Fiksasi nitrogen biologis pada kelapa sawit Malaysia: bagaimana tanaman penutup tanah legum mengurangi ketergantungan pada pupuk sintetik

Nitrogen adalah nutrisi yang paling dibutuhkan kelapa sawit setelah kalium, dan pemupukan nitrogen merupakan salah satu biaya masukan terbesar dalam pengelolaan perkebunan di Malaysia. Kelapa sawit dewasa dengan hasil 25 ton Tandan Buah Segar (TBS) per hektar mengambil sekitar 35 hingga 45 kg nitrogen dari tanah per tahun hanya dari biomassa yang dipanen, dan nitrogen tambahan hilang melalui pencucian, penguapan dari urea yang diterapkan, dan denitrifikasi di tanah yang tergenang air. Mengganti nitrogen ini melalui urea sintetis: dengan kehilangan penguapan 11 hingga 42% dan jejak karbon yang signifikan: sangat mahal dan merusak lingkungan.

Tanaman penutup tanah legum menawarkan alternatif biologis untuk sebagian kebutuhan nitrogen ini. Melalui simbiosisnya dengan bakteri tanah dari genus Bradyrhizobium, legum mengubah gas nitrogen atmosfer (N2) menjadi amonium yang tersedia bagi tanaman: suatu proses yang disebut fiksasi nitrogen biologis (BNF). Nitrogen yang difiksasi oleh sistem tanaman penutup tanah legum yang dikelola dengan baik di kelapa sawit Malaysia mewakili pasokan nitrogen terbarukan yang substansial yang mengurangi jumlah urea sintetis yang dibutuhkan dan meningkatkan profil keberlanjutan perkebunan secara keseluruhan.

Biologi fiksasi nitrogen pada legum tropis

BNF pada tanaman penutup tanah legum terjadi di dalam bintil akar: struktur kecil berwarna merah muda kemerahan yang terlihat pada akar tanaman yang aktif memfiksasi. Di dalam setiap bintil, bakteri Bradyrhizobium (disebut bakteroid dalam keadaan hidup di bintil) menjaga kondisi di mana enzim nitrogenase dapat mengubah gas N2 menjadi NH4+, yang dapat diserap langsung oleh tanaman inang. Reaksi nitrogenase membutuhkan energi yang signifikan: sekitar 16 molekul ATP per molekul N2 yang difiksasi: disediakan oleh tanaman inang melalui pasokan fotosintat ke bintil. Biaya energi ini berarti tanaman yang aktif memfiksasi menginvestasikan sebagian besar hasil fotosintesisnya dalam simbiosis, itulah sebabnya laju fiksasi nitrogen sangat terkait dengan produksi biomassa di atas tanah.

Metode ureida: mengukur konsentrasi ureida (alantoin dan alantoat) dalam getah xilem: digunakan untuk mengukur BNF pada legum tropis tanpa uji reduksi asetilena yang mahal. Penelitian menggunakan teknik ini di perkebunan kelapa sawit Malaysia dan Indonesia di bawah kelapa sawit berumur 2 hingga 3 tahun memperkirakan laju fiksasi nitrogen sebesar 80 hingga 150 kg N per hektar per tahun untuk tegakan Pueraria javanica yang mapan dengan nodulasi lengkap. Pengukuran Mucuna bracteata dari kondisi serupa menunjukkan 100 hingga 180 kg N per hektar per tahun, mencerminkan produksi biomassa di atas tanah MB yang lebih tinggi yang menyediakan lebih banyak karbon untuk mendukung fiksasi nitrogen.

Mengapa BNF seringkali berkinerja buruk pada tanah asam Malaysia

Potensi fiksasi nitrogen yang dijelaskan di atas dapat dicapai, tetapi seringkali tidak tercapai dalam praktik pada Ultisol asam Malaysia. Tiga faktor secara konsisten membatasi BNF di lapangan relatif terhadap potensi teoretis: efek pH tanah pada populasi Bradyrhizobium, inokulasi yang tidak memadai, dan penghambatan nitrat tanah.

Strain Bradyrhizobium yang membentuk bintil pada legum tanaman penutup tanah Malaysia memiliki kisaran pH optimal 5,5 hingga 7,0 untuk pertumbuhan dan aktivitas nodulasi. Pada pH tanah kelapa sawit Malaysia rata-rata 4,3, populasi Bradyrhizobium asli rendah, dan keberhasilan nodulasi tanpa inokulan tambahan buruk. Tanaman yang tumbuh tanpa bintil fungsional tidak memfiksasi nitrogen, terlepas dari berapa banyak N2 yang ada di atmosfer tanah. Gejala kekurangan nitrogen pada daun tanaman penutup tanah yang tidak bernodulasi tidak dapat dibedakan dari tanaman non-legum yang kekurangan nitrogen: sumber nitrogen biologis belum diaktifkan.

Inokulasi dengan inokulan Bradyrhizobium yang layak dan spesifik spesies pada saat tanam mengatasi hambatan ini pada tanah asam. Penelitian secara konsisten menunjukkan bahwa tanaman penutup tanah yang diinokulasi pada Ultisol asam Malaysia mencapai massa bintil dan fiksasi nitrogen 2 hingga 5 kali lebih besar daripada tanaman yang tidak diinokulasi pada musim tanam pertama. Untuk setiap kilogram inokulan yang diterapkan, nitrogen yang difiksasi selama 12 bulan berikutnya mewakili ratusan kilogram nilai setara urea.

Konsentrasi nitrat tanah yang tinggi: dari aplikasi urea baru-baru ini atau dari mineralisasi bahan organik yang intensif: menekan BNF dengan mengurangi investasi energi tanaman dalam pemeliharaan bintil. Inilah sebabnya mengapa perkiraan fiksasi nitrogen dari perkebunan yang menerima masukan nitrogen sintetis yang tinggi biasanya lebih rendah daripada dari sistem masukan yang lebih rendah. Mengurangi aplikasi nitrogen sintetis (karena BNF mulai memasok lebih banyak kebutuhan N tanaman) sebenarnya meningkatkan keluaran BNF dalam umpan balik positif: tetapi ini membutuhkan kepercayaan pada kapasitas fiksasi sistem tanaman penutup tanah sebelum mengurangi masukan sintetis.

Kuantifikasi nilai substitusi pupuk

Sistem tanaman penutup tanah yang dikelola dengan baik yang memfiksasi 100 kg N per hektar per tahun memberikan nilai nitrogen setara dengan 217 kg urea per hektar per tahun: dengan harga pasar Malaysia, sekitar RM 350 hingga 430 dalam penghematan biaya masukan, sebelum memperhitungkan kehilangan penguapan yang dihindari yang selanjutnya mengurangi efisiensi urea. Di lahan seluas 500 hektar dengan cakupan tanaman penutup tanah lengkap, ini mewakili RM 175.000 hingga 215.000 per tahun dalam biaya urea yang dihindari.

Untuk menangkap nilai ini, aplikasi nitrogen sintetis ke sela-sela tanaman penutup tanah harus dikurangi (tidak dihilangkan) sebesar 20 hingga 40% setelah tahun pertama penutup tanah yang mapan dan bernodulasi baik. Nitrogen yang difiksasi oleh tanaman penutup tanah akan bermineralisasi dari residunya selama 6 hingga 18 bulan setelah pergantian biomassa, menjadi tersedia bagi tanaman secara tidak sinkron dengan kebutuhan kelapa sawit: sehingga beberapa masukan nitrogen sintetis tetap penting untuk peristiwa nutrisi yang sensitif waktu (terutama selama perkembangan tandan). SoilBoost EA mempercepat mineralisasi residu tanaman penutup tanah, meningkatkan waktu dan kelengkapan pelepasan nitrogen dari biomassa tanaman penutup tanah ke zona akar.

Menggunakan Seed Activator saat menanam Mucuna bracteata, Pueraria javanica, Calopogonium mucunoides, atau Centrosema pubescens, bersama dengan inokulan Bradyrhizobium yang sesuai, menciptakan dasar biologis untuk BNF maksimum sejak awal pembentukan tanaman penutup tanah. Investasi dalam BNF ini adalah salah satu keputusan agronomi dengan pengembalian tertinggi yang tersedia dalam kelapa sawit Malaysia: menghasilkan nitrogen biologis abadi di seluruh siklus produksi tanpa kehilangan penguapan, biaya masukan, dan jejak karbon urea sintetis.