FAKTOR JERAPAN DAN PELEPASAN FOSFAT DI TANAH ANDOSOL DAN LATOSOL1 Sri Nuryani H.U., Notohadiningrat,T., Sutanto, R., Radjagukguk, B.
ABSTRACT A study on adsorption and desorption P was conducted in order to find out the rule of some forms of Al and Fe fractions in adaption and to find the method to releasing P from adsorption sites. The objective of the study was to find a factors that influenced P adsorption and desorption in different soils. The samples were take from plowed layer of Adosol from Tawangmangu, and Latosol from Jumantono, both are situated in Karanganyar district, Central Java. Twenty grams of air dry soil samples were added different rates of P in the form of KH2PO4 (0 to 1000 μg ml-1) and then shaked for 48 hours. The amounts of adsorbed P calculated as the differences between intial phosphate in the solution. Then three such similar samples were treated by flooding, organic matter addition and incubation in CaCl2 solution. The results showed that P adsorption in Andosol and Latosol could be best described by isotherm of Langmuir and Freundlich equation. The maximum capacity adsorption of Andosol higher than Latosol. In the case of Andosol, the amorphous Al and Fe and the metal-organic matter complexes have greater role in P adsorption, while in Latosol free oxide of Fe and Al have the best role in P adsorption. P addition rates influenced the amounts of P adsorption and P desorption in Andosol and Latosol, while the kinds of treatments to release P from adsorption sites did not influence the amounts of P adsorption and desorption. P adsorption and P desorption depend on the type of colloidal contents of the soils. Key words : jerapan P, lepasan P, faktor jerapan dan lepasan P
Pengantar Fosfor merupakan unsur hara makro esensial bagi tanaman, karena berperan penting dalam penyediaan energi kimia yang dibutuhkan pada hampir semua kegiatan metabolisme tanaman. Sanchez (1976) mengemukakan, khusus untuk daerah tropis, unsur P diperkirakan merupakan pembatas pertumbuhan dan produksi tanaman urutan ketiga setelah air dan nitrogen. Untuk menjamin kebutuhan tanaman akan unsur hara P, terdapat tiga masalah utama yang harus diperhatikan, yaitu: 1) jumlah total unsur P sangat rendah, 2) ketersediaan unsur P asli ini sangat rendah dan 3) daya jerap tanah yang sangat tinggi (Buckman & Brady, 1974), terutama pada tanah-tanah yang telah mengalami pelapukan intensif.
1
Diterbitkan dalam Jurnal BPPS-UGM, 6 (4B), November 1993.
Repro: Ilmu Tanah Universitas Gadjah Mada (2006)
1
Perbedaan kemampuan tanah dalam menjerap P lebih cenderung disebabkan oleh perbedaan jumlah dan perajaan komponen tanah penjerap. Penelitian tentang komponen tanah penjerap P sudah cukup banyak, tetapi belum memuaskan terutama pengaruh berbagai faktor-faktor yang berperan dalam proses pelepasan P. Demikian juga banyak sekali upaya yang telah dilakukan untuk melepaskan P dari kompleks jerapan tanah, tetapi belum memuaskan. Beberapa cara yang umum dilakukan adalah pengapuran, pemberian silikat dan pemberian bahan organik (Black, 1973; Singh and Jones, 1976). Bahan organik disamping berfungsi sebagai sumber hara makro dan mikro bagi tanaman juga mempunyai kaitan erat dengan populasi dan aktivitas biologi tanah. Salah satu ciri penting bahan organik tanah adalah nilai kapasitas tukar kationnya yang tinggi sebagai akibat ionisasi gugus-gugus fungsional seperti karboksil (-COOH), fenol (-OH), enol (-OH), quinon dan amida (-NH) (Tan, 1982). Hasil dekomposisi bahan organik berupa asam-asam organik mempunyai kemampuan yang besar untuk mengikat kation melalui ikatan kelasi dan mampu menyelimuti koloida bermuatan positif (Kononova, 1966) dan mampu mendesak P yang telah berada pada kompleks jerapan tanah (Lopez-Hernandez et al., 1979). Adanya pengaruh positif dari pemupukan organik terhadap daya jerap, ketersediaan dan agihan P di dalam tanah perlu dikaji lebih mendalam, sehingga kejituan pemupukan P dapat ditingkatkan. Tanah Andosol yang berkembang dari abu vulkan, dirajai bahan-bahan amorf (alofan, imogilit dan fraksi humus), persoalan utama yang dihadapi adalah tingginya kapasitas jerapan P, bahkan melebihi jerapan P oleh oksida hidrat Al dan Fe (Mengel & Kirby, 1987). Hal ini disebabkan karena bahan amorf mempunyai permukaan spesifik yang luas, sehingga jerapan P tanah lebih tinggi (Uehara & Gillman, 1981). Tanah Latosol yang kaya seskuioksida, miskin unsur-unsur kimia dengan sifat kimia yang baik. Ciri lainnya adalah mineral lempung tipe 1:1 dari golongan kaolinit, dan haloisit, mempunyai kapasitas pertukaran kation rendah, kejenuhan kation rendah (kurang dari 35%) dan kadar bahan terlarut juga rendah karena adanya proses pelapukan dan pelindian yang telah berjalan lanjut (Buringh, 1983; Darmawijaya, 1980).
Cara Penelitian Dua puluh gram contoh tanah Andosol dan Latosol diperlakukan dengan berbagai aras konsentrasi P yaitu 0, 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000 ug ml-1, dikocok dan dipusing dengan kecepatan 2000 putaran tiap menit. Sisa P dalam larutan Repro: Ilmu Tanah Universitas Gadjah Mada (2006)
2
adalah P tidak terjerap (Juo & Fox, 1987). Tiga set perlakuan yaitu ditambah bahan organik, digenangi dan diinkubasi dalam larutan CaCl2, kemudian dilakukan terhadap contoh tanah yang telah menjerap P tersebut di atas selama tiga bulan untuk melepaskan kembali P. Analisis tanah sebelum perlakuan dilakukan untuk mengaji sifat-sifat tanah yang meliputi kandungan bahan organik, pH (H2O), pH (KCl), pH NaF (Sudjaji & Widjik, 1971); kandungan P total, P tersedia ekstrasi Bray II (Cottenie et al., 1982), fraksionasi P (Olsen & Sommers, 1982), Al dan Fe terlarut pirofosfat (Alp + Fep) menurut Bascomb (1986), Al dan Fe terlarut oksalat (Alo + Feo) menurut Mc Keague & Day (1966), Al dan Fe terlarut dithionit citra menurut Mehra & Jackson (1960) dan analisis DTA kandungan mineral lempung. Analisis tanah untuk mengetahui jerapan dan pelepasan fosfat meliputi P ekstrasi Bray II, P larut, Alo, Alp, Ald, Fep, Feo, Fed. Selanjutnya data hasil penelitian dianalisis regresi sederhana dan regresi ganda dilanjutkan analisis varian untuk mengetahui faktorfaktor yang berperan dalam jerapan dan lepasan fosfat.
Hasil dan Pembahasan 1. Kurva jerapan P Persamaan isoterm jerapan P menurut Langmuir untuk Andosol menunjukkan hubungan P larut dengan P yang terjerap berkorelasi sangat baik (r = 0,99) dengan persamaan regresi : P terjerap = 0,001 P ditambahkan + 0,015 Persaman isoterm jerapan P tanah Latosol menurut Freundlich menunjukkan hubungan P larut dengan P terjerap berkorelasi sangat baik (r = 0,96) dengan persamaan regresi : P terjerap = 0,0018 P ditambahkan + 0,08 Kurva isoterm jerapan fosfat tanah Andosol dan Latosol dapat digambarkan dengan sangat baik oleh persamaan isoterm Langmuir dan Freundlich. Persentase fosfat terjerap dalam tanah Andosol jauh lebih banyak daripada tanah Latosol untuk tiap aras pemberian fosfat. Hal ini karena kapasitas jerapan maksimum P tanah Andosol lebih tinggi daripada tanah Latosol, demikian juga afinitasnya. Kapasitas jerapan maksimum tanah Andosol menjerap P adalah 1000 μg g-1, sementara tanah Latosol 555,5 μg g-1.
Repro: Ilmu Tanah Universitas Gadjah Mada (2006)
3
Jerapan tanah Andosol berkorelasi baik dengan jumlah fraksi Alo dan Feo dengan r = 0.81 dan 0,68, sementara di tanah Latosol jerapan P berkorelasi erat dengan Fed dan Ald. Di bawah ini disajikan gambar persentase fosfat terjerap dalam tanah Andosol dan Latosol (Gambar 3).
P terjerap (ug ml-1)
(x 100) 10
8
6
4
2
0 0
20
40
60
80
100
120
P dalam larutan keseimbangan (ug P ml-1)
Gambar 1. Hubungan P terjerap dengan P dalam larutan keseimbangan dalam tanah Andosol 600
P terjerap (ug ml-1)
500
400
300
200
100 0
0
100
200
300
400
500
P dalam larutan keseimbangan (ug P ml-1)
Gambar 2. Hubungan P terjerap dengan P dalam larutan kesetimbangan dalam tanah Latosol
Repro: Ilmu Tanah Universitas Gadjah Mada (2006)
4
100 + 90
+
+
+
80 +
+
+
P terjerap (ug P ml-1)
70 60 +
+
+
50 40 30 20 10 0
0,3
0,1
0,5
0,7
0,9 -1
P ditambahkan (ug P ml )
Gambar 3. Persentase P terjerap dalam tanah Andosol dan Latosol pada tiap aras penambahan P
2. Pengaruh aras pemberian P atas jerapan dan pelepasan P Aras pemberian fosfat yang ditambahkan berpengaruh nyata terhadap jumlah fosfat yang dijerap dan dilepaskan tanah Andosol dan Latosol. Peningkatan aras pemberian P meningkatkan jumlah fosfat yang dijerap dan dilepas oleh tanah. Kurva jerapan fosfat tanah Latosol terhadap aras pemberian fosfat memperlihatkan sifat yang khas yaitu jerapan terjadi tidak sekaligus (step by step) dan jumlah yang terjerap meningkat dengan peningkatan aras penambahan P, tetapi kemudian turun sesudah tanah jenuh P yaitu pada pemberian lebih dari 500 μg P ml-1, sedang pada tanah Andosol jerapan fosfat terjadi sekaligus. Peningkatan aras penembahan P meningkatkan jumlah fosfat yang terjerap. Kurva jerapan fosfat tanah Andosol terhadap aras pemberian P berbentuk garis yang hampir linear. Kenampakan ini terjadi pada semua perlakuan. Analisis sidik ragam pengaruh aras pemberian P terhadap persentase fosfat terjerap di tanah Latosol dan Andosol beberapa menunjukkan beda nyata terutama pada aras 500 – 1.000 μg P ml-1. Persentase fosfat terjerap tanah Andosol lebih banyak daripada Latosol. Setelah perlakuan, persentase fosfat yang terjerap di tanah Andosol masih lebih banyak daripada tanah Latosol. Aras pemberian P berpengaruh nyata terhadap jumlah P yang dilepaskan, tetapi dalam persentase tidak selalu berbeda nyata. Peningkatan aras pemberian P meningkatkan
Repro: Ilmu Tanah Universitas Gadjah Mada (2006)
5
jumlah P yang dilepas kembali. Kejadian ini terdapat baik di tanah Andosol maupun Latosol. Peningkatan aras pemberian P meningkatkan P terlepas karena makin banyak ikatan Al-P dan Fe-P yang terpengaruh oleh perlakuan. Persentase jumlah P yang dilepaskan tiap aras pemberian P tidak berbeda nyata selama tanah belum jenuh P. Ini menunjukkan bahwa selama tapak-tapak jerapan itu masih terbuka untuk reaksi jerapan P, maka persentase P yang dilepaskan kembali tidak berbeda nyata.
3. Pengaruh macam perlakuan atas jerapan dan pelepasan P Macam perlakuan cara melepaskan kembali fosfat dari tapak jerapan tidak berpengaruh terhadap jumlah fosfat yang dijerap dan dijerap tanah. Mekanisme-mekanisme yang terjadi oleh perlakuan-perlakuan tersebut menghasilkan kesudahan yang sama yang membentuk pola jerapan dan pelepasan yang mirip. Pemberian bahan organik dapat membantu pelepasan P ke dalam larutan tanah, tetapi bahan organik sendiri mempunyai gugus-gugus yang dapat berfungsi sebagai tapak jerapan yang baru sehingga P yang telah dilepaskan dapat dijerap kembali oleh tanah. Kesudahan dari tiga macam perlakuan adalah dikendalikan oleh peran bahan organik. Perlakuan genangan dan inkubasi dalam larutan CaCl2 meningkatkan pH tanah. Pada kondisi pH tanah yang meningkat bahan organik mudah terdispersi sehingga mempunyai luas permukaan yang lebih besar. Dispersi bahan organik ini yang mempermudah terlepasnya P dari tapak-tapak jerapan dengan pembentukan khelat Al dan Feasam-asam organik. Peran bahan organik tambahan terhadap pelepasan P lebih menonjol di tanah Latosol, sedangkan di tanah Andosol bahan organik tanah asli yang lebih berperan. Takaran penambahan bahan organik setara 20 ton ha-1 menyumbang bahan organik pada tanah Latosol hampir 25% dari bahan organik yang sudah ada, sedangkan di tanah Andosol takaran tersebut hanya menyumbang sangat kecil (0,4%)
4. Pengaruh macam tanah atas jerapan dan pelepasan tanah Macam tanah berpengaruh sangat nyata terhadap jerapan dan lepasan fosfat. Jumlah fosfat yang dijerap tanah sangat tergantung oleh macam tanahnya dan ini berkaitan dengan komponen yang berperan dalam proses jerapan tersebut. Tanah Andosol
Repro: Ilmu Tanah Universitas Gadjah Mada (2006)
6
mempunyai komponen penjerap yang lebih banyak, lebih kuat dan lebih reaktif sehingga mempunyai kapasitas jerapan yang lebih tinggi. Pola jerapan tanah tiap tanah berbeda (Gambar 4 dan 5). 800 700
P terjerap (ug P ml-1)
600 500 400 300 200 100 0
0,3
0,1
0,4
0,2
0,5
0,6
0,7
0,8 -1
0,9
P ditambahkan (ug P ml )
Gambar 4. Kurva jerapan fosfat tanah Andosol pada berbagai perlakuan 500
-1
P terjerap (ug P ml )
450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 0,1
0,2
0,3
0,4
0,5 0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
-1
P ditambahkan (ug P ml )
Gambar 5. Kurva jerapan fosfat tanah Latosol pada berbagai perlakuan
Macam tanah berpengaruh terhadap lepasan fosfat kembali dari tapak jerapan. Jumlah fosfat yang dilepaskan kembali sangat tergantung oleh faktor tanah. Tanah Andosol yang menjerap P sangat kuat, sangat lambat dalam melepaskan P kembali, sementara tanah Latosol yang lebih lemah mengikat P, melepaskan P dengan lebih cepat. Kurva pelepasan
Repro: Ilmu Tanah Universitas Gadjah Mada (2006)
7
kembali P dalam tanah Andosol dan Latosol memperlihatkan karakteristik yang khas (Gambar 6 dan 7). 30 28 26
P terlepas (%)
24 + 22 20
BO + genangan CaCl 2
18 16
+
+
14 12 10
+
+
+
+ +
8
+
+
4 2 0 0
0,5
0,9
0,7
(Thousands) Konsentrasi P (ppm) yang ditambahkan
Gambar 6. Kurva lepasan P tanah Andosol pada berbagai perlakuan
Persentase jumlah fospat yang dilepaskan kembali dari yang pernah dijerap dalam tanah Andosol dan Latosol disajikan dalam histogram berikut ini (Gambar 8.). dari gambar terlihat bahwa untuk semua aras pemberian P dan macam pelakuan presentase P yang dilepaskan tanah Latosol lebih banyak daripada di tanah Andosol. 35
P terjerap (ug P ml-1)
30 25 20 + 15 +
+
+
+ +
+
+
+ +
+
+
10
+ 5
+
+
+
0 0,1
0,3
0,5
0,7
0,9
P ditambahkan (ug P ml -1)
Gambar 7. Kurva lepasan P tanah Latosol pada berbagai perlakuan
Repro: Ilmu Tanah Universitas Gadjah Mada (2006)
8
100 90 80
P terjerap (%)
70 60 50 40 30 20 10 0 100
300
200
400
500
600
700
800
900
1000
Konsentrasi P (ppm) yang ditambahkan BO
Genangan
CaCl2
Gambar 8. Histogram Persentase fosfat terlepas di tanah Andosol 100 90
P terjerap (%)
80 70 60 50 40 30 20 10 0 100
300
200
400
500
600
700
800
900
1000
Konsentrasi P (ppm) yang ditambahkan BO
Genangan
CaCl2
Gambar 9. Histogram persentase jumlah P yang dilepaskan kembali di tanah Latosol
Persentase P yang terlepas dibandingkan dengan P yang ditambahkan pada tiap aras menunjukkan: Pada aras pemberian P yang rendah (100 – 200 ug P ml-1, mula-mula persentase P yang terlepas sangat tinggi, hal ini karena jumlah P yang diberikan rendah, sehingga persentase yang terlepas menjadi tinggi. Tetapi dengan peningkatan aras pemberian P sampai 600 ug P ml-1 persentase P yang terlepas tetap dan tidak berpengaruh aras penambahan P. Pada aras pemberian P 600-700 ug P ml-1 terjadi kenaikan persentase P
Repro: Ilmu Tanah Universitas Gadjah Mada (2006)
9
yang terlepas, kemudian datar lagi sampai aras pemberian P 900 ug P ml-1. Peningkatan aras pemberian P selanjutnya nampaknya cenderung menaikkan kurva persentase lepasan P. Tanah Andosol mengandung bahan organik sangat tinggi (lebih 16 %) atau lebih kurang 2.400 ton ha-1, sehingga faktor bahan organik asli tanah lebih menonjol. Sebelum tanah mencapai kapasitas jerapan P maksimum, aras pemberian P tidak meningkatkan persentase P yang terlepas, tetapi tambahan aras pemberian P, peran bahan organik mulai nampak, sehingga jumlah P yang terlepas meningkat. Bahan organik sendiri berfungsi sebagai tapak-tapak jerapan baru bagi P, sehingga terjadi persaingan antara gugus-gugus tersebut untuk melepaskan dan kemudian menjerap P lagi sehingga kurva menunjukkan fase berhenti. Peningkatan aras pemberian P selanjutnya membuat gugus-gugus asam organik jenuh P sehingga banyak P yang dapat lepas lagi. Mekanisme tersebut juga pada Latosol, tetapi pada tanah Latosol kapasitas jerapan P maksimum dicapai lebih awal dan jumlah bahan organik asli tanah rendah, sehingga kurva lepasan P menunjukkan arah hampir mendatar.
Kesimpulan 1. Jerapan fosfat di tanah Andosol dan Latosol dapat digambarkan dengan baik dengan persamaan isoterm Langmuir dan Freundlich. Kapasitas jerapan maksimum dan afinitas jerapan tanah Andosol lebih tinggi daripada Latosol. 2. Jerapan fosfat pada tanah Andosol berkorelasi baik dengan jumlah Al dan Fe amorf dan Al dan Fe dalam ikatan bahan organik, sementara di tanah Latosol berkorelasi dengan Fe dan Al oksida bebas. 3. Aras pemberian fosfat yang ditambahkan berpengaruh terhadap jumlah fosfat yang dijerap dan dilepaskan, baik untuk tanah Andosol maupun tanah Latosol. 4. Macam perlakuan cara melepaskan dari kompleks jerapan tanah tidak berpengaruh terhadap jumlah fosfat yang dijerap dan dilepaskan kembali oleh tanah. 5. Macam tanah berpengaruh sangat nyata terhadap jerapan dan pelepasan fosfat.
Daftar Pustaka Black, C.A. 1973. Soil Chemical Analysis. John Wiley and Sons. Inc. New York Buckman, H.O. and Brady, N.C. 1974. The Nature and Properties of Soil. McMillan Pub, Inc. New York. 639 p.
Repro: Ilmu Tanah Universitas Gadjah Mada (2006)
10
Cottenie, A., M. Verloo, L. Kiekens, G. Velghe & R. Camerlynch. 1986. Chemical Analysis of Plant and Soils. Lab. of Analytical & Agrochemistry. State Univ. Gent. Belgium . Djokosudardjo. 1974. Phosphorus Behaviour in Some Soils of Indonesia and its Availability to Plants. Master of Science Thesis at the University of Wisconsin. Madison. vii + 116p. ISRIC. 1987. Procedures for Soil Analysis. International Soil Refrerence and Information Centre. Wegeningen. Juo, A.S.R. and R.L. Fox. 1977. Phosphate Sorption Characteristic of some Benchmark Soils of West Africa. Kononova, M.M. 1966. Soil Organic Matter its Nature its Role its Fertility. Translated by T.Z. Novakowski & A.C.D. Newman, Pergamon Press, Oxford. Lopez-Hernandez, D., D. Flores, G. Siegert, and J.V. Rodrigues. 1979. The Effect of Some Organic Anions on Phosphate Removal from Acid and Calcareous Soils. Soils. Sci. 128:321-326. Mc.Keague, J.A., J.E. Brydon and N.M. Miles. 1971. Differentiation of forms of extractable iron and alumunium in soils. Soil Sci. Soc. Amer. Proc. 35:33-38. Mehra, O.P., & M.L. Jackson. 1960. Iron Oxide Removal from Soils and Clays by a Dithionitecitrate System Buffered with Sodium Bicarbonate. Clays and Clay Min. 7th. Conf. p 317-327. Pergamon Press, Oxford. Mengel, K. & E.A. Kirkby. 1987. Principles of plants nutrition. Inter. Potash Ins. Bern. Switzerland. 687p. Olsen, S.R. and L.E. Sommers. 1982. Phosphorus. In: Page, A.L., R.H. Miller, and D.R. Keeney. Methods of Soil Analysis. Part 2. Chemical and Microbiological Properties. Sec. Ed. (eds.). Am. Soc. Of Agronomy, Inc. Madison. Sanchez, P. 1976. Properties and Management of Soils in the Tropics. John Willey & Sons, Inc. 411p. Singh, B.B. and J.P. Jones. 1976. Phosphorus Sorption and Desorption Characteristics of Soil ad Affectes by Organic Residues. Soil Sci. Soc. Am. J. 40:389-394. Sudjadi, M. dan M. Widjik. 1971. Prosedur Analisa Tanah. LPT. Bogor. Tan, Kim H. 1982. Principles of Soil Chemistry. Marcell Dekker. Inc. New York. xii + 265 p. Uehere, G. And G. Gillman. 1982. The Mineralogy, Chemistry and Physics of Tropical Soils Variable Charge Clays. Westview Press. Boulder. Colorada. xviii + 170 h. «»
Repro: Ilmu Tanah Universitas Gadjah Mada (2006)
11
