Jurusan Biologi FMIPA Universitas Negeri Makassar
Jl. Daeng Tata Raya, Kampus UNM Parangtampung, Makassar 90224 Telpon :+(62)-411-840610/081354743230 Fax :+(62)-411-841504
E-mail: oslanj@gmail.com
ABSTRAK
Penggunaan pupuk nitrogen sangat berperan dalam meningkatkan hasil pertanian atau perkebunan, namun efisiensinya diperkirakan hanya sekitar 30-40%, karena sekitar 30- 50% aplikasi pupuk nitrogen dapat hilang karena proses nitrifikasi dan denitrifikasi. Penghambat nitrifikasi telah direkomendasikan digunakan bersama dengan pupuk nitrogen urea dengan proporsi tertentu dalam intensifikasi pertanian atau perkebunan untuk meminimalis resiko nitrogen lepas ke lingkungan. Penelitian ini menekankan pada aplikasi pupuk urea granul yang diselimuti oleh bahan penghambat nitrifikasi yaitu mimba (Azadirachta indica) dan bahan penghambat sintetik dicyandiamide (DCD) terhadap produksi atau emisi gas N2O serta laju nitrifikasi pada lahan Jagung. Desain
penelitian merupakan rancangan acak lengkap yang terdiri lima perlakuan yaitu kontrol, urea, urea berselaput mimba 2,5%, urea berselaput mimba 5% dan urea berselaput DCD 5%, dengan 3 kali ulangan. Konsentrasi amonium (NH4+) dan nitrat (NO3-) yang
merupakan parameter utama proses nitrifikasi masing-masing dianalisis dengan menggunakan metode Na-Fenat dan brucin secara colorimetric. Pengambilan sampel gas N2O dilakukan dengan metode chamber tertutup dan gas dianalisis menggunakan
electron capture detector kromatografi gas. Hasil menunjukkan bahwa pemberian urea berselaput mimba 5% dan urea berselaput DCD 5% dapat menekan secara signifikan produksi N2O pada lahan Jagung dibanding dengan perlakuan lainya. Perlakuan ini juga
memperlihatkan dampak yang paling baik dalam meningkatkan kadar NH4+ dalam tanah
sedangkan urea berselaput DCD 5% memperlihatkan dampak yang paling baik dalam menurunkan kadar NO3- dalam tanah.
Kata kunci: dicyandiamide, emisi N2O, mimba, penghambatan nitrifikasi
1 PENDAHULUAN
Nitrifikasi yang merupakan suatu proses oksidasi amonium (NH4+) menjadi nitrat
(NO3-) dengan hasil antara berupa hidroksilamin, nitrit (NO2-) serta gas nitrous oxida (N2O)
yang dilakukan oleh mikroba pengoksida ammonia seperti Nitrosomonas sp, pengoksida nitrit seperti Nitrobacter sp. N2O adalah salah satu jenis gas rumah kaca, dan sekitar 75% total
emisi gas ini berasal dari lahan pertanian, terutama lahan yang mengaplikasikan pemupukan sintetik, sehingga peningkatan pemakaian pupuk nitrogen dalam tanah akan meningkatkan
Prosiding Seminar Nasional Sains IV; Bogor, 12 November 2011
36
emisi gas N2O. Peningkatan aktivitas manusia dalam mengelola lahan pertanian dapat
meningkatkan kandungan nitrogen dan tersedia bahan organik yang dapat memacu peningkatan emisi gas N2O dan polusi nitrat baik secara langsung maupun tidak langsung.
Penghambatan laju proses nitrifikasi ditujukan untuk meningkatkan efisiensi penggunaan atau penyerapan usur nitrogen (N) oleh tumbuhan pada sektor pertanian atau perkebunan. Sehingga penghambatan ini dapat meningkatkan hasil panen dan mengurangi unsur N yang lepas ke lingkungan dalam bentuk NO3- atau dalam bentukkan gas N2O. Kedua
bentukkan ini merupakan bahan pencemar lingkungan dimana NO3- dapat mencemari
perairan atau air minum dan menimbulkan dampak kekurangan oksigen pada tubuh atau jaringan terutama rentan pada bayi (methemoglobinemia). Sedangkan gas N2O merupakan
salah satu gas penyebab pemanasan global serta perubahan iklim di bumi.
Saat ini ada dua bahan penghambat nitrifikasi sintetik yang dikenal secara luas karena telah teruji dan diperdagangkan secara komersil yaitu nitrapyrin dan dyciandiamide (DCD). Namun, karena masalah harga yang cukup mahal bagi petani menyebabkan penggunaan penghambat nitrifikasi ini tidak menguntungkan bagi petani. Selain bahan sintetik di atas yang mempunyai kemampuan adalah senyawa azardic yang terdapat dalam biji neem (Azardirachta indica). Di Indonesia, manfaat biji neem sebagai penghambat nitrifikasi hingga saat ini belum banyak dipublikasikan dan diaplikasikan karena kurangnya informasi serta hasil penelitian yang menguji keefektifan dari bahan organik sebagai bahan penghambat nitrifikasi di Indonesia.
Efek dari tanaman mimba sebagai bahan penghambat nitrifikasi telah teruji dan berpengaruh nyata dalam skala laboratorium terhadap beberapa indikator penghambatan antara lain adalah reduksi gas N2O, ketersediaan NH4+ yang tinggi, serta efek represinya
terhadap pertumbuhan mikroba tanah tidak terlihat [1].
Makalah ini memaparkan hasil penelitian penggunaan pupuk urea berselaput mimba (Azadirachta indica) terhadap produksi gas N2O, serta kadar NH4+ dan NO3- di lahan
pertanaman jagung. Penyelimutan urea granul dengan menggunakan ekstraksi biji dan minyak mimba (Azadirachta indica) dan dicyandiamide (DCD) sebagai salah satu cara yang efektif untuk menghambat proses nitrifikasi serta lebih mudah pengaplikasiannya di lapangan. Hal tersebut diharapkan dapat meningkatkan kualitas masukan bahan penghambat dalam mengendalikan laju nitrifikasi sehingga dapat menekan produksi gas N2O dan
Prosiding Seminar Nasional Sains IV; Bogor, 12 November 2011
37
pelindian unsur nitrogen dalam tanah, serta dapat meningkatkan efisiensi penggunaan pupuk nitrogen. Adanya bahan penghambat nitrifikasi ini diharapkan dapat memberikan peluang bagi para petani Indonesia untuk meningkatkan margin produksi pangan khususnya tanaman jagung serta menjaga kesuburan tanah.
2 BAHAN DAN METODE
Penyiapan Bahan Penghambat Nitrifikasi
Dalam penelitian ini menggunakan dua jenis bahan penghambat nitrifikasi yaitu bahan alami mimba (Azadirachta indica) dan bahan kimia sintetik dicyandiamide (DCD). Bahan baku mimba dan DCD dicampur dengan urea granul dengan cara proses penyelaputan. Dosis mimba yang digunakan adalah 2,5% dan 5%, sedangkan dosis DCD adalah 5%. Dosis mimba 2,5% berarti dalam 100 gram urea terselaputi oleh 2,5 gram mimba begitupun dengan dosis mimba 5% dan DCD 5%.
Tahap perlakuan
Pemupukan pertama dilakukan seminggu setelah penanaman jagung. Pupuk berselaput bahan penghambat nitrifikasi dibenamkan di sekeliling tanaman jagung dengan jarak 5 cm. Adapun takaran untuk setiap pupuk yaitu 100 kg/ha, yang aplikasinya terbagi dua kali pemupukan dimana pemupukan kedua dilakukan setelah tanaman jagung berumur empat minggu. Pemupukan kedua hanya urea, KCL dan GSP yang diberi pada tanaman jagung.
Pengambilan sampel tanah
Pengambilan sampel tanah dilakukan sebanyak 4 kali untuk mengukur konsentrasi NH4+ dan NO3-. Pengambilan sampel tanah pertama dilakukan pada hari ke-10 setelah
penanaman jagung. Pengambilan sampel tanah kedua dilakukan pada hari ke-25 setelah penanaman jagung. Pengambilan sampel ketiga dilakukan pada hari ke-40 setelah penanaman jagung dan pengambilan sampel terakhir dilakukan pada hari ke-55 setelah penanaman jagung. Tekstur tanah lempung berliat ini merupakan tanah pertanaman jagung (Zea mays) di kebun percobaan jurusan Biologi FMIPA UNM Makassar.
Prosiding Seminar Nasional Sains IV; Bogor, 12 November 2011
38
0 1 2 3 4 1 2 3 4 5 k on sen tr asi emisi g as N2 O ( m g /m 2/ha ri )pengambilan sampel ke-
Control Urea
Urea+M2,5% Urea+M5% Urea+DCD
Ekstraksi tanah dan pengukuran konsentrasi NH4+ dan NO3-
Sebanyak 10 gram sampel tanah dilarutkan dalam 20 ml aquabidest, lalu dishake selama 30 menit dengan kecepatan 200 rpm, kemudian disentrifugasi selama 35 menit. konsentrasi NH4+ dan NO3- diukur dengan masing-masing dengan pereaksi Na-Fenat dan
brucine.
Pengambilan Sampel Gas
Pengambilan sampel gas dilakukan dengan dengan metode close chamber technique. Pengambilan gas pertama dilakukan 10, 20, 35, 50, dan 65 hari setelah tanam. Gas selanjutnya dianalisis dengan menggunakan gas kromatografi dengan electron capture detertor (Shimadzu G-14B-ECD).
3 HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengaruh pemberian pupuk urea berselaput mimba terhadap konsentrasi emisi gas N2O pada tanah tekstur lempung berliat dapat juga dilihat pada gambar 1.
Gambar 1 Konsentrasi emisi gas N2O setelah aplikasi
Hasil yang diperoleh dari penelitian ini menunjukkan peningkatan yang signifikan dari emisi gas N2O pada pengambilan sample ke-3 (hari 35 setelah tanam) untuk tiga
perlakuan, masing-masing urea (1,68 N-mg m2 hari1), urea berselaput mimba 2,5% (3,48 N- mg m2 hari1), urea berselaput mimba 5% (1,32 N-mg m2 hari1). Penurunan gas terjadi setelah
Prosiding Seminar Nasional Sains IV; Bogor, 12 November 2011
39
pengambilan gas ke-3 (gambar 1). Peningkatan konsentrasi emisi gas N2O kemungkinan
disebabkan oleh kadar air tanah dan ketersedian NO3- yang tinggi pada hari ke 35, sehingga
N2O yang dihasilkan dapat berasal dari kontribusi proses denitrifikasi.
Dari gambar 1 terlihat bahwa represi N2O terlihat hingga pada 20 hari setelah tanam
atau 17 hari setelah pemupukan dilakukan, hal ini juga mengindikasikan bahwa bahan penghambat mimba ini bekerja efektif dalam kurun waktu sekitar 2 minggu dibanding dengan DCD5% hingga 3 minggu. Peningkatan N2O pada mimba 5% dimungkinkan karena mimba
selain mempunyai bahan represi juga mengandung unsur nitrogen organik yang memungkinkan terjadinya produksi gas N2O yang tinggi dan ditunjang dengan kelembaban
tanah.
Gambar 2 Rata-rata kadar NH4+ (µg N g-1 tanah) yang dihasilkan setelah
perlakuan dengan aplikasi pupuk urea berselaput bahan penghambat nitrifikasi.
Gambar 2 menunjukkan rata-rata kadar NH4+ dari setiap perlakuan, dimana diperoleh
hasil yakni pada hari ke-10 kecuali perlakuan kontrol (K), semua perlakuan menghasilkan kadar NH4+ yang tinggi. Kemudian pada hari ke-25 kadar NH4+ mengalami peningkatan
hanya pada perlakuan urea+mimba 5% (M) sedangkan kadar NH4+ mengalami penurunan
pada perlakuan K, urea (U), urea+mimba 2.5% (A) dan urea+DCD 5% (D). Selanjutnya pada hari ke-40 kadar NH4+ meningkat pada perlakuan K, U, A sedangkan pada perlakuan M dan
0 10 20 30 40 50 60 10 25 40 55 NH 4 + µ g N g -1 t an ah
Hari Ke- setelah penanaman
K U A M D
Prosiding Seminar Nasional Sains IV; Bogor, 12 November 2011
40
D mengalami penurunan. Selanjutnya pada hari ke-55 kadar NH4+ pada perlakuan U
meningkat, sedangkan kadar NH4+ pada perlakuan K, A, M dan D mengalami penurunan.
Gambar 3 Rata-rata kadar NO3- (µg N g-1 tanah) yang dihasilkan setelah perlakuan
dengan aplikasi urea berselaput bahan penghambat nitrifikasi.
Gambar 3 menunjukkan rata-rata kadar NO3- dari setiap perlakuan mengalami
fluktuasi, dimana diperoleh hasil yakni pada hari ke-10 kadar NO3- pada semua perlakuan
cukup tinggi. Selanjutnya pada hari ke-25 kadar NO3- pada semua perlakuan menunjukkan
penurunan yang sangat drastis dan pada hari ke-40 kadar NO3- pada semua perlakuan
memperlihatkan peningkatan yang tajam. Selanjutnya pada hari ke-55 kadar NO3- pada
perlakuan K, A, M dan D mengalami penurunan kembali, sedangkan pada perlakuan U mengalami peningkatan. Hal ini disebabkan karena dilakukan pemupukan yang ke-2 dengan menambahkan urea sebanyak 4,82 g hanya pada plot U.
Kadar amonium pada perlakuan urea berselaput mimba 2,5% dan perlakuan urea berselaput DCD 5% ini sangat tinggi. Hal ini disebabkan karena adanya penambahan pupuk urea berselaput mimba dan DCD yang mempunyai daya dalam menghambat laju nitrifikasi, sehingga ketersediaan amonium (NH4+) dalam tanah tinggi. Selain itu bahan mimba dan DCD
mengandung juga unsur nitrogen sehingga proses ammonifikasi yang tinggi kemungkinan berlangsung terutama pada penambahan mimba, namun jumlah nitrogen ini sudah terkonversi atau masuk dalam dosis pemberian pemupukan.
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 10 25 40 55 NO 3 - µ g N g -1 t an ah
Hari ke- setelah penanaman
K U A M D
Prosiding Seminar Nasional Sains IV; Bogor, 12 November 2011
41
Biji mimba dapat dijadikan pupuk organik karena mengandung unsur hara yang penting bagi tanaman. 1 kg cake biji mimba mengandung nitrogen sebanyak 35,6 gram [2]. Dicyandiamide (DCD) dapat juga bertindak sebagai pupuk N lepas lambat yang mengandung nitrogen sebesar 65%. Sebagai tambahan, DCD tidak bersifat toksik dan tidak bersifat higroskopis [3]. Selain itu dengan adanya mimba dan DCD sebagai bahan penghambat nitrifikasi yang mampu menghambat proses perubahan ammonium menjadi nitrat, sehingga ketersediaan amonium tinggi di dalam tanah dapat dimanfaatkan atau diserap oleh tumbuhan secara efisien. Biji mimba mengandung bahan kimia yang biasa disebut dengan triterpenes, dimana triterpenes ini dapat menghambat aktivitas dari bakteri yang berperan dalam proses nitrifikasi [4]. Senyawa sintetik dicyandiamide (DCD) berfungsi menghambat perubahan ammonium menjadi nitrit dalam proses nitrifikasi. Penggunaan senyawa sintetik penghambat nitrifikasi tersebut terbukti efektif mengurangi kehilangan N tanah [5].
Kadar amonium pada perlakuan urea berselaput mimba 5% mengalami peningkatan, hal ini disebabkan oleh mikroorganisme tanah telah aktif dalam mendekomposisi bahan organik dari mimba 5% dan mengalami amonifikasi sehingga amonium dalam tanah tersedia dalam jumlah besar. Kadar amonium mengalami penurunan pada perlakuan urea berselaput mimba 2,5%, mimba 5% dan DCD 5% disebabkan karena amonium yang terdapat di dalam tanah sudah habis terpakai atau diserap oleh tanaman jagung atau hilang terlindi dalam bentuk nitrat.
Tanaman menyerap nitrogen dalam bentuk amonium (NH4+) dan nitrat (NO3-) yang
masing-masing mempunyai sifat dan perilaku spesifik [5]. Amonium berbentuk kation yang akan tertahan oleh partikel tanah yang bermuatan negatif sehingga relatif stabil dalam tanah. Sebaliknya nitrat yang berbentuk anion bersifat lebih mobil dan tidak ditahan oleh partikel tanah sehingga mudah hilang terlindi, terbawa oleh limpasan permukaan (runoff) atau hilang teruapkan dalam bentuk gas N2O, NO dan N2 melalui proses nitrifikasi dan denitrifikasi.
Walaupun tanaman dapat menyerap N dalam bentuk NH4+ dan NO3-, namun NH4+ akan lebih
efisien.
Berdasarkan hasil analisis kadar nitrat pada tekstur tanah lempung berliat pada hari ke-10, 25, 40 dan 55 setelah penanaman maka diperoleh hasil pada gambar 3 yang menunjukkan bahwa pada hari ke-10 kadar nitrat cenderung rendah pada semua perlakuan terutama pada kontrol. Hal ini disebabkan karena pada perlakuan ini tidak diberi pupuk urea
Prosiding Seminar Nasional Sains IV; Bogor, 12 November 2011
42
berselaput bahan penghambat nitrifikasi sehingga kadar nitratnya sangat rendah. Kemudian disusul oleh perlakuan urea berselaput mimba 5%, perlakuan urea berselaput DCD 5% dan urea berselaput mimba 2,5%. Rendahnya kadar nitrat pada perlakuan tersebut disebabkan oleh pemberian pupuk urea berselaput bahan penghambat nitrifikasi yakni ekstrak biji mimba dan DCD yang dapat mempengaruhi laju nitrifikasi yang ditunjukkan dengan tingginya kadar ammonium dan rendahnya kadar nitrat. Kemungkinan karena hal ini disebabkan karena kandungan kimia bahan penghambat nitrifikasi yang digunakan mampu menghambat proses nitrifikasi di dalam tanah. Bahan kimia yang terkandung dalam biji mimba mampu menghambat aktivitas mikroba yang bertanggung jawab terhadap proses nitrifikasi (nitrifying), tepatnya penghambatan proses perubahan senyawa amonium ke nitrit sehingga memungkinkan ketersediaan akan N-amonium dalam tanah dapat diserap oleh tanaman [6].
4 KESIMPULAN
Hasil menunjukkan bahwa pemberian urea berselaput mimba 5% dan urea berselaput DCD 5% dapat menekan secara signifikan produksi N2O pada lahan Jagung dibanding
dengan perlakuan lainya. Perlakuan ini juga memperlihatkan dampak yang paling baik dalam meningkatkan kadar NH4+ dalam tanah sedangkan urea berselaput DCD 5% memperlihatkan
dampak yang paling baik dalam menurunkan kadar NO3- dalam tanah. Melihat dampak
penekanan nitrifikasi dari bahan mimba tersebut maka perlu dilakukan penelitian feasibility dalam skala yang luas.
Ucapan Terima Kasih
Penelitian ini dibiayai dari penelitian strategis nasional batch Universitas Negeri Makassar dan ucapan terima kasih kepada A.Bida Purnamasari, S.Si dan Heru P.Hastuti, S.Si atas kerjasama yang baik selama pengambilan data serta team yang ikut dalam penelitian ini.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Jumadi, O. and Hala, Y (2009). Supression of N
2O Production and Soil Urease
Activity by Nitrification Inhibitor Prepared from Neem (Azardirachta indica).
SEA-EU-NET and MENRISTEK, Bogor, Indonesia.
Prosiding Seminar Nasional Sains IV; Bogor, 12 November 2011