Effect of Zeolite on Nitrogen Use Efficiency and Physiological and Biomass Traits of Amaranth (Amaranthus hypochondriacus) Under Water-Deficit Stress Conditions

Abstract

In the present study, the interactive effect of irrigation and nitrogen (N) on biomass and physiological characteristics of amaranth and the influence of zeolite in this interaction were investigated. A 2-year field experiment was conducted as split-plot factorial in a randomized complete block design in three replicates. The main factor consisted of different levels of deficit irrigation (DI) such as irrigation after 40 (DI 1), 60 (DI 2), and 75% (DI 3) depletion of soil available water. The subplots derived from a combination of different factors including nitrogen rates (zero (N 0), 80 (N 1), 160 (N 2), and 240 (N 3) kg urea ha −1) and zeolite levels (zero (Z 0) and 10 (Z 1) ton ha −1). Reduction of soil moisture resulted in a decrease in the amount of chlorophylls, carotenoids, protein, maximum quantum yield of photosystem II (F v /F m ratio), and biomass of amaranth. In contrast, it resulted in the increase of antioxidant enzyme activity, soluble carbohydrates, and proline. However, nitrogen application led to an increase in the contents of chlorophyll, carotenoids, protein, antioxidant enzyme activity, F v /F m ratio, and biomass of amaranth and a decrease in the soluble carbohydrates and proline. Zeolite treatment by increasing the content of chlorophylls (16%), carotenoids (19%), protein (25%), F v /F m ratio (11%) as well as enchantment of soluble carbohydrate content and antioxidant enzyme activity and by decreasing the proline content (40%) moderated the adverse consequences of water-deficit stress and improved biomass of amaranth. In general, the use of zeolite along with the lowest rate of nitrogen fertilizer (80 kg urea ha −1) reduced the harmful effects of the oxidative stress caused by water scarcity and improved the growth conditions for the plant and thus produced maximum biomass of amaranth plant under moderate and severe deficit irrigations.

Kombinasi dan Aktivasi Ulang Batu Zeolit sebagai Media Tanam Pertumbuhan Tanaman Bayam (Amaranthus Sp)

“…Nitrogen yang terdapat dalam tanah sebagai salah satu zat yang dibutuhkan dalam pertumbuhan tinggi tanaman (Subandi, Salam, & Prasetya, 2015;Rangkuti, Mukarlina, & Rahmawati, 2017) ditambahkan zeolit. Pada penelitian lain zeolit meningkatkan efisiensi air dan penggunaan nitrogen tanaman bayam (Karami et al, 2020). Selain itu, zeolit terbukti meningkatkan penyerapan unsur N, P, dan K dalam tanah dan mengefisienkan penggunaannya oleh tanaman sehingga tanaman dengan media yang diberi campuran zeolit dapat tumbuh dengan baik.…”

“…Perlakuan DL adalah perlakuan yang terbaik untuk parameter berat segar karena sejalan dengan banyaknya jumlah daun, dan luas permukaan daun yang menunjukkan hasil signifikan dengan menggunakan perlakuan DL. Menurut Karami et al, (2020) penggunaan media tanam zeolit dapat meningkatkan biomasa tanaman Amaranthus hypochondriacus serta meningkatkan klorofil (16%), karotenid (19%), protein (25%) dan prolin (40%) per biomasa. Zeolit tidak berperan langsung dalam peningkatan sintesis klorofil, tetapi berperan tidak langsung dalam mengurangi efek stres karena kekurangan air dan nitrogen karena zeolit dapat mengurangi penguapan air dan nitrogen pada tanah.…”

“…Media tanam tanah yang disterilisasi dengan pemanasan menggunakan autoklaf dapat menurunkan pH dan meningkatkan unsur hara P serta unsur hara lain yang dapa meningkatkan pertumbuhan (Cahyani, 2009). Kemudian di dukung dengan kombinasi zeolit yang mengandung unsur makro P dan K (Affandi et.al, 2011) serta dapat mencegah pelepasan N ke lingkungan (Karami et al, 2020). Dengan demikian, berat segar tanaman pun akan meningkat secara optimal.…”

“…Batu zeolit adalah salah satu mineral yang tepat untuk digunakan sebagai amelioran karena memiliki beberapa kelebihan tertentu. Berdasarkan beberapa penelitian yang telah di lakukan, zeolit memiliki beberapa kelebihan diantaranya: memiliki kapasitas tukar kation dan kemampuan menyerap ion amonium tinggi, serta berstruktur porous yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan pembenah tanah (Suwardi, 2009); dapat digunakan untuk menyerap unsur hara pada pupuk, sehingga dapat menekan laju penguapan pupuk ke dalam lingkungan (Bimantio, 2018;Karami et al, 2020); mengurangi air yang menguap dari tanah sehingga meningkatkan kelembaban tanah (Karami et al, 2020); mengefisiensikan pemupukan, meningkatkan keanekaragaman mikroflora dan fauna tanah yang penting dalam menjaga keseimbangan dinamis ekosistem tanah (Juarsah, 2016); menyerap logam yang berpotensi toksik (Cd, Cu, Ni, dan Zn) pada tanah serta meningkatkan pH tanah (Tahervand & Jalali, 2017). Sehingga, dengan kelebihan-kelebihan tersebut, saat ini zeolit telah dimanfaatkan dalam berbagai bidang, salah satunya dalam bidang pertanian.…”

“…Kombinasi media zeolit dan akar pakis memberikan pengaruh terhadap pertambahan akar (Kurniasih et al, 2017) dan penggunaan media tanam zeolit dengan aktivasi secara fisika terbukti memberikan hasil pertumbuhan yang lebih baik pada tanaman anggrek Phalaenopsis hibrida pada tahap aklimatisasi (Kurniasih et al, 2018). Selain itu, penelitian yang dilakukan oleh Karami et al, (2011) menunjukkan bahwa penambahan zeolit dapat meningkatkan jumlah daun dan diameter batang tanaman sri rejeki (Dieffenbachia amoena) kemudian dapat meningkatkan kandungan klorofil, karotenid, protein, kandungan karbohidrat terlarut, dan aktivitas enzim antioksidan, biomasa serta menurunkan prolin pada tanaman Amaranthus hypochondriacus (Karami et al, 2020).…”