beda

sela.a inkubasi. Hal ini disebabkan oleh perubahan lingkungan tanah,

terutama ketersediaan oksigen. Kesesuaian hasil ketiga parameter

tersebut membuktikan bahwa imobilisasi nit~gen diatas berlangsung

secara mikrobiologis. Adanya imobilisasi non-biologis dapat diabai­

kan pada jenis tanah yang digunakan dalam percobaan ini (14).

Terjadinya imobilisasi nitrogen pupuk pada tanah yang tanpa jerami

disebabkan oleh pemupukan nitrogen ke dalam tanah merangsang mikroba

untuk menggunakan cadangan substrat karbon yang ada di dalam tanah.

Pe.benaman jerami meningkatkan laju daD jumlah nitrogen pupuk yang

diimobilisasikan. Jerami mempunyai nisbah C/N = 85,

228

2 0 t·- - -8-,. - - 0...

t---, , , _\ .•... -. '~---~~--- ~-----" -i:: :::.-..,.::-~::-c.= - •..• __"./ --- ---

-¥ IIo1 5 10 20

Waktu, hart

30 40

Garnbar 3. Perubahan N-anorganik selarnainkili as i

sedangkan C/N mikroba = 10 sehingga selama perombakannya mikroba

masih harus mengambil nitrogen dari luar jerami. Besarnya nitrogen

yang diasimilasi ini ditentukan oleh banyaknya karbon jerami yang

digunakan (15). Disamping itu pola imobilisasinya berbeda-beda. Pada

perlakuan tanpa jerami dan dengan jerami 0,4% telah menunjukkan laju

penurunan secara lambat. Hal ini berarti telah berlangsung keadaan

dim ana proses imobilisasi sedikit lebih kecil daripada mineralisasi­

nya. Sebaliknya, pada perlakuan jerami 1%, sampai akhir inkubasi

masih menunjukkan imobilisasi nitrogen masih lebih besar dibanding

mineralisasinya. perbedaan laju peningkatan yang menyolok pada awal

inkubasi kemudian laju penurunan yang lambat membuktikan bahwa

proses imobilisasi berlangsung lebih cepat daripada mineralisasi.

dengan demikian nitrogen pupuk yang diimobilisasi mikroba secara

229

'"-..M~I~o~

a. Aerob

40

o1 5 10

I20

t...:

30 40

•

b. Pereduks1 n1trat'"

"-

~ 50no~~Do

~ 30•

10~I-"-.I

o 1 5 10 20 30 40

'""--.~.''"o~

c. Pereduks1 sulfat

30

10j~

~-o 1----4o5 10 20, 30 40

230

Walctu, hari

Garrbar 4. Perubahan jumlah mikroba aerob.pereduksi ni trat. dan pereduksisulfat se1ama 40 hari inktbasi

0--0 tanpa jerani.--. dengan jerami 0,4%x--x dengan jerami 1%

cepat, kemudian akan dilepaskan secara perlahan-lahan (slow-release)

menjadi bentuk tersedia kembali yang dapat digunakan oleh tanaman.

Kegiatan mikroba ini dapat dimanfaatkan dalam usaha efisiensi peng­

gunaan pupuk.

Satu hal lain yang perlu dipertimbangkan sehubungan dengan ak­

tivasi imobilisasi nitrogen adalah pertumbuhan tanaman pada waktu

mikroba aktif melakukan imobilisasi. Bila diatas tanah terdapat ta­

naman, semen tara mikrobanya sedang aktif maka akan terjadi per­

saingan dalam penggunaan nitrogen. Biasanya mikroba yang akan

"menang", sehingga tanaman dapat mender ita defisiensi nitrogen. Oleh

karena itu per lu dicari imbangan kedua hal tersebut yang paling

menguntungkan. Sebagai bioassay terhadap masalah ini telah diujikan

tanaman padi pada masing-masing perlakuan diatas, dan hasilnya

seperti pada Gambar 5.

Pada gambar tersebut ditunjukkan bahwa sampai hari ke 30,

kenampakan tanaman pada tiap perlakuan berbeda. Namun demikian

gejala defisiensi nitrogen tampak jelas hanya pada kontrol dan

perlakuan jerami 1%, sedang perlakuan tanpa jerami dan jerami 0,4%

tampak subur dan tidak berbeda nyata. Dengan demikian diketahui

bahwa pembenaman jerami 1% sangat menurunkan pertumbuhan tanaman,

walaupun dapat menekan kehilangan nitrogen pupuk lebih besar (lihat

Tabel 2).

Tabel 2. Neraca kesetimbangan N-pupuk dalam sistem tanah sawahsetelah hari ke 40

Perlakuan Masukan (%) Keluaran (%)-----------------------------------

A

B

C

100

100

100

1

4,93

24,49

38,31

2

13,58

29,3442,72

3

56,25

48,54

35,99

4

69,83

77,8878,71

x

30,17

22,12

21,29

Keterangan : 1 = N-15 yang terimobilisasi2 = N-15 total dalam tanah3 = N-15 dalam tanaman4 = jumlah 2 dan 3X = N-15 yang hilang

231

Gambar 5. Perturrbuhan padi tDTlur30 hari setelah tanarn

A = kontrol C tanpa pupuk & jerami)B = dengan pupukC =pupuk + jerami 0,4%D = pupuk + jerarni 1%

Hasil perhitungan tersebut juga menunjukkan bahwa pada perlaku­

an jerami sebagian besar nitrogen pupuk dalam tanah berupa N­

terimobilisasi dan hanya kira-kira 15% yang berupa N-tersedia.

Sebaliknya pada perlakuan tanpa jerami, sebagian besar N-pupuk dalam

bentuk tersedia yang lebih mudah hilang. Pembenaman jerami 0; 0,4;

dan 1% berturut-turut terjadi kehilangan nitrogen pupuk sebesar 30,

22, dan 21%.

KESIMPULAN

Berdasarkan percobaan ini dapat diambil beberapa kesimpulan

sebagai berikut :

1. Laju imobilisasi nitrogen pupuk meningkat dengan cepat selama 10

hari pertama.

232

2. Imobilisasi maksimum pada hari ke 10, 20 dan 40 berturut-turut

untuk penambahan jerami OJ 0,4; dan 1% dan bobot tanah, besarnya

masing-masing 10, 20 dan 38% dari jumlah N yang ditambahkan.

3. Keuntungan pembenaman jerami adalah memacu kegiatan mikroba

meningkatkan efisiensi pemupukan dan atau menekan kehilangan

nitrogen pupuk.

4. Pembenaman jerami 0,4% lebih menarik untuk dipertimbangkan se­

bagai usaha penghematan pupuk dan pemeliharaan kesehatan tanah

dalam jangka panjang.

DAFTAR PUSTAKA

1. CRASWELL, E.P., and VLEK, P.L.G., Fate of fertilizer nitrogen

applied to wetland soil. Dev. Plant and Soil ~ (1983) 237.

2. DEDATTA, S.K., "Fertilizer management for efficient use in

wetland rice soils", Soil and Rice. IRRI. Philippine (1978).

3. BROADBENT, F.E., "Nitrogen transformation in flooded soil",

Nitrogen and Rice, IRRI. Philippine (1978).

4. INOKO, A., The composting of organic materials and associatedmaturity problems. AS PAC Tech. Bull. 71 (1982) 1.

5. OKA,I.N., PARTODIHARDJO, S., and BAHAGIAWATI, Some organic tech­

nique and pest management to save energy in food productionin developing countries. Bio. Indonesia 10 (1984) 13.

6. WILLIAM, W.A., MIKKELSEN. D.S., MULLER, K.E., and RUCKMAN, J.E.,

Nitrogen immobilization by rice straw incorporated lowland

rice production. Plant and Soil 28 (1968) 49.

7. ALLISON, F.E., Nitrate assimilated by soil microorganisms in

relation to available energy supplay, Soil sci. 24 (1947) 79.

8. YONEYAMA, T., and YOSHIDA, T., Immobilization of soil and

fertilizer nitrogen by intact rice residue in soil. Soil Sci.Plant Nutr. 23 (1977) 41.

233

9. KOWALENKO, C.G., Effect of immobilization on nitrogen transfor­

mation and transport in a field N-15 experiment. Can. J. Soil

Sci. 61 (1981) 387.

10. BURESH, R.J.E., AUSTIN, E.R., and CRASWELL, E.T.·, Anatical

methods in N-15 research. Fert. Res. ~ (1982) 37.

11. ALLEN, O.N., Experiments in Soil Bacteriology, Burgess Publ. Co.Minnesota (1953).

12. FIEDLER, R., and PROKSCH, G., The determination of N-15 by emmi­

sion and mass spectronetry in biochemical analysis. Anal.Chem. Act. 78 (1975) 1.

13. GOMEZ, K.A., and GOMEZ, A.A., Statistical Procedure for Agricul­tural Research, John Willey and Sons, New York (1984).

14. BROADBENT, F.E., and TYLER, K.B., Effect of pH on nitrogen

immobilization in two California soils, Plant and Soil 23

(1965) 314.

15. ALEXANDER, M., Introduction to Soil Microbiology, John Willeyand Sons, Wisconsin (1978).

DI SKUSI

RAHAYU TEJASARWANA

1. Mohon penjelasan cara pengamatan N terimobilisasi, dalam

persen pupuk ?

2. Hasil penelitian antara lain jerami dapat menentukan

kehilangan N-pupuk. Apakah dengan pebenaman jerami, pemberian

pupuk N bisa lebih efisien dalam hal kenaikan hasil gabah atau

pertumbuhan tanaman ?

234

NGADIMAN

1. Caranya diamati pada N-sisa (tanah yang telah diekstraksi

dengan KCI 1M. N-sisa tanah dianalisis 15N-nya. Kemudian dapat

dihitung, yaitu :

%N-bdp x N-sisa%N-terimobilisasi = ---------------- x 100.

dosis pupuk

2. Pemberian jerami justru menyebabkan penurunan pertumbuhan, hasil

untuk musim tanam I. Tetapi saya yakin pada musim tanam selan­

jutnya akan meningkatkan pertumbuhan dan hasil tanaman. Karena

pemberian jerami (BO) ke dalam tanah, akan memperbaiki baik unsur

makro ~aupun unsur mikro. Untuk pengaruhnya terhadap hasil saya

belum melakukan percobaan, saya batasi sampai hasil harike-40.

Untuk itu perlu penelitian lebih lanjut.

EKA SUGI YART A

lmobilisasi N-pupuk Makin meningkat dengan jumlah jerami tanah

yang meningkat, tetapi serapan N pada tanaman justru menurun.

Mohon penjelasan .

NGADlMAN

Justru hasil tersebut merupakan efek/akibat pembenaman jerami

ke dalam tanah. Karena N-tersedia dimobilisasi mikroba sehingga

tidak tersedia bagi tanaman. Tapi perlu diketahui bahwa N­

terimobilisasi ini akan dilepas kembali (slow release N) setelah

mikroba mati dan terjadi remineralisasi 15N-pupuk. Dan kami

membuat perlakuan dosis jerami yang dibenam dengan tujuan untuk

meneari imbangan N-terimobilisasi tinggi, kurang berpengaruh

nyata terhadap pertumbuhan tanaman. Hal ini saya tunjukan dalam

penelitian bahwa pembenaman jerami 0,4% lebih menarik untuk

dikaj i lebih lanjut sebagai usaha e fis iens i pemupukan dan

menyebabkan kesehatan tanah.

SISMIYATI R.

Bila tidak dipergunakan N berlabel (15N) bagaimana cara menetapkan N

yang terimobilisasi oleh mikroba tanah ?

235

NGADlMAN

Bila tidak digunakan 15N sangat sulit, bahkan tidak mungkin. Karena

kita tidak tahu N yang terimobilisasi itu berasal dari mana (apakah

dari pupuk, tanah, atau fiksasi N-udara oleh mikroba). Semen tara N

yang diambil mikroba sulit diketahui jumlahnya. Sementara itu, pemi­

sahan mikroba dari tanah relatif sulit. Seandainya mikroba mudah

dipisahkan N-terimobilisasi {N-dalam mikroba} dapat dianalisis,

bahkan dengan metode konvensional sekalipun.

M. MARDJO

1. Apakah dalam penelitian ini diamati tingkat perubahun C/N

ratio sejalan dengan tingkat imobilisasi N ?

2. Apakah kesimpulan dalam penelitian ini dapat diaplikasikan ?

NGADIMAN

1. C/N ratio juga diamati, dan hasilnya sejalan aktivitas mikroba

tanah (poli imobilisasinya) yakni:

- Perlakuan tanpa jerami = C/N awal sampai akhir justru

meningkat karena terjadi peningkatan Nhasil fiksasi N-udara.

Dengan jerami 0,4 % = C/N awal 14,34 ; C/N akhir = 13,88.

Dengan jerami 1,0 % = C/N awal 16,39 i C/N akhir = 15,22.

2. Hasil penelitian ini baru taraf skala lab./rumah kaca, dan hanya

pada fase vegetatif. Oleh .kerena itu, perlu dikaji penelitian

lapangan. Setelah itu, masih deperlukan pertimbangan ~osial dan

ekonomi.

236