Pelepasan Nitrogen Secara Perlahan Akan Menguntungkan Tanaman
Urea, komponen urin, merupakan pupuk yang bagus, tetapi butuh banyak untuk menutupi ladang, dan perlu sering ditambahkan kembali. Ada penelitian baru yang menggunakan nanoteknologi untuk mengurangi jumlah urea yang diperlukan untuk menyuburkan ladang, tanpa mengurangi hasil panen. Teknologi ini akan menguntungkan negara-negara berkembang, yang perlu memotong biaya pupuk sambil mengumpulkan cukup makanan
Sejarah Pupuk Nitrogen
Sejak 1913, ketika proses Haber-Bosch memungkinkan produksi komersial amonia, produksi nitrogen (N) pupuk telah menjadi bagian dari pertanian modern. Sejak itu, urea telah menjadi pupuk umum, yang mengandung 46% nitrogen.
Tetapi urea hancur sangat cepat. Para petani harus cepat-cepat membaurkan urea (biasanya dalam bentuk granular) ke dalam lahan ladang, atau amonia akan dilepaskan sebagai gas ke udara dan bukannya rusak seperti nitrat yang sebenarnya dibutuhkan tanaman. Para petani biasanya melakukan ini melalui sedikit air irigasi, tetapi sebuah studi baru telah menemukan bahwa mungkin untuk lebih mengontrol penguraian urea di dalam tanah. Teknik baru ini menggabungkan urea dengan matriks hidroksyapatit (HA) nano-particle (NP), yang memperlambat volatilitas urea, sehingga tersedia bagi tanaman untuk waktu yang lebih lama.
Studi baru menargetkan HA NP untuk membawa urea karena mereka memiliki rasio luas permukaan-volume yang tinggi. Rockfosfat alami, yang digunakan sebagai pupuk fosfor, kebetulan merupakan HA, dan menunjukkan kelarutan rendah, sehingga penelitian ini bereksperimen dengan pengaturan nitrogen-fosfor yang dapat memungkinkan pelepasan nitrogen secara perlahan bersama dengan Fosfor.
Tanaman Membutuhkan Fosfor dan Nitrogen
Alam mempertahankan keseimbangan melalui banyak siklus yang ada di Bumi. Kita menyebut siklus ini, “siklus ekologi” dan itu karena siklus ini bahwa materi yang diperlukan untuk kehidupan terus beredar di lingkungan. Beberapa contoh bahan yang diperlukan tersebut adalah nitrogen, fosfor, sulfur dan air.
Di sini kita membahas pentingnya nitrogen dan fosfor saja, tetapi semua bahan yang disebutkan di atas penting untuk keberadaan kehidupan.
Nitrogen dan fosfor, khususnya, adalah konstituen dari blok bangunan kehidupan; asam amino. Tanaman, sebagai produsen utama energi, adalah orang-orang yang membangun protein penting (yang terbuat dari asam amino) yang kemudian dikonsumsi oleh rantai konsumen, untuk membuat rantai makanan.
Siklus Nitrogen
Untuk memahami bagaimana tanaman menggunakan nitrogen dan fosfor, pertama-tama kita harus melihat siklus nitrogen. Ini akan membantu kita memahami bahwa membuat nitrogen sebagai komponen pupuk bukanlah solusi manusia biasa untuk mendorong pertumbuhan tanaman, tetapi sudah ada di alam. Menemukan solusi cerdas untuk memasukkan lebih banyak nitrogen ke dalam tanah adalah upaya untuk memanfaatkan siklus nitrogen.
Dalam suatu ekosistem, nitrat ditemukan di tanah dan digunakan oleh tanaman untuk membangun protein. Herbivora kemudian memakan tanaman itu. Bahan limbah yang dicerna dan dikeluarkan dari hewan melepaskan nitrogen. Ketika hewan-hewan itu mati dan terurai, lebih banyak nitrogen dari protein kembali ke lingkungan sebagai amonia.
Bakteri membusukkan bahan limbah atau mayat, tetapi ada juga “bakteri nitrifikasi” yang mengubah amonia menjadi nitrat. Nitrat adalah bentuk nitrogen yang digunakan tanaman. Nitrogen bebas dan amonia bukanlah bentuk nitrogen yang berguna untuk tanaman.
Nitrogen untuk Tanaman
Nitrogen sangat terkait dengan pertumbuhan tanaman. Tidak hanya itu, nitrogen adalah konstituen pigmen hijau tanaman, klorofil, selain itu juga, nitrogen adalah bagian penting dari molekul organik yang penting untuk kehidupan seperti protein dan asam nukleat. Bahkan beberapa gula (karbohidrat) mengandung bentuk nitrogen yang dikenal sebagai gula amino. Gula amino ini dikombinasikan dengan polisakarida (tidak manis, karbohidrat yang tidak larut) membuat muco-polisakarida yang dapat ditemukan di epitel dan kitin.
Untuk mensintesis molekul yang penting untuk kehidupan, tanaman perlu mendapatkan bahan tertentu, seperti nitrogen. Nitrogen adalah bahan yang sangat terlibat dalam sintesis protein; sebuah proses di mana asam amino bergabung, satu demi satu untuk menimbulkan rantai poli-peptida. (Nitrogen adalah konstituen dari asam amino, dan protein terbuat dari rantai polipeptida.)
Fosfor dan Tanaman
Mari kembali ke pentingnya satu komponen lain yang disebutkan di awal yaitu fosfor. Fosfor memiliki basa nitrogen, dan merupakan unit struktural dasar dari asam nukleat seperti DNA. Jadi, fosfor adalah molekul dasar lain untuk kehidupan. Ini memainkan peran penting dalam sintesis protein dan pembelahan sel, dan merupakan bagian penting dari “mata uang energi” sel; molekul ATP. Fosfor diambil oleh tanaman dari tanah dalam bentuk ion ortofosfat: baik HPO4-2 atau H2PO4.
Metode Baru untuk Membuat Pupuk Lebih Baik
Bakteri nitrifikasi ada secara alami di tanah untuk memasok tanaman dengan nitrogen yang dibutuhkan (atau nitrat), tetapi dengan meningkatnya populasi dunia, kelaparan dan masalah gizi juga meningkat. Untuk mengatasi kelangkaan pangan, para ilmuwan terus berupaya menghasilkan pupuk yang lebih baik sehingga pertanian tidak hanya bergantung pada bakteri atau proses alami lainnya untuk mendapatkan nitrat di tanah.
Pembentukan pupuk urea membawa ilmu lebih dekat ke solusi dan penelitian ini mengambil upaya-upaya satu langkah lebih jauh. Mengoptimalkan jumlah urea sehingga tanaman dapat mengkonsumsi nitrat penting bahkan lebih efisien, dan mencegah kehilangan amonia yang tidak perlu (dan karenanya nitrogen) secara signifikan meningkatkan manfaat pupuk bagi tanaman.
Selain itu, penelitian ini membantu pasokan nutrisi penting lainnya untuk tanaman; fosfor, dengan menggabungkan urea pada tingkat mikro dengan hidroksiapatit. HA pilihan dalam penelitian ini juga terjadi secara alamiah, yaitu batu Fosfat yang telah memiliki aplikasi pupuk fosfor, menciptakan situasi win-win dengan kedua konstituen bahan nano hibrida.