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

Nitrogen adalah hara yang paling banyak dibutuhkan kelapa sawit setelah kalium, dan pemupukan nitrogen merupakan salah satu biaya masukan terbesar dalam pengelolaan perkebunan di Malaysia. Nitrogen keluar dari sistem melalui tandan yang dipanen, dan lebih banyak lagi hilang melalui pencucian, penguapan dari urea yang diberikan, dan denitrifikasi di tanah yang tergenang air. Mengganti nitrogen ini dengan urea sintetis, yang rentan kehilangan melalui penguapan dan memiliki 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), yang 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, yang mengukur senyawa ureida (alantoin dan alantoat) dalam ekstrak batang atau getah xilem, digunakan untuk mengukur BNF pada legum tropis tanpa uji reduksi asetilena yang mahal. Dengan teknik ini di bawah kelapa sawit di Papua Nugini, Pipai et al. (2023) memperkirakan 48 hingga 102 kg N per hektar per tahun untuk penutup legum secara keseluruhan di perkebunan muda, yaitu angka untuk penutup campuran, bukan untuk satu spesies tertentu. Angka tingkat spesies mengukur hal yang berbeda: untuk Pueraria javanica, hingga 250 kg N per hektar per tahun terakumulasi dalam biomassa di atas tanah dalam satu uji lapang di timur laut Thailand (Clermont-Dauphin et al., 2016); untuk Mucuna bracteata, 67 hingga 84% nitrogen tanaman berasal dari fiksasi dalam studi 15N di bawah kelapa sawit berumur tiga tahun (Cheah, Zaharah dan Aminuddin, 2010), tanpa laju tahunan rutin yang dinyatakan.

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 tumbuh dan membentuk bintil paling baik di tanah agak asam hingga netral. Di tanah sangat asam yang umum di bawah kelapa sawit Malaysia, populasi Bradyrhizobium asli bisa rendah, dan pembentukan bintil tanpa inokulan tambahan bisa 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 sesuai spesies pada saat tanam membantu mengatasi hambatan ini pada tanah asam, terutama di lahan yang belum pernah ditanami legum tersebut dan rhizobia aslinya sedikit. Periksa bintil beberapa minggu setelah tumbuh dengan mencabut beberapa tanaman: bintil yang sehat dan aktif memfiksasi nitrogen berwarna merah muda hingga merah di bagian dalamnya.

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

Sebagai gambaran, setiap 100 kg nitrogen yang sampai ke tanaman setara dengan sekitar 217 kg urea (urea mengandung 46% N); kalikan dengan harga urea yang Anda bayar sendiri untuk melihat biaya masukan yang diwakilinya, sebelum memperhitungkan kehilangan penguapan yang selanjutnya mengurangi efisiensi urea. Penghematan perkebunan Anda tergantung pada nitrogen yang benar-benar dipasok oleh tegakan Anda sendiri.

Setiap pengurangan aplikasi nitrogen sintetis setelah penutup tanah mapan dan bernodulasi baik perlu ditetapkan berdasarkan analisis daun dan tanah bersama agronomis Anda, bukan berdasarkan persentase tetap. Nitrogen yang difiksasi oleh tanaman penutup tanah dilepaskan secara bertahap dari residunya setelah pergantian biomassa, dan pelepasannya tidak sejalan dengan waktu kebutuhan kelapa sawit, sehingga nitrogen sintetis tetap penting untuk nutrisi yang sensitif waktu (terutama selama perkembangan tandan). SoilBoost EA, yaitu pembenah tanah dan bukan sumber nitrogen, dapat digunakan bersama tanaman penutup tanah untuk mendukung struktur tanah dan kondisi zona akar.

Menggunakan Seed Activator saat menanam Mucuna bracteata, Pueraria javanica, Calopogonium mucunoides, atau Centrosema pubescens, bersama dengan inokulan Bradyrhizobium yang sesuai, membantu membangun dasar biologis untuk BNF yang baik sejak awal pembentukan tanaman penutup tanah. Berinvestasi dalam penanaman dan pembentukan bintil yang baik adalah salah satu keputusan agronomi yang paling hemat biaya di perkebunan kelapa sawit Malaysia: cara ini menambahkan nitrogen hasil fiksasi biologis ke dalam sistem tanpa kehilangan penguapan, biaya masukan, dan jejak karbon urea sintetis.