Pertumbuhan, perkembangan dan produksi suatu tanaman ditentukan oleh dua faktor utama yaitu faktor genetik dan faktor lingkungan. Salah satu faktor lingkungan yang sangat menentukan lajunya pertumbuhan, perkembangan dan produksi suatu tanaman adalah tersedianya unsur-unsur hara yang cukup di dalam tanah. Dari 105 unsur yang ada di atas permukaan bumi ini, ternyata baru 16 unsur yang mutlak diperlukan oleh suatu tanaman untuk dapat menyelesaikan siklus hidupnya dengan sempurna. Ke- 16 unsur tersebut terdiri dari 9 unsur makro dan 7 unsur mikro. 9 unsur makro dan 7 unsur mikro inilah yang disebut sebagai unsur -unsur esensial.

Menurut ARNON dan STOUT ada tiga kriteria yang harus dipenuhi sehingga suatu unsur dapat disebut sebagai unsur esensial:

  • Unsur tersebut diperlukan untuk menyelesaikan satu siklus hidup tanaman secara normal (biji – — biji).
  • Unsur tersebut memegang peran yang penting dalam proses biokhemis tertentu dalam tubuh tanaman dan peranannya tidak dapat digantikan atau disubtitusi secara keseluruhan oleh unsur lain.
  • Peranan dari unsur tersebut dalam proses biokimia tanaman adalah secara langsung dan bukan secara tidak langsung.

Ketersediaan unsur-unsur esensial didalam tanah bagi tanaman sangat ditentukan oleh pH. Seperti unsur N pada pH 5.5 – 8.5, P pada pH 5.5 – 7.5 sedangkan K pada pH 5.5 – 10 sebaliknya unsur mikro relatif tersedia pada pH rendah. Pelajaran penting yang perlu kita ingat dari ketersediaan unsur esensial dalam hubungannya dengan pH yaitu bahwa untuk melakukan percobaan-percobaan lapang disarankan agar dilakukan pada area dengan pH tanah kurang lebih 7. Hal ini disebabkan karena pada pH tersebut semua unsur hara esensial baik makro maupun mikro berbeda dalam keadaan yang siap untuk diserap oleh akar tanaman sehingga dapat menjamin pertumbuhan dan produksi tanaman.
Dan untuk selanjutnya kami akan mencoba menjelaskan pengaruh daripada unsur makro dan mikro terhadap pertumbuhan dan produktivitas tanaman, terutama pengaruh unsur N terhadap pertumbuhan tanaman dan gejala dari kekurangan dan kelebihan unsur tersebut bagi tanaman.

A. NITROGEN.
Nitrogen adalah unsur kimia yang memiliki lambang N, nomor atom dari 7 dan massa atom 14,00674 u. Elemental nitrogen tidak berwarna, tidak berbau, tawar dan kebanyakan lembam diatomik gas pada kondisi standar, merupakan 78% dari volume atmosfer bumi.
Banyak senyawa penting industri, seperti amonia, asam nitrat, nitrat organik (propellants dan bahan peledak), dan sianida, mengandung nitrogen. Ikatan yang sangat kuat dalam unsur kimia nitrogen mendominasi, menyebabkan kesulitan untuk kedua organisme danindustri dalam mematahkan ikatan untuk mengubah N 2 menjadi senyawa yang berguna, tetapi melepaskan sejumlah besar energi sering berguna, ketika senyawa tersebut terbakar, meledak, atau pembusukan kembali menjadi gas nitrogen.
Unsur nitrogen ditemukan oleh dokter Skotlandia Daniel Rutherford pada tahun 1772. Nitrogen terjadi di semua organisme hidup. Ini adalah elemen konstituen asam amino dan dengan demikian protein, dan asam nukleat (DNA dan RNA). Ini terletak pada struktur kimia dari hampir semua neurotransmiter, dan merupakan komponen yang menentukan alkaloid, molekul biologis yang dihasilkan oleh banyak organisme.

B. SIKLUS NITROGEN
Siklus nitrogen merupakan salah satu siklus hara paling penting yang ada di permkaan bumi. Nitrogen digunakan oleh organisme hidup untuk menghasilkan sejumlah kompleks organik molekul seperti asam amino, protein, dan asam nukleat.

Dibawah ini adalah agen-agen yang berperan dalam siklus nitrogen.

  1. Fiksasi nitrogen oleh bakteri dapat memperbaiki atmosfer gas nitrogen (N 2) untuk amonia (NH 3) dalam reaksi pengurangan. Persamaan untuk reaksi ini adalah: N 2 + 3H 2 —-> 2NH 3 Beberapa bakteri pengikat nitrogen yang hidup bebas di tanah misalnya Azotobacter Beberapa, misalnya Rhizobium, membentuk mutualistic (simbiotik) hubungan dengan legum (kacang polong, kacang-kacangan, semanggi dll, Ini adalah anggota Papilionaceae) di mana bakteri hidup di nodul pada akar tanaman. Bakteri menyediakan tanaman dengan tetap nitrogen, tanaman memberikan bakteri dengan karbohidrat. Gambar di bawah ini menunjukkan nodul akar dalam anggota Papilionaceae
  2. Decomposer adalah bakteri dan jamur yang membusuk bangkai binatang dan tanaman dan, dalam proses mengkonversi nitrogen organik mereka (yang ditemukan dalam protein dan asam nukleat) menjadi anorganik, amonium (NH 4 +) .
  3. Bakteri nitrifikasi adalah bakteri yang interconvert molekul nitrogen anorganik: Nitrosomonas mengubah amonium (NH 4 +) ke nitrit (NO 2 -) ,Nitrobacter mengubah nitrit (NO 2 -) menjadi nitrat (NO 3 -) .Secara bersama proses-proses ini dikenal sebagai nitrification .Nitrification hanya terjadi bila kondisi tanah tidak sesuai yaitu berawa, terlalu dingin atau terlalu asam. Jika kondisi tanah yang tidak sesuai terakumulasi amonium
  4. Baktei denitrifikasi adalah bakteri yang mengubah nitrat (NO 3 -) untuk nitrit (NO 2 -) dan kemudian ke gas nitrogen (N 2) .Bakteri ini mengkonversi nitrogen anorganik ke dalam atmosfer nitrogen; suatu proses yang dikenal sebagai denitrifikasi. Contoh bakteri ini adalah Pseudomonas, Thiobacillus dll. Ini adalah denitrifikasi bakteri anaerob sehingga hanya terjadi dalam kondisi anaerob (misalnya ketika tanah berawa
  5. Fiksasi nitrogen oleh energi yang tinggi yang tersedia dari petir yang cukup untuk memperbaiki atmosfer nitrogen nitrat
  6. Haber-Bosch: ini adalah sepenuhnya proses buatan yang digunakan dalam pembuatan pupuk amonium – tetapi karena kontribusi terhadap total fiksasi nitrogen atmosfer sering termasuk
  7. Pencucian: hilangnya nitrat dari tanah sebagai akibat dari hujan lebat turun. Nitrat larut ke dalam tubuh air (misalnya danau) memperkaya mereka dan membuat mereka lebih subur. Proses ini dikenal sebagai eutrofikasi.

C. N- TERSEDIA BAGI TANAMAN.
Nitrogen yang dapat di manfaatkan oleh tanaman tinggkat tingggi khususnya tanaman budidaya dapat di bedakan atas empat kelompok utama yaitu:
1. Nitrogen nitrat (NO3-),
2. Nitrogen ammonia (NH4+),
3. Nitrogen molekuler (N2) dan
4. Nitrogen organic.

Namun tidak semua dari bentuk – bentuk nitrogen ini dapat tersedia bagi tanaman. Umumnya tanaman pertanian memanfaatkan nitrat dan ammonium kecuali pada beberapa tanaman legume yang mampu memanfaatkan N bebas melalui proses fiksasi N dengan bersimbiosis dengan bakteri Rhizobium. N organic kadang – kadang dapat dimanfaatkan oleh tanaman tinggi akan tetapi tidak mampu mencukupi kebutuhan N tanaman dan umumnya dimanfaatkan lewat daun melalui pemupukan lewat daun.
Bagi tanaman pertanian terutama manfaat N dalam bentuk ion nitra, akan tetapi dalam kondisi tertentu khususnya pada tanah – tanah masam dan kondisi an aerobic tanaman akan memanfaatkan N dalam bentuk ion ammonium (NH4+). Pada tanaman – tanaman yang tumbuh aktif dengan cepat nitrat yang terabsopsi oleh akar tanaman akan terangkut dengan cepat ke daun mengikuti alur transpirasi. Oleh karena itu metabolisme nitrat pada kebanyakan tanaman budidaya umumnya terjadi didaun walaupun metabolisme nitrogen juga terjadi pada akar tanaman.

D. PERANAN N BAGI PERTUMBUHAN TANAMAN.
Nitrogen adalah unsur yang sangat penting bagi petrumbuhan tanaman. Nitrogen merupakan bagian dari protein, bagian penting konstituen dari protoplasma, enzim, agen katalis biologis yang mempercepat proses kehidupan. Nitrogen juga hadir sebagai bagian dari nukleoprotein, asam amino, amina, asam gula, polipeptida dan senyawa organik dalam tumbuhan. Dalam rangka untuk menyiapkan makanan untuk tanaman, tanaman diperlukan klorofil, energi sinar matahari untuk membentuk karbohidrat dan lemak dari C air dan senyawa nitrogen.
Adapun peranan N yang lain bagi tanaman adalah :

  • Berperan dalam pertumbuhan vegetatif tanaman.
  • Memberikan warna pada tanaman,
  • Panjang umur tanaman
  • Penggunaan karbohidrat.
  • Dll.

E. GEJALA KEKURANGAN DAN KELEBIHAN UNSUR N TERHADAP TANAMAN.
Kekurangan salah satu atau beberapa unsur hara akan mengakibatkan pertumbuhan tanaman tidak sebagaimana mestinya yaitu ada kelainan atau penyimpangan-penyimpangan dan banyak pula tanaman yang mati muda yang sebelumnya tampak layu dan mengering.

Adapun gejala yang ditimbulkan akibat dari kekurangan dan kelebihan unsure N bagi tnaman adalah sebagai berikut :
1. Efek kekurangan unsur N bagi Tanaman.

  • Pertumbuhan kerdil,
  • Warna daun menguning,
  • Produksi menurun,
  • Fase pertumbuhan terhenti,
  • Kematian.

2. Efek dari kelebihan unsur N bagi tanaman.

  • Kualitas buah menurun.
  • Menyebabkan rasa pahit (spt pada buah timun).
  • Produksi menurun,
  • Daun lebat dan pertumbuhan vegetative yang cepat,
  • Menyebabkan keracunan pada tanaman,