Pengenalan
Kekurangan nutrien dalam tumbuhan, terutamanya nitrogen (N), fosforus (P), dan kalium (K), merupakan isu kritikal yang boleh memberi kesan ketara terhadap pertumbuhan tumbuhan, hasil, dan produktiviti keseluruhan. Nutrien makro ini memainkan peranan penting dalam pelbagai proses fisiologi, dan ketiadaan atau ketidakseimbangan nutrien ini boleh menyebabkan gejala yang nyata dan mengurangkan prestasi tanaman (Hawkesford et al., 2012; Muneer et al., 2024).
Peranan Nutrien Makro dalam Pertumbuhan Tumbuhan
Nitrogen (N)
Nitrogen merupakan salah satu nutrien makro yang paling penting untuk pertumbuhan tumbuhan. Ia adalah komponen utama asid amino, asid nukleik, klorofil, dan enzim, menjadikannya penting untuk fotosintesis, sintesis protein, dan perkembangan tumbuhan secara keseluruhan (Hawkesford et al., 2012; Muneer et al., 2024).
Fosforus (P)
Fosforus memainkan peranan penting dalam pemindahan tenaga dalam tumbuhan, kerana ia merupakan komponen ATP (adenosina trifosfat) dan asid nukleik. Ia juga penting untuk perkembangan akar, pembentukan bunga dan biji, serta pengaktifan enzim (Hawkesford et al., 2012; Muneer et al., 2024).
Kalium (K)
Kalium terlibat dalam osmoregulasi, pergerakan stomata, dan pengangkutan asimilat dalam tumbuhan. Ia juga meningkatkan ketahanan terhadap penyakit dan perosak. Kekurangan kalium boleh menyebabkan kesan terbakar pada pinggir daun, batang yang lemah, dan ketahanan yang berkurangan terhadap tekanan persekitaran (Hawkesford et al., 2012; Muneer et al., 2024).
Gejala Kekurangan Nutrien
Kekurangan Nitrogen
Gejala: Penguningan daun yang lebih tua (klorosis), pertumbuhan yang terbantut, dan pengurangan saiz daun.
Kesan: Fotosintesis yang terjejas, pengurangan sintesis protein, dan hasil yang lebih rendah (Muneer et al., 2024; Bang et al., 2021).
Kekurangan Fosforus
Gejala: Keunguan atau kemerahan daun, terutamanya di bahagian bawah, dan kelewatan kematangan tumbuhan.
Kesan: Perkembangan akar yang terjejas, pengurangan pemindahan tenaga, dan hasil yang lebih rendah (Muneer et al., 2024; Bang et al., 2021).
Kekurangan Kalium
Gejala: Kesan terbakar pada pinggir daun (nekrosis), batang yang lemah, dan klorosis sepanjang pinggir daun.
Kesan: Pengurangan osmoregulasi, fungsi stomata yang terjejas, dan peningkatan kerentanan terhadap tekanan (Muneer et al., 2024; Bang et al., 2021).
Kaedah Diagnosis Kekurangan Nutrien
Gejala Visual
Pemeriksaan visual tumbuhan adalah kaedah tradisional untuk mengenal pasti kekurangan nutrien. Sebagai contoh, daun yang menguning mungkin menunjukkan kekurangan nitrogen, manakala daun yang berubah keunguan mungkin menandakan kekurangan fosforus (Muneer et al., 2024; Bang et al., 2021).
Ujian Tanah
Ujian tanah adalah kaedah yang boleh dipercayai untuk menentukan ketersediaan nutrien dan mengenal pasti kekurangan. Ia menyediakan data kuantitatif tentang tahap N, P, dan K dalam tanah, membolehkan cadangan baja yang tepat (Soil Nutrient Detection and Recommendation Using IoT and Fuzzy Logic, 2022; Chatterjee & Dube, 2004).
Analisis Tisu Tumbuhan
Analisis tisu tumbuhan melibatkan ujian sampel daun atau batang untuk menilai kepekatan nutrien. Kaedah ini memberikan maklumat tentang status pemakanan tumbuhan dan membantu mendiagnosis kekurangan tersembunyi (Chatterjee & Dube, 2004; Brown, 1994).
Pembelajaran Mesin dan Kecerdasan Buatan (AI)
Algoritma pembelajaran mesin boleh menganalisis data daripada sensor IoT dan imej satelit untuk mengesan kekurangan nutrien dan meramalkan keperluan baja. Teknologi ini membolehkan pengesanan awal dan pembetulan kekurangan, meningkatkan hasil tanaman dan mengurangkan kos (Reddy et al., 2024; Soil Nutrient Detection and Recommendation Using IoT and Fuzzy Logic, 2022; Patel et al., 2024).
Kaedah Pembetulan Kekurangan Nutrien
Pengurusan Nutrien Bersepadu
Pengurusan nutrien bersepadu melibatkan penggunaan baja organik dan bukan organik secara seimbang untuk mengekalkan kesuburan tanah dan membetulkan kekurangan nutrien. Pendekatan ini memastikan tumbuhan menerima semua nutrien penting dalam nisbah yang betul (Muneer et al., 2024; Fu et al., 2023).
Penggunaan Bahan Tambahan Organik
Bahan tambahan organik seperti kompos, baja kandang, dan baja hijau boleh meningkatkan kesuburan tanah dan menyediakan pelepasan nutrien secara perlahan. Bahan tambahan ini juga meningkatkan struktur tanah dan aktiviti mikrob, menggalakkan pertumbuhan tumbuhan yang mampan (Yang et al., 2024; Heiberg & White, 1950).
Pertanian Tepat dan IoT
Teknologi canggih seperti sensor berkemampuan IoT dan algoritma pembelajaran mesin boleh memantau tahap nutrien tanah dan memberikan cadangan masa nyata untuk aplikasi baja. Sistem ini mengoptimumkan kecekapan penggunaan nutrien dan mengurangkan pembaziran (Reddy et al., 2024; Soil Nutrient Detection and Recommendation Using IoT and Fuzzy Logic, 2022; Patel et al., 2024).
Cadangan Baja Menggunakan AI
Kecerdasan buatan (AI) dan teknik pembelajaran mendalam boleh menganalisis imej daun untuk mengesan kekurangan nutrien dan mencadangkan baja yang sesuai. Sebagai contoh, rangkaian neural konvolusional (CNN) boleh mengenal pasti kekurangan N, P, dan K dalam daun tumbuhan dan mencadangkan penyelesaian baja yang sesuai (Fertilizer Recommendation for Rice Crop Based on NPK Nutrient Deficiency Using Deep Neural Networks and Random Forest Algorithm, 2023; Jatoth, 2023).
Pembajaan Seimbang
Pembajaan seimbang melibatkan penggunaan baja N, P, dan K yang tepat berdasarkan keputusan ujian tanah. Pendekatan ini memastikan tumbuhan menerima nutrien yang mencukupi tanpa pembajaan berlebihan, yang boleh merosakkan alam sekitar dan kesihatan tumbuhan (Yang et al., 2024; Chatterjee & Dube, 2004).
Prinsip Pengurusan Nutrien 4R
Prinsip 4R—sumber yang betul, kadar yang betul, masa yang betul, dan tempat yang betul—menyediakan rangka kerja untuk mengoptimumkan aplikasi baja. Pendekatan ini meminimumkan kehilangan nutrien dan memaksimumkan pengambilan oleh tumbuhan, memastikan penggunaan nutrien yang cekap (Muneer et al., 2024; Fu et al., 2023).
Jadual Perbandingan Kekurangan Nutrien dan Kaedah Pembetulan
| Nutrien | Gejala | Kaedah Pembetulan | Sumber Rujukan |
|---|---|---|---|
| Nitrogen | Penguningan daun, pertumbuhan terbantut | Pembajaan seimbang, bahan tambahan organik, cadangan berasaskan AI | (Muneer et al., 2024; Hawkesford et al., 2012) |
| Fosforus | Keunguan daun, kelewatan kematangan | Pengurusan nutrien bersepadu, pertanian tepat, ujian tanah | (Muneer et al., 2024; Bang et al., 2021) |
| Kalium | Kesan terbakar pada pinggir daun, batang lemah | Baja kaya kalium, sensor berkemampuan IoT, pembajaan seimbang | (Muneer et al., 2024; Bang et al., 2021) |
Kesimpulan
Kekurangan nutrien dalam tumbuhan, terutamanya nitrogen, fosforus, dan kalium, boleh memberi kesan serius terhadap pertumbuhan dan produktiviti tumbuhan. Memahami peranan, gejala, dan kaedah pembetulan kekurangan ini adalah penting untuk pertanian mampan. Dengan memanfaatkan teknologi canggih seperti AI, IoT, dan pertanian tepat, petani boleh mengoptimumkan pengurusan nutrien dan meningkatkan hasil tanaman. Selain itu, amalan pengurusan nutrien bersepadu dan pembajaan seimbang memastikan tumbuhan menerima jumlah nutrien yang betul pada masa yang sesuai, menggalakkan pertumbuhan yang sihat dan kelestarian alam sekitar.
Rujukan
Bang, T. C. de, Husted, S., Laursen, K. H., Persson, D. P., & Schjoerring, J. K. (2021). The molecular-physiological functions of mineral macronutrients and their consequences for deficiency symptoms in plants. New Phytologist. https://doi.org/10.1111/NPH.17074
Brown, P. O. (1994). Diagnosing and correcting nutrient deficiencies.
Chatterjee, C., & Dube, B. K. (2004). Nutrient Deficiency Disorders in Vegetables and their Management. https://doi.org/10.1007/0-306-48575-3_5
Fertilizer Recommendation for Rice Crop based on NPK Nutrient deficiency using Deep Neural Networks and Random Forest Algorithm. (2023). https://doi.org/10.1109/aisp57993.2023.10134912
Fu, Y., Mason, A., Song, M., Ni, X., Liu, L., Shi, J., Wang, T., Xiao, M., Zhang, Y., Lu, D., & Yu, H. (2023). Multi-omics strategies uncover the molecular mechanisms of nitrogen, phosphorus and potassium deficiency responses in Brassica napus. Cellular & Molecular Biology Letters. https://doi.org/10.1186/s11658-023-00479-0
Hawkesford, M. J., Horst, W. J., Kichey, T., Lambers, H., Schjoerring, J. K., Møller, I. S., & White, P. J. (2012). Functions of Macronutrients. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-384905-2.00006-6
Heiberg, S. O., & White, D. P. (1950). Potassium deficiency of reforested Pine and spruce stands in northern New York.
Jatoth, R. K. (2023). Fertilizer Recommendation for Rice Crop based on NPK Nutrient deficiency using Deep Neural Networks and Random Forest Algorithm. CSI International Symposium on Artificial Intelligence and Signal Processing. https://doi.org/10.1109/AISP57993.2023.10134912
Muneer, M., Afridi, M. S., Saddique, M. A. B., Chen, X., Zaib-un-Nisa, Z.-N., Yan, X., Farooq, I., Munir, M. Z., Yang, W., Ji, B., Zheng, C., & Wu, L. (2024). Nutrient stress signals: Elucidating morphological, physiological, and molecular responses of fruit trees to macronutrients deficiency and their management strategies. Scientia Horticulturae. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2024.112985
Patel, J. V., Bhatt, T., & Joshi, A. D. (2024). IoT-Driven Enhancement of Hydroponic Fertilization Efficiency Through Machine Learning: A Data-Centric Strategy. https://doi.org/10.1109/icoici62503.2024.10696575
Reddy, T. V., Reddy, R. A., Prasanna, K. S., Shiva, S. S., Meghana, S., & Reddy, T. S. S. (2024). Design and Developing AI-Driven Agro-sage for Optimal Precision Agriculture. https://doi.org/10.1109/icosec61587.2024.10722046
Soil Nutrient Detection and Recommendation Using IoT and Fuzzy Logic. (2022). https://doi.org/10.32604/csse.2022.023792
Yang, R., Wang, J., Gao, F., & Wang, C. (2024). Effects of Nutrient Deficiency on Crop Yield and Soil Nutrients Under Winter Wheat–Summer Maize Rotation System in the North China Plain. Agronomy. https://doi.org/10.3390/agronomy14112690
Number of View :109
