Tanpa bakteri yang tepat, tanaman penutup tanah pengikat nitrogen Anda hanyalah gulma

Tanpa bakteri yang tepat, tanaman penutup tanah pengikat nitrogen Anda hanyalah gulma

Tanaman penutup tanah legum pengikat nitrogen adalah salah satu konsep yang paling banyak dipasarkan dalam pengelolaan perkebunan berkelanjutan. Tanam Mucuna bracteata, kata literatur, dan tanaman ini akan mengikat 100 hingga 200 kg nitrogen per hektar per tahun secara gratis. Yang jarang disebutkan oleh materi promosi adalah kondisi yang mendasarinya: tanah harus mengandung populasi Bradyrhizobium strain yang tepat, sesuai dengan spesies legum tertentu, pada kepadatan yang cukup untuk mengkolonisasi rambut akar dan membentuk nodul fungsional. Tanpa simbiosis ini, legum tumbuh seperti tanaman biasa, mengambil nitrogen dari tanah daripada mengikatnya dari atmosfer.

Di lahan perkebunan yang baru dibuka, di tanah yang sangat terdegradasi, atau di lahan dengan riwayat pH asam yang panjang, populasi rhizobium asli seringkali tidak mencukupi atau sama sekali tidak ada. Menanam tanaman penutup tanah legum dalam kondisi ini tanpa inokulasi akan menghasilkan biomassa tetapi hanya sedikit atau tidak ada pengikatan nitrogen. Ini adalah penutup tanah yang mahal tanpa anggaran nitrogen.

Simbiosis yang bergantung pada pengikatan N

Pengikatan nitrogen biologis pada legum beroperasi melalui pertukaran sinyal kimia yang tepat antara tanaman dan bakteri. Akar legum mengeluarkan senyawa flavonoid ke dalam rizosfer. Bakteri Bradyrhizobium atau Rhizobium dengan profil reseptor yang benar mendeteksi sinyal-sinyal ini dan memulai respons, menghasilkan faktor Nod yang memicu pengeritingan rambut akar dan pembentukan benang infeksi. Bakteri masuk ke korteks akar, dienkapsulasi oleh material membran tanaman menjadi organel yang disebut simbiosis, dan berdiferensiasi menjadi bakteroid yang mengekspresikan nitrogenase, kompleks enzim yang mengubah dinitrogen atmosfer menjadi amonia.

Simbiosis legum-rizobium menyumbang sekitar 80% nitrogen yang diikat secara biologis dalam ekosistem pertanian secara global (Zahran, 1999, Microbiology and Molecular Biology Reviews 63(4):968-989). Sistem ini spesifik: strain Bradyrhizobium yang membentuk nodul dengan Mucuna bracteata belum tentu membentuk nodul yang efektif dengan Pueraria javanica, dan sebaliknya. Inokulasi dengan produk umum yang tidak mengandung strain yang cocok dengan spesies target dapat menghasilkan pembentukan nodul yang terlihat tetapi dengan efisiensi pengikatan nitrogen yang suboptimal.

Khusus untuk Mucuna bracteata, penelitian dari MPOB Oil Palm Bulletin (2020, Cheah et al.) pada tanah Seri Jawa menemukan bahwa tanaman memperoleh 67 hingga 84% dari total nitrogen tanamannya dari pengikatan nitrogen biologis ketika strain Bradyrhizobium yang tepat ada. Ini adalah kontribusi yang luar biasa: pada batas atas, tanaman mengikat hampir semua nitrogennya sendiri dari atmosfer. Penelitian yang sama menemukan populasi bakteri pengikat nitrogen yang lebih besar di bawah Mucuna bracteata dibandingkan dengan Pueraria javanica, menunjukkan bahwa kedua spesies tidak hanya membutuhkan rizobia yang berbeda tetapi juga berbeda dalam kapasitasnya untuk membangun populasi rizobium di tanah sekitarnya.

Mengapa tanah asam memutus kontrak nitrogen

Tanah perkebunan Malaysia memiliki karakteristik asam. Ultisols dan Oxisols, yang mendominasi di Semenanjung Malaysia dan Sabah, memiliki nilai pH alami 4.0 hingga 5.5. Sebagian besar simbiosis legum-rizobium pertanian dioptimalkan untuk pH 6.0 hingga 7.5. Pada pH 4.0 hingga 5.0, berbagai mekanisme mengganggu pengikatan nitrogen.

Pertama, ion aluminium dan mangan bebas pada konsentrasi tinggi dalam larutan tanah asam secara langsung toksik bagi sel Bradyrhizobium. Kelangsungan hidup Rhizobium dalam kultur cair turun tajam di bawah pH 5.0 di hadapan aluminium. Kedua, proses infeksi itu sendiri, khususnya pelekatan rizobia ke permukaan rambut akar, terhambat dalam kondisi asam. Pengeritingan rambut akar, langkah fisik pertama dalam pembentukan nodul, ditekan ketika pH tanah mengganggu kaskade sinyal faktor Nod. Ketiga, aktivitas enzim nitrogenase berkurang oleh pH rendah dan aluminium yang tinggi, bahkan pada nodul yang terbentuk.

Konsekuensi praktisnya adalah bahwa legum yang diinokulasi dengan baik yang ditanam di tanah pH 4.2 akan menghasilkan nodul efektif yang lebih sedikit, mengikat nitrogen lebih sedikit per nodul, dan mengembalikan total N lebih sedikit ke tanah daripada legum yang sama yang diinokulasi dan ditanam di tanah pH 5.5 hingga 6.0. Oleh karena itu, pengelolaan pH tanah adalah prasyarat untuk mewujudkan potensi pengikatan nitrogen dari setiap investasi tanaman penutup tanah. SoilBoost EA mengandung fraksi asam humat yang menyangga pH tanah dan meningkatkan kapasitas pertukaran kation, menciptakan kondisi yang lebih ramah bagi kelangsungan hidup rizobium dan aktivitas infeksi.

Rizobia spesifik spesies: Mucuna vs Pueraria vs Centrosema

Setiap spesies tanaman penutup tanah utama yang digunakan di perkebunan Malaysia memiliki profil spesifisitas rizobiumnya sendiri. Memahami perbedaan-perbedaan ini penting untuk pemilihan produk inokulasi.

Mucuna bracteata membentuk simbiosis efektif dengan Bradyrhizobium elkanii dan strain lambat tumbuh terkait dari keluarga Bradyrhizobiaceae. Strain-strain ini mentolerir kondisi asam sedang lebih baik daripada banyak spesies Rhizobium yang tumbuh cepat, tetapi masih menunjukkan penurunan aktivitas yang signifikan di bawah pH 5.0.

Pueraria javanica membentuk nodul dengan jangkauan strain Bradyrhizobium yang lebih luas dan memiliki beberapa populasi rizobium asli yang sudah ada di tanah Malaysia dengan riwayat budidaya legum. Ini sebagian menjelaskan mengapa PJ membangun pengikatan nitrogen lebih andal tanpa inokulasi di lahan yang sebelumnya dibudidayakan, meskipun inokulasi masih meningkatkan kinerja di pembukaan lahan baru.

Centrosema pubescens membutuhkan strain Bradyrhizobium yang spesifik untuk genus Centrosema. Inokulasi silang dengan rizobia Mucuna atau Pueraria dapat menghasilkan beberapa nodulasi tetapi biasanya dengan efisiensi pengikatan yang lebih rendah daripada inokulasi strain yang cocok. Di lahan tanpa budidaya Centrosema sebelumnya, inokulasi sangat penting agar pengikatan nitrogen terjadi.

Calopogonium mucunoides dan Calopogonium caeruleum juga membutuhkan strain Bradyrhizobium yang cocok dengan genus Calopogonium. Spesies-spesies ini sering ditanam sebagai spesies pendamping dalam campuran tanaman penutup tanah, di mana mereka menempati ceruk lapisan bawah. Kontribusi pengikatan nitrogen mereka dalam campuran tegakan bergantung pada inokulasi yang sesuai dengan kebutuhan rizobium spesifik mereka.

Protokol inokulasi untuk pendirian perkebunan Malaysia

Protokol inokulasi standar pada saat penanaman melibatkan pelapisan benih dengan pembawa inokulan rizobium, baik berbasis gambut atau cair, segera sebelum penanaman. Benih harus dilindungi dari sinar matahari langsung setelah inokulasi, karena radiasi UV dengan cepat membunuh sel rizobium di permukaan benih. Benih yang diinokulasi harus ditanam dalam waktu 24 jam setelah pelapisan untuk mempertahankan viabilitas.

Pada tanah yang sangat asam (pH di bawah 5.0), pengapuran tanah pada 0.5 hingga 1.0 ton per hektar yang diterapkan enam hingga delapan minggu sebelum penanaman meningkatkan lingkungan rizosfer untuk keberhasilan inokulasi. Ini tidak dapat menggantikan inokulasi tetapi meningkatkan kondisi di mana rizobia yang diperkenalkan dapat terbentuk.

Bagaimana pengelolaan pH tanah mendukung populasi rizobium

Pengapuran untuk menaikkan pH tanah di atas 5.5 adalah intervensi paling langsung untuk meningkatkan kelangsungan hidup rizobium dan efisiensi pengikatan nitrogen. Aplikasi asam humat melalui SoilBoost EA memberikan manfaat pelengkap: molekul humat mengikat ion aluminium, mengurangi toksisitas aluminium bebas dalam larutan tanah tanpa memerlukan netralisasi penuh yang dicapai oleh kapur. Efek penyangga ini sangat berguna pada penanaman yang sudah mapan di mana aplikasi kapur secara siaran sulit secara logistik, dan ini mendukung populasi rizobium di tanah di sekitar sistem akar tanaman penutup tanah yang ada serta di zona pembentukan untuk benih yang baru ditanam.

Program gabungan, inokulasi yang benar pada saat penanaman, penyangga pH melalui amandemen asam humat, dan koreksi pH tanah jika diperlukan, memberikan kondisi agar pengikatan nitrogen beroperasi pada potensi yang didokumentasikan. Tanaman penutup tanah kemudian menjadi apa yang digambarkan dalam literatur agronomi: pabrik nitrogen di antara baris, yang mengedarkan N atmosfer ke dalam sistem tanah dan mengurangi permintaan pupuk anorganik pada tanaman.