Fiksasi nitrogen biologi dalam kelapa sawit Malaysia: bagaimana tanaman penutup bumi kekacang mengurangkan kebergantungan kepada baja sintetik

Nitrogen adalah nutrien yang paling banyak diperlukan oleh kelapa sawit selepas kalium, dan pembajaan nitrogen mewakili salah satu kos input tunggal terbesar dalam pengurusan ladang di Malaysia. Nitrogen keluar daripada sistem melalui tandan yang dituai, dan lebih banyak lagi hilang melalui larut lesap, pemeruapan daripada urea yang digunakan, dan denitrifikasi dalam tanah yang bertakung air. Menggantikan nitrogen ini dengan urea sintetik, yang mudah hilang melalui pemeruapan dan mempunyai jejak karbon yang ketara, adalah mahal dan memberi kesan buruk kepada alam sekitar.

Tanaman penutup kekacang menawarkan alternatif biologi kepada sebahagian daripada keperluan nitrogen ini. Melalui simbiosisnya dengan bakteria tanah genus Bradyrhizobium, kekacang menukarkan gas nitrogen atmosfera (N2) menjadi ammonium yang tersedia untuk tumbuhan: suatu proses yang disebut pengikatan nitrogen biologi (BNF). Nitrogen yang diikat oleh sistem tanaman penutup kekacang yang diurus dengan baik di kelapa sawit Malaysia mewakili bekalan nitrogen yang besar dan boleh diperbaharui yang mengurangkan jumlah urea sintetik yang diperlukan dan meningkatkan profil kelestarian keseluruhan ladang.

Biologi pengikatan nitrogen dalam kekacang tropika

BNF dalam tanaman penutup kekacang berlaku dalam nodul akar: struktur kecil, kemerah-merahan yang kelihatan pada akar tumbuhan yang aktif mengikat. Di dalam setiap nodul, bakteria Bradyrhizobium (dipanggil bakteroid dalam keadaan residen nodulnya) mengekalkan keadaan di mana enzim nitrogenase boleh menukarkan gas N2 kepada NH4+, yang boleh diserap terus oleh tumbuhan perumah. Reaksi nitrogenase memerlukan tenaga yang signifikan (kira-kira 16 molekul ATP bagi setiap molekul N2 yang diikat), yang disediakan oleh tumbuhan perumah melalui bekalan fotosintat ke nodul. Kos tenaga ini bermakna tumbuhan yang aktif mengikat melabur sebahagian besar daripada hasil fotosintesisnya dalam simbiosis, itulah sebabnya kadar pengikatan nitrogen berkait rapat dengan pengeluaran biojisim atas tanah.

Kaedah ureida, yang mengukur sebatian ureida (allantoin dan allantoate) dalam ekstrak batang atau sap xilem, digunakan untuk mengukur BNF dalam kekacang tropika tanpa asai pengurangan asetilena yang mahal. Menggunakan teknik ini di bawah kelapa sawit di Papua New Guinea, Pipai et al. (2023) menganggarkan 48 hingga 102 kg N sehektar setahun bagi keseluruhan penutup kekacang di ladang muda, iaitu angka untuk penutup campuran dan bukan untuk mana-mana satu spesies. Angka peringkat spesies mengukur perkara yang berbeza: bagi Pueraria javanica, sehingga 250 kg N sehektar setahun terkumpul dalam biojisim atas tanah dalam satu percubaan di timur laut Thailand (Clermont-Dauphin et al., 2016); bagi Mucuna bracteata, 67 hingga 84% nitrogen tumbuhan daripada pengikatan dalam kajian 15N di bawah kelapa sawit berumur tiga tahun (Cheah, Zaharah dan Aminuddin, 2010), tanpa kadar tahunan rutin yang dinyatakan.

Mengapa BNF sering kurang berprestasi di tanah masam Malaysia

Potensi pengikatan nitrogen yang diterangkan di atas boleh dicapai, tetapi sering tidak dicapai dalam amalan di Ultisol masam Malaysia. Tiga faktor secara konsisten mengehadkan BNF di lapangan berbanding potensi teori: kesan pH tanah pada populasi Bradyrhizobium, inokulasi yang tidak mencukupi, dan perencatan nitrat tanah.

Strain Bradyrhizobium yang menodulasi kekacang tanaman penutup Malaysia tumbuh dan membentuk nodul paling baik dalam tanah yang sederhana berasid hingga neutral. Dalam tanah sangat berasid yang biasa di bawah kelapa sawit Malaysia, populasi Bradyrhizobium asli boleh menjadi rendah, dan pembentukan nodul tanpa inokulan tambahan boleh menjadi lemah. Tumbuhan yang tumbuh tanpa nodul berfungsi tidak mengikat nitrogen, tanpa mengira berapa banyak N2 yang terdapat dalam atmosfera tanah. Gejala kekurangan nitrogen pada daun tanaman penutup yang tidak bernodul tidak dapat dibezakan daripada tumbuhan bukan kekacang yang kekurangan nitrogen: sumber nitrogen biologi belum diaktifkan.

Inokulasi dengan inokulan Bradyrhizobium yang berdaya maju dan sesuai dengan spesies semasa menanam membantu mengatasi halangan ini di tanah masam, terutamanya di tanah yang belum pernah ditanam dengan kekacang tersebut dan rizobia asli adalah sedikit. Periksa nodul beberapa minggu selepas percambahan dengan mencabut beberapa pokok: nodul yang sihat dan aktif mengikat nitrogen berwarna merah jambu hingga merah di bahagian dalam.

Kepekatan nitrat tanah yang tinggi, daripada aplikasi urea baru-baru ini atau daripada mineralisasi bahan organik yang intensif, menekan BNF dengan mengurangkan pelaburan tenaga tumbuhan dalam penyelenggaraan nodul. Inilah sebabnya mengapa anggaran pengikatan nitrogen dari ladang yang menerima input nitrogen sintetik yang tinggi biasanya lebih rendah daripada sistem input yang lebih rendah. Mengurangkan aplikasi nitrogen sintetik (apabila BNF mula membekalkan lebih banyak keperluan N tumbuhan) sebenarnya meningkatkan output BNF dalam gelung maklum balas positif, tetapi ini memerlukan keyakinan terhadap kapasiti pengikatan sistem tanaman penutup sebelum mengurangkan input sintetik.

Mengkuantifikasi nilai penggantian baja

Sebagai gambaran, setiap 100 kg nitrogen yang sampai kepada tanaman bersamaan dengan kira-kira 217 kg urea (urea mengandungi 46% N); darabkan dengan harga urea yang anda bayar sendiri untuk melihat kos input yang diwakilinya, sebelum mengambil kira kehilangan pemeruapan yang seterusnya mengurangkan kecekapan urea. Apa yang dijimatkan oleh ladang anda bergantung kepada nitrogen yang benar-benar dibekalkan oleh tegakan anda sendiri.

Sebarang pengurangan aplikasi nitrogen sintetik selepas litupan tanaman penutup mantap dan bernodul baik perlu ditetapkan berdasarkan analisis daun dan tanah bersama ahli agronomi anda, bukan berdasarkan peratusan tetap. Nitrogen yang diikat oleh tanaman penutup dibebaskan secara beransur-ansur daripada sisanya selepas pusing ganti biojisim, dan pembebasannya tidak sepadan dengan masa keperluan kelapa sawit, jadi nitrogen sintetik tetap penting untuk nutrisi yang sensitif masa (terutama semasa perkembangan tandan). SoilBoost EA, iaitu perapi tanah dan bukan sumber nitrogen, boleh digunakan bersama tanaman penutup untuk menyokong struktur tanah dan keadaan zon akar.

Menggunakan Seed Activator semasa menanam Mucuna bracteata, Pueraria javanica, Calopogonium mucunoides, atau Centrosema pubescens, bersama-sama dengan inokulan Bradyrhizobium yang sesuai, membantu membina asas biologi untuk BNF yang baik dari permulaan penanaman tanaman penutup. Melabur dalam penanaman dan pembentukan nodul yang baik ialah antara keputusan agronomi yang paling kos efektif di kelapa sawit Malaysia: ia menambah nitrogen yang diikat secara biologi ke dalam sistem tanpa kehilangan pemeruapan, kos input dan jejak karbon urea sintetik.