Penulis adalah ahli ekologi penelitian dengan USDA-Agricultural Research Service di Raleigh, N.C.
Baik dalam uji coba penelitian maupun di pertanian, respons terhadap aplikasi pupuk nitrogen bisa sangat bervariasi. Kita semua pernah melihat situasi di mana, selain mungkin warna tanaman yang lebih hijau, penerapan nitrogen berdampak kecil pada pertumbuhan dan hasil hijauan. Sebaliknya, kami telah mencatat situasi ketika menerapkan nitrogen memiliki dampak besar pada produktivitas padang rumput.
Nitrogen adalah elemen penting dari protein dalam jaringan tumbuhan dan hewan. Protein dibutuhkan dalam berbagai molekul agar organisme berfungsi secara efektif, seperti enzim dan DNA. Pada semua tumbuhan, nitrogen adalah unsur terpenting dalam pembentukan dan fungsi klorofil, senyawa esensial yang diperlukan untuk fotosintesis. Tanpa fiksasi karbon dioksida dari atmosfer melalui klorofil, hewan tidak akan ada, dan kita tidak akan memiliki makanan baik dari tumbuhan maupun hewan.
Pertukaran lingkungan
Jadi, mungkin kita harus menerapkan lebih dari cukup nitrogen pada hijauan kita, dan tidak akan ada batasan seperti itu untuk nutrisi penting ini. Itu bisa berhasil, tetapi nitrogen mahal dan banyak masalah kualitas air kita ada karena terlalu banyak nitrogen yang bocor ke air tanah atau mengalir ke air permukaan dan menyebabkan bencana lingkungan.
Kita seharusnya tidak meracuni diri kita sendiri hanya untuk menghasilkan makanan untuk dimakan, bukan?
Dilema dengan nitrogen adalah menentukan berapa banyak yang harus diterapkan agar cukup tanpa menyebabkan kerugian lingkungan dan ekonomi. Tentu saja, ada banyak pertanyaan penting lainnya juga — Kapan waktu terbaik untuk menerapkan nitrogen untuk mendapatkan pemanfaatan tanaman terbaik dan meminimalkan kerugian lingkungan? Bentuk nitrogen apa yang paling hemat biaya dan akan memberi kita efisiensi serapan tanaman yang terbaik? Di bagian mana di tajuk atau profil tanah nitrogen harus diterapkan untuk menghindari kerugian akibat pencucian, penguapan, dan denitrifikasi?
Jika jerami atau tanaman hijauan Anda memiliki
2% kandungan nitrogen (N) saat panen, dan Anda berniat memanen 5 ton per acre setiap tahun, maka mungkin masuk akal untuk menerapkan setidaknya 200 pon per acre (10.000 pon x 2% =200 pon). Namun, jika hanya sekitar 50% dari nitrogen yang Anda aplikasikan benar-benar diambil dan digunakan oleh tanaman, mungkin 400 pon N per acre adalah yang dibutuhkan setiap tahun.
Ke mana perginya 50% nitrogen lainnya?
Beberapa hilang melalui penguapan amonia ke atmosfer. Beberapa mungkin didenitrifikasi menjadi gas nitrous oxide dan hilang ke atmosfer. Beberapa mungkin tercuci di bawah zona akar sebagai nitrat. Beberapa mungkin tersapu dari permukaan tanah ke tanah terdekat atau air permukaan. Beberapa mungkin hanyut bersama partikel tanah melalui erosi, dan beberapa mungkin digabungkan oleh mikroorganisme tanah menjadi bahan organik yang baru terbentuk. Ini bahkan tidak semua kemungkinan.
Sumber nitrogen yang kaya
Jadi apa hubungan karbon tanah dengan protein di rumput Anda?
Ini masalah bahan organik tanah dan mikroorganisme tanah. Bahan organik tanah sebagian besar terdiri dari karbon; pada kenyataannya, 58% bahan organik tanah adalah karbon. Mikroorganisme tanah adalah makhluk terkecil di tanah yang membutuhkan mikroskop untuk melihat - bakteri, jamur, dan actinomycetes. Tentu saja, ada banyak organisme yang terlihat di tanah juga.
Bahan organik tanah di lahan pertanian juga mengandung 4% sampai 6% nitrogen. Nitrogen organik tanah terikat erat dan harus dimineralisasi oleh mikroorganisme tanah menjadi amonium dan nitrat, dua bentuk nitrogen anorganik yang mudah diserap oleh tanaman. Jika suatu tanah memiliki 2% bahan organik tanah, maka mungkin ada 800 hingga 1.200 pon N per acre di tanah itu. Jika sebuah tanah memiliki 5% bahan organik tanah, maka mungkin ada 2.000 hingga 3.000 pon N per acre. Itu banyak nitrogen di 4 inci teratas tanah, dan mungkin ada jumlah lain yang sama di 20 inci tanah berikutnya.
Kita dapat menggunakan sebagian dari nitrogen itu di dalam tanah, tetapi mengetahui berapa banyak yang tersedia selama musim tanam sulit diprediksi. Para ilmuwan mempelajari pertanyaan itu lebih intensif sebelum revolusi industri yang mengarah pada pengembangan pupuk nitrogen sintetis. Setelah amonium nitrat dan urea tersedia, penekanan pada pemahaman mineralisasi nitrogen dari bahan organik sangat berkurang.
Sekarang ada minat baru dalam memahami mineralisasi nitrogen dengan konvergensi kenaikan biaya pupuk nitrogen, upaya pembersihan kualitas air, dan minat pada kesehatan tanah. Di sinilah pemahaman tentang karbon dalam tanah berhubungan dengan protein di rumput Anda.
Tingkat nitrogen optimal berbeda
Dalam serangkaian uji coba stok fescue tinggi di pertanian di seluruh Carolina Utara dan negara bagian sekitarnya, jumlah nitrogen yang berasal dari mineralisasi bahan organik tanah dibandingkan dengan jumlah nitrogen yang dipasok oleh pupuk urea. Sampel tanah dikumpulkan pada awal periode penimbunan (awal September) dan dianalisis untuk mineralisasi nitrogen tanah dan aktivitas biologis uji tanah.
Hijauan fescue tinggi dibiarkan tumbuh tanpa hambatan selama sekitar empat bulan hingga Desember atau Januari, ketika pertumbuhan hijauan dan nilai gizi ditentukan. Sapi potong kemudian dipindahkan ke padang rumput ini sebagai tipikal untuk pendekatan pengelolaan ini.
Selama periode percobaan, nitrogen diterapkan pada 0, 40, 80, dan 120 pon N per acre, dan perlakuan ini direplikasi empat kali dengan total 16 plot di masing-masing dari 37 percobaan yang dilakukan pada musim gugur 2018. Eksperimental hasil juga tersedia dari 55 uji coba yang dilakukan pada tahun 2015 dan 2016 menggunakan pendekatan serupa.
Dirata-ratakan di semua percobaan, hasil hijauan meningkat dengan tingkat yang lebih tinggi dari pupuk nitrogen yang diterapkan. Ini tidak biasa, karena banyak rekomendasi saat ini untuk persediaan hijauan musim gugur membutuhkan 50 hingga 100 unit nitrogen per acre. Namun, yang unik dari penelitian ini adalah bahwa hanya 26 dari 92 percobaan yang memiliki respon hasil yang cukup untuk menutupi biaya penambahan nitrogen.
Enam puluh enam percobaan (72%) tidak membutuhkan nitrogen lebih dari apa yang sudah ada di tanah untuk mengoptimalkan produksi. Jumlah sisa nitrogen anorganik di permukaan 4 inci tanah rendah, sehingga sumber nitrogen yang paling masuk akal adalah dari mineralisasi bahan organik.
Mengapa beberapa ladang merespons pupuk nitrogen dan tidak yang lain?
Bukan karena banyaknya sisa nitrogen anorganik di permukaan 4 inci tanah karena tidak ada perbedaan amonium dan nitrat tanah antara bidang responsif dan nonresponsif. Perbedaan tersebut disebabkan oleh banyaknya mineralisasi nitrogen dari bahan organik tanah.
Potensi mineralisasi nitrogen tanah di bawah kondisi ideal di laboratorium rata-rata 131 pon N per acre dalam uji coba yang tidak merespon sama sekali terhadap pupuk nitrogen. Dalam uji coba yang membutuhkan pupuk nitrogen paling banyak untuk mengoptimalkan hasil, mineralisasi nitrogen tanah secara signifikan lebih rendah pada 93 pon N per acre. Percobaan dengan kebutuhan pupuk 40 pon N per acre atau kurang untuk mengoptimalkan hasil memiliki mineralisasi N tanah tingkat menengah sebesar 119 pon N per acre.
Ujian yang lebih praktis
Hasil ini mengejutkan banyak petani kolaborator yang melihatnya untuk pertama kali. Namun, hal itu masuk akal jika kita menerima bahwa kesehatan tanah dapat diubah dengan pilihan pengelolaan hijauan dan penggembalaan di lahan pertanian. Tanah dengan potensi mineralisasi nitrogen yang lebih besar memiliki kemampuan yang lebih besar untuk memasok tanaman dengan nitrogen yang tersedia. Sayangnya, untuk dapat menentukan potensi mineralisasi nitrogen tanah di lab memerlukan waktu pemrosesan setidaknya dua bulan, dan biayanya cukup sekitar $40 per sampel hanya untuk satu analisis ini.
Untungnya, aspek praktis dari pengujian tanah dipertimbangkan pada awal proyek penelitian. Pendugaan aktivitas biologi tanah yang sederhana, cepat, dan lebih ekonomis juga ditentukan bersamaan dengan pendugaan potensi mineralisasi nitrogen tanah.
Kami mengevaluasi aktivitas biologis uji tanah, yang hanya membutuhkan sekitar satu minggu dari pengambilan sampel hingga pengiriman laporan uji tanah dan mungkin hanya membutuhkan biaya sekitar $5 hingga $10 per sampel dalam pengaturan penelitian. Mengapa aktivitas biologis uji tanah bahkan dapat dianggap sebagai alternatif yang cocok adalah karena ada hubungan yang kuat antara mineralisasi nitrogen tanah dan aktivitas biologis uji tanah. Asosiasi ini diamati dalam penelitian ini (lihat Gambar 1) serta yang lainnya.
Dampak dari penelitian ini adalah bahwa petani jerami dan hijauan sekarang dapat menggunakan uji tanah untuk menentukan kesehatan biologis tanah mereka dan membuat penentuan spesifik lapangan yang masuk akal tentang berapa banyak pupuk nitrogen yang mungkin diperlukan untuk mengoptimalkan hasil. Uji tanah ini akan membantu petani menyempurnakan potensi keuntungan dalam jangka pendek, memaksimalkan efisiensi dolar pupuk yang diinvestasikan, dan berkontribusi pada kesehatan daerah aliran sungai setempat. Mengoptimalkan nitrogen pupuk juga mengurangi jejak karbon dari operasi pertanian dengan menyerap karbon dalam bahan organik tanah.
Jika Anda ingin memastikan nilai pendekatan ini di pertanian Anda, hubungi laboratorium pengujian tanah di daerah Anda untuk melihat apakah mereka menawarkan pengujian biologis tanah. Itu bisa menjadi kepentingan ekonomi dan ekologi terbaik Anda!
Artikel ini muncul di Hay &Forage Grower . edisi Maret 2020 di halaman 20 dan 21.
Bukan pelanggan? Klik untuk mendapatkan majalah cetak.
