MK. KESUBURAN TANAH
K - Ca - Mg TANAH
Prof Dr Ir Soemarno,M.S.
KALIUM TANAH
Jumlah K-tanah Lithosfer mengandung 2.6% K Tanah mengandung <0.1 - > 3%, rata-rata sekitar 1% K Tanah lapisan olah (setebal 20 cm) mengandung <3000 - >100.000 kg K/ha Sekitar 98% K dalam tanah terikat dalam bentuk mineral
Mineral Kalium K-feldspar merupakan mineral utama sumber kalium, 16% K-mika sekitar 5.2%, terdiri atas Biotit sekitar 3.8% dan Muskovit 1.4%
Kekuatan ikatan K dalam mineral Kation K diameternya 2.66 Å, terbesar di antara unsur hara lain; oleh karena itu ikatannya dalam struktur mineral lebih lemah dibandingkan kation lainnya yg lebih kecil dan muatannya lebih besar. Karena ukurannya besar, kation K dapat diselimuti oleh 7-12 ion oksigen, sehingga kekuatan masing-masing ikatan K-O relatif lemah
KALIUM dlm FELDSPAR
KIMIA & struktur Feldspar adalah aluminosilikat , formulanya KAlSi3O8, kandungan kaliumnya 14%. Di alam, sebagian kalium digantikan oleh Na dan Ca Kation pusat Si4+ sebagian digantikan oleh Al3+, satu penggantian untuk setiap empat tetrahedra, sehingga menjadi AlSi3O8-
Polimorf dari feldspar Ortoklas: monoklinik - prismatik, dlm batuan plutonik Sanidin : Monoklinik, dalam batuan vulkanik Microcline : Triklinik, mengandung magmatit-pegmatit Anortoklas : Substituted feldspar, (K,Na)AlSi3O8 Nepheline : Mengandung lebih banyak Na dp K Plagioklas : (Ca, Na feldspar) mengandung sedikit kalium Pelapukan Mineral Kalium Proses pelapukan fisik menghancurkan batuan induk, sedangkan pelapukan kimia akan melepaskan ion K+ dari mineral Temperatur penting untuk pelapukan fisika, sedang hidrolisis penting untuk kimiawi Asam-asam yg penting pd hidrolisis mineral kalium adalah H2CO3 dan asam-asam organik hasil dekomposisi Bahan organik tanah
HIDROLISIS Feldspar KALIUM
Abstraksi proses hidrolisis KAlSi3O8 + HOH ===== HAlSi3O8 +K+ + OH- (Fase cepat) HAlSi3O8 + 4HOH ===== Al(OH)3 + 3H2SiO3 (fase lambat)
Penambahan H+ mempercepat pembebasan K+ dan merusak ikatan Al-O; Al yang dibebaskan membentuk gugusan AlOH2 koordinasi-4:
Si-O-Al + H2O + H+ ==== Si-O + Al-OH2 + K+ | | K H Hancurnya ikatan Si-O-Si mungkin disebabkan oleh melekatnya OH- ke Si sehingga menjadi gugusan Si-OH; dengan cara ini ikatan kovalen rangkap dihancurkan.
Joint reaction H2O dan H+ dlm menghancurkan ortoklas: 3 KAlSi3O8 + 12H2O + 2H+ ===== KAlSi3O6.Al2O4(OH)2 + 2K+ + 6 H4SiO4 Pelapukan ortoklas menjadi kaolinit: H2O 2KAlSi3O8 -------------- Al2Si2O5(OH) + 2K+ + 2OH- + 4H4SiO4
KALIUM TANAH
Sumber K-tanah Mineral primer yang mengandung kalium: 1. Feldspar kalium : KAlSi3O8 2. Muskovit : H2KAl3(SiO4)3 3. Biotit : (H,K)2(Mg,Fe)2Al2(SiO4)3 Mineral sekunder: 1. Illit atau hidrous mika 2. Vermikulit 3. Khlorit 4. Mineral tipe campuran
Proses pelapukan mineral KAlSi3O8 + HOH
KOH + HAlSi3O8 K+ + OH-
K Ca Koloid liat H
K+, Ca++, H+ (larutan tanah)
Pelapukan 1. Proses fisika: Penghancuran fisik, ukuran partikel menjadi lebih halus, luas permukaannya menjadi lebih besar 2. Proses kimiawi: Hidrolisis, Protolisis (Asidolisis)
Pelapukan Mineral KALIUM
Proses Hidrolisis dan Protolisis
HAlSi3O8 + K+ + OH- (cepat)
KAlSi3O8 + HOH HAlSi3O8 + 4 HOH Si-O-Al + H2O + H+
K
Al(OH)3 + 3 H2SiO3 Si-O
(lambat)
+ Al-OH + K+ 2
H
Pelapukan Ortoklas:
3 KAlSi3O8 + 12H2O + 2H+
KAlSi3O6 .Al2O4(OH)2 + 2K+ +6H4SiO4
H2O
2 KAlSi3O8
Al2Si2O5(OH) + 2K+ + 2OH- + 4 H4SiO4
Faktor Pelapukan Feldspar KALIUM
Faktor Pelapukan 1. Faktor Internal 2. Faktor Eksternal
Faktor internal: 1. Regularity of the crystal lattice. Microcline lebih stabil / sukar lapuk dibanding Ortoklas dan Sanidine 2. Na content of crystals. Anortoklas lebih mudah lapuk daripada ortoklas 3. Si content. Feldspar-substitusi lebih mudah lapuk dp Feldspar 4. Particle size. Semakin kecil ukuran partikel, maka semakin luas permukaannya untuk mengalami reaksi hidrolisis dan asidolisis. 5. ………….
Faktor Eksternal: 1. Temterature. Proses pelapukan lebih cepat pd kondisi suhu yg lebih tinggi 2. Solution volume. Kondisi basah mempercepat proses pelapukan 3. Migration of weathering products. Proses pelapukan akan terhambat kalau hasil-hasil pelapukan terakumulasi di tempat 4. The formation of difficult soluble products of hydrolysis. Kalau hasil reaksi hidrolisis mengendap maka reaksi akan dipercepat 5. pH value. Semakin banyak ion H+, proses protolisis semakin intensif. 6. The presence of chelating agents.
MASALAH KALIUM TANAH
Ketersediaan K-tanah Tanah mineral umumnya berkadar kalium total tinggi, kisarannya 40 - 60 ribu kg K2O setiap HLO Sebagian besar kalium ini terikat kuat dan agak sukar tersedia bagi tanaman
Kehilangan akibat Pencucian Sejumlah besar kalium hilang karena pencucian : Tercuci dari tnh lempung berdebu 20 kg K2O/ha/thn Diangkut /dipanen oleh tanaman 60 -”-
Konsumsi berlebihan: Luxury consumption Tanaman dpt menyerap kalium jauh lebih banyak dari jumlah yg diperlukan Pemupukan kalium harus dilakukan secara bertahap
Masalah Kalium tanah: 1. Pd saat tertentu sebagian besar K-tanah tidak tersedia 2. K-tanah peka terhadap pengaruh pencucian 3. Kalium dapat diserap tanaman dlm jumlah banyak, melebihi kebutuhan optimalnya
Kadar K-tanaman (Tinggi)
Kadar K-tanaman
K diperlukan untuk pertumbuhan optimum
Pemakaian berlebihan
Kalium yg diperlukan
(Rendah) Rendah
K-tersedia dalam tanah
Tinggi
BENTUK & KETERSEDIAAN Relatif tidak tersedia Feldspar, Mika, dll. (90-98% dari K-total)
K segera tersedia K dpt ditukar dan K dlm larutan tanah ( 2 % dari K-total)
K lambat tersedia K tidak dapat ditukar (1 - 10 % dari K-total)
K tidak dapat ditukar
K dapat ditukar
K dalam larutan tnh
LOKASI DAN JALUR KALIUM DLM TANAH K dalam mineral primer mis. Muskovit
Pelepasan K
K dalam PUPUK
Fiksasi K pd mineral primer
Pelarutan pupuk Transisi mineral sekunder menjadi mika akibat fiksasi K Pelepasan K mengakibatka n pembentukan min. sekunder
K dalam mineral sekunder mis. Kaolinit
K dalam larutan tnh
Pelepasan Kdd atau K-terfiksasi
Adsorpsi atau Fiksasi K
Absorpsi K
K dalam tanaman
Pelepasan K dari mineral primer
Pelepasan K dari mineral primer selama periode pertanaman intensif; media tumbuh mineral dicampur pasir kuarsa. Ukuran partikel mineral primer < 50 ; ukuran partikel illit < 20 .
Pelepasan K-tukar, g / g mineral 2000 Biotite
Illite
Muscovite Ortoklas
400 5
10
15
cropping periode, (0-15) days
Sumber: Verma (1963)
Konsentrasi K-larutan tanah vs Kdd K-larutan tanah (me/l) 5.0 Tanah berpasir 4.0
3.0
2.0 Tanah liat 1.0 10
50
K dapat ditukar, mg K / 100 g tanah
100
FIKSASI KALIUM TANAH
Faktor yg mempengaruhi fiksasi K-tanah 1. Sifat koloid tanah 2. Pembasahan dan pengeringan tanah 3. Pembekuan dan pencairan tanah 4. Adanya kalsium yg berlebihan
Koloid dan Kelembaban Kaolinit sedikit mengikat kalium Montmorilonit dan Ilit mudah dan banyak mengikat kalium, lazim disebut dengan FIKSASI KALIUM: lapisan liat 2:1 Ion kalium
Ion lainnya
Sisa tanaman & Pupuk kandang
Pupuk buatan
Mineral kalium lambat tersedia
K - tersedia
Terangkut tanaman
Hilang pencucian
Hilang Erosi & Run-off
Fiksasi Kalium
Faktor Ketersediaan Ktanah
1. MOBILITAS Mobilitas kalium dalam tanah ditentukan oleh bentuk K+, yaitu bentuk bebas dalam larutan tanah atau bentuk terjerap pada permukaan koloid tanah
2. Interaksi dg ion lain 3. Mass flow dan Difusi 4. Kapasitas dan Intensitas 5. Mineral Tanah: Mineral Primer dan Mineral Liat a. Kadar K mineral primer b. Kecepatan pelepasan K+ dari mineral primer c. Jumlah mineral liat d. tipe mineral liat 6. Bahan Organik Tanah 7. pH tanah 8. Aerasi 9. Lengas Tanah Difusi K+ dalam tanah terjadi melalui dua cara, yaitu: 1. Ruang pori yang berisi air, dan 2. Selaput air di sekeliling partikel tanah.
Pengaruh pH thd fiksasi K
Pengaruh thd fiksasi K Pengaruh pH terhadap fiksasi K bersifat tidak langsung, yaitu melalui pengaruh pH thd jenis aktion yg dominan pada posisi inter-layer mineral liat. Pd tanah masam Al+++ menempati posisi-posisi jerapan. Pengasaman dapat mengakibatkan akumulasi ion Al-hidroksil pd inter-layer mineral liat, shg KTK lebih rendah
Pada Vermikulit, ion Al+++ dapat mengusir K+ dari kompleks jerapan, sehingga menurunkan kapasitas fiksasi K+. Sehingga pengaruh pengasaman tanah thd fiksasi K tergantung pada adanya vermikulit dan adanya Al+++ yg akan mendominir kompleks jerapan
Pengaruh pengapuran tanah masam thd fiksasi K tgt pada adanya Ca++ yg akan menggantikan Aldd, shg membuka peluang terjadinya fiksasi K+ Fiksasi K+
K-released pH: 3.50 Pupuk 100 kg K/ha 0.0
pH: 4.35
Tanpa pupuk K
Dosis kapur, CaCO3
pH: 7.00
K-adsorbed
Pencucian
Efek Pupuk K terhadap K-tanah
K-larutan tanah
pH: 4.1
pH: 5.1
pH: 6.5 pH: 7.0
Dosis pupuk K
Lengas Tanah terhadap K-tanah
Serapan K tanaman jagung Pupuk Kalium: 49 mg K/100 g tnh
29
9 0
Kadar air tanah (20-40%)
Sumber: Grimme (1976)
Serapan K vs K-larutan tanah
Konsentrasi K+ dlm larutan tanah merupakan indeks ketersediaan kalium, karena difusi K+ ke arah permukaan akar berlangsung dalam larutan tanah dan kecepatan difusi tgt pada gradien konsentrasi dalam larutan tanah di sekitar permukaan akar penyerap.
Serapan K , kg /ha (Tanaman kacang buncis) 300
r2 = 0.79**
0.2
0.4
Sumber: Nemeth dan Forster (1976)
0.6 0.8 K- larutan tanah ( me K / l)
Laju Penyerapan K vs Konsentrasi K+ larutan Laju penyerapan K+ , mole/g/jam (akar tanaman barley) 10.0
0.05
Sumber: Epstein (1972)
0.10 0.15 0.20 Konsentrasi K+ larutan tanah ( mM)
Efek Ca++ thd penyerapan K+ akar tanaman
Penyerapan K , mole/g (akar tanaman Jagung ) 6
+ Ca
0
-1
0.5
1.0
Sumber: Lauchli dan Epstein (1970)
1.5 jam
2.0
KALSIUM DALAM TANAH
Sumber Ca-tanah Mineral primer : 1. Dolomit : ……….. 2. Kalsit : ……….. 3. Apatit : ……….. 4. Feldspar kalsium: ……….. 5. Amfibol : …………
Bahan Pupuk: 1. Kalsium nitrat 2. Gipsum 3. Batuan fosfat 4. Superfosfat 5. Ca-cyanamide
Kation kalsium dlm larutan tanah dapat mengalami: 1. Hilang bersama air drainase: Proses pencucian 2. Diserap oleh organisme 3. Dijerap pada permukaan koloid tanah 4. Diendapkan sebagai senyawa kalsium sekunder
Faktor ketersediaan Kalsium tanah: 1. Jumlah kalsium dapat ditukar (Ca++ yang dijerap oleh koloid tanah) 2. Derajat kejenuhan Kalsium dari kompleks pertukaran 3. Tipe koloid tanah 4. Sifat ion-ion komplementer yg dijerap oleh koloid tanah 5. …………….
MAGNESIUM DALAM TANAH
Sumber Mg-tanah Mineral primer: 1. Dolomit : ……….. 2. Biotit : ……….. 3. Klorit : ……….. 4. Serpentin : ……….. 5. Olivin : …………
Bahan Pupuk: 1. MgSO4.7H2O 2. MgSO4.H2O 3. K-Mg-sulfat 4. Magnesia 5. Basic slag
Kation magnesium dlm larutan tanah dapat mengalami: 1. Hilang bersama air drainase: Proses pencucian 2. Diserap oleh organisme 3. Dijerap pada permukaan koloid tanah 4. Diendapkan sebagai senyawa kalsium sekunder
Faktor ketersediaan Magnesium tanah: 1. Jumlah kalsium dapat ditukar (Mg++ yang dijerap oleh koloid tanah) 2. Derajat kejenuhan Mg dari kompleks pertukaran 3. Tipe koloid tanah 4. Sifat ion-ion komplementer yg dijerap oleh koloid tanah 5. …………….
Serapan K vs Dry matter production Growth & nutrient uptake, % 100
silking tasseling Biji dry matter Tongkol Kalium
Batang
25
Sumber: Nelson (1968)
50
Daun 75 100 days after emergence
Kandungan Ktanah vs Respon pupuk K
H
Tambahan hasil jagung , bu/ac 25 Kdd = 50 ppm
Kdd = 100 ppm
Kdd = 150 ppm
Kdd = 200 ppm 25
50 75 100 Dosis pupuk K ( lb / ac ) Sumber: Hanway et al. (1962)
125
Kandungan Kdaun vs Respon pupuk K
Respon jagung thd pupuk kalium dipengaruhi oleh status K tanaman, yaitu kadar K daun pada fase silking Defisiensi akut : Kadar K daun 0.25 - 0.41 %K Defisien tanpa gejala: 0.62 - 0.91 %K Normal : 0.91 - 1.3% K
Tambahan hasil jagung , bu/ac 25 Kdaun = 0.75 %
Kdaun = 1.0 %
Kdaun = 1.5 %
Kdaun = 1.75% 25
50 75 100 Dosis pupuk K ( lb / ac ) Sumber: Hanway et al. (1962)
125
Terimakasih
