Kajian Dinamik Nitrogen ke atas Padi Titisan Mutan

Menggunakan Kaedah Isotop 15

N

(Nitrogen Dynamic Study on Rice Mutant Lines using 15

N Isotope Techniques)

Ahmad Nazrul Abd Wahid, Shyful Azizi Abdul Rahman, Abdul Rahim Harun, Latiffah

Norddin, Abdul Razak Ruslan, Hazlina Abdullah and Khairuddin Abdul Rahim.

Agrotechnology and Biosciences Division,

Malaysian Nuclear Agency (Nuclear Malaysia),

Bangi, 43000 Kajang, Selangor.

ABSTRAK

Agensi Nuklear Malaysia dengan kerjasama MARDI dan UPM telah menghasilkan dua jenis padi titisan

mutan dari MR219, iaitu MR219-4 dan MR219-9 yang dibangunkan di bawah program mutagenesis untuk

penyesuaian ke keadaan aerob. Penanaman aerob merupakan sistem penanaman padi di atas tanah yang

bersaliran baik dan menggunakan input air yang minima. Di Agensi Nuklear Malaysia, kajian pembajaan

nitrogen dalam situasi aerob terhadap padi titisan mutan ini telah dijalankan di rumah teduh dan di ladang.

Kajian ini dibuat adalah bertujuan untuk menyelidik dan menilai dinamik nitrogen oleh padi titisan mutan

melalui pengurusan air tanah dan tingkat nitrogen yang berbeza. Kaedah isotop penyurih 15

N secara terus

telah digunakan dalam kajian ini, di mana baja urea berlabel isotop 15

N digunakan sebagai penyurih untuk

pengambilan nutrien nitrogen oleh tanaman ujian. Kertas kerja ini adalah bertujuan untuk menerangkan

perlaksanaan yang telah dibuat dalam kajian dinamik nitrogen ke atas padi titisan mutan MR219-4 dan

MR219-9.

Kata Kunci: Padi titisan mutan, situasi aerob, dinamik nitrogen, isotop penyurih

ABSTRACT

Malaysian Nuclear Agency in collaboration with UPM and MARDI has produced two types of rice mutant

lines of MR219, viz. MR219-4 and MR219-9 developed under rice radiation mutagenenesis programme for

adaptability to aerobic conditions. Aerobic cultivating is rice cultivation system on well drained soil and

using minimal water input. At Malaysian Nuclear Agency, a nitrogen fertilization study in aerobic

condition for the rice mutant lines was carried out in the shade house and field. The study is intended to

examine and assess the dynamics of nitrogen by rice mutant lines through the different soil water

management and nitrogen levels. Direct 15

N isotopic tracer method was used in this study, whereby the 15

N

labeled urea fertilizer was utilized as a tracer for nitrogen nutrient uptake by the test crops. This paper is

intended to highlight the progress that has been made in the study of the nitrogen dynamics on MR219-4

and MR219-9 rice mutant lines.

Keywords: Rice mutant lines, aerobic condition, nitrogen dynamic, isotopic tracer

PENDAHULUAN

Padi titisan mutan iaitu MR219-4 dan MR219-9 merupakan kultivar baru padi yang telah dibangunkan

dibawah program mutagenesis untuk penyesuaian ke keadaan aerob melalui kerjasama Universiti Putra

Malaysia (UPM) dan Institut Penyelidikan dan Kemajuan Pertanian Malaysia (MARDI). Projek

menghasilkan padi mutan ini bermula pada tahun 2003 dengan objektif utama penyelidikan adalah untuk

mendapatkan warisan mutan padi yang tahan dalam keadaan air yang minimum atau keadaan air yang tidak

bertakung. Kedua-dua jenis kultivar yang dihasilkan secara aruhan mutasi menggunakan sinaran gama

terhadap induk iaitu padi MR219. Induksi mutasi telah dijalankan oleh pendedahan organ-organ tumbuhan

seperti benih atau entiti biologi kepada radiasi yang boleh menembusi sel-sel tisu mengion supaya unsur-

unsur warisan kromosom dan proses ini menyebabkan perubahan fizikal kepada tumbuhan (Abdul Rahim

& Abdullah, 2012).

Dalam ekosistem padi banjir, beberapa laporan berkata baja nitrogen yang digunakan untuk tanaman padi

sebahagiannya telah hilang melalui mekanisme yang berbeza termasuk pemeruapan ammonia, denitrifikasi,

larut lesap dan dilarikan oleh air (Choudhury & Kennedy, 2005). Kehilangan nitrogen boleh menyebabkan

masalah alam sekitar seperti pencemaran udara, sistem akuatik dan air bawah. Kecekapan penggunaan

nitrogen secara amnya rendah dengan biasanya kurang daripada 30% - 40% daripada baja nitrogen yang

diberikan yang diambil oleh padi banjir (Crasswell & Vick, 1979; Abou Seeda et al., 1994; De Datta,

1986). Keadaan ini mencabar para penyelidik untuk membangunkan strategi untuk meningkatkan nitrogen

penggunaan kecekapan dalam pengeluaran beras. Meningkatkan kecekapan penggunaan nitrogen

menawarkan manfaat ekonomi yang besar kepada petani dan negara.

Salah satu strategi untuk meningkatkan kecekapan penggunaan nitrogen oleh tanaman padi adalah melalui

penanaman dalam keadaan aerob. Penanaman secara aerob adalah satu sistem penanaman di mana padi

ditanam di atas tanah yang bersaliran baik, tidak berlopak dan bukan tepu. Kajian terdahulu menunjukkan

bahawa penanaman secara aerob hanya menggunakan 50% air berbanding padi yang ditanam secara banjir

(Sheng et al., 2012). Penanaman secara aerob boleh mengurangkan jumlah penggunaan air sebanyak 27-

51% dan meningkatkan produktiviti air sebanyak 32-88% (Bouman et al., 2005). Perubahan dalam

pengurusan air boleh memberi kesan yang ketara kepada pengambilan nutrien oleh tumbuhan dan

kehilangan dalam persekitaran (Jing et al., 2009). Terdapat laporan yang telah menyatakan penggunaan

baja nitrogen di tempat kering adalah lebih cekap (Brian, 2010).

Satu-satunya cara langsung untuk mengukur kecekapan penggunaan nitrogen oleh tanaman padi dari baja

yang diberikan adalah melalui penggunaan isotop penyurih 15

N. Dalam kajian kecekapan pengambilan

nitrogen, baja 15

N yang berlabel urea ditambah kepada tanah dan jumlah nitrogen yang diambil oleh

tumbuhan ditentukan. Dengan cara ini amalan pembajaan nitrogen yang berbeza (penempatan, masa,

sumber, dan lain-lain) boleh dikaji (IAEA, 2001).

Melalui geran penyelidikan Science Fund, satu kajian penilaian kecekapan penggunaan nitrogen ke atas

padi mutan MR219-4 dan MR219-9 dibawah potensi air tanah dan kadar nitrogen yang berbeza telah

dijalankan. Di dalam kajian ini padi mutan MR219-4 dan MR219-9 telah ditanam dalam tiga potensi air

iaitu tepu, kapasiti bidang dan kekurangan air. Isotop penyurih 15

N yang berlabel urea pula diberikan dalam

tiga kadar yang berbeza iaitu 0 kg N/ha (rendah), 60 kg N/ha (pertengahan) dan 120 kg N/ha (tinggi).

Penyelidikan ini telah dijalankan dirumah teduhan padi yang bertujuan untuk menghalang air hujan yang

boleh mempengaruhi potensi air tanah. Kertas kerja ini akan membincangkan proses-proses yang telah

terlibat dalam kajian ini dari peringkat penanaman sehingga ke peringkat penganalisaaan.

PENYEDIAAN PLOT ESKPERIMEN

Eksperimen yang terlibat di dalam kajian ini telah dijalankan di rumah teduhan padi di Agensi Nuklear

Malaysia (foto 1). Sebanyak 27 biji palung fiber yang berukuran 3 x 1 x 0.5 meter telah disediakan. Palung

itu dimasukkan tanah yang bertekstur lempung sebagai media tanaman. Palung-palung tersebut di susun

mengikut rekabentuk eksperimen iaitu rekabentuk rawak lengkap. Pengairan yang digunakan dalam

eksperimen ini adalah jenis titis. Meter air telah dipasang bagi menyukat kegunaan air untuk satu musim

penanaman. Jaring dipasang untuk mengelakkan serangan makhluk perosak.

Foto 1: Rumah Teduhan Padi Di Agensi Nuklear Malaysia

PENYEDIAAN DAN PENANAMAN BIJI BENIH PADI MUTAN

Biji benih padi mutan MR219-4 dan MR219-9 disaring terlebih dahulu bagi mendapatkan biji benih yang

berkualiti dan mempunyai peratus pertumbuhan yang tinggi. Biji benih yang terpilih direndam sehari

semalam di dalam air yang bercampur dengan penggalak pertumbuhan (foto 2). Biji benih yang timbul

pada permukaan air akan dibuang kerana ia menunjukkan biji benih tersebut tidak bernas dan tidak

berkualiti. Biji benih yang telah direndam kemudiaanya di toskan sehari semalam sebelum di tanam.

Lubang tanaman pada media yang berukuran lebih kurang 1 cm disediakan. Dua hingga tiga biji benih

dimasukkan kedalam lubang tanaman dan kemudiannya di tutup dengan tanah. Semasa penanaman, potensi

air tanah adalah dalam keadaan kapasiti bidang. Ia bertujuan untuk memudahkan biji benih bercambah.

Jarak tanaman antara biji benih di dalam palung adalah 20 cm. Penaman secara aerob tidak memerlukan

semaian biji benih seperti yang dilakukan pada padi banjir.

Foto 2: Penyediaan dan Penanaman Biji Benih Padi Mutan

APLIKASI ISOTOP PENYURIH 15

N

Isotop penyurih 15

N yang berlabel urea (5.20% lebihan atom) diletakkan dalam tiga kadar iaitu (i) tiada baja

(0 kg N/ha), (ii) sederhana (60 kg N/ha) dan (iii) tinggi (120 kg N/ha) dalam tiga pecahan pada 7 hari

selepas kemunculan (35% daripada kadar baja), 35 hari selepas kemunculan (25% daripada kadar baja) dan

65 hari selepas kemunculan (40% daripada kadar baja). Baja basal fosforus dan kalium daripada tiga fosfat

super (TSP) pada 60 P2O5 kg/ha dan muriat kalium (MOP) pada 60 kg K2O kg/ha telah diletakkan pada 15

hari dan 65 hari selepas kemunculan. Isotop penyurih 15

N ditimbang terlebih dahulu mengikut perkadaran

yang telah dikira. Isotop penyurih dilarutkan terlebih ke dalam air sebelum diberikan kepada tanaman. Ia

bertujuan untuk perlakuan baja nitrogen oleh tanaman padi dengan lebih sekata (foto 4).

Foto 3: Padi yang berumur 7 hari Foto 4: Aplikasi Isotop 15N Secara Larutan

POTENSI AIR TANAH

Padi mutan MR219-4 dan MR219-9 ditanam selama lebih kurang 110 hingga 115 hari di bawah tiga

keadaan potensi air yang berikut iaitu (i) kapasiti bidang dari 0 hingga 40 hari dan tepu dari 40 hingga 110

hari [ST], (ii) kapasiti bidang dari 0 hingga 110 hari [FC], dan (iii) kapasiti bidang dari 0 hingga 40 hari

dan 30 % kering dari kapasiti bidang dari 40 to 110 days [SS]. Kelembapan air diukur secara berterusan

menggunakan alat tensiometer.

Foto 5: Alat Tensiometer untuk Pemgukuran Potensi Air Tanah

PENSAMPELAN TANAMAN PADI MUTAN

Pensampelan padi mutan MR219-4 dan MR219-9 dibuat selepas tanaman tersebut matang dan buahnya

masak (foto 6). Pensampelan dilakukan di dalam kawasan seluas 1 m x 0.5 m pada setiap palung. Jumlah

berat biomas dan buah padi di timbang dan direkod. Parameter-parameter lain seperti tinggi pokok,

bilangan tiler dan berat 1000 biji buah padi turut direkod. Bahagian-bahagian tanaman padi aerob seperti

batang padi, daun dan buah padi kemudiaanya di asingkan dan ditimbang berat basahnya. Bahagian-

bahagian tersebut dimasukkan kedalam karung kertas dan dimasukkan kedalam ketuhar yang bersuhu 70

OC hingga 80

OC selama 2 hingga 3 hari. Setelah kering, bahagian-bahagian tersebut dikeluarkan dari

ketuhar dan ditimbang berat kering.

Foto 6: Padi Mutan yang telah masak dan Proses Penuaian

PENYEDIAAN DAN PENGANALISAAN SAMPEL

Analisa Jumlah Nitrogen

Analisa jumlah nitrogen ditentukan dengan menggunakan kaedah kjeldahl. Bahagian-bahagian tanaman

yang telah kering, dikisar halus menggunakan mesin pengisar bersaiz kurang dari 1 mm. Sampel-sampel

yang telah dikisar akan dicernakan menggunakan blok pencernaan di bawah suhu 360 OC – 370

OC. Selepas

proses pencernaan, sampel yang telah sejuk akam melalui proses penyulingan yang bertujuan untuk

membebaskan ammonia dari sampel. Selepas itu ammonia akan diperangkap semula melalui menggunakan

larutan natrium hidroksida dalam proses penitratan. Peratus kandungan nitrogen di dalam sampel tanah

akan dikira menggunakan formula berikut:

(1)

Dimana,

A = Jumlah asid penerima asid hidroklorik (HCL 0.1N), ml.

B = Jumlah natrium hidroksida (NaOH 0.1 N) tertitrat, ml

Analisa Isotop 15

N

Nilai isotop 15

N di dalam sampel boleh diukur menggunakan spectrometer cahaya NOI7 (foto 7). Sampel-

sampel yang melalui proses penitratan dipanaskan kembali di atas piring pemanas bersuhu 200O C untuk

mendapatkan konsentrasi 1 mg N/ml. Sampel yang telah dikosentrasi dimasukkan ke dalam botol kecil.

Sampel di dalam botol kecil kemudiaanya ditarik menggunakan pipet sebanyak 25 µl dan dimasukkan

kedalam kapsul kaca kecil. Sampel di dalam kapsul kaca kecil diletakkan pada penyuntik spektrometer

cahaya untuk proses penganalisaan. Keputusan jumlah atom akses di dalam sampel akan dipaparkan

melalui skrim monitor komputer.

Foto 7: Spektrometer Cahaya NOI 7

Pengiraan Kecekapan Penggunaan Nitrogen

Keputusan-keputusan yang diperolehi melalui penganalisaan sampel akan digunakan dalam pengiraan

kecekapan penggunaan nitrogen menggunakan formula-formula berikut:

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

Data Kecekapan Penggunaan Nitrogen

Melalui penganalisaan dan pengiraan yang dibuat, data kecekapan penggunaan nitrogen oleh tanaman padi

mutan di bawah potensi air dan kadar baja nitrogen yang berbeza telah diperolehi. Melalui data tersebut,

penyelidik boleh membuat kesimpulan berkenaan eksperimen yang telah dijalankan. Data kecekapan

penggunaan nitrogen ini sangat penting dalam meningkatkan hasil tanaman padi dengan penggunaan baja

yang minima. Kecekapan penggunaan nitrogen dipengaruhi oleh beberapa faktor, tetapi dalam kes yang

dikaji ini pengurusan air dan kadar baja nitrogen adalah sumber utama perubahan. Mengelakkan pembajaan

berlebihan adalah cara yang terbaik untuk meningkatkan kecekapan penggunaan baja dan pulangan

ekonomi dengan risiko persekitaran yang terhad terhadap kehilangan nitrogen.

Foto 8: Data Kecekapan Penggunaan Baja Nitrogen oleh Padi Mutan

KESIMPULAN

Kajian dinamik nitrogen ke atas padi Mutan MR219-4 dan MR219-9 merupakan satu penyelidikan yang

sangat penting dalam meningkatkan tambah nilai kultivar tersebut serta pengurusan baja nitrogen yang

baik. Kajian yang telah dijalankan ini adalah untuk menilai kecekapan penggunaan baja nitrogen ke atas

padi mutan tersebut yang ditanam dalam keadaan aerob. Aplikasi isotop penyurih 15

N merupakan kaedah

yang telah digunakan dalam kajian ini. Ekperimen yang terlibat di dalam kajian ini adalah bermula dari

peringkat persediaan kawasan, penanaman, pembajaan, pensampelan, penyediaan sampel, penganalisaan

sampel dan penganalisaan data. Data yang telah diperolehi daripada kajian ini dapat membantu dalam

membangunkan model pembajaan yang lebih cekap disamping meningkatkan hasil tanaman padi serta

mengurangkan kos dan penggunaan pembajaan nitrogen secara berlebihan.

PENGHARGAAN

Pengarang pertama ingin merakamkan penghargaan kepada pihak MOSTI dan Agensi Nuklear Malaysia

yang telah menyumbangkan geran penyelidikan ScienceFund: 06-03-01-SF0203. Kerja-kerja yang

dibentangkan dalam kertas kerja ini telah dijalankan di Agensi Nuklear Malaysia, Bangi, Kajang, Selangor.

Bantuan teknikal oleh Puan Latiffah Norddin, Encik Abdul Razak Ruslan dan Puan Hazlina Abdullah

adalah amat dihargai. Pengarang juga ingin mengucapkan terima kasih kepada mereka yang telah terlibat

secara langsung atau tidak langsung dalam perlaksanaan kajian ini.

RUJUKAN

Abdul Rahim, H. & Andullah M. Z. 2012. Padi sinaran gama. Dewan Kosmik Majalah Sains dan Teknologi

Oktober 2012, Jilid 20, Bil 10: 10-13.

Abou Seeda, M., Soliman, S. & Khater, A. 1994. The assessment of nitrogen balance under flooding and

saturation circumstances using N-15. Second Arab Conference on the Peaceful Uses of Atomic Energy, pp.

709-721.

Bouman, B. A. M. 2005. Rice and water. Advances in Agronomy, 92: 187-237.

Brian, D. 2010. Nitrogen for rice. IREC Farmer’s Newsletter – Large Area 183, Spring 2010: 35-37.

Choudhury, A. T. M. A. & Kennedy, I. R. 2005. Nitrogen fertilizer losses from Rice Soils and Control of

environmental pollution problems. Communications in Soil Science and Plant Analysis, 36: 1625-1639.

Craswell, E. T. & Vlek, P. L. G. 1979. Fate of nitrogen fertilizer applied to wetland rice. In: Nitrogen and

rice, pp. 175-192.

De Datta, S. K. 1986. Improving nitrogen fertilizer efficiency in lowland rice in tropical Asia. Fert Res, 9:

171-186.

IAEA. 2001. Use of isotopes and radiation methods in soil and water management and crop nutrition.

Training Course, 14: 21-96.

Jing, X., Van, R. H., Shaobing, P., Bouman B. A. M., Romeo, M. V., Lixiao, N., Jianliang, H. & Kehui, C.

2009. Improvement in nitrogen availability, nitrogen uptake and growth of aerobic rice following soil

acidification. Soil Science and Plant Nutrition, 55:5: 705-714.

Sheng, C. C., Kimi, S., Man, A. & Hussain, Z. P. 2012. Aerobic rice: producing more rice with less water.

http://www.mancid.org.my/index.php?mod=publication&task=detail&nid=1 [6 Mac 2014]