Penguapan nitrogen dari urea pada kelapa sawit: mengapa hingga 42% N yang diaplikasikan menghilang ke udara

Urea (46% N) adalah pupuk nitrogen dominan yang digunakan di perkebunan kelapa sawit Malaysia, baik di perkebunan besar maupun kecil, karena harganya termurah per unit nitrogen dan tersedia dengan mudah melalui rantai pasokan bersubsidi. Namun, penelitian selama beberapa dekade di Malaysia menunjukkan bahwa sebagian besar urea yang diaplikasikan tidak pernah mencapai sistem akar kelapa sawit. Kehilangan amonia akibat penguapan dari urea yang diaplikasikan pada kelapa sawit berkisar antara 11,2 hingga 42% dari nitrogen yang diaplikasikan, setara dengan 14 hingga 105 kg nitrogen per hektar per tahun yang menguap ke atmosfer.

Pada batas atas kisaran ini, hampir setengah dari biaya pemupukan nitrogen terbuang sia-sia. Untuk perkebunan yang mengaplikasikan urea sebanyak 1,5 kg per pohon per aplikasi (sekitar 200 kg urea per hektar per tahun), kehilangan akibat penguapan berarti menghabiskan setara dengan 22 hingga 90 kg N per hektar untuk nitrogen yang memupuk udara, bukan tanaman. Mengurangi kehilangan ini adalah salah satu cara paling langsung untuk meningkatkan efisiensi pupuk dan mengurangi biaya input dalam pertanian perkebunan Malaysia.

Kimia penguapan urea

Ketika butiran urea diaplikasikan ke permukaan tanah, enzim urease, yang dihasilkan oleh bakteri tanah dan terdapat pada residu tanaman, dengan cepat menghidrolisis urea menjadi amonium karbonat dan kemudian ion amonium (NH4+) dan bikarbonat. Reaksi ini meningkatkan pH lokal di sekitar setiap butiran urea menjadi 7,5 hingga 8,5, menggeser kesetimbangan amonium-amonia secara kuat ke bentuk gas volatil: amonia (NH3). Gas amonia berdifusi dari permukaan tanah ke udara: inilah penguapan.

Tingkat kehilangan tergantung pada suhu permukaan, kecepatan angin, kelembaban tanah, dan waktu antara aplikasi urea dan curah hujan atau irigasi. Tingkat penguapan tertinggi terjadi ketika urea diaplikasikan ke permukaan tanah yang kering atau lembab (tetapi tidak basah) di bawah kondisi hangat dan berangin. Suhu siang hari di Malaysia yang berkisar antara 28 hingga 35°C selama musim kemarau menciptakan kondisi hampir optimal untuk aktivitas urease yang cepat dan pelepasan amonia. Kehilangan puncak terjadi dalam waktu 24 hingga 72 jam setelah aplikasi, sebelum hujan dapat melarutkan dan membawa urea ke dalam tanah.

Kapan penguapan paling buruk di Malaysia

Pola curah hujan di Malaysia sangat musiman di beberapa daerah dan sporadis di mana-mana. Periode kering 7 hingga 21 hari sering terjadi, terutama selama transisi monsun barat daya (Juni hingga Agustus) di Semenanjung Malaysia dan selama periode kering yang dipengaruhi El Nino di Sabah dan Sarawak. Ini adalah periode-periode di mana aplikasi urea seringkali paling dibutuhkan, untuk mendukung perkembangan tandan menjelang puncak panen Q3-Q4, dan justru saat kehilangan akibat penguapan tertinggi.

Penelitian dari lokasi perkebunan Malaysia menemukan penurunan hasil yang signifikan ketika urea diaplikasikan selama periode kekeringan, yang disebabkan oleh kombinasi penyerapan tanah yang buruk dan penguapan tinggi di bawah kondisi kering. Paradoks pemupukan selama kekeringan untuk persiapan panen dan kehilangan sebagian besar ke udara adalah inefisiensi struktural dalam program nutrisi kelapa sawit konvensional yang dapat ditangani sebagian oleh sumber nitrogen organik.

Perkebunan di lereng dan teras menghadapi risiko penguapan tambahan dari aliran permukaan. Ketika hujan akhirnya tiba setelah periode kering, seringkali turun dengan deras, menghanyutkan butiran urea yang belum larut dari teras dan saluran pembuangan sebelum dapat masuk ke zona akar, memperburuk kehilangan udara dengan kehilangan air.

Strategi mitigasi: waktu dan formulasi

Strategi pengurangan penguapan yang paling mudah diakses tidak memerlukan perubahan input: aplikasikan urea segera sebelum prakiraan hujan (dalam waktu 24 jam) atau setelah hujan ketika tanah lembab tetapi tidak tergenang air. Tanah yang lembab mempercepat pelarutan urea dan pergerakannya ke profil tanah sebelum hidrolisis menghasilkan amonia volatil. Manajer perkebunan Malaysia dengan pemantauan cuaca yang andal dapat mengatur waktu aplikasi untuk secara konsisten memanfaatkan jendela ini, mengurangi kehilangan penguapan dari 30%+ menjadi 10 hingga 15%.

Membagi aplikasi nitrogen tahunan menjadi jumlah yang lebih sering dan lebih kecil (3 hingga 4 kali per tahun daripada 1 hingga 2) mengurangi konsentrasi urea di permukaan tanah pada satu waktu, menurunkan fluks amonia puncak. Meskipun meningkatkan tenaga kerja aplikasi, pembagian juga meningkatkan sinkronisasi antara pasokan nitrogen dan permintaan tanaman, terutama di sekitar siklus perkembangan tandan.

Produk urea berlapis dengan inhibitor urease atau lapisan polimer memperlambat reaksi hidrolisis, memperpanjang jendela antara aplikasi dan penguapan. Uji coba lapangan yang membandingkan urea berlapis dan tidak berlapis di Malaysia secara konsisten menunjukkan pengurangan kehilangan amonia sebesar 40 hingga 60% dengan produk berlapis polimer. Biaya per unit N yang lebih tinggi sebagian besar diimbangi oleh pengurangan nitrogen yang terbuang.

Sumber nitrogen organik: pendekatan komplementer

Nitrogen organik, dari kompos, biomassa tanaman penutup tanah, POME, dan kondisioner biologis, berperilaku sangat berbeda dari urea anorganik. Nitrogen organik dimurnikan dari senyawa organik kompleks oleh mikroorganisme tanah pada tingkat yang dikendalikan oleh suhu tanah, kelembaban, dan aktivitas mikroba. Pasokan lepas lambat yang dimediasi tanah ini secara inheren kurang rentan terhadap penguapan karena tidak menghasilkan aliran amonium permukaan yang mendorong pelepasan amonia dari urea.

CSB Organico menyediakan nitrogen dalam bentuk terikat organik yang termurnikan secara progresif selama musim tanam. Dikombinasikan dengan aktivitas mikroba yang distimulasi oleh SoilBoost EA, mineralisasi nitrogen organik dapat menyediakan sebagian besar kebutuhan nitrogen kelapa sawit, mengurangi jumlah urea yang dibutuhkan dan dengan demikian mengurangi total volume nitrogen yang terpapar risiko penguapan.

Tanaman penutup tanah legum termasuk Mucuna bracteata dan Pueraria javanica mengikat nitrogen atmosfer melalui simbiosis Bradyrhizobium mereka, menyumbangkan 50 hingga 150 kg N per hektar per tahun ke kumpulan nitrogen organik tanah. Nitrogen ini masuk ke sistem tanaman melalui mineralisasi mikroba residu tanaman penutup tanah, lagi-lagi, melalui jalur lepas lambat, rendah penguapan. Di lahan di mana sistem tanaman penutup tanah yang mapan dipertahankan, pengurangan 20 hingga 40% kebutuhan pupuk nitrogen sintetis dapat dicapai tanpa mengurangi hasil.

Kasus bisnis untuk efisiensi nitrogen

Pada harga urea Malaysia saat ini dan dengan kehilangan penguapan sebesar 25 hingga 35%, perkebunan yang menghabiskan RM 800 per hektar per tahun untuk urea secara efektif menyia-nyiakan RM 200 hingga 280 per hektar untuk nitrogen yang tidak pernah mencapai tanaman. Penerapan optimasi waktu, aplikasi terbagi, dan substitusi nitrogen organik parsial dapat mengembalikan sebagian besar pemborosan ini. Untuk perkebunan seluas 500 hektar, penghematannya adalah RM 100.000 hingga 140.000 per tahun, tanpa mengubah total luas, varietas tanaman, atau input lainnya. Efisiensi nitrogen adalah salah satu perbaikan agronomis dengan pengembalian tertinggi yang tersedia.