Studi hubungan tanah dan tanaman dapat dilakukan dengan mengaplikasikan teknik isotop, baik isotop yang bersifat stabil maupun isotop yang bersifat radioaktif. Prinsip aplikasi isotop dalam hal ini adalah untuk membedakan asal suatu unsur hara, baik antara unsur hara dari dalam tanah maupun unsur hara yang berasal dari sumber hara lain yang ditambahkan ke dalam tanah.Hasil studi dapat digunakan untuk berbagai tujuan yang terkait dengan efisiensi pemupukan, yaitu;

1. Menentukan waktu terbaik pemberian pupuk
2. Mengetahui kontribusi nutrisi dari berbagai jenis sumber hara yang berbeda
3. Menentukan efisiensi optimal penggunaan pupuk
4. Menentukan fiksasi N₂ oleh tanaman legum
5. Mengetahui akar aktif tanaman dan mempelajari pola perakaran tanaman

Isotop yang umum digunakan dalam penelitian pupuk pada tanaman adalah;

1. ¹⁵N : untuk menentukan efisiensi penggunaan pupuk Nitrogen
2. ³²P : untuk menentukan efisiensi penggunaan pupuk Phosphat
3. ⁶⁵Zn : untuk menentukan serapan Zn dalam tanaman
4. ⁸⁶Rb : untuk menentukan distribusi unsur Kalium dalam tanaman
5. ¹⁴C : untuk menentukan laju dekomposisi bahan organik dalam tanah dan laju fotosintesis dalam daun tanaman
6. ⁴⁵Ca : untuk menentukan laju kalsifikasi terumbu karang

Ada dua metoda aplikasi teknik isotop dalam penelitian pemupukan dan nutrisi tanaman, yaitu: metode langsungdan metode tidak langsung.

Metode langsung digunakan pada senyawa (dalam hal ini pupuk) yang dapat ditandai baik dengan radioisotop (³²P, ³³P, ⁶⁵Zn, dsb) ataupun isotop stabil (¹⁵N).

Sebagai contoh adalah penggunaan ¹⁵N untuk menentukan efisiensi penggunaan pupuk.

       urea ¹⁵N diberikan sebagai pupuk

                                              pada tanaman                      dari sampel tanaman yang diambil

                                                                                                   dapat diketahui asal unsur nitrogen

                                                                                                   yang berada dalam jaringan tanaman

                                                                                     tersebut

                                                     nitrogen berasal dari dalam tanah                                                                                                                                                   

data dari pencacahan digunakan untuk menentukan asal nitrogen dalam tanaman melalui perhitungan, sehingga terdapat data :

    %N-berasal dari pupuk,

    % N-berasal dari tanah

serapan N-berasal dari pupuk (mg / g / kg)

serapan N-berasal dari tanah (mg / g / kg)

sampel daun           sampel akar         sampel buah/biji            

mengalami proses destruksi dan destilasi untuk kemudian          

dicacah kadar % atom ekses ¹⁵N dalam sampel menggunakan spektrometer

Dapat ditentukan Efisiensi Nitrogen melalui perbandingan antara nitrogen berasal dari pupuk yang diserap oleh tanaman dan jumlah nitrogen yang diaplikasikan pada tanaman.

Metode tidak langsung digunakan bila suatu senyawa tidak dapat ditandai dengan radioisotop ataupun isotop stabil karena akan menyebabkan perubahan sifat kimia pada bahan, misalnya pada pupuk organik dan fosfat alam. Isotop diberikan pada tanah, penghitungan kontribusi hara dari sumber hara yang dipelajari adalah melalui tanaman penguji (reference tree) yang ditanam pada tanah berlabel tanpa diberikan sumber hara apa pun.

Cara penghitungan dapat dilakukan dengan menggunakan 2 metode, yaitu:

a.   Metode nilai-A.

Contoh : penggunaan Azolla sebagai pupuk hijau pada padi sawah

           Tanah + urea ¹⁵N + Azolla tidak bertanda                      diketahui ketersediaan N dalam Azolla

Dengan cara yang sama dapat diketahui ketersediaan N berasal dari pupuk hijau lainnya :

- Azolla pinnata 37 – 65 kg N/ton

- Gliricidia sepium 29 – 43 kg N/ton

- Leucaena leucocephala 30 – 35 kg N/ton

- Sesbania bispinosa 35 – 46 kg N/ton.

b.   Metode pengenceran.

Contoh : evaluasi agronomik fosfat alam (FA) dibandingkan dengan TSP

    Tanah + TSP + larutan ³²P                 diketahui ketersediaan P dalam TSP dan FA, dapat ditentukan

           Tanah + FA + larutan ³²P                   kesetaraan FA terhadap TSP

        Melalui studi hubungan tanah dan tanaman dengan mengaplikasikan teknik isotop, berbagai rekomendasi penggunaan pupuk yang efisien sudah dihasilkan, khususnya pemupukan menggunakan pupuk hayati seperti azolla dan sesbania pada tanaman padi sehingga dapat menghemat penggunaan pupuk buatan dan ramah lingkungan.

Teknik radiasi digunakan untuk mensterilkan bahan pembawa pada produksi pupuk hayati. Pupuk hayati Azofert merupakan hasil penelitian PATIR - BATAN yang saat ini sedang dalam tahap  berbagai pengujian untuk dapat diikutsertakan dalam program sertifikasi. Bahan baku pupuk hayati ini adalah konsorsium bakteri rhizosfer yang mampu memfiksasi nitrogen, melarutkan fosfat dan merangsang pertumbuhan dan perkembangan tanaman (berperan sebagai Plant Growth Promotor = PGPR).

Proses pembuatan pupuk hayati