Kadar nitrat larutan tanah selama periode pertumbuhan tanaman ditampilkan pada Gambar 16, Lampiran 35 dan Lampiran 36. Selama masa pertumbuhan tanaman, kadar nitrat mengalami fluktuasi seperti halnya amonium. Seperti telah disebutkan di atas, apabila kadar air tanah lebih tinggi, kadar amonium lebih dominan tetapi apabila kadar air tanah menurun di bawah kapasitas lapang maka kadar nitrat lebih dominan karena terjadi perubahan dari amonium menjadi nitrat.
Berbeda dengan amonium, nitrat larutan tanah diserap tanaman pada kondisi pH tanah lebih rendah daripada amonium yang umumnya diserap pada pH sekitar netral (Tisdale et al., 1993). Tanaman umumnya lebih banyak menyerap nitrogen dalam bentuk nitrat daripada bentuk amonium, melalui proses difusi atau aliran massa. Ion nitrat tanah lebih mudah bergerak bersama aliran air drainase karena
anion exclution. Akibat anion exclution, ion nitrat bergerak cepat ke pusat pori
untuk selanjutnya bergerak dengan kecepatan yang lebih tinggi daripada kecepatan air pori. Berdasarkan hukum Poiseuille’s (Koorevaar et al., 1983), kecepatan aliran air di pusat pori lebih besar daripada di dekat dinding pori; dan akibat heterogenitas ukuran pori di dalam tanah, ion yang berada dalam larutan
tanah seperti ion nitrat, dapat mengalami dispersi mekanik (dispersi hidrodinamik) (Toride, Inoue, dan Leij, 2003).
Pola perubahan kadar nitrat larutan tanah pada seluruh lapisan kedalaman tanah hampir sama (Gambar 16), yang mana mencapai puncak pada minggu ke lima (setelah pemupukan urea susulan pada minggu ke empat). Kadar nitrat mengalami penurunan dari minggu pertama hingga minggu ketiga pada seluruh kedalaman tanah, akibat serapan oleh akar tanaman. Pemupukan susulan pada minggu ke empat dapat meningkatkan kadar nitrat di seluruh kedalaman tanah. Dari minggu ke lima sampai ke sepuluh terjadi penurunan kadar nitrat di seluruh kedalaman tanah akibat serapan akar tanaman.
Kadar nitrat antar lapisan kedalaman tanah menunjukkan penurunan dengan makin dalamnya tanah (Gambar 17 dan Lampiran 35), dan tidak terdapat perbedaan pada kedalaman >10 cm. Hal ini umum terjadi pada lahan-lahan pertanian karena kadar N lebih banyak dalam bentuk organik dan nitrogen tanah sangat mudah diimobilisasi di lapisan atas/permukaan (Roy et al., 2006), sehingga kadarnya menurun dengan kedalaman tanah. Fluktuasi nitrat di lapisan atas juga lebih besar daripada di lapisan bawah, karena lapisan permukaan tanah lebih sering kena panas sinar matahari dan hujan yang menyebabkan fluktuasi
0 30 60 90 120 150 180 Waktu (minggu) Ka dar NO 3 - (ppm) 0-10 cm 52,17 30,07 32,19 53,12 155,7 83,87 61,62 57,25 67,49 49,37 10-20 cm 38,30 15,21 31,23 48,83 57,02 54,21 36,21 51,10 53,70 47,82 20-30 cm 35,36 10,15 22,31 36,42 52,54 49,05 27,88 41,06 42,26 35,40 30-40 cm 33,07 11,25 23,69 38,92 46,78 43,45 26,45 34,68 37,45 34,18 40-50 cm 26,64 10,62 20,26 36,70 40,04 45,42 27,80 31,78 32,90 32,34 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
suhu dan kelembaban lebih besar dibanding lapisan tanah di bawahnya. Adanya pengaruh kelembaban dan suhu menyebabkan proses perubahan amonium menjadi nitrat lebih cepat. Menurut Tisdale et al. (1993), pada kadar air yang sangat rendah (Ψ < - 15 bar) ketersediaan nitrat tanah rendah, kemudian dengan naiknya kadar air meningkatkan kadar nitrat tanah. Pada kadar air lebih besar dari kapasitas lapang kadar nitrat juga rendah atau hilang bersama air drainase. Oleh karena itu, lapisan permukaan tanah yang lebih sering kena panas sinar matahari dan hujan, kadar nitrat tanah sangat berfluktuasi.
Kadar nitrat dalam larutan tanah tidak nyata dipengaruhi oleh fluks aliran air maupun laju perubahan storage, tetapi sangat nyata dipengaruhi oleh kadar air dalam tanah (Tabel 10, Gambar 18, dan Lampiran 38). Walaupun fluks aliran air tidak nyata pengaruhnya terhadap kadar nitrat larutan tanah, tetapi dari Gambar 16 terlihat bahwa terjadi peningkatan kadar nitrat tanah di lapisan bawah pada minggu ke sepuluh. Hal ini menunjukkan adanya pergerakan nitrat dari lapisan atas ke bawah.
Pengaruh pergerakan air terhadap kadar nitrat larutan tanah terjadi secara tidak langsung, yaitu melalui perubahan kadar air dalam tanah, maupun pengaruh pergerakan air terhadap pergerakan nitrat. Kadar nitrat dalam tanah menurun
Gambar 17. Kadar NO3- larutan tanah tiap kedalaman tanah a b bc c c 0 20 40 60 80 K a dar N O 3 - (pp m ) Kedalaman tanah ( cm) NO3- 64,29 43,36 35,24 32,99 30,45 0-10 cm 10-20 20-30 30-40 40-50
secara linier dengan makin besarnya kadar air tanah, dengan koefisien korelasi sebesar 0,75 (Gambar 18). Penurunan kadar nitrat pada kondisi kadar air tanah yang makin tinggi disebabkan oleh: 1) terhambatnya proses nitrifikasi, 2) tercuci, dan 3) terdenitrifikasi (Roy et al., 2006). Seperti telah disebutkan di atas, pada kadar air yang lebih tinggi dapat menghambat perubahan amonium menjadi nitrat (Tisdale et al., 1993) karena lebih tingginya kadar air dapat menurunkan laju difusi oksigen (Letey, 1985).
.
Peningkatan kadar air, terutama di atas kapasitas lapang (kadar air > 44 % volume, Lampiran 14), menyebabkan nitrat yang sangat mobil mudah terbawa oleh aliran air drainase dalam (perkolasi). Berdasarkan Lampiran 26 dan 28, kadar air tanah di lokasi penelitian pada masa pertumbuhan tanaman sering berada dalam keadaan di atas kapasitas lapang (kadar air > 44 %). Nitrat yang bermuatan negatif, ditolak oleh koloid tanah yang bermuatan negatif (anion exclution), sehingga menuju ke pusat pori dan bergerak bersama aliran air dengan kecepatan lebih besar daripada kecepatan air pori. Pergerakan nitrat bersama aliran air di pusat pori melalui ruang-ruang pori yang beragam ukurannya, menyebabkan ion nitrat terdispersi secara hidrodinamik (Ross, 1989; Tinker dan Nye, 2000; Toride et al., 2003). NO3- = 171,41 - 3,05 KA; r = 0,75, n = 141 0 20 40 60 80 100 30 34 38 42 46 50 54
Kadar air (% vol)
Ka d a r N O 3 (p p m )
Gambar 18. Pengaruh kadar air terhadap kadar nitrat larutan tanah
Pengurangan nitrat oleh proses denitrifikasi dapat terjadi karena pada kadar air tanah yang tinggi, ruang pori tanah lebih banyak terisi oleh air sehingga laju difusi oksigen terhambat (Letey, 1985). Pengurangan laju difusi oksigen juga dapat terjadi apabila pada tempat-tempat tertentu di dalam solum tanah, ruang pori yang ada didominasi oleh ruang pori air imobil. Kekurangan oksigen di dalam tanah menyebabkan mikroba yang mendekomposisi bahan organik secara anaerob lebih berperan. Mikroba anaerob tersebut mampu menggunakan NO3- sebagai akseptor elektron yang berfungsi menggantikan O2 (dalam respirasi aerobik), sehingga ion nitrat berubah menjadi N2O atau N2 dan hilang ke atmosfer (Alexander, 1977; Tisdale et al., 1993) seperti reaksi berikut:
Pengaruh karakteristik pori terhadap kadar nitrat larutan tanah menunjukkan bahwa kadar nitrat larutan tanah menurun dengan makin banyaknya ruang pori air imobil dengan koefisien korelasi 0,51 (Gambar 19, Lampiran 32 dan 34). Walaupun ion nitrat di dalam larutan tanah bersifat mobil, tetapi apabila berada di dalam ruang pori air imobil tanah, maka pergerakan ion nitrat menjadi terbatas.
-2 H2O - H2O - H2O N2 2 HNO3 + 4H 2 HNO2 + 2H -2 H2O 2 NO + 2H N2O + 2H
Gambar 19. Pengaruh ruang pori air imobil terhadap kadar NO3- larutan tanah
NO3 = - 2,16 RP air imobil + 128,33; n = 125; r = 0,51 0 20 40 60 80 100 25 30 35 40 45 50
RP air imobil (% vol)
K a dar N O 3 ( ppm )
Seperti telah diuraikan di atas, bahwa pergerakan ion, seperti nitrat, melalui aliran massa sangat ditentukan oleh diameter pori tanah. Kecepatan air pori pada ruang pori mikro lebih lambat dibanding dalam pori makro (Koorevaar et al., 1983). Ruang pori air imobil merupakan ruang pori mikro dengan ukuran < 15 x 10-4 mm, yang mana air yang ada di dalamnya dapat dikosongkan dengan tekanan > 2 bar. Seperti telah disebutkan di atas, apabila proporsi ruang pori air imobil di dalam tanah lebih dominan, maka ruang pori tersebut lebih banyak mengikat air dan laju difusi oksigen ke dalam tanah menurun drastis. Keadaan demikian mempengaruhi proses pembentukan nitrat (nitrifikasi) maupun meningkatkan proses denitrifikasi, sehingga kadar nitrat di dalam larutan tanah menurun. Oleh karena itu, makin banyaknya ruang pori air imobil dalam tanah menyebabkan kadar nitrat tanah makin berkurang.